转炉三点支撑销轴支撑板在线处理的研究与应用

时间：2024-10-25

李洪博

（河钢唐钢检修分公司，河北唐山 063000）

转炉三点支撑作为连接托圈和转炉炉本体的重要部件，在转炉出钢口的对侧，及两侧均布分布，三点互成120°角。在转炉静态和冶炼过程中三点支撑承载转炉的负荷，当转炉处于冶炼或出渣垂直位置时，支撑炉体的主要受力部件为三个球铰螺栓、球铰螺栓支撑销轴及其附件。当炉体处于水平出钢位置时，主要受力部件为炉体止动挡块。球铰工作部位温度高，热应力大，工作过程中承受的载荷大。转炉炉壳在旋转过程中三点受力不同，导致球铰螺栓支撑销轴与托圈上的支撑板之间局部磨损较为严重。炉体把持器位于止动挡块两侧，分布于托圈的上下表面，托圈上表面三组，下表面四组，是防止炉壳轴向旋转的重要部件。三点支撑销轴与支撑板之间间隙大，导致转炉炉体把持器偏载增加，从而导致炉体把持开裂，属于重大设备隐患。需要对三点支撑销轴支撑板进行处理，恢复图纸的配合公差，消除设备隐患。

不锈钢2#转炉为120t转炉，炉壳支撑方式为三点球铰螺栓连接方式，2019年1月开始炉体把持器经常开裂，摇炉时有异响，检查发现西北侧三点支撑销轴径向间隙8mm～16mm， 2019年6月大修时对2#转炉进行彻底处理。

转炉三点支撑销轴支撑板的处理存在的问题：

方案一：将磨损部位支撑板切除，重新在原位置焊接支撑板，支撑板厚度为180mm，此种方案的弊端为在线焊接工作量大，焊接质量难以控制，焊后支撑板变形无法控制，支撑板作为连接球铰螺栓和托圈的受力部件，一旦断裂将造成重大设备事故，此种方案风险系数极高，所以确定检修方案的过程中摒弃这种检修方案。

方案二：将出现磨损部位的球铰螺栓套件破坏性拆除，使用机床在线对支撑板磨损部位进行扩孔加工，通过图纸及现场实际情况对在线加工机床进行定位，确保加工后的支撑板同轴度，恢复磨损部位的配合公差。综合比较，此种方法风险小，处理后能够保证设备的稳定运行，所以采用此种检修方案。

图1 转炉具体结构

1 采用方案二的施工过程如下

（1）转炉销轴支撑板的修复穿插在转炉炉役大修期间，拆除转炉炉衬后，拆除妨碍球铰螺栓移出的群板，待砌完出钢口后，摇炉至转炉炉口垂直向上。由于拆除炉衬，炉壳重量加残渣重量按200t计算，现场使用两台200t液压顶镐完全可以顶起炉壳，在转炉四周搭设脚手架作为检修平台。在西北侧支撑螺栓两侧托圈和炉体法兰之间架设两台200t液压千斤顶，液压千斤顶使用前进行试动作，液压千斤顶垫铁使用时1组不能超过2块，以免垫铁发生崩塌造成人身伤害。起泵起升液压顶给炉壳倾斜向上的力，这样炉壳已另外两个球铰螺栓为支撑，通过图纸核算和现场设备确认，能够补偿转炉炉壳受力后能够顶起高度30mm，上球面垫（二）进行机加工，子口高度保留20mm。

图2 转炉炉壳外部结构

（2）检修人员使用吹氧管配合气焊切割球铰螺栓螺母及支撑板销轴，支撑板销轴从支撑板与球铰螺栓之间延径向断开，使用吹氧管吹销轴的同时清理融融冷却的钢水。使用气焊延炉壳大法兰向外平行切割豁口，切割豁口的原则：使球铰螺栓进出自由，又避免焊接填充工作量过大，切割下法兰块做好方位标记。球铰螺栓直径为230mm，炉壳法兰厚140mm，使原有炉壳法兰孔形成向外250mm的C形豁口，上球面垫（二）拆除，使用气焊将上球面垫（二）沿纵横中心线切成四部分拆除，注意使用气焊切割时不要破坏法兰。

图3 具体实施流程

（3）在球铰螺栓上焊接吊点，使用25t汽车吊配合2t手拉葫芦将球铰螺栓移出。气焊切割后炉壳法兰切口在现场进行修边、开上坡口、打磨处理，大法兰母材采用20°V型坡口。以备回填焊接时顺利。切割下的法兰块要求采用V形坡口，机加工坡口角度20°，坡口要留8mm～10mm钝边。200t液压千斤顶同时向上顶炉壳，使炉壳缓慢上升高度30mm，炉壳法兰与托圈加垫块防止千斤顶泄压。

（4）依据支撑板销轴孔磨损程度现场对销轴孔进行镗孔加工，按照镗孔后的配合尺寸公差对销轴及球铰螺栓进行加工，现场加工托圈上支撑支撑座销轴孔。在线加工机床加工过程：在线加工机床由驱动电机，主轴，调节机构及镗刀组成，使用在线加工机床加工支撑板关键是确保两个支撑耳板销轴孔的同轴度。结合图纸通过挂线找到支撑板中心。现场组装机床前需要拆除西北侧炉体把持器一块，机床定位后测量机床的水平度，要求水平度0.05/1000mm，对刀，粗车，精车的工序对支撑板孔进行加工，使用专用的内径千分尺在线测量镗孔后支撑板销轴孔的内径，满足配合尺寸后拆卸在线加工设备。根据销轴支撑板的磨损情况确定扩孔后的销轴支撑板销轴孔直径为285mm。

三点支撑支撑板扩孔后受力校核：转炉装钢后炉壳总重量按600t计算。则三点支撑每处受力为200t，支撑板厚度为180mm，抗拉强度为345Mpa，A=600mm。

2R=455.07mm＞285mm,满足使用要求。

图4 应力集中系数（ jα）

图5 销轴及球铰螺栓销轴孔

（6）销轴穿好后，起升液压千斤顶，拆卸垫块，缓慢下降炉壳，直至炉壳大法兰完全坐落在推力关节轴承上，球面垫子口完全吻合。

（7）填补C形豁口，将加工好的填补钢板放在豁口处，用水平尺找平，钢板底部焊接挡块。焊接大法兰的焊接质量保证措施；综合比较各种焊接方法，选用CO2气体保护焊焊接，热量输入集中，焊接过程中可以有效控制焊接热量输入，焊接过程中需做好防风措施。焊丝选用ER50-6焊丝，焊接时母材和填补板材需恒温150℃，确保焊缝焊透，焊接直至填满坡口。焊接结束后，使用手砂轮打磨大法兰上焊口，将焊口打磨平整。

图6 填补C形豁口

（8）炉壳C型法兰焊接后热处理方案：法兰焊接后使用热处理加热器对焊接部位进行热处理，热处理最高温度控制在550℃～580℃，在焊口部位铺设加热毯并固定，加热时温升控制为80℃/h，冷却速度控制为80℃/h，冷却至200℃后进行空冷，加热、冷却过程使用测温枪对温度进行检测。

图7 锅炉仪表温度控制

（9）由于球铰支撑螺栓采用T型螺栓，T型螺栓自锁校验：三点吊挂球铰螺栓型号Tr230*12，螺栓外径230mm，螺栓中径224mm。

导程角正切=导程/（中径*3.14）=0.017。

导程角=arctg0.017=0.97°。

梯形螺纹螺旋升角小于5°时，具有自锁功能，虽然设计图纸上没有明确要求螺母的紧固要求，但是结合三点支撑型转炉结构的特点，结合之前唐钢一钢轧厂转炉的三点支撑的处理经验，对三点支撑螺母紧固力矩要求为120KN·m，紧固方法为：使用50mm厚钢板制作力臂为1200mm的扳手，使用10t的电动葫芦施加外牵拉力，螺母紧固到位后焊接挡块。恢复拆除的裙板，完成三点支撑板的在线处理工作。