埋管式水冷炉口是把通冷却水用的蛇形钢管埋铸于铸铁中,这种结构冷却强度不如水箱式,但安全性和寿命均比水箱式高。
水冷炉口可用楔与炉帽相连,但由于炉渣的粘结,往往在更换损坏了的炉口时不得不用火焰切割。因此,我国在中小型转炉较多采用卡板焊接的方法将炉口固接在炉帽上。 二、炉身
炉身是整个炉子承载部分,皆采用圆柱形。出钢口通常设置在炉帽和炉身耐火炉衬的交界处。其位置、角度和长度的设计,应考虑出钢过程中炉内钢水液面;炉口和盛钢桶间的相互位置及其移动关系;堵出钢口方便否;能否保证炉内钢水全部倒完;出钢时钢流对盛钢桶内的铁合金应有一定的冲击搅拌能力等。在生产过程中,由于出钢口烧损较为严重,为便于修砌、维护和更换,出钢口可设计短些。 三、炉底
炉底有截锥型和球型两种。截锥型炉底制造和砌砖都比较简便,但其强度不如球型好,故只适用于中小型转炉。球型炉底的优缺点与截锥面相反,故为大型转炉采用。
炉帽、炉身和炉底三段的联结有三种方式:死炉帽活炉底、活炉帽死炉底和整体炉壳。三中联结方式与修炉方式有关,死炉底和整体炉壳采取上修,而活炉底采取下修。
死炉帽活炉底的炉帽与炉身是焊死的,而炉底与炉身则采用可拆式联结,这种结构适用下修法。
活炉帽死炉底具有结构简单,重量轻,制造简便,安全可靠等优点,在大型转炉上多采用此结构。用这种结构修炉时要采用上修方式,即炉初砖要由炉口送进炉内进行砌筑。
整体焊接炉壳是近年来300吨级转炉上采用的。这种结构由于采用整体焊接的方法,因此具有结构简单,炉壳承载能力大,安全可靠性高等优点。由于炉壳尺寸足够大,所以修炉时炉衬砖可由炉口运进炉内进行砌筑。
在国外有的转炉为了减少停炉时间,提高炉座利用率,修炉时采用更换炉体的方式,将不能吹炼的待维修炉体移至炉座外修理,而将事先准备好的炉体整体装入炉座继续吹炼,这种炉座称为活炉座。
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转炉炉壳是一个倾转的容器,属薄壳结构。它具有重载、倾动和高温的特点,工作时不仅受静的和动的机械应力负荷,还承受热应力负荷,这两种负荷在炉体上产生有三种应力:由机械负荷产生的应力,热膨胀应力及炉壳温度分布不均而产生的热应力。
由于上述三种应力相互作用,炉壳将随着炉子容量、结构、使用时间以及运转操作的不同而有所变化。炉壳在上述应力长期作用下,将会产生变形、裂纹及局部过热和烧穿。
在生产实践中,为了提高炉壳寿命,可采取以下措施:
a. 选择抗蠕变强度高而焊接性能好的材料来制造炉壳。各国普遍采用耐压锅炉钢板制造。近年来也有采用合金钢的,因其在高温下具有良好的抗蠕变性能和焊接性能。目前我国用于制造炉壳的低合金高强度钢有16Mn和14MnNb等。
b. 降低炉壳温度。炉帽由于受到钢液、炉渣和烟罩的热辐射以及炉口喷溅物的热作用和烧蚀,它的变形和损坏较之炉身部分更为严重,因此对炉帽的降温要给与更大的重视。现在用的防热板结构是在大挡渣板型式发展起来的,大挡渣板是用一块很大的钢板自炉口下部一直延伸么托圈的上盖板。这样既不利于炉帽的通风散热,也不易于制造当喷溅严重时还会产生。近年来,强化转炉的技术日趋完善,以致出现风冷和水冷相兼的冷却方式。宝钢的冷却系统中0.6MPa,140t/h流量的冷却水由耳轴轴套上孔进入,分别对炉口圈、炉帽、炉体护板等各部位进行冷却,然后汇集回水再对托圈进行冷却,这样形成水冷回路。为改善托圈与炉体之间空气对流加强散热效果,降低炉体温度,采用喷吹进行冷却,空气冷却是用压力为10KPa流量为250m3/h低压空气,从耳轴的中心孔进入后,由托圈下沿回形管路的喷嘴喷吹。
另外,为了提高炉身和托圈间的自然冷却效果,应合理选择炉壳与托圈间的间隙量,间隙量过小空气不易流通,散热不好;间隙量过大时增大托圈尺寸,结构庞大。
c. 炉壳已产生椭圆变形后,可将已变形的炉壳在托圈内旋转90度继续使用,这样可延长炉壳寿命。也可采用椭圆形托圈,以适应炉壳变形,有助于延长炉壳寿命。 2.2.3转炉炉体支撑系统
转炉炉体及其附件的全部重量接通过支承系统传递到基础上去,同时支承系统还担负着传递从倾动机械给炉体使其倾动的力矩。因此支承系统是转炉机械重要组成部分。
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炉体支撑系统包括:支承炉体的托圈,将炉体与托圈联结起来的联结装置,以及支承托圈的耳轴轴承及底座。 一、托圈
早期建造的炉子不带托圈,如日本钢管公司60吨转炉,原西德莱茵豪森钢厂180吨转炉均不带托圈,这种炉子的炉体是通过焊接在炉体上的耳轴板或加强圈来支撑的。这种结构虽然简单,但炉壳承载不均,其寿命较短,现已不再采用。
现代转炉皆采用托圈结构来承载炉体,因此托圈是转炉重要的承载部件。托圈在工作中除承受炉体和钢液的静负荷和传递倾动力矩外,还承受着频繁启动、制动以及碰撞产生的动负荷,此外还承着由炉体、盛钢桶、渣罐以及喷溅物的热辐射,因此托圈应具有足够强度和刚度。
1.托圈结构
宝钢300吨转炉采用整体式托圈。托圈是钢板焊接的箱形结构,高宽比为3.16,两侧分别同驱动侧耳轴座焊接成一个整体托圈。钢板材料是日本钢号SM41C。
耳轴座与耳轴是一个整体铸件,其材料是SCW49,为了减少耳轴座与托圈外腹板联结处处于断面急剧变化而引起的应力集中,将耳轴座做成叉形过渡形式,在连接处其厚度与腹板相同,然后向耳轴附近逐渐平缓增厚。
为了增强耳轴座焊接处的强度和刚度,在耳轴座焊接处焊有横隔板,横隔板焊在托圈高度的中间,在耳轴两侧各一块。在耳轴同一侧隔板之间还焊七块均布的立筋板来提高腹板的刚度。
在两块立筋板中间焊有穿通内、外腹板的圆管来增强托圈的刚性和改善炉壳空冷效果。
在出钢侧的托圈外腹板上,借支承块用螺栓固定保护板,以防渣罐、盛钢桶的辐射热对托圈的作用。
为了降低托圈的热应力,该托圈采用了水冷却,从水冷炉口、炉顶钢板和渣罐排出的冷却水,经排水集水箱汇集后由驱动侧耳轴座上部进入托圈,再由从侧耳轴内孔引出。
2.托圈与耳轴联结
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耳轴是重要承载件,在材料选择上应选择具有高强度和良好韧性的合金钢来制造,例如驱动侧常选择35CrMo或40Cr,从动侧也可用45锻钢制造。宝钢300吨转炉的耳轴材质是SCW49.
耳轴与托圈联结有三种形式:法兰螺栓联结、静配合联结和整体焊接。宝钢300吨转炉采用了直接焊接的连接方法。这种连接方法防止了运转中可能出现的松动,同时减少了连接件,结构简单,加工量小,提高了运转安全性,因此在大型转炉上得到了应用。为了防止结构焊接变形,制造时要注意保证两年耳轴的平行度好和同心度,因此制造要求较高。
二、炉体与托圈联结装置
1.对联结装置的要求
炉体通过连接装置支承在托圈上,由于炉体很重,且在工作中应能360度任意倾转,因此对联结装置应具有以下性能:一方面炉体能牢固地固定在托圈上,任意倾转不应产生任何横向或纵向窜动;另一方面又能适应炉壳和托圈热膨胀,在炉体的径向和轴向产生相对位移时所具有的补偿能力,以免造成炉壳或托圈由于挤压而产生严重变形和破坏。这些是设计联结装置时必须考虑的。
由于炉壳和托圈的变形,在联结装置中引起载荷的重新分配,往往造成局部过载,并由此而引起严重变形或破坏,所以联结装置的设计应满足以下要求:
a. 转炉处于任何倾动位置时,均能安全可靠地把炉体负载均匀的传递给托圈。 b. 能适应炉体在托圈中的径向和轴向热膨胀而产生相对位移,即应具有位移的补偿能力,同时又不应产生窜动。
c. 炉体的荷重应均匀地分布在托圈上,使炉壳的强度和变形的影响减少到最低限度。
d. 考虑到变形的产生,能以预先确定的方式传递载荷,并避免因静不定问题的存在而使支承系统承受附加载荷。
2.炉体与托圈联结装置的结构
联结装置的主要形式有:法兰螺栓联结装置、卡板类持器联结装置、四点静不定吊挂联结装置及自调螺栓联结装置。宝钢300吨转炉采用的是自调螺栓联结装置。
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整个连接装置由两部分组成:一部分是托圈上部三组互成120度配置的自调螺栓装置;另一部分是安装在耳轴部位的托圈上下两组止动托架。
三个互成120度的调节螺栓,用销轴连接在托圈上盖板上的支承座上,可在销轴上任意摆动,其上面通过两块球面垫片联结在炉壳法兰的销孔中,并用螺母锁紧靠着球面自调螺栓可作任意摆动,在炉体处于直立位置时,三组自调螺栓承受了炉体的自重,当炉体倾动时,三组自调螺栓承受垂直托圈平面载荷外还要由出钢口对侧自调螺栓装置来承受倾动力,因它距耳轴中心距离最远。在炉体受热膨胀时,焊在炉壳上的法兰推动卡在其销孔中的球面垫片外移,借着球面的作用自调螺栓便倾斜,因此炉体可在托圈内相对位移不受约束,自调螺栓最大倾角为6.9度,相应炉壳最大径向膨胀量为130mm。
承受平行托圈平面方向载荷的两组托架分别装在两耳轴部位的托圈上下平面上,托架是焊在炉壳上并嵌入托圈凹槽内,托架与凹槽仅在侧面相接触,以制其横向位移并平行托圈平面方向载荷。
这种装置属三点静定支承装置,能很好满足对联接装置各项性能要求,且结构简单,是一种运转可靠值得推广的联结装置。 2.2.4转炉倾动机构 一、倾动机械工作特点
倾动机械是用以转动炉体,已完成转炉兑铁水、出钢、加料、修炉等一系列工艺操作,因此倾动机械是实现转炉炼钢生产的关键设备之一,它的工作特点是:
1.低转速大减速比
转炉工作对象是高温液态金属,在冶炼过程中还要进行上述的各项工艺操作,要求炉体能平稳倾动准确定位,因此炉子皆采取低转速的倾动速度,通常倾动转速为0.1~1.5/分。为获得如此低的倾动速度,需要很大的速比,一般约为600~1000,甚至更高。例如我国120吨转炉速比为753.35,300吨转炉速为638.245。
2.重载
转炉炉体自重很大,再加上炉液重量,整个被倾动部分的重量要达到上百吨甚至几千吨重,通常炉子回转部分总重约为炉子容量的6~8倍。例如50吨炉子回转部分重量为354吨,而120吨和300吨炉子分别为887吨和2000吨重。要使这样重的炉子倾动,就
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