炼钢厂转炉托圈裂纹产生原因分析及改造措施

钱振平

【摘要】转炉托圈是转炉极其重要的设备，起着转炉支撑、倾动的作用，托圈的状况是否正常直接关系到炼钢工序的进行和钢产量的实现。生产实际中，经常会出现托圈在其耳轴座附近产生裂纹而发生漏水的问题，而当泄漏的冷却水遇到炉坑中高温的炉渣或者在出钢时流入到炉下钢水包中时，可能引起爆炸，存在巨大的安全隐患。文章就此进行分析。

【关键词】炼钢厂；转炉托圈；裂纹；改造措施

一、裂缝产生的原因分析

转炉托圈产生裂纹与其结构、材料、载荷和使用温度有关。

包钢和攀钢的材料好于武钢，而炉壳温度高于武钢，且托圈无冷却；经过对比分析得出结论：托圈在长期过热的环境中使用，导致托圈材料因蠕变而降低承载能力；托圈自身的温度在冶炼过程有较大的变化。托圈受热胀冷缩的影响，会产生较大的内应力，继而产生裂纹。

经过受力分析可知，裂纹的产生还有机械应力的原因，一是托圈受力不均，托圈在传动侧的一端不仅承受炉体的重量，而且还承受炉体转动的扭矩，在第三象限的靠近耳轴块处，托圈弯矩最大，所以裂缝发生在第三象限；二是在生产过程中，由于摇炉时炉体对托圈造成冲击，尤其出钢口常常撞击到其它的设备上，冲击力通过把持器作用在托圈上，更加大了托圈的应力。

综合以上分析，裂纹产生的主要原因是热应力和机械应力的联合作用，反复作用在危险点超过了强度极限。热应力比机械应力的影响大得多。考虑到裂纹仅仅是局部现象，只要不继续扩展就不致发生破坏。因此在设计改造中采取以降低托圈的使用温度和消除冲击力为原则的改造措施，将原有的托圈修复后继续使用，从而降低投资费用。基于此思想对现有托圈进行了增加水冷和增设缓冲器的技术改造。

二、改造措施

（一）泄漏问题

直接针对泄漏问题，即将常用于高压管道泄漏的带压堵漏技术应用到托圈漏水处理中。具体实施过程如下：

①将转炉摇炉停止在适合方便检修人员上下、施工的位置，停电，做好安全措施。②排出托圈内部的冷却水，在转炉水旋接头处关闭托圈冷却水进回水阀门，在回水管放气阀上接胶管，将胶管引入下水道里，防止冷却水与炉坑中熔融钢渣接触发生爆炸。在进水管放气阀门上接高压氮气吹扫，以加快排水的速度，缩短检修时间。③将裂纹处覆盖的冷钢、积渣清理干净。④根据裂纹长度，用Φ108mm，壁厚10mm的碳钢管从中间一分为二，两头用10mm厚钢板封头，做成密封罩。在密封罩上开出两个Φ10mm的孔。（开孔的数量可根据密封罩的长度增减，但至少有两个，一个用来注胶，一个用来排气），焊接两个M12的螺母。⑤用密封罩罩住裂纹，焊接在托圈上。用注胶枪泵将堵漏胶棒从M12螺母处打入罩内，确认密封罩注满后，用M12螺栓与密封罩上的螺母拧紧。⑥试水，恢复生产。

采用带压堵漏技术来治理托圈漏水，有以下几个优点：一是此处理方法不是直接对裂纹进行焊补，因此避免了方法一中涉及到的焊条选择、坡口处理、焊前预热、焊后保温等焊接工艺缺陷或缺失造成的裂纹焊补后重新开裂漏水的问题，也避免了方法一中提到的盲目施焊使隐藏裂纹加速扩展的危害。生产实践证明，采用此种处理方法，一般可以保证3个月左右堵漏处不会再次发生漏水问题。二是堵漏用的密封罩制作简单，也可事先备好，一般按500mm长制备，实际应用时可酌情切割成适宜长度。因不必加工裂纹处的坡口，焊接密封罩的工作量也远小于焊接裂纹的工作量，因此大大缩短了处理托圈漏水的时间。

（二）裂纹修复的焊接工艺

1.焊接材料及保护气体的选择

由于托圈开裂处修复时已采用型号为ER50-6的普通CO2焊丝进行过多次焊接，但是经使用后焊缝仍然出现开裂漏水现象，所以本次焊接决定采用奥氏体不锈钢焊丝进行焊接，即异种材料的焊接。但是采用异种材料焊接时容易出现以下的问题：一是熔合区容易出现马氏体脆性层，使焊接接头的塑性和韧性降低。二是熔合区附近存在碳的迁移，即熔合区靠近珠光体母材一侧产生脱碳层，而靠近奥氏体焊缝一侧产生！碳层，使熔合区附近出现软化和硬化现象。三是由于材料的线膨胀系数不同，会是焊接接头存在较大的残余应力，影响接头的强度和使用性能。

2.焊接工艺

预热。焊接前应预热，预热温度在120℃左右。焊接过程中，严格控制层间温度，施焊中，焊道层间温度不得低于120℃，否则停止施焊，重新加热至120℃后再焊；不得高于250℃，当温度高于250℃时，冷却至120℃再进行施焊。

焊接。采用直流反接，电流范围为100～210A，电压范围为17～22V。由于焊接时会导致焊接部位的化学成分和金相组织不均匀或是生成脆性化合物，所以尽量用小电流，高速焊；为了减小焊接应力和焊接变形，采用多层多道焊；为了避免应力集中，焊接接头应错开。对于人孔处呈树枝状分布的裂纹应该先进行焊接，焊接结束后再对人孔进行焊接，目的是防止应力集中到一点而导致裂纹的延伸。焊接过程中要严格地控制层间温度。

焊后处理。热处理过程中焊接接头会发生碳的遷移，在母材金属一侧形成脱碳层，并且使脱碳层的晶粒长大，沿熔合区形成粗晶粒层，导致焊接接头性能脆化，所以一般不进行焊后热处理。

在转炉托圈的改造过程中，针对托圈产生裂缝的问题，应当依据实际的情况来对其进行分析，并采取合理的措施加以改造，从而保证其能够充分发挥作用。

参考文献

[1]张晓东，沈国强，巩涛.大型转炉托圈裂纹的补焊修复[J].焊接，2014（10）：65～67.