煉鋼廠轉爐托圈裂紋產生原因分析及改造措施

錢振平

【摘要】轉爐托圈是轉爐極其重要的設備，起著轉爐支撐、傾動的作用，托圈的狀況是否正常直接關系到煉鋼工序的進行和鋼產量的實現。生產實際中，經常會出現托圈在其耳軸座附近產生裂紋而發生漏水的問題，而當泄漏的冷卻水遇到爐坑中高溫的爐渣或者在出鋼時流入到爐下鋼水包中時，可能引起爆炸，存在巨大的安全隱患。文章就此進行分析。

【關鍵詞】煉鋼廠；轉爐托圈；裂紋；改造措施

一、裂縫產生的原因分析

轉爐托圈產生裂紋與其結構、材料、載荷和使用溫度有關。

包鋼和攀鋼的材料好于武鋼，而爐殼溫度高于武鋼，且托圈無冷卻；經過對比分析得出結論：托圈在長期過熱的環境中使用，導致托圈材料因蠕變而降低承載能力；托圈自身的溫度在冶煉過程有較大的變化。托圈受熱脹冷縮的影響，會產生較大的內應力，繼而產生裂紋。

經過受力分析可知，裂紋的產生還有機械應力的原因，一是托圈受力不均，托圈在傳動側的一端不僅承受爐體的重量，而且還承受爐體轉動的扭矩，在第三象限的靠近耳軸塊處，托圈彎矩最大，所以裂縫發生在第三象限；二是在生產過程中，由于搖爐時爐體對托圈造成沖擊，尤其出鋼口常常撞擊到其它的設備上，沖擊力通過把持器作用在托圈上，更加大了托圈的應力。

綜合以上分析，裂紋產生的主要原因是熱應力和機械應力的聯合作用，反復作用在危險點超過了強度極限。熱應力比機械應力的影響大得多。考慮到裂紋僅僅是局部現象，只要不繼續擴展就不致發生破壞。因此在設計改造中采取以降低托圈的使用溫度和消除沖擊力為原則的改造措施，將原有的托圈修復后繼續使用，從而降低投資費用。基于此思想對現有托圈進行了增加水冷和增設緩沖器的技術改造。

二、改造措施

（一）泄漏問題

直接針對泄漏問題，即將常用于高壓管道泄漏的帶壓堵漏技術應用到托圈漏水處理中。具體實施過程如下：

①將轉爐搖爐停止在適合方便檢修人員上下、施工的位置，停電，做好安全措施。②排出托圈內部的冷卻水，在轉爐水旋接頭處關閉托圈冷卻水進回水閥門，在回水管放氣閥上接膠管，將膠管引入下水道里，防止冷卻水與爐坑中熔融鋼渣接觸發生爆炸。在進水管放氣閥門上接高壓氮氣吹掃，以加快排水的速度，縮短檢修時間。③將裂紋處覆蓋的冷鋼、積渣清理干凈。④根據裂紋長度，用Φ108mm，壁厚10mm的碳鋼管從中間一分為二，兩頭用10mm厚鋼板封頭，做成密封罩。在密封罩上開出兩個Φ10mm的孔。（開孔的數量可根據密封罩的長度增減，但至少有兩個，一個用來注膠，一個用來排氣），焊接兩個M12的螺母。⑤用密封罩罩住裂紋，焊接在托圈上。用注膠槍泵將堵漏膠棒從M12螺母處打入罩內，確認密封罩注滿后，用M12螺栓與密封罩上的螺母擰緊。⑥試水，恢復生產。

采用帶壓堵漏技術來治理托圈漏水，有以下幾個優點：一是此處理方法不是直接對裂紋進行焊補，因此避免了方法一中涉及到的焊條選擇、坡口處理、焊前預熱、焊后保溫等焊接工藝缺陷或缺失造成的裂紋焊補后重新開裂漏水的問題，也避免了方法一中提到的盲目施焊使隱藏裂紋加速擴展的危害。生產實踐證明，采用此種處理方法，一般可以保證3個月左右堵漏處不會再次發生漏水問題。二是堵漏用的密封罩制作簡單，也可事先備好，一般按500mm長制備，實際應用時可酌情切割成適宜長度。因不必加工裂紋處的坡口，焊接密封罩的工作量也遠小于焊接裂紋的工作量，因此大大縮短了處理托圈漏水的時間。

（二）裂紋修復的焊接工藝

1.焊接材料及保護氣體的選擇

由于托圈開裂處修復時已采用型號為ER50-6的普通CO2焊絲進行過多次焊接，但是經使用后焊縫仍然出現開裂漏水現象，所以本次焊接決定采用奧氏體不銹鋼焊絲進行焊接，即異種材料的焊接。但是采用異種材料焊接時容易出現以下的問題：一是熔合區容易出現馬氏體脆性層，使焊接接頭的塑性和韌性降低。二是熔合區附近存在碳的遷移，即熔合區靠近珠光體母材一側產生脫碳層，而靠近奧氏體焊縫一側產生！碳層，使熔合區附近出現軟化和硬化現象。三是由于材料的線膨脹系數不同，會是焊接接頭存在較大的殘余應力，影響接頭的強度和使用性能。

2.焊接工藝

預熱。焊接前應預熱，預熱溫度在120℃左右。焊接過程中，嚴格控制層間溫度，施焊中，焊道層間溫度不得低于120℃，否則停止施焊，重新加熱至120℃后再焊；不得高于250℃，當溫度高于250℃時，冷卻至120℃再進行施焊。

焊接。采用直流反接，電流范圍為100～210A，電壓范圍為17～22V。由于焊接時會導致焊接部位的化學成分和金相組織不均勻或是生成脆性化合物，所以盡量用小電流，高速焊；為了減小焊接應力和焊接變形，采用多層多道焊；為了避免應力集中，焊接接頭應錯開。對于人孔處呈樹枝狀分布的裂紋應該先進行焊接，焊接結束后再對人孔進行焊接，目的是防止應力集中到一點而導致裂紋的延伸。焊接過程中要嚴格地控制層間溫度。

焊后處理。熱處理過程中焊接接頭會發生碳的遷移，在母材金屬一側形成脫碳層，并且使脫碳層的晶粒長大，沿熔合區形成粗晶粒層，導致焊接接頭性能脆化，所以一般不進行焊后熱處理。

在轉爐托圈的改造過程中，針對托圈產生裂縫的問題，應當依據實際的情況來對其進行分析，并采取合理的措施加以改造，從而保證其能夠充分發揮作用。

參考文獻

[1]張曉東，沈國強，鞏濤.大型轉爐托圈裂紋的補焊修復[J].焊接，2014（10）：65～67.