1、xx 50t 转炉水冷炉口改造摘要：本文介绍 xx 炼钢厂 50T 转炉水冷炉口 2003 年到 2010 年的主要技改过程。介绍了各阶段水冷炉口的三种主要型式：水箱式水冷炉口、灰口铸铁镶嵌式水冷炉口、全铸造灰口铸铁镶嵌式水冷炉口，以及其使用情况，分析了水冷炉口的受损因素，以及各次改造达到的效果和效益关键词：水冷炉口 水箱式 灰口铸铁镶嵌式 全铸造 技改 1 前言为延长转炉炉帽的金属壳和炉衬的使用寿命，通常采用循环水强制冷却的水冷炉口。其优点是可以减少炉口上的粘渣，并且易于清渣，加强炉口的刚性，改善炉口应力状态。缺点是炉口长期受高温炉气、喷溅物、钢渣的共同热作用，还受烟罩辐射热的作用，环境温度
2、高达 300 度以上，在骤冷骤热及清渣等外力作用下，极易损坏造成漏水，影响转炉的正常生产。水冷炉口表面材质为铸铁，与钢渣易于分离；表面材质为钢，与钢渣不易分离，影响转炉的打渣维护时间长短。2 xx 炼钢厂水冷炉口结构及冷却研究分析及改造2.、目前水冷炉口的结构有两种形式：水箱式、埋管式，水箱式结构冷却强度大，制造容易，但安全性差；埋管式结构冷却强度不如水箱式，但安全性寿命比水箱式高。xx 炼钢厂 3# 、4#转炉分别于 2003 年 5 月、2004 年 5 月投产，均为水箱式，使用两个月时开始出现漏水，三个月后频繁漏水(最频繁时一天两次)。炉口漏水导致使用周期较短，维修次数多，增加设备维护成
3、本，成为制约转炉生产节奏的“瓶颈 ”。下图为水箱式炉口的结构：2.2 表 1 为 3#炉 2004 年 8 月至 2005 年 8 月以来转炉水冷炉口漏水补焊次数、补焊时间统计：时间 04.8 04.9 04.10 04.11 04.12 05.1 05.2 05.3 05.4 05.5 05.6 05.7补焊次数（次/月） 9 11 10 13 18 16 14 15 14 15 11 9月补焊时间（小时） 12.5 15 13 18.5 26.5 23.5 21.5 23 21 22.5 14.5 12表 2 为 3#炉水冷炉口多次补焊需更换的时间统计:更换时间 2004.5. 04.9
4、05.3 05.9 05.11检修时间（小时） 8.5 10 9.5 8 12从表 1、2、可看出，因转炉水冷炉口频繁漏水，补焊及更换时间仅 3#炉全年累计影响产量达（26388）23144 吨。成为影响 50t转炉进一步提高产能的关键，解决 3#、4#水冷炉口频繁漏水成为当时技改的重要任务。2.3 水冷炉口受损的因素分析）水冷炉口最常见的是焊缝处的开裂漏水。当时炉口面板制作时与导流板为紧配合，无焊缝，且水箱式炉口换热面积大，生产过程中炉口内产生的蒸汽压力大，造成面板上鼓，导致冷却水不按设计流向流动，短路直接回流，冷却效果很差，特别是炉口靠近环管部位水温过高，导致面板与环管焊缝处开裂漏水。）在
5、炼钢过程中，废钢斗长期与炉口环管接触摩擦及撞击，环管局部受磨损变薄，交变应力大，易开裂，加之出钢时有时钢水出不完，钢水随渣从炉口倒出，环管被钢水冲刷熔穿漏水。c) 水冷炉口长期在温度反复变化状态下工作，产生热交变应力，钢管、钢板脆化开裂，导致漏水。d ) 水冷炉口表面材质为钢，与钢渣不易分离，打渣强度大，对炉口撞击损坏大，引起机械疲劳损坏。式水冷炉口所用时间。3 xx 炼钢厂水冷炉口改造进程通过水冷炉口受损因素的分析，自 03 年以来，炼钢厂大胆尝试对炉口结构、制作方法、维护手段进行一系列改造。2003 年2005 年，水冷炉口是水箱式结构，通过将导流板与面板焊接；不锈钢制作环管；坡口焊接方式
6、改变等；对生产操作进进行规范，有效地改善了当时的炉口使用状况。2005 年2010 年，结合 03-05 年间改造及对各大钢厂炉口使用情况进行咨询，对水箱式和埋管式的优缺点进行比较、结合，自行设计制作了灰口铸铁镶嵌式水冷炉口，炉口漏水得到大幅度遏制，取得了很好的效果，随后相继在 xx1-4#转炉全部使用，满足了 09 年年产 300 万吨钢的产能。2010 年以来，结合 05-10 年间环管漏水结瘤及侧板为钢板导致清渣维护时间长的状况，自行设计制作全铸造灰口铸铁镶嵌式水冷炉口，取消了环管设置，炉口漏水有望得到杜绝，外露表面全部为铸铁面，易清渣，使用寿命有望更大幅度延长，维修时间更短，转炉作业率
7、得到再度提高。截止 2010 年 4 月底，现用 1#、3#全铸造炉口已使用一月未出现漏水，而 2#、4#环管镶嵌式水冷炉口则依然有二次每月的补焊频率，对生产仍有一定的影响，同时，全铸造炉口的清渣维护时间明显低于 2#4#炉环管镶嵌4 灰口铸铁镶嵌式水冷炉口改造方案及效果、效益炼钢厂在对水冷炉口进行改造过程中，充分考虑到 xx 自身的优势，选择与 xx 铸造车间合作，经过双方技术人员前期的技术交流，根据水冷炉口使用的环境和要求，确定了铸造的材质和整个铸造工艺流程，选择灰口铸铁 HT200 作为母材，因为成本低，价格低廉，有一定的强度，但塑性和韧性很低，有良好的减震性，还有良好的导热性能，此外其
8、熔炼也比较方便，并且还有良好的铸造性能。其流动性能良好，线收缩率和体收缩率较小，铸件不易产生开裂，适宜于铸造结构复杂的铸件和4.1 改造方案4.1.1 采用 10820 的不锈钢管作为环管，将原箱体式炉口的上面板和导流板去掉，其余的结构不变用作为铸铁的模型，在模型内放置 U 型环绕水管（管径 6010） ，在其中浇铸铁水，使 U 型管被固铸于铁水中而成。改造后图形设计4.1.2 灰口铸铁镶嵌式水冷炉口从制作原理分析，很大程度上解决了水箱式水冷炉口存在的种种弊端：）环管改为 10820 的不锈管，壁厚变厚，抗废钢斗撞击能力增强，环管不易漏水。）循环水管埋铸于铸铁件之中，水管同铸铁件一起随水温的变
9、化热胀冷缩，而铸铁为一个整体，环管则温度变化趋缓，不易开裂，杜绝面板及 U 型管漏水。）环管位置未变，埋铸于其中的 U 型管紧贴炉口底板，能够达到同样的冷却效果，不会造成炉口变形。d ) 水冷炉口表面材质部分为铸铁，与钢渣易分离，清渣强度小，转炉维护时间短。灰口铸铁镶嵌式水冷炉口在铸造中遇到的问题：1、光滑的钢板面环管与铸铁连接的紧实度；2、环管在浇注过程中铁水对环管的冲蚀，有可能使管壁变薄、上翘；3、浇注面的不平，有可能造成粘渣。解决方式：1、通过对结构件预加热至 600，改变铁水凝固顺序；2、增强浇注系统的引流，加快浇注速度，减轻铁液的长时间侵蚀；3、外置浇口杯，延长液化时间，解决补缩不足
10、造成的气孔缩孔等。4.2 使用后的效果2005 年 10 月制作安装用于 4#炉， 11 月安装于 3#炉， ，炉口漏水得到大幅度遏制，清渣容易，取得了很好的效果. 该 3#炉口的使用寿命达到 10 个月。转炉产量有了一定的提高。表 3 为使用灰口铸铁镶嵌式水冷炉口前后月产量的对比（7 月、10月分别对炉衬进行了更换）05.5 05.6 05.7 05.8 05.9 05.10 05.113#炉产量（万吨） 5.46 5.51 4.27 5.45 5.39 5.42 5.964#炉产量（万吨） 5.21 4.99 5.33 5.66 6.07 4.89 6.324.3 效益计算4.3.1 使用
11、水箱式炉口焊补、更换、清渣需要的维护费用及创造效益计算：按当时 2 座转炉计算a )每月平均焊炉口按 14 次，每次平均按 1.3 小时计算，转炉作业率按 85%；炉口平均寿命 6 个月，更换时间平均按 8 个小时，2 台 50T 转炉，每小时每座转炉产量 88T。每日清渣 16 次，每次 2.分鈡则全年影响生产产量为：（141.31285%+12/6 8+162365/60）288=69749.97t，按吨钢利润 100 元计为 697.50 万元。b )每个炉口价值 5 万元。则全年换炉口需费用为 522=20万元c )焊接每次需材料费人工费约需 500 元，全年500/100001412
12、2=16.8 万元则全年需维护费及影响效益为 697.50+20+16.8=734.3 万元4.3.2 使用灰口铸铁镶嵌式炉口焊补、更换、清渣需要的维护费用及创造效益计算：按 2 座转炉计算a ) 焊补明显减少，清渣明显减少每月平均焊炉口下降至 2 次。每次平均按 1 小时计算，转炉作业率按 85%；炉口平均寿命 10 个月，更换时间按8 个小时，2 台 50T 转炉，每小时每座转炉产量 88T。每日清渣 12 次，每次 1.5 分鈡则全年影响生产产量为：（211285%+12/10 8+121.5365/60）288=22968t，按吨钢利润 100 元计算为 229.68 万元。b )每个
13、炉口价值 5 万元。则全年换炉口需费用为5212/10=12 万元c )焊接每次需材料费人工费约需 500 元，全年500/100002122=2.4 万元则全年需维护费用及影响效益为 229.68+12+2.4=244.08 万元4.3.3 从以上比较可知，2 座转炉经改造后全年可创效益为 734.3-244.08=590.22 万元5 全铸造灰口铸铁镶嵌式水冷炉口改造方案及效果、效益5.1 改造方案5.1.1 在 05 年灰口铸铁镶嵌式水冷炉口改造方案的基础上取消了环管设置，另行设计环绕水管，并取消了其余所有的钢板结构，全部用铸铁代替，在模型内放置回转式环绕水管（管径 6010） ，在其中
14、浇铸铁水，使水管被固铸于铁水中而成。改造后图形设计5.1.2 全铸造灰口铸铁镶嵌式水冷炉口从制作原理分析，其从根本上解决了原箱体式水冷炉口存在的种种弊端，并比较灰口铸铁镶嵌式水冷炉口更加不容易漏水，清渣更容易：）取消内环管，杜绝环管漏水。）取消其余钢结构件，仅环绕水管埋铸于铸铁件之中，水管同铸铁件一起随水温的变化热胀冷缩，环管则温度变化趋缓，不易开裂漏水。）环管位置及长度未变，能够达到同样的冷却效果，不会造成炉口变形。d ) 水冷炉口表面材质全部为铸铁，与钢渣易分离，清渣更容易，转炉维护时间更短。5.2 使用后的效果2010 年 4 月 1 日，安装用于 1# 、4#炉，在使用过程中，发现炉口
15、粘渣更易清除，由于全铸造面，钢渣不不易粘连，截止 4 月底，未出现漏水，无变形，.该炉口的使用寿命有望达到 12 个月。维修、维护时间更短，转炉作业率肯定可得到再度提高。5.3 效益计算5.3.1 使用全铸造灰口铸铁镶嵌式炉口焊补、更换、清渣需要的维护费用及影响效益计算：按 4 座转炉计算 a )，每月平均焊炉口下降至 0 次。 （灰口铸铁镶嵌式炉口在 0509 年使用中极少焊接 U 型冷却水管，故类推全铸造炉口焊接作业下降至0 次）转炉作业率按 85%；炉口寿命可望达到 12 个月，更换按 8 个小时，每小时每座转炉产量 110T。 （自 09 年 5 月起调整出钢量）每日清渣 8 次，每次
16、 1 分鈡则全年影响生产产量为：（12/128+81365/60 ）4110=24933t，按吨钢利润 100 元计为 249.33 万元。b )每个炉口价值 5 万元。则全年换炉口需费用为 5412/12=20 万元则全年需维护费用及影响效益为 249.33+20=269.33 万元5.3.2 效益比较a ) 使用全铸造灰口铸铁镶嵌式炉口较使用灰口铸铁镶嵌式炉口全年可创效益为 244.082-269.33=218.83 万元b ) 使用全铸造灰口铸铁镶嵌式炉口较使用水箱式炉口全年可创效益为 734.32-269.33=1199.27 万元6 结束语6.1 全铸造灰口铸铁镶嵌式炉口彻底解决了因
17、漏水问题对生产造成的影响 ，节约了维修时间、维修费用，大幅度降低了维修工的劳动强度和高温作业时间。6.2 全铸造灰口铸铁镶嵌式炉口大幅度降低了炉口粘渣对生产造成的影响 ，降低了转炉的维护时间、可使 1#、3#转炉的作业率提高1.5%以上，使转炉各项经济技术指标均得到很大改善，转炉生产能力得到充分发挥。6.3 由于全铸造灰口铸铁镶嵌式炉口表现出的优点和可能创造的效益，在龙钢炼钢厂，将全部推广使用。参考资料：1、机械设计教程濮良贵等编著西安 西北工业大学出版社 2009 年 3 月出版2、炼钢-连铸新技术 800 问干勇等编著北京 冶金工业出版社 2003 年 5 月出版1、分析全铸造铸铁镶嵌式炉口结构特点，说明大幅度降低炉口粘渣的原因。2、分析全铸造灰口铸铁镶嵌式炉口今后还应该改进的方向。目录1、前言2、xx 炼钢厂水冷炉口结构分析3、改造进程4、灰口铸铁镶嵌式水冷炉口改造方案及效果、效益5、全铸造灰口铸铁镶嵌式水冷炉口改造方案及效果、效益6、结束语论文题目：x x 公司 50t 转炉水冷炉口改造姓名：单位：日期：
