提钒转炉悬挂装置论文

通过对转炉悬挂装置特点进行研究，从而找出影响安装过程的关健因素，对其加以控制，使安装一次成功，确保了安装质量，提前了工期，创造了效益。

一、概述

炼钢厂4#转炉建于1995年，它与1、2、3#转炉最大的区别是整个炉壳为全悬挂式结构，其结构如图一示，在整个生产过程中，炉体的全部重量全部由三个球铰支承。

（图一）

当炉口向上时，整个炉体的重量经卡板传到球面垫，然后再到球铰螺栓，到球铰销轴，最后传到托圈，此时，托圈受压；当炉口向下时，整个炉体的重量经球铰螺栓到球铰销轴，再传到托圈吊耳，在这种情况下，托圈受拉力。这两种情况下的受力情况如图二及图三示。

（图二）

炉口向上时托圈所受的压力比炉口向下时托圈受的拉力要大，大约多1罐钢水的重量。

（图三）

二、整体悬挂式炉壳的优点

由于整体悬挂式炉壳独特的结构形式，因此，在受力情况上有许多优点。当炉壳受热膨胀或炉体倾斜时，球面垫与球面座之间产生轻微滑动，在炉壳与球铰螺栓之间不会产生应力集中，从而增加了炉壳的使用寿命，选取卡板中间面作为研究平面，垂直于销轴方向，当最大变形时，卡板变化可达46.7mm；顺着球铰销轴方向，变化可达24.6mm，分别如图四及图五示。

(图四)

三、整体悬挂式炉壳的安装难点

由于整体悬挂式炉壳在使用过程中的优点，因此，在安装过程中对悬挂装置有一些特殊的要求，当炉子处于零位，即炉口向上时，球铰螺栓保持竖直状态，球铰卡板镗孔中心、球铰螺栓中心、托圈吊耳中心，这三个中心必须在一条竖直线上；同时，三个球铰卡板的标高必须保持一致。

(图五)

球铰螺栓保持竖直状态在安装过程中能够控制，但球铰卡板中心位置不易控制，因为球铰卡板厚160mm，在焊接过程中要产生变形，但变形多少为不确定因素，因此，控制球铰卡板在焊接过程中的变形是整个安装过程的关健。

四、球铰卡板焊接变形研究

为了全面了解球铰卡板在安装完后的变形情况，我们对球铰支架进行了全面的分析，如球铰支架的外形，坡口形式，坡口大小，焊接方式等，卡板及筋板的坡口形式如图六示。

（图六）

因为球铰卡板厚160mm，筋板厚80mm，因此，球铰支架在安装过程中的变形应是比较大的。

1、球铰卡板与炉皮焊接变形的简单计算

查《焊工工艺学》可知，如果上下筋板与卡板在与炉皮焊接前为自由状态，上下筋板及卡板的焊接应视为对接，如果在焊接前为一约束体，那么，焊接完后变形将小得多，因此，我们在焊接顺序上，应首先选择焊后变形小的先焊，让焊后变形大的在焊接前已经成为约束体，同时，综合考虑卡板焊完后要求所处的状态，因此，应先焊上下筋板，再焊卡板。经计算，上下筋板焊完后，将产生4mm的收缩变形，在焊卡板时，收缩量将会增加2mm，因此，收缩的总量将会达到6mm。

2、卡板焊接模拟实验

因为焊接变形是非常复杂的，为了进一步确定上述变形收缩量，我们模拟球铰支架的形状，比照实际大小的1/3，钢板厚度与实际一致，进行了焊接模拟实验，球铰支架如图七示，经过该实验，其结

（图七）

果发现卡板水平收缩变形为3mm，水平度无明显变化，经过仔细分析，模拟实验与真实环境有不同的地方。对于模拟实验，第一次上下筋板焊完后，模拟炉皮的钢板收缩达到7mm而形成旁弯，当卡板焊完后，又将该钢板中部拉回来达到4mm，使旁弯缩小，因此，整个收缩变形为3mm，变形情况如图八示。

（图八）

经过我们进一步的研究，得出结论，在实际中安装球铰支架时，炉体本身变形收缩较小，因此，大量变形收缩在支架上产生，另一方面，模拟炉皮的钢板是一小块，在焊接过程中热量会比较集中，变形会更大，所以在实际安装中，总变形应比7mm要小，最终，我们选择5mm作为球铰卡板的最后变形收缩量。

五、实施

1、球铰支架卡板及联接板的制作

为了保证球铰支架安装定位的准确性，在制作时，支架卡板径向留50mm的余量，坡口先不切割，在安装时测量数椐后再切割；对球铰支架的联接板两端也事先各留50mm的余量，在球铰支架位置确定完后，再根椐实际尺寸对联接板进行切割。

(图九)

2、托圈的找平

由于此次检修中，托圈上吊耳利旧，因此首先应使三个球铰吊耳处于同一水平面上，为了找平吊耳，我们找来了Φ50mm的管子，然后放在两个吊耳孔中间，让其自然到最低点，最后由测量班测量管子上部标高，如图九示，边测量，边调整，最后测得的三组数椐相差均小于1mm，表示球铰吊耳已经找平。

3、炉壳的找正

以耳轴中心线标高10.45m为基准找炉壳的标高，以留设的转炉中心找新炉壳的中心，检查新炉壳与托圈之间的间隙是否均匀，发现间隙均在85mm以上，最后打卡子对炉壳进行固定。

4、安装辅助支座，支架现场切割坡口

由于球铰支架每件重量为8t，在找平找正时必须有辅助设施，另外，考虑托圈可能要变形，球铰卡板及筋板的坡口必须现场测量完后再切割，用∠90*90*6的角钢制作辅助支架，角钢上表面标高为▽12.270m，即比球铰卡板下表面标高低5mm，支架形状如图十示，2#角钢内侧挂垂线必须过托圈上两个吊耳的中心，在2#角钢上

（图十）

找出球铰螺栓的中心位置，即O点，过O点水平向2#角钢作垂线，在炉壳上找到O`，以O点为中心，每隔100mm再找出其它点，A1、A2、A3…，B1、B2、B3…，分别过这些点水平作OO`的平行线，与炉壳分别交于A1`、A2`、A3`…，B1`、B2`、B3`…，分别测量出OO`、A1A1`、A2A2`、A3A3`…，B1B1`、B2B2`、B3B3`…，的长度，在球铰支架卡板上对应位置作标记，即可根椐此标记现场切割出坡口；同理，对支架的上下筋板可采取相似的办法现场切割出坡口。数椐测量完后，即可将辅助支架上2#角钢拆除，其余角钢保留，以备下步工序用。

5、安装球铰螺栓

按照安装球铰螺栓的步骤将球铰螺栓销轴及球铰螺栓安好，4号球面座必须安装到位，测量球铰螺栓上4个点，标高误差控制在2mm以内，对球铰螺栓必须进行位置调整，使球铰螺栓下部垫圈加完后，在球铰螺栓与托圈吊耳之间，必须保证有3mm的间隙，最后在螺栓上加支撑固定，固定完后再复测一遍，若无变化，交下步工序。

6、安装球铰支架

⑴、安装球面垫及球面座

球铰支架在往炉皮上安装之前，应先将2号球面座及3号球面垫安进支架镗孔内，3号球面垫由于在镗孔下方，必须临时固定。

⑵、安装球铰支架

利用设置的辅助支架，将3个球铰支架按安装位置摆放好，并找好标高，考虑焊接收缩变形，3个球铰支架中心均向外侧平移5mm，然后，将球铰支架点焊固定，再次复核标高及中心。

⑶、安装球铰支架的联接板及上部盖圈，并点焊固定。

7、球铰支架、联接板及上盖圈的焊接

⑴、先焊接球铰支架的上下筋板，先焊缝1、缝9、缝8、缝12，再焊缝2、缝10、缝7、缝11，最后焊缝3、缝4、缝5、缝6。焊筋板时，缝1与缝9同时焊，缝8与缝12同时焊，缝2与缝10同时焊，缝7与缝11同时焊。焊接顺序如图十一示。

（图十一）

⑵、吊升炉壳，由于球铰支架与环缝较近，有些部位焊不到，因此，应吊升炉壳，吊升高度为520mm。

⑶、焊接卡板与炉壳间的环缝。先焊下环缝13，再焊上环缝14。

⑷、焊接球铰支架与联接板处间的接缝，即卡板的两端，然后焊接联接板环缝，最后焊接上盖圈环缝。

⑸、焊接方法采取CO2气体保护焊、手工焊相结合。

⑹、三个球铰支架焊接过程中变形监控措施：用百分表观察变形情况，及时调整焊接工艺。如图十二示。

（图十二）

8、球铰支架退火

球铰支架焊接完成后，即进行回炉退火，退火时，球铰螺帽不把上，用耐热石棉板对球铰螺栓加以保护，用厂方的煤气接到焊口位置，退火温度为550℃。

9、观察结果

退火完成后，我们对球铰支架卡板及球面垫进行了仔细的观察，发现卡板无变形情况，3号球面垫与4号球面座保持平齐，说明球铰卡板在焊接完后确实向内收缩5mm。

六、实施结果

全部项目完成后，炉体部位实现了一次试车成功，在生产过程中无任何质量问题。

七、实施效益

由于我们采用了上述合理的施工工艺，使处于主要矛盾线的炉体部位施工比计划工期提前17个班，创造了很好的经济效益。