轉爐吹氬孔在線加工技術

梁 棟，張瑞海，朱 超，陳學明，張 健

(萊鋼集團機械制造有限公司，山東 萊蕪 271104)

0 引言

在冶金行業中，按氣體吹入轉爐內的部位劃分，轉爐煉鋼主要有頂吹、底吹和頂底復吹三種方式。頂底復吹轉爐由于其生產速度快、產量大，單爐產量高、成本低、投資少，是頂吹轉爐和底吹轉爐冶煉技術不斷發展的必然結果，也是目前使用最普遍的煉鋼設備。

轉爐設備主要由轉爐爐體和傾動機構等組成，而轉爐爐體由爐殼、托圈、耳軸(包括傳動側和非傳動側耳軸)、軸承座和爐襯等組成;傾動機構則包括電動機、制動器和減速器等。

目前，萊鋼集團老區煉鋼廠仍有一部分轉爐設備為氧氣頂吹轉爐，冶煉時容易造成熔池攪拌不均勻、易噴濺，吹煉前期化渣較慢，后期熔池鋼水成份、溫度、氧化性不均勻等問題，造成產品品種單一，產品質量不穩定、效益較低。因此，為實現舊式轉爐的頂底復吹冶煉效果，需要對轉爐進行底部吹氬技術改造。

1 工藝分析

為了克服氧氣頂吹轉爐工藝上的缺點，提高設備利用率，提高產品質量，縮短改造工期，降低改造成本，通過可行性方案分析，其中，對氧氣頂吹轉爐進行在線技術改造是較為理想的方案。同時，為轉爐底吹氬攪拌裝置設計的氬氣進氣路線為:氬氣從旋轉接頭－非傳動側耳軸－經由引出管道通至爐底底部吹氬孔，從而將氬氣引入轉爐爐體內。由于爐底底部吹氬孔用氣割的方法即可完成，因此，在“非傳動側耳軸”上鉆削軸向和徑向吹氬孔即成為本次在線加工方案順利實施的關鍵所在。

圖1為轉爐“非傳動側耳軸”圖，左側尺寸φ720n7與“托圈”裝配;右側尺寸φ710r7與“軸承座”裝配;在尺寸φ408處安裝“旋轉接頭”。而所設計的吹氬孔通路如圖1所示，主要在“非傳動側耳軸”的軸向鉆削3－φ30孔，徑向鉆削3－φ24孔及Rc3/4管螺紋，從而使得軸向和徑向孔貫通，形成3路吹氬通道。

圖1 “非傳動側耳軸”圖Fig.1 Trunnion on the non-drive side

2 深孔加工設備的設計

深孔加工是指孔深與直徑之比L/d≥10的孔的加工，這是機械加工中的一道難題，尤其是細長孔的加工，難點在于刀具細長，剛度差，強度低，易引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常會產生直徑變大，出現錐形，孔偏斜或斷刀等現象。因此，如果采用普通設備加工深孔，很難達到加工質量的要求。

如圖1所示，通過尺寸計算，“非傳動側耳軸”軸向φ30 mm孔孔深為820mm，徑向φ24 mm孔孔深為480 mm，L/d分別約為27和20，均屬于細長孔。因此，在線加工吹氬孔時，為使“非傳動側耳軸”的3對軸向和徑向吹氬孔準確連通，應保證每對軸向φ30 mm孔和徑向φ24 mm孔始終處在同一平面內且相互垂直，同時還應提高刀具的剛度、強度，改善刀具的散熱和排屑效果等。因此，設計并制作了一種專用在線深孔加工設備，該設備主要由“深孔鉆”、“機械滑臺”、“鉆削動力頭”、“變頻電機”、“帶傳動機構”等組成，如圖2所示。

圖2 深孔加工設備示意圖Fig.2 Schematic of deep hole drill

2.1 深孔鉆的選擇

目前，深孔加工的鉆具主要有槍鉆、BTA鉆、雙管噴吸鉆、DF系統及SIED技術等。由于槍鉆不設斷屑臺，可多次重磨，所以應用較普遍。同時，槍鉆為不可拆卸結構，如重磨時拆卸，安裝不便，鉆頭報廢時鉆桿不能重復使用，鉆頭直徑越大，鉆桿越長，則刀具成本越大。槍鉆較適用于直徑φ35 mm以下的深孔加工;BTA鉆、雙管噴吸鉆等內排屑深孔鉆則為可拆卸結構，但不具備多次重磨性能，更適用于直徑φ35 mm以上的深孔加工。本次所鉆深孔的直徑分別為φ30 mm和φ24 mm，選用了槍鉆作為此次鉆孔的主要刀具，規格分別為φ30 mm×1200 mm和φ24 mm×600 mm。

如圖3所示，槍鉆主要由鉆頭、鉆桿和鉆柄等三部分構成，具有單切削刃、自動排屑及冷卻潤滑、自導向等功能。鉆削工件時，為了使鉆頭順利、正確地進入工件，需要先用短鉆頭在工件上鉆出一段較短的鉆頭引導孔。

為了使槍鉆具備自動排屑和冷卻潤滑的功能，配備了旋轉輸油器與刀具進給座合成一個部件，主要用于將高壓切削液導入槍鉆的進油通道，而且進給座具備供鉆柄定位、夾緊和傳送轉矩、保證密封等功能;輸油器是固定不轉動的，且與進給座形成密封的滾動配合;切削液進入輸油器空腔后，通過進給座孔輸入鉆柄和鉆桿的通油孔，達到切削刃部，從而冷卻潤滑刀具并通過槍鉆V形出屑槽排屑。

圖3 槍鉆構造Fig.3 Structure of gun drill

2.2 機械滑臺的選擇

機械滑臺是深孔加工設備的主體床身，主要由床身、滑板、絲杠、變速箱及電機等組成，其中滑板在本體上可做往復運動，如圖2所示。根據所需鉆孔的深度和現場設備放置空間的大小，確定機械滑臺的行程為1 500 mm，滑臺長度為2 600 mm，寬度為500 mm;為了實現槍鉆的切削進給量可控，增設了電機變頻控制器，使得滑板的運動能夠進行無極調速。

3 加工方案的制定與實施

根據現場實際情況和加工需要，方案的主要操作步驟包括:現場清理、平臺搭建、機床安裝、找平、搖爐找正、軸向徑向鉆孔攻絲、機床及平臺拆除、現場恢復等。

3.1 現場清理和平臺搭建

首先應進行現場清理和機床平臺搭建工作，將影響“深孔加工設備”安裝、調試的周邊設施清除或清理，并根據現場及設備的實際情況，搭建“深孔加工設備”安裝平臺。平臺搭建過程中，應注意“深孔加工設備”的鉆孔高度，即應保證平臺至所鉆孔的高度應大于“深孔加工設備”底面至鉆削動力頭主軸中心的高度，且應不影響轉爐搖爐。

3.2 機床安裝及找平

為提高加工精度，在“非傳動側耳軸”的軸向和徑向處各安裝一臺“深孔加工設備”，準備8個可調墊鐵，將該設備置于可調墊鐵上，用水平儀檢測機械滑臺的水平度，并通過調節可調墊鐵使機械滑臺保持水平;同時用經緯儀檢查、調整設備，確保兩臺設備的主軸處于同一水平面上，如圖4所示。

在耳軸軸向方向上，將軸向機床鉆頭對準需要加工的第一個軸向孔，制作校正塊，與耳軸相連，安裝百分表并用百分表打表找正，使鉆削動力頭中心線與待鉆孔的中心同軸，找正完成后，在平臺上焊接螺柱將滑臺固定。

在耳軸徑向方向上，以耳軸軸肩平面作為定位面，調整滑臺使鉆頭中心線與軸肩平面平行，同時，以耳軸外圓找正，調整鉆頭中心與耳軸中心線共面，找正完成后，在平臺上焊接螺柱將滑臺固定。

3.3 吹氬孔加工

滑臺找正、固定后，軸向和徑向深孔加工設備的動力頭中心線應分別與待鉆φ30 mm孔和φ24 mm孔的中心一致，如圖4所示。

為提高鉆孔效率，一組軸、徑向孔可在一次搖爐后同時進行加工。鉆孔前，首先使用普通鉆頭為槍鉆打引導孔，然后再用深孔鉆設備鉆削深孔。鉆完第一組軸向φ30 mm孔和徑向φ24 mm孔后，轉動轉爐(即搖爐)至下一組孔的正確位置，進行第二組軸向φ30 mm孔和徑向φ24 mm孔的加工，依次類推，直至3組吹氬孔全部鉆削完成，最后，攻絲Rc3/4。

圖4 深孔加工示意圖Fig.4 Schematic of deep hole drilling

4 結束語

通過對舊式轉爐進行技術改造，增設了轉爐底吹氬攪拌裝置，實現了轉爐頂底復吹冶煉效果，提高了轉爐設備利用率，避免了頂吹氧氣轉爐的缺點，提高了廢鋼加入量，提高了轉爐的生產能力，金屬收得率和產品質量;設計制作了專用深孔加工設備，并進行深孔的在線加工，降低了停爐時間和生產成本。本次改造轉爐共計三臺，節約直接成本255萬元，同時也為今后的在線加工服務提供了有力的技術支持。

［1］張樹森.機械制造工程學［M］.沈陽:東北大學出版社，2001.

［2］左敦穩.現代加工技術［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2005.

［3］叢林，逄亞男.萊鋼80t轉爐自動控制系統的設計［J］.冶金動力，2006(04).

［4］陳元學，張義才.復吹轉爐濺渣護爐工藝優化［J］.煉鋼，2009(06).

［5］王筱留主編.鋼鐵冶金學［M］.冶金工業出版社，1991.

［6］張運生，王林.酒鋼120t轉爐煤氣回收及爐口微差壓自動控制［J］.金屬世界，2010(03).