1 前言虽然现代高炉的无料钟炉顶技术的发展已日臻成熟 ,但鞍钢是一个有着 80年历史的老企业 ,要想彻底淘汰陈旧的老设备目前还不太现实。因此 ,如何发掘老设备的潜力 ,使之最大限度地为企业服务 ,仍是科技工作者的主要任务之一。2 鞍钢钟式高炉大钟的使用现状鞍钢炼铁总厂现有钟式炉顶高炉 8座 ,高炉大钟的使用寿命仍是影响高炉稳产和长寿的关键因素之一。随着碳化钨浸润技术在高炉大钟上的应用以及大钟采用双倾角和减小炉内煤气吹入角等措施 ,使高炉大钟的使用寿命明显提高 ,由原平均使用 7～ 8个月提高到 2年。然而从 1 999年年初到 2 0 0 0年年末 ,高炉大钟的破损速度加剧。表1为近几年高炉大钟的使用情况。表 1 鞍钢钟式高炉近几年的使用寿命情况炉别 大钟更换日期平均使用寿命 备注1 BF2 BF3BF4BF5BF6BF9BF7BF1 998- 0 9,1 999- 0 9,2 0 0 0 - 1 11 998- 1 0 ,1 999- 0 7,2 0 0 0 - 1 21 999- 0 1 ,2 0 0 0 - 1 22 0 0 0 - 0 5,2 0 0 0 - 1 21 998- 0 9,2 0 0 0 - 0 81 998- 0 3,2 0 0 0 - 1 21 999- 0 4 ,1 999- 1 2 ,2 0 0 0 - 1 01 997- 0 9,2 0 0 0 - 0 91 3个月1 3个月2 3个月7个月2 3个月32个月9个月36个月顶压0 .0 8～ 0 .1 MPa三钟从统计数字可以看出 ,1 999～ 2 0 0 0年 ,高炉大钟的平均使用寿命只有 1 3个月左右 ,与正常2 0多个月的使用寿命相比明显下降。由于大钟使用寿命的降低而造成的经济损失 ,以一座 1 0 0 0 m3的高炉粗略计算 ,更换一次大钟最少需两天 (注料车式高炉更换大钟需一周 ) ,损失生铁 5 0 0 0 t,多耗焦炭 2 0 0 0 t,设备费及设备安装费 1 0 0万元人民币 ,可见损失是相当大的。因此有必要对大钟破损原因进行分析并做出相应的改进 ,尽可能减少因此而造成的损失。3 大钟破损原因分析大钟破损的主要原因有 :大钟与大钟斗接触带产生缝隙 ,造成密封不好 ;带有灰粒的高速煤气流冲刷、磨损钟体和斗的密封面及钟体上部堆料面。炉顶压力愈高 ,盖间压差愈大 ,煤气流速也愈大 ,钟、斗磨损就愈快。由于煤气流的冲撞折射 ,钟、斗表面被吹出许多缝隙和孔洞 ,导致大钟密封失效。我们对大钟破损情况做了统计与分析 ,得出以下几种结果 :3 .1 钟、斗破损部位沿剖面分布的情况(1 )在 62°密合面上碳化钨材料龟裂或脱落。在碳化钨浸润技术应用初期 ,由于对此项技术的应用经验不足 ,大钟破损主要表现在密合面碳化钨材料龟裂 ,并逐步贯穿整个密合面 ,从而导致密合面泄露直至碳化钨脱落 ,造成大钟及斗的本体严重吹损 (见图 1 )。近两年 ,以这种方式破损的大钟占大钟破损量的 3 / 1 0。图 1 钟、斗本体吹损示意(2 )在 5 3°堆料面上钟体吹漏。随着碳化钨浸润技术应用的不断成熟 ,密合面碳化钨材料耐磨性、耐热龟裂性及与钟斗本体的结合力明显提高 ,62°密合面的吹损量减少 ,而炉内的荒煤气流由密合面的缝隙处沿钟体向钟内吹入 ,煤气流冲撞折射 ,将 5 3°堆料面逐步吹漏(见图 2 )。近两年 ,这种方式破损的大钟占大钟破损量的 7/ 1 0。图 2 堆料面上钟体吹损示意3 .2 钟、斗破损部位沿圆周分布的情况(1 )一点或多点吹损 ,但吹损部位集中在一侧。在 Φ42 0 0 mm大钟圆周上 ,吹损点相对集中在圆周的一侧 ,吹损的主要原因是安装误差或大钟不平衡导致一侧密合不好 ,密合面出现缝隙 ,在出现缝隙的一侧首先吹损。这种破损方式约占40 %。(2 )多点吹损 ,但吹损点沿圆周分散。在 Φ42 0 0 mm大钟圆周上 ,吹损点沿圆周分散 ,吹损的主要原因应为铸造缺陷或加工误差以及热处理不完全 ,存在热应力 ,导致钟体受热变形不一致 ,在缝隙较大处首先吹损。没有经过自然时效的大钟往往出现这种吹损情况。这种破损方式约占 60 %。以上结论是根据近两年我厂大钟和大钟斗的实际使用情况 ,得出的大钟和大钟斗破损的两大特征。4 安装误差对大钟使用寿命的影响在多种因素影响下 ,安装后的大钟和大钟斗的密合及密合面的接触宽度往往达不到理论要求 ,可能出现的集中误差列举如下 :(1 )大钟和大钟斗的理论密合。图 3为符合安装密合要求的大钟和大钟斗。其理论密合间隙要求在密合带圆周的 75 %以上的δ值应小于 0 .0 3 m m,密合带的接触宽度 L值应为全宽度的 60 %以上 ,且钟、斗的中心偏差不得超过 1 mm,钟斗与炉口钢圈的中心偏差不得超过 4mm。图 3 符合安装要求的大钟、斗(2 )大钟和大钟斗安装不同心。图 4中虚线所示为与大钟斗安装不同心的大钟 ,其结果造成大钟与大钟斗密合间隙一侧大一侧小。虽然大钟与扁担梁之间采用十字联轴节 ,使大钟在关闭时密合面也能与大钟斗密合面接触上 ,但此时的密合已不是面密合 ,只是点密合 ,密合的质量和寿命大大下降。况且大钟在关闭时接触面已不是同时均匀接触 ,先接触处会产生较大的冲击 ,时间一长 ,冲击处的接触面会产生变形 ,此处的密合面将很快吹损。图 4 安装不同心的大钟、斗(3 )大钟不平衡造成密合面间隙大。图 5中虚线所示为大钟不平衡造成的偏差。由于铸造时的缺陷和胀模 ,铸造后的大钟重心很难保证在中心线上。这种缺陷将同图 4的情形一样 ,时间一长也很难保证密合。图 5 安装不平衡的大钟、斗如果大钟与大钟斗既安装得不同心又不平衡 ,因误差累积的结果 ,钟、斗的密合间隙会更大 ,当然吹损的速度也会加快。5 炉顶温度对大钟寿命的影响热胀冷缩现象对较大铸钢件的尺寸会产生影响 ,特别在较高温差下影响更大。(1 )高温的影响在高炉冶炼热烧结矿 ,料线正常的情况下 ,炉顶温度一般在 3 0 0～ 3 5 0℃左右 ,若钟、斗在 45 0℃以上工作 ,对其使用寿命的影响是很大的 ;超过5 0 0℃会造成钟斗的损坏。因此控制好炉顶温度 ,使钟斗在正常的环境下工作至关重要 ,决不允许超过 5 0 0℃。(2 )温差的影响当高炉炉况失常或布料不均匀时会造成炉内煤气流的不均匀 ,炉顶各部的温度也会不一样。钟斗在圆周方向最高温差可达 1 2 0℃ ,沿高度方向的温差可达 2 0～ 3 0℃。温度不均会引起大钟和大钟斗的膨胀变形不一致 ,从而使密合带产生的缝隙可达 4～ 6mm,这种现象的出现对钟斗的密合寿命带来严重影响。可见 ,炉顶温度高且不均匀对大钟和大钟斗的危害是相当大的 ,当钟斗的壁厚不均匀或存在铸造缺陷时这种危害将更大。综上所述 ,加工误差和安装误差是影响钟斗寿命的主要因素。加工误差包括铸造缺陷、退火程度、机加工误差等 ;安装误差包括运输和吊装中的变形 ,钟斗的水平度、垂直度、同心度等误差。为了减少种种误差带来的不利影响 ,有针对性地对大钟做一些结构上的改进是相当必要的。6 对大钟的改进(1 )堆料面结构改进由于近两年大钟堆料面吹漏占大钟吹损数量的 70 % ,因此设计将 5 3°堆料面往大钟中心平移1 0 0 m m,在密合面和堆料面间采用两段圆弧面相切平滑过渡 ,过渡圆弧面采用碳化钨浸润 ,如图 6所示。改进后 ,堆料面可以避开高速涡旋煤气流的冲刷 ,防止堆料面被吹漏 ,碳化钨浸润面有较强的耐磨、耐冲刷性 ,因此可延长大钟的使用寿命图 6 改进后的大钟(2 )硬质合金带改挡料环原堆料面上大面积的硬质合金带不仅堆焊工艺复杂 ,而且易产生热应力和裂纹。改挡料环后 ,既简化了工艺 ,又保证了堆料面能积存少量料 ,避免了落料直接冲刷磨损钟体的堆料面。(3 )圆弧过渡面补偿变形密合面与堆料面之间的圆弧过渡可以部分消化密合面的热变形 ,起到波纹膨胀的作用 ,从而减轻了密合面的变形 ,保证了钟、斗的良好密封。7 结语改进后的大钟在多座高炉上应用后 ,延长使用寿命的效果比较明显 ,为炼铁总厂挖潜、增效、降成本起到了一定作用高炉大钟破损分析与结构改进@邵宪书$鞍钢集团新钢铁公司炼铁总厂
@王洪涛$鞍钢集团新钢铁公司炼铁总厂
@刘志武$鞍钢集团新钢铁公司技术部高炉;;
大钟;;改进从 1999年年初到 2 0 0 0年年末 ,鞍钢炼铁总厂钟式高炉大钟破损速度加剧 ,1999年先后更换了 5个大钟 ,2 0 0 0年更换了 8个大钟 ,大钟的使用寿命明显降低。为了延长高炉大钟的使用寿命 ,集中力量对大钟的破损原因进行了分析 ,并提出了相应的改进意见安装不平衡的大钟、斗如果大钟与大钟斗既安装得不同心又不平衡 ,因误差累积的结果 ,钟、斗的密合间隙会更大 ,当然吹损的速度也会加快。5 炉顶温度对大钟寿命的影响热胀冷缩现象对较大铸钢件的尺寸会产生影响 ,特别在较高温差下影响更大。(1 )高温的影响在高炉冶炼热烧结矿 ,料线正常的情况下 ,炉顶温度一般在 3 0 0～ 3 5 0℃左右 ,若钟、斗在 45 0℃以上工作 ,对其使用寿命的影响是很大的 ;超过5 0 0℃会造成钟斗的损坏。因此控制好炉顶温度 ,使钟斗在正常的环境下工作至关重要 ,决不允许超过 5 0 0℃。(2 )温差的影响当高炉炉况失常或布料不均匀时会造成炉内煤气流的不均匀 ,炉顶各部的温度也会不一样。钟斗在圆周方向最高温差可达 1 2 0℃ ,沿高度方向的温差可达 2 0～ 3 0℃。温度不均会引起大钟和大钟斗的膨胀变形不一致 ,从而使密合带产生的缝隙可达 4～ 6mm,这种现象的出现对钟斗
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