炼钢机械_转炉

7．3．1转炉炉体7．3．1．1炉体结构转炉炉体包括炉壳和炉壳内的耐火材料炉衬，．炉壳用钢板焊成。炉衬包括工作层、永久层及填充层三部分。工作层由于直接与炉内液体金属、炉渣和炉体接触，易受浸蚀，国内通用沥青白云石砖或沥青镁砖砌成。永久层紧贴炉壳，用于保护炉壳钢板。一般采用一层侧砌镁砖，或在镁砖与钢板间加一层石棉板。修炉时，永久层不拆除。在永久层和工作层之间设有填充层，多由焦油镁砂或焦油白云石砂组成。填充层的作用是减轻工作层热膨胀对炉壳压力和便于拆炉。炉壳如图7—8所示，由炉帽、炉身、炉底三部分组成。A炉帽炉帽通常做成截锥形，这样可以减少吹炼时的喷溅损失以及热量的损失，并有利于引导炉气排出。炉帽顶部为圆形炉口，用来加料，插入吹氧管，排出炉气和倒渣。为了防止炉口在高温下工作时变形和便于清除粘渣，目前普遍采用通入循环水强制冷却的水冷炉口。水冷炉口有水箱式和埋管式两种结构。水箱式水冷炉口用钢板焊成，如图7—9所示，在箱内焊有12块隔水板，使冷却水进入炉口水箱能形成回流。这种结构的优点是冷却强度大，易于制造，成本较低。但易烧穿，增加了维修工作量，另外还可能造成爆炸事故。因此，设计时应注意回水管的进水口接近水箱顶部，以免水箱上部积聚蒸气而弓I起爆炸。图7—10所示为埋管式水冷炉口，通常用通冷却水的蛇形管埋于铸铁炉口中。埋入的钢管一般使用20号无缝钢管。水冷炉口材料可以用灰口铸铁、球墨铸铁或耐热铸铁。这种结构的安全性和寿命均比水箱式高，但制造较繁，冷却强度比水箱式低。水冷炉口可用楔和销钉与螺帽连接，由于炉渣的粘结，更换炉口时往往需使用火焰切割，因此我国中、小型·转炉多采用卡板焊接的方法，将炉口固定在炉帽上。国内转炉的设计中，炉帽部位一般不采取任何冷却措施，由于挡渣板直接焊在炉体上，顶部又是呈封闭状态，不利于散热，易使炉帽变形。为克服这个缺点，国内某厂300t转炉不仅在螺帽部位采用盘形水管冷却，且在挡渣板上也焊上蛇形管进行冷却。如图7—11所示，水冷防热罩是由12块梯形挡铁板组成，每块板内有冷却水通路，每3块板串联成一个水路，整个罩有四组水冷通路并联，这样当某组水路断水后也不会影响正常生产。B炉身炉身是整个炉子的承载部分，一般为圆柱形。在炉帽和炉身耐火砖交界处设有出钢口，设计时应考虑使堵出钢口方便，保证炉内钢水倒尽和出钢时钢流应对盛钢桶内的铁合金有一定的冲击搅拌能力，且便于维修和更换。C炉底炉底有截锥型和球形两种。截锥形炉底制造和砌砖都较为方便，但其强度比球形低，故在我国用于50t以下的中、小转炉。球形炉底虽然砌砖和制作较为复杂，但球形壳体受载情况较好，目前，多用于120t以上的炉子。炉帽、炉身与炉底三段间的联接方式决定于修炉和炉壳修理的要求，有所谓死螺帽活炉底和活炉帽死炉底等结构型式。死螺帽活炉底结构参看图7—2。炉帽与炉身是焊死的，而炉底和炉身是采用可拆联接的。此种结构适用于下修法。即修炉时可将炉底拆去，从下面往上修砌新砖。炉底和炉身多采用吊架丁字销钉和斜楔联接。实践证明，销钉和斜楔材料不宜采用碳素钢，最好用低合金钢，以增加强度。活炉帽死炉底结构参看图7—12。死炉底具有重量轻、制造方便、安全可靠等优点，故大型转炉多采用死炉底。这种结构修炉时，采用上修法，即人和炉衬材料都经炉口进入。在有的转炉上为减少停炉时间，节约投资，提高钢产量，修炉时采用更换炉底的方法，将待修炉体移至炉座外修理，而将事先准备好的炉体装入炉座继续吹炼，这种称之为活炉座。为了在活炉座下不增加起重运输能力，且便于修理损坏了的炉帽，可将炉帽与炉身做成可拆连接，而炉身与炉底做成一体，如图7—12所示。7．3．2转炉炉体支承系统转炉炉体的全部重量通过支承系统传递到基础上去，支承系统包括支承炉体的托圈部件，将炉体与托圈连接起来的连接装置以及支承托圈部件的轴承及其支座三部分。而托圈还担负着将倾动力矩传给使其倾转的任务。因此，它们都是转炉机械设备的重要组成部分。7．3．2．1托圈结构托圈是转炉的重要承载和传动部件。它支承着炉体全部重量，并传递倾动力矩到炉体。工作中还要承受由于频繁起动、制动所产生的动负荷和操作过程所引起的冲击负荷，以及来自炉体、盛钢桶等辐射作用而引起托圈在径向、圆周和轴向存在温度梯度而产生的热负荷。因此，托圈必须保证有足够的强度和刚度。图7—13为某厂50t转炉托圈结构。它是由钢板焊成的箱形断面的环形结构，两侧焊有铸钢的耳轴座，耳轴装在耳轴座内。为了便于运输，该托圈剖分成四段在现场进行装配。各段通过矩形法兰由高强度螺栓联接。各个矩形法兰中间安装有方形定位销，用它来承受法兰结合面上的剪力。托圈材质一般采用低合金结构钢。A铸造托圈与焊接托圈对于较小容量转炉的托圈，例如30t以下的转炉，由于托圈尺寸小，不便用自动电渣焊，可采用铸造托圈。其断面形状可用封闭的箱形，也可用开式的[形断面。目前，对中等容量以上的转炉托圈都采用重量较轻的焊接托圈。焊接托圈做成箱形断面，它的抗扭刚度比开口断面大好几倍，并便于通水冷却。B整体托圈与剖分托圈在制造与运输条件允许的情况下，托圈应尽量做成整体的。这样结构简单、加工方便，耳轴对中容易保证，结构受力大。如图7一“所示为国内某厂300t转炉使用的整体托圈。它是钢板焊成的箱形结构，其断面形状为2740X835mm矩形，材质为日本钢号SM41C。内外侧钢板厚为70mm。托圈耳轴座与耳轴是一个整体铸件，其材质为日本钢号SCW49。并与出钢侧和装料两瓣托圈焊成一体。为了增强耳轴座焊接处的强度和刚度，在耳轴座附近焊有横隔板lo，在耳轴两侧各——块。在两轴同一侧两块横隔板之间，还焊有?块均布的立筋板11，立筋板上部开有∮250mm圆孔，下部开有长650mm，宽400mm的长圆孔，如剖视图C—C所示，以增加腹板的刚度。在每两块立筋板中间焊有穿通内外腹板的圆管13，穿通圆管的作用是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12用螺钉固定有保护板6，以防渣罐、钢水罐的辐射热作用。为了降低托圈的热应力，除在托圈内用冷却水循环冷却外，还在炉体与托圈内表面之间进行通风冷却，以改善散热条件对于大型托圈，由于重量与外形尺寸较大(50t转炉托圈重达lOOt，外形尺寸为6800×9990mm)，有时也做成剖分的，在现场进行装配。剖分面以尽量少为宜，一般剖分成两段较好，剖分位置应避开最大应力和最大切应力所在截面。剖分托圈的连接最好采用焊接方法，这样结构简单，但焊接时应保证两耳轴同心度和平行度。焊接后进行局部退火消除内应力。若这种方法受到现场设备条件的限制，为了安装方便，剖分面常用法兰热装螺栓固定。我国120t和150t转炉采用剖分托圈，为了克服托圈内侧在法兰上的配钻困难，托圈内侧采用工字形键热配合联接。其它三边仍采用法兰螺栓连接。国外还有使托圈做成半圆形的开口式托圈(或马蹄形)，炉体通过三支点支承在托圈上。这种托圈炉体更换时从侧面退出，故降低了厂房和起升设备的高度，缺点是承载能力不如闭式托圈好。C耳轴与托圈的连接耳轴多采用合金钢锻造毛坯，也可采用铸造毛坯加工。耳轴与托圈的连接通常有三种方式：(1)法兰螺栓连接(图7--13)。其耳轴以过渡配合(n6，或’m6)装入托圈的铸造耳轴座中，再用螺栓和圆销连接，以防止耳轴与孔发生转动和轴向移动。这种结构的连接件较多，而且耳轴需带一个法兰，增加了耳轴制造困难。但这种连接形式工作安全可靠，国内使用比较广泛。(2)静配合连接(图7—15)。其耳轴具有过盈尺寸，装配时可将耳轴用液氮冷缩或将轴孔加热膨胀，耳轴在常温下装入耳轴孔。为了防止耳轴与耳轴座孔产生转动或轴向移动，在静配合的传动侧耳轴处拧入精制螺钉。由于游动侧传递力矩很小，故可采用带小台肩的耳轴限制轴向移动。这种连接结构比前一种简单，安装和制造较方便，但这种结构仍需在托圈上焊耳轴座，故托圈重量仍较重。而且装配时，耳轴座加热或耳轴冷却也较费事，故目前国内没广泛使用。(3)耳轴与托圈直接焊接(图?一16)。这种结构由于采用耳轴与托圈直接焊接，因此，重量小、结构简单、机械加工量小。在大型转炉上用得较多。为防止结构由于焊接的变形，制造时要特别注意保证两耳轴的平行度和同心度。7．3．2．2炉体与托圈的联接装置A联接装置基本要求炉体通过联接装置与托圈相连接。炉壳和托圈在机械载荷的作用下和热负荷影响下都将产生变形。因此，要求联接装置一方面将炉体牢固地固定在托圈上；另一方面，又要能适应炉壳和托圈热膨胀时，在径向和轴向产生相对位移的情况下，不使位移受到限制，以免造成炉壳或托圈产生严重变形和破坏。为此，有的资料提出，托圈和炉壳之间的间隙厶可取为0.03DL(DL为炉壳外径)。这些是设计联接装置必须考虑的。例如50t转炉的托圈高度为1650mm，直径为6800mm，当炉壳平均温度为300~C，托圈温度为100℃时，炉壳在轴向膨胀量的理论计算值为6.2mm，而托圈为2.06mm，在径向膨胀则分别为25.5和8.5mm。这样，在轴向将出现4.16mm，在径向将出现17mm的相对位移。并且当炉壳温度大于300℃时，相对位移将随温度升高进一步增加。另外，随着炉壳和托圈变形，在联接装置中将引起传递载荷的重新分配，会造成局部过载，并由此引起严重的变形和破坏。所以一个好的联接装置应能满足下列要求：(1)转炉处于任何倾转位置时，均能可靠地把炉体静、动负荷均匀地传递给托圈；(2)能适应炉体在托圈中的径向和轴向的热膨胀而产生相对位移，同时不产生窜动；(3)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受到附加载荷；(4)炉体的负重，应均匀地分布在托圈上，对炉壳的强度和变形的影响减少到最低限度。B联接装置的基本型式目前在转炉上应用的联接装置型式较多，但从其结构来看大致归纳为两类：一类属于支承托架夹持器；另一类属于吊挂式的联接装置。下面着重介绍目前设计中用得较多的吊挂式联接装置。a法兰螺栓联接装置法兰螺栓联接是早期出现的吊挂式联接装置，如图7—17a、b所示。在炉壳上部周边焊接两个法兰，在两法兰之间加焊垂直筋板加固，以增加炉体刚度。在下法兰上均布8～12个长圆形螺栓孔，通过螺栓或销钉斜楔将法兰与托圈联接。在联接处垫一块经过加工的长形垫板，以便使法兰与托圈之间留出通风间隙。螺栓孔呈长圆形的目的是允许炉壳沿径向热膨胀并避免把螺栓剪断。炉体倒置时，由螺栓(或圆锁)承受载荷。炉体处于水平位置时，则由两耳轴下面的托架(见图7—8中的7)把载荷传给固定在托圈上的定位块。而在与耳轴连接的托圈平面上有一方块与大法兰方孔相配合，这样就能保证转炉倾动时，将炉体重量传递到托圈上。由于这种联接装置基本能适应炉壳胀缩，因此，工作中有松动现象，造成炉体倾动时的晃动，对设备不利。实践证明，对螺栓或销钉连接时，注意合理的预紧力，既满足炉壳膨胀要求，又防止晃动。b自调螺栓联接装置自调螺栓联接装置是目前吊挂装置型式中比较理想的一种结构，图7—18和图7—19为我国300t转炉自调螺栓联接装置的结构原理图。炉体1是通过下法兰圈和三个自调螺栓3在圆周上呈1200布置，其中两个在出钢侧与耳轴轴线成300夹角的位置上。另一个在装料侧与耳轴轴线呈900的位置上。自调螺栓通过销用螺母和销将炉体与托圈5联接。当炉壳产生热胀冷缩时，由焊在炉壳上的法兰推动球面垫移动，。从而使自调螺栓绕支座9摆动，故炉体径向位移不会受到约束，而且炉壳中心位置保持不变。图7—18中c、d和图7一19表示了自调螺栓原始位置和炉壳相对托圈的径向位置达到极限位置时的工作状态。此外，由于炉壳只用下法兰通过自调螺栓支承在托圈上面，托圈下部的炉壳上没有法兰与托圈连接‘故托圈对炉壳在轴向没有任何约束，可以自由膨胀。三组自调螺栓装置承受炉体的自重，其中位于出钢口对侧的自调螺栓装置，由于离耳轴中心距离最远，主要由它来承受倾动力矩。而炉体倾到水平位置时的载荷则由位于耳轴部位的两组止动托架传递到托圈，如图7—18a、6所示。上托架6由焊在炉壳上的卡板，嵌入焊在托圈下表面上的卡座内，而下托架7的卡板则通过铰制螺钉固定在炉壳上，这样便于炉体的更换。卡板与卡座仅在侧