宋燕民① 路見偉 陳 泉
(安陽鋼鐵股份有限公司 河南安陽 455004)
摘 要：煉鐵高爐在爐役中后期，由于風(fēng)口中套上翹，風(fēng)口角度發(fā)生變化后對(duì)爐缸和噴煤都有一定影響，且風(fēng)口大套密封面被擠壓變形，致使風(fēng)口中套與大套密封失效，高爐煤氣外泄，影響高爐安全生產(chǎn)，為此研制出一種利用高爐大中修時(shí)在線修復(fù)風(fēng)口大套新技術(shù)，并在安鋼兩座高爐大修時(shí)使用，取得良好效果。
關(guān)鍵詞：高爐；風(fēng)口大套；變形；在線修復(fù)
1 前言
煉鐵高爐在爐役中后期生產(chǎn)過程中，風(fēng)口組合磚由于長(zhǎng)期受 K、Na、Zn、Pb 等有害元素侵蝕破壞作用，使風(fēng)口組合磚上漲，不斷擠壓風(fēng)口大套和中套下部，造成風(fēng)口中套不同程度上翹［1］，風(fēng)口進(jìn)風(fēng)角度發(fā)生變化后對(duì)爐缸和噴煤都有一定影響; 風(fēng)口大套密封面被擠壓變形，致使風(fēng)口中套與大套密封失效，高爐煤氣外泄，影響高爐安全生產(chǎn)。
高爐風(fēng)口大套大部分設(shè)計(jì)為與爐殼焊接結(jié)構(gòu)，更換難度較大，為此研制出一種利用高爐大中修時(shí)在線修復(fù)風(fēng)口大套新技術(shù)，并在安鋼兩座高爐大修時(shí)使用，取得良好效果。
2 進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)
高爐進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)如圖 1 所示，包括風(fēng)口大套、風(fēng)口中套、風(fēng)口小套、直吹管、補(bǔ)償器和鵝徑管; 風(fēng)口大套為鑄鋼件，無水冷，與高爐爐殼焊接固定一起; 風(fēng)口中套為銅件水冷結(jié)構(gòu)，與風(fēng)口大套采用錐面密封，用 4 個(gè)頂絲定位; 風(fēng)口小套為純銅件水冷結(jié)構(gòu)，下斜 5°，與風(fēng)口中套采用錐面密封，下沿用頂桿定位; 直吹管外殼為鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部澆筑耐火材料，前端部球頭有水冷，煤槍從側(cè)面插入，與風(fēng)口小套采用球面密封，與補(bǔ)償器采用法蘭連接，下部用拉桿拉緊保證與小套密封; 補(bǔ)償器外殼為鋼結(jié)構(gòu)，兩組波紋管，內(nèi)部澆筑耐火材料，波紋管處耐火材料為迷宮式結(jié)構(gòu)，與鵝徑管采用法蘭連接; 鵝徑管外殼為鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部澆筑耐火材料，與熱風(fēng)圍管焊接在一起。熱風(fēng)從熱風(fēng)圍管經(jīng)補(bǔ)償器、直吹管、風(fēng)口小套進(jìn)入爐內(nèi)。
3 風(fēng)口中套上翹對(duì)高爐生產(chǎn)的影響
1) 對(duì)爐缸的影響，風(fēng)口中套上翹后改變了高爐進(jìn)風(fēng)角度［2］，熱風(fēng)從風(fēng)口進(jìn)入爐內(nèi)后不是按照原設(shè)計(jì)的向下斜 5°吹向爐缸中心，而是不同程度地向上發(fā)生了偏移，造成爐缸吹不透，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致爐缸堆積，尤其是爐缸邊緣不活，非常容易造成燒風(fēng)口小套。
2) 對(duì)噴煤的影響，風(fēng)口中套上翹后，小套的安裝角度也隨之發(fā)生變化，而直吹管的安裝位置及煤槍插入角度都是固定的，造成煤槍插不到風(fēng)口小套中心，在當(dāng)今高爐大煤比噴吹的情況下極易磨壞風(fēng)口小套，有時(shí)通過調(diào)整煤槍的彎曲程度使煤槍出口接近風(fēng)口中心，但稍有不慎煤槍可能會(huì)從中間磨漏，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)將發(fā)生吹管燒的惡性事故; 甚至有些上翹嚴(yán)重的風(fēng)口已無法進(jìn)行噴煤，對(duì)高爐噴煤指標(biāo)影響較大。
3) 煤氣泄漏，風(fēng)口中套上翹后，中套與大套之間的相互擠壓，久而久之風(fēng)口大套被擠壓變形，使大套和中套之間的密封失效，高爐煤氣泄漏，給高爐安全生產(chǎn)帶來隱患。
4 治理措施及在線修復(fù)工藝研制
高爐風(fēng)口中套發(fā)生上翹后對(duì)爐內(nèi)操作和爐外安全都是隱患，但生產(chǎn)過程中無法處理，只能在高爐檢修時(shí)更換風(fēng)口中套來緩解一下上翹程度，從根本上解決不了問題，而且造成備件成本升高。由于風(fēng)口大套密封面已變形，即便更換了風(fēng)口中套，煤氣泄漏仍未解決，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)風(fēng)口平臺(tái)煤氣濃度均在 200ppm 以上，靠近風(fēng)口區(qū)煤氣濃度更大，生產(chǎn)期間操作人員上風(fēng)口平臺(tái)都必須佩戴防毒面具。為治理煤氣泄漏，采取了很多辦法進(jìn)行封堵，但都收效甚微，只能靠軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)來降低煤氣濃度。
安鋼 2#高爐爐容 2800m3，有 30 個(gè)風(fēng)口，除1#和 16#為法蘭連接外其它均為焊接結(jié)構(gòu)，爐役后期風(fēng)口中套不同程度上翹，大套密封面跑煤氣嚴(yán)重，高爐大修時(shí)決定徹底處理，但由于風(fēng)口大套與爐殼焊接的特殊結(jié)構(gòu)，如果更換就必須對(duì)爐殼進(jìn)行切割和焊接，且風(fēng)口帶爐殼比較特殊，焊接工藝復(fù)雜，不可控因素較多，若留下焊接缺陷將影響下一代爐役的生產(chǎn)，另因更換風(fēng)口大套將占用大修主工期且時(shí)間較長(zhǎng)，故決定采用在線修復(fù)的方法進(jìn)行處理，高爐大修前夕，經(jīng)與設(shè)計(jì)院和施工單位共同研究試驗(yàn)，研制出一種可在線修復(fù)高爐風(fēng)口大套的裝置，如圖 2 所示，動(dòng)力箱 6 是利用車床的床頭箱改裝后做為動(dòng)力源，主軸 2 由前支撐 1 和后支撐 5 固定，前后兩支撐均鑲銅套，前支撐 1 固定在風(fēng)口大套前端面，后支撐 5 固定在風(fēng)口大套外端內(nèi)壁上，成型刀架 4 穿在主軸 2 上，配有滑鍵，可在主軸 2 上滑動(dòng)，加工風(fēng)口大套時(shí)用定位螺釘固定，成型刀架上安裝有進(jìn)刀臺(tái)，進(jìn)刀臺(tái)的安裝角度與風(fēng)口大套密封面錐度一致，車銷進(jìn)刀時(shí)保證密封面 1: 4 的錐度，動(dòng)力箱 6 固定在底板 7 上，底板 7 為厚度 100mm 的鋼板。在線加工修復(fù)時(shí)動(dòng)力箱 6 帶動(dòng)主軸 2 旋轉(zhuǎn)，成型刀架 4 隨主軸 2一起轉(zhuǎn)動(dòng)，手動(dòng)進(jìn)刀進(jìn)行切銷。
5 風(fēng)口大套在線修復(fù)實(shí)施
1) 高爐停爐大修時(shí)，爐內(nèi)爐料殘?jiān)F清理干凈，特別是風(fēng)口大套前端的作業(yè)空間要滿足施工要求，需更換的冷卻壁全部拆除后，保證進(jìn)入爐內(nèi)的作業(yè)安全。
2) 拆除風(fēng)口小套、風(fēng)口中套、直吹管及相關(guān)附件，風(fēng)口平臺(tái)清理干凈。
3) 數(shù)據(jù)測(cè)量，將風(fēng)口大套密封面清理干凈，用內(nèi)徑千分尺對(duì)大套密封面內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出變形量，如表 1 是安鋼 2#高爐大修時(shí)實(shí)測(cè)的風(fēng)口大套數(shù)據(jù)。
4) 鋪設(shè)底板，安裝時(shí)底板上平面要保證水平，根據(jù)風(fēng)口大套的中心高和動(dòng)力箱的外形尺寸，底板上面標(biāo)高要留有動(dòng)力箱調(diào)整的空間，底板作為動(dòng)力箱的支撐平臺(tái)，固定要牢靠，避免加工過程中動(dòng)力箱產(chǎn)生振動(dòng)或位移，底板位置調(diào)整好后，底板下部支撐點(diǎn)受力均勻，底板前端與爐殼焊接連接 3～4 處，后端與風(fēng)口平臺(tái)焊接加固，必須采用型鋼焊接的方式進(jìn)行加固。
5) 前支撐安裝，前支撐的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，大端直徑為 900mm，安裝前在風(fēng)口大套前端面上以大套中心為圓點(diǎn)畫出 Φ900 的圓作為參考線，將前支撐吊到位，調(diào)整位置使前支撐大端外圓與風(fēng)口大套前端面參考線重合，同時(shí)用水平儀測(cè)量?jī)?nèi)孔處于水平狀態(tài)，焊接固定。
6) 主軸用成型刀架安裝，主軸的安裝精度直接影響到風(fēng)口大套的修復(fù)質(zhì)量，主軸安裝調(diào)整分兩步進(jìn)行［3］。
⑴粗略定位，先將成型刀架和后支撐安裝到主軸上，整體吊裝至風(fēng)口大套內(nèi)，成型刀架如圖 4 所示，對(duì)稱有四個(gè)支撐臂，支撐臂端部是經(jīng)過加工外形與風(fēng)口大套密封面尺寸一致，在兩個(gè)支撐臂之間安裝有進(jìn)刀臺(tái)，安裝角度與風(fēng)口大套密封錐面斜度一致，輪轂上設(shè)有滑鍵槽和定位螺釘。調(diào)整主軸和成型刀架使支撐臂插入風(fēng)口大套密封面內(nèi)，主軸前端插入前支撐銅套，主軸用水平儀測(cè)量保持水平，用鋼板尺測(cè)量主軸在風(fēng)口大套外端圓周四個(gè)方向的尺寸，調(diào)整為一致，焊接固定后支撐。
⑵精確找正，首先用水平儀測(cè)量，通過微調(diào)前、后支撐將主軸調(diào)整水平; 再用百分表測(cè)量風(fēng)口大套錐形密封面大端垂直方向尺寸，采用刀桿整體調(diào)整的辦法，將刀桿中心與風(fēng)口大套中心在豎直方向調(diào)整一致，用同樣的方法在風(fēng)口大套密封面小端將刀桿中心與風(fēng)口大套中心水平方向調(diào)整一致; 之后結(jié)合之前的測(cè)量數(shù)據(jù)，采用借料加工的找正方式，用百分表測(cè)量，通過微調(diào)前后支撐和刀桿，使刀桿旋轉(zhuǎn)中心與風(fēng)口大套中心重合，誤差需控制在 0． 05mm 以內(nèi)。
7) 動(dòng)力箱安裝，根據(jù)已找正的主軸，利用百分表、水平儀及角度尺，調(diào)整動(dòng)力箱體位置，使動(dòng)力箱卡盤回轉(zhuǎn)中心與刀桿中心重合，連接主軸并將動(dòng)力箱固定在底板上。
8) 修復(fù)加工，將成型刀架后退，使四根支撐臂脫離風(fēng)口大套密封面，緊固定位螺釘將成型刀架固定在主軸上，根據(jù)風(fēng)口大套錐形密封面的變形量，選擇合適的刀具和切削用量，確保密封面加工后的精度和粗糙度，分多次車削修復(fù)，直至密封面 90% 以上被加工到且同一點(diǎn)軸向無貫通狀未加工痕跡，加工完成后拆除所有裝置，用砂紙手工打磨拋光密封面; 用內(nèi)徑千分尺檢驗(yàn)并用提前準(zhǔn)備好的模具進(jìn)行試裝，用塞尺檢查裝配間隙，達(dá)到大套與中套的密合面間用 0． 10mm 塞尺檢查，塞入深度不大于接觸長(zhǎng)度的三分之一為合格。
9) 風(fēng)口大套修復(fù)檢測(cè)結(jié)果，安鋼 2#高爐風(fēng)口大套在線修復(fù)后經(jīng)過用內(nèi)經(jīng)千分尺對(duì)錐形密封面實(shí)測(cè)，其不圓度均小于 0． 10mm，風(fēng)口中套安裝后恢復(fù)了水平狀態(tài)，用 0． 10mm 塞規(guī)對(duì)密封面逐個(gè)檢測(cè)，插入深度均小于密封面接觸長(zhǎng)度的三分之一，符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB50372－2006《煉鐵機(jī)械設(shè)備工程安裝驗(yàn)收規(guī)范》中對(duì)風(fēng)口大、中套安裝驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。高爐投產(chǎn)后，檢查無煤氣泄漏，同時(shí)也解決了煤槍插不到風(fēng)口中心的隱患，達(dá)到了預(yù)期效果，滿足了高爐生產(chǎn)工藝需求。
6 結(jié)束語
1) 此在線修復(fù)風(fēng)口大套工藝只適合高爐大、中修或爐內(nèi)料面降至風(fēng)口以下且具備人員進(jìn)入爐內(nèi)作業(yè)的情況下才能進(jìn)行。
2) 因風(fēng)口大套密封面斜度為 1: 4，風(fēng)口大套密封面直徑每增大 1mm，風(fēng)口中套裝配時(shí)將多進(jìn)入爐內(nèi) 2mm，所以修復(fù)前實(shí)測(cè)風(fēng)口大套變形量，如果加工量過大將造成大套與中套配合長(zhǎng)度變小，此時(shí)要考慮調(diào)整風(fēng)口中套裝配尺寸。
3) 效率較低，主要是主軸和成型刀架找正時(shí)間過長(zhǎng)，一般安裝找正需要 15～18h，切削加工需要 6～8h，拆除需要 2h，修復(fù)一個(gè)大套約需要一天的時(shí)間，如果工期短且需修復(fù)數(shù)量較多時(shí)，考慮準(zhǔn)備兩臺(tái)動(dòng)力箱及 3～4 套主軸、成型刀架等配套部件，循環(huán)作業(yè)，可大大提高作業(yè)率。
4) 采用銅鋼一體型風(fēng)口中套，用密封板將中套與大套焊接在一起，因銅鋼一體風(fēng)口中套比全銅帶密封鋼圈的風(fēng)口中套焊接性能要好，焊接強(qiáng)度提高，使中套和大套成為一體，大大增強(qiáng)了風(fēng)口大套的抗變形能力［4］。
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