2 m2豎爐爐殼退火工藝研制

齊永豐,趙 志,張曉陽,張 靜

(沈冶重型裝備(沈陽)有限責任公司,遼寧 沈陽 110027)

0 引言

該2 m2豎爐為出口產品,沈冶公司系首次生產制造該產品。2 m2豎爐的關鍵部件為兩段爐殼,爐殼下和爐殼上,材質為Q235B。爐殼下成錐形,由鋼板水套作成水冷壁,由12 mm 厚和16 mm 厚的鋼板卷制焊接而成,規格尺寸為Φ2 316/Φ1 980 ×3 000 mm,重量為5 240 kg,底部有18 個吹風孔和2 個通水孔,爐殼下示意圖如圖1 所示。爐殼上為直筒型,由鋼板水套作成水冷壁,由12 mm 厚和16 mm 厚的鋼板卷制焊接而成,規格尺寸為Φ2 316/Φ1 980 ×4 438 mm,重量為4 800 kg,爐殼上示意圖如圖2 所示,豎爐裝配如圖3 所示。

圖1 爐殼下示意圖

圖2 爐殼上示意圖

圖3 豎爐裝配示意圖

爐殼的主要作用是承載砌磚體并承受磚體的膨脹力以保證其穩定性、承受爐內氣體壓力以及爐上部裝料等設備的載荷、承受因冷卻設施失效而產生的高額熱應力及熱疲勞,另外爐殼還要求有保證爐體密閉的作用,使有害氣體不泄露、不污染環境[1],因此一般工程上都要求爐殼焊接后要進行退火處理消除焊接應力。由于爐殼下、爐殼上要與其它部件在現場進行對接,因此此類薄壁殼體類工件在退火中如何控制變形是過程控制的關鍵,它關系到該產品的生產周期、安裝精度和使用壽命。

1 項目的技術關鍵

為保證該項目的順利實施,要把握好以下幾個技術關鍵點:

(1)通過對比履帶式電加熱片退火、沈冶公司進爐退火、外委進爐退火的優缺點,確定退火方式;

(2)沈冶公司從未嘗試過12 mm 厚、16 mm 厚的薄壁筒體類工件的臥式進爐退火,通過首件試制確定筒內焊接支撐位置;

(3)裝爐時為保持筒體擺放的穩定性,需制作托架,確定托架形式及擺放位置;

(4)設置好熱處理參數,采取一系列防變形措施,控制產品的變形量,滿足圖紙技術要求;

(5)提高產品內在質量的同時保證生產周期。

2 項目的方案與實施

2.1 確定退火方式

通過對履帶式電加熱片退火、沈冶公司進爐退火、外委進爐退火的優缺點進行對比,選擇合理的退火方式。

沈冶公司可采用的退火設備如下:①熱處理車間H1100 臺車式電阻爐:6 000(長) ×4 000(寬) ×2 700(高) mm;②鑄造分公司燃氣爐:7 000(長) ×4 500(寬) ×3 500(高) mm;③履帶式電加熱片。

爐殼下退火,對比履帶式電加熱片退火、熱處理車間臥式進爐退火、鑄造分公司立式進爐退火。對照表如表1 所示。

表1 爐殼下退火方式對照表

通過三種退火方式的對比可知,對于爐殼下,采用鑄造分公司燃氣爐立式退火效果好,變形小,操作簡單,一爐可以處理3 件產品,可降低生產成本,吊裝也比較方便、安全。

爐殼上退火,對比履帶式電加熱片退火、熱處理車間臥式進爐退火、外委立式進爐退火。對照表如表2 所示。

表2 爐殼上退火方式對照表

成本計算:①履帶退火,工時費:252 小時×3元/小時=756 元。電費:480 度×6 小時×0.5 元/度=1 440 元。共756 +1 440=2 196 元,其中未包括加熱片,保溫氈損耗費用;②熱處理臺車爐退火,工時費:96 小時×3 元/小時=288 元。電費:1 100度×3 小時×0.5 元/度=1 650 元。共288 +1 650=1 938 元,未包括爐子折舊費。③外委退火,0.7元/kg×4 880 kg=3 416 元,不包含運輸費用。

通過三種退火方式的對比可知,對于爐殼上,采用熱處理車間臥式進爐退火,退火質量能夠保證,安排多件產品連續進爐退火,成本也能夠得到有效控制。

2.2 制作合理的工裝制具及采取防變形措施

爐殼下,采用鑄造分公司燃氣爐立式裝爐退火,不需要采用任何工裝制具,也不用焊支撐,只要裝爐時墊平墊實即可。

爐殼上,采用熱處理車間臺車式電阻爐臥式裝爐退火,需制作退火用托架,托架如圖4 所示。爐殼上內部需焊法蘭支撐,圖5 為支撐位置示意圖。裝爐退火時,爐殼上擺放在托架上,需3 個托架,擺放位置如圖6 所示。托架位置要與內部支撐位置對齊,保證殼體受力處內部有支撐。殼體裝爐時,一定要墊平墊實,有縫隙處用楔鐵墊好。

圖4 爐殼上退火托架示意圖

圖5 爐殼上退火支撐位置示意圖

圖6 爐殼上退火托架擺放示意圖

2.3 確定退火參數

退火參數的選取要考慮殼體的形狀及厚度,確保退火效果的同時盡量減少變形量。本項目筒體較薄,筒體重量不大,為避免退火溫度過高造成殼體強度下降,最終確定退火工藝如圖7 所示。

圖7 爐殼退火工藝

熱處理工藝曲線說明:①升溫階段一,室溫至350 ℃,可不必控制升溫速度;②保溫階段一,350 ℃保溫1 h;③升溫階段二,350 ℃—600 ±10 ℃,控制升溫速度≤80 ℃/h;④保溫階段二,600 ±10 ℃,保溫3 h;⑤降溫階段,保溫3 h 后,停止送電,隨爐冷卻,控制降溫速度≤85 ℃/h,待冷卻至300 ℃以下,出爐,在靜止空氣中自然冷卻至室溫。

2.4 退火過程實施及控制

爐殼下鑄造分公司燃氣爐立式裝爐退火,只要墊平墊實即可,操作過程中按工藝卡片執行。爐殼下退火裝爐示意圖如圖8 所示。

圖8 爐殼下退火裝爐示意圖

爐殼上熱處理車間臺車式電阻爐臥式裝爐退火,為防止殼體在加熱和冷卻過程中的變形,采取了如下措施:①在裝爐時,爐殼內部焊支撐,擺放在3個托架上,托架位置要與內部支撐相對應,如有縫隙,用楔鐵墊實;②控制升溫速度,保證殼體受熱均勻,冷卻時要隨爐冷卻至300 ℃以下出爐空冷,保證升溫降溫緩慢進行,避免冷熱不均造成變形;③相關車間要嚴格執行工藝,工藝員到現場進行指導跟蹤;④現場施工時,操作者應按工藝規程操作,應有準確和完整的儀表記錄曲線。操作者需填寫工藝卡片內容,并在曲線旁標記合同號、日期、產品名稱及操作者姓名;⑤工作完畢后由工藝人員負責采集記錄曲線,連同工藝卡片一起存檔備查。爐殼上退火裝爐示意圖如圖9 所示。

圖9 殼體上退火裝爐示意圖

2.5 變形量檢測

爐殼進爐退火前檢測長度和半徑,退火后再次檢測長度和半徑,對比前后的變化,經檢測爐殼退火后變形量符合圖紙技術要求。爐殼上、爐殼下退火前后檢測數據如表3、表4 所示。

表3 爐殼上退火前、后檢測數據

表4 爐殼下退火前、后檢測數據

2.6 后續產品跟蹤

首件試制后,確定合理的熱處理參數及防變形措施,應用于后續產品,對后續產品進行跟蹤指導。

豎爐合同總量為6 臺,共6 件爐殼下,6 件爐殼上。爐殼下鑄造分公司燃氣爐退火,每爐處理3 件,共2 個爐次,退火后檢測變形量,變形量較小,退火效果良好。爐殼上熱處理車間臺車式電阻爐退火,每爐次處理1 件,共6 爐次,退火后變形量較小,退火效果良好。

3 結論

(1)爐殼下鑄造分公司燃氣爐立式裝爐退火,效果良好。爐殼上熱處理車間臺車式電阻爐臥式裝爐退火,變形量符合圖紙技術要求,退火效果良好,積累了筒體臥式進爐退火經驗,為處理薄壁筒體類提供指導。

(2)確定合理的熱處理參數,制作退火專用托架,采取有效的防變形措施,確保產品滿足圖紙技術要求的同時,保證了生產周期。