轉爐耳軸裂紋原因分析與修復

薛 鵬

(萊蕪鋼鐵集團有限公司機械動力部，山東 萊蕪 271104)

一、設備狀況

萊鋼銀山型鋼有限公司有3座100t轉爐。2010年發現3#轉爐傳動側和非傳動側耳軸出現裂紋，造成重大設備隱患，之后又對1#、2#、3#轉爐表面著色滲透探傷、超聲波探傷，發現1#～3#轉爐耳軸均存在裂紋且急劇惡化，必須停產修復。而更換轉爐耳軸的工期長，工程量大，損失大。

3＃轉爐耳軸裂紋有4道較嚴重，間距200mm，其中一道長300mm，已延伸到耳軸軸承內部，且正在急劇惡化。1＃轉爐、2＃轉爐的耳軸裂紋也較為嚴重。目前，國內外鋼鐵企業轉爐耳軸出現裂紋后基本都采用整體更換，尚未有現場修復經驗。

二、原因分析

1.化驗取樣

在3#轉爐耳軸修復前，對材質進行的取樣分析結果如下。

(1)硬度檢測

①傳動側檢測結果見表1。

表1

表2

如表1、2所示：裂紋處硬度比非裂紋處高，并高于原設計硬度(241～269HB)，最高處達338HB，其他部位基本符合原設計標準。

(2)金相分析

對耳軸裂紋及完好處取樣塊進行金相分析，結果如下。

①該耳軸的晶粒組織十分粗大，屬非正常形態(圖1)。

②非傳動側檢測結果見表2。鋼中含有較大的夾雜物(圖2)。

2.具體原因

(1)材料選擇

37SiMn2MoV為綜合性能優良的高級調質鋼，淬透性高，調質后具有較高的強度，使用溫度范圍為-20～520℃。但韌性略低，焊后表面極易變脆。

(2)制造加工

耳軸為大型鍛件，在制造過程中尤其是錐體部位，壓縮比小，晶粒較粗大，達不到鍛件應有的組織形態，因而錐體部位質量較難控制。而3#轉爐耳軸在制作時，制造廠家降低了探傷級別。

(3)現場工況

轉爐煉鋼時，大量的1 600℃以上的鋼渣從爐口噴出，部分濺到耳軸錐體部位，使耳軸錐體表面溫度快速升高，由于耳軸本身有冷卻水，升高的部位又快速冷卻下來，使耳軸表面形成了一層硬脆層。硬脆層在交變應力作用下，形成表面龜裂。同時因為轉爐搖爐時存在著高速制動的問題，使轉爐沖擊晃動比較嚴重，錐體受力加大，從而加劇了裂紋的擴展速度。

三、修復方案

針對3#120t轉爐進行了滲透探傷、超聲波探傷、硬度檢測、光譜檢測、金相分析及焊補實驗，通過分析研究，最終確定只要對耳軸表面淬硬層及裂紋修復即可恢復到原設計狀態，達到使用要求。針對耳軸屬于大鍛件、持續承受較大交變應力的特點，在耳軸修復上采用國外先進保養焊接技術，首先剝掉裂紋區域母材，然后用進口特種合金焊條進行現場焊接，焊接過程中多遍焊接工序之間使用風鎬來消除應力，焊接后采用磨削和保溫措施，并最后在表面焊一層保護層。通過以上措施，保證了焊接質量，減少了應力的產生。

四、效益

1.直接效益

計算備件費用、施工費用和修復成本，直接經濟效益約6 954萬元。

2.間接效益

若3座轉爐全部長期停產，將造成巨大經濟損失，此修復方案節約停爐停產時間近90天，間接效益巨大。