（机械工程专业论文）新钢集团210吨转炉本体设备安装技术研究.pdf

摘要 摘要 转炉本体是钢铁厂炼钢车间的核心设备，主要由炉壳、托圈、耳轴轴承座、 倾动装置等主要部件组成，通常装配在炉子跨和加料跨之间。但是因为其单件 设备的体积庞大、质量重，造成安装、维修及改造等工作在空间及起重设备等 方面受到了极大限制，施工也相对困难，因此尽量减少对外部条件的制约，高 效、有序地安装好本体设备，对于节省工程时间，节约工程造价，降低维护成 本，意义重大。 本文结合新钢集团2 1 0 吨大型转炉本体设备的安装工程，介绍了线外组装 及整体安装的主要施工工艺过程，从设备安装的基础检测、耳轴轴承装配、滑 移梁设计等方面进行了详尽的计算和论述，对于在之前安装过程中还没有形成 系统工艺的成对切向键的安装及新工艺在工程中的应用，进行了技术改造，对 于大型转炉线外组装工艺中关键技术的设计研究和实施过程进行了系统阐述， 主要包括三方面的内容：转炉线外组装滑移装置方面的技术研究；三点球面支 撑装置安装的关键技术：耳轴成对切向键的安装关键技术。 关键词：大型转炉；线外组装；三点球面支撑；切向键安装 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h ec o r ee q u i p m e n to ft h es t e e l m a k i n gp l a n ti nt h ei r o na n ds t e e lp l a n t , t h e m a i nb o d yo fc o n v e r t e ri s m a i n l yc o n s i s t e do ff o i t l a c es h e l l ，c a r ec i r c l e ，t r u n n i o n b e a r i n g s ，t i l t i n gd e v i c e sa n do t h e rm a j o rc o m p o n e n t s ，g e n e r a l l ys e t t l e d i n t h e c r o s s - f e e db e t w e e nt h ec r o s sa n dt h es t o v e b e c a u s et h es i n g l ep i e c e so fe q u i p m e n ti s h u g ef o r m a n dw e i g h t ，i ti sr e s t r i c t e di ns p a c ea n dl i f t i n ge q u i p m e n to ni n s t a l l a t i o n , t h ec o n s t r u c t i o nf o re r e c t i o n , m a i n t e n a n c ea n dr e n o v a t i o nw o r ki sm o r ed i m c u l t s o t om i n i m i z et h ee x t e r n a lc o n d i t i o n s ，e f f i c i e n ta n do r d e r l yi n s t a l l e db o d ye q u i p m e n t f o rs a v i n ge n g i n e e r i n gt i m e ，s a v ec o n s t r u c t i o nc o s t s ，l o w e rm a i n t e n a n c ec o s t s ，i s s i g n i f i c a n t i nt h i sp a p e r , t h ex i n - s t e e lg r o u p210t o n so fl a r g e s c a l ei n s t a l l a t i o no ft h e c o n v e r t e rb o d y e q u i p m e n t ，i n t r o d u c e d t h e a s s e m b l y l i n eo u t s i d et h em a i n c o n s t r u c t i o na n dt h eo v e r a l li n s t a l l a t i o np r o c e s s ，f r o md e t e c t i o ne q u i p m e n ti n s t a l l e d b a s e ，t r u n n i o nb e a r i n ga s s e m b l y , s l i d i n gb e a md e s i g na n do t h e ra s p e c t so ft h ed e t a i l e d d i s c u s s i o na n dc a l c u l a t i o n , f o ri nt h ep a s th a v en o tf o r m e dd u r i n gt h ei n s t a l l a t i o n p r o c e s so ft h es y s t e mi n s t a l l e di np a i r sa n dc u tt ot h ek e yn e wt e c h n o l o g yi nt h e a p p l i c a t i o n o fe n g i n e e r i n g t e c h n o l o g yr e s e a r c h , a s s e m b l y l i n e c o n v e r t e rf o r l a r g e s c a l ep r o c e s sd e s i g ns t u d yo fk e yt e c h n o l o g i e sa n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s so f t h es y s t e md e s c r i b e d , i n c l u d i n gt h r e ea s p e c t s ：t h ea s s e m b l y l i n ec o n v e r t e rs l i pd e v i c e t e c h n i c a lr e s e a r c h ；t h r e es p h e r i c a ls u p p o r td e v i c ei n s t a l l m i o nk e yt e c h n o l o g i e s ； t r u n n i o nt a n g e n t i a lk e y si n s t a l l e di np a i r so fk e yt e c h n o l o g i e s k 呵w o r d s ：l a r g e s c a l ec o n v e r t e r , a s s e m b l i n gl i n eo u t s i d e ，t h r e es p h e r es u p p o r t , t a n g e n t i a lk e y si n s t a l l a t i o n i i 第1 章绪论 第1 章绪论 2 0 0 9 年2 月1 8 日2 2 时3 0 分，新钢集团三期技改工程核心项目2 1 0 吨转 炉l 号炉顺利冶炼出第一炉钢水，这就标志着全省瞩目的“十一五规划重大建 设项目新钢集团三期技改工程i 系列已具备全线竣工投产条件。 新钢集团转炉工程自2 0 0 7 年7 月开工建设，总投资1 7 1 5 亿元，设计年产 连铸坯4 5 0 万吨，主要冶炼产品有低合金钢、汽车大梁钢、船板用钢、压力容 器及锅炉用钢等。 1 1 引言 在钢铁制造业中，炼钢技术是相当重要的一环。现有的炼钢方法中，大规 模炼钢的方法，大致可分为平炉炼钢法、电弧炉炼钢法、转炉炼钢法三类。 1 1 1 平炉炼钢法 平炉炼钢法是1 8 6 4 年德国人西门氏和法国人马丁同时发明的，又称马丁炉 法或西门子一马丁炉法，是二十世纪前期的主要炼钢方法。这种方法利用外部 燃料加热，在蓄热室把炉体温度升高到钢熔化需要的程度。这种方法扩大了炼 第1 章绪论 钢原料的范围，对于不同比例的废钢和生铁配料都可以利用。 最初的平炉炉衬为酸性材料，对于含磷高的生铁不能熔炼。随着技术进步， 碱性平炉很快就替代了酸性平炉，它最大的优点就是废钢、生铁配比方面及生 铁磷含量方面，都有着很好的适应能力。平炉炼钢法应用广泛，在项吹转炉炼 钢法应用之前，它的钢产量一直稳定地占据世界钢总产量的8 0 左右。下图为 现代平炉的结构示意图： 图1 1 现代平炉结构示意图 1 1 2 电弧炉炼钢法 电弧炉炼钢法的雏形1 8 9 7 年产生于德国，1 8 9 9 年法国人海劳尔特发明了电 弧炉。这种方法以电能为热源，可以迅速熔化炼钢原料。电弧炉容量一般都较 小，虽然其生产成本较高，但由于炉子的密封性好，大气的干扰作用可以排除， 生产质量高，正是这些特点，特殊钢或合金钢的生产曾经主要用电弧炉炼钢法 来完成。 近年来，随着技术的进步，电弧炉设计制造的容量大型化，功率相应加大， 加之其原料主要为废钢，价格优势大，利用电弧炉冶炼钢的生产成本大大降低， 所以在很多工业发达的国家中，专门利用电弧炉炼钢法来冶炼普通钢的钢厂， 如雨后春笋般涌现。对比起同产量的高炉一转炉联合大型企业，这种小钢厂的 投资成本降低了很多，所以它们发展速度较快，生存空间也比较大。下面为电 弧炉的外观图和结构示意图： 2 第1 章绪论 图1 2 现代电弧炉外观图 7 图1 3 电弧炉炉体结构示意图 1 炉盖；2 一电极；3 一水冷圈；4 炉墙；5 炉坡；6 炉底：7 炉门； 8 _ 出钢口：卜出钢槽 1 1 3 空气转炉炼钢法 1 8 5 6 年，英国人贝塞麦发明底吹酸性空气转炉炼钢法，为贝塞麦转炉炼钢 法。此法利用铁水原料物理热及所含硅、碳及其他元素的氧化反应热，确保钢 水浇铸在整个炼钢过程中维持所要求的高温。贝塞麦转炉炼钢法冶钢过程短， 能耗低，因此受到很多钢厂、企业追捧，从而开创了人类大量用钢的新时代。 3 第1 章绪论 1 8 7 9 年，英国人托马斯发明碱性底吹空气转炉炼钢法，为托马斯转炉炼钢 法。此法采用碱性耐火材料作为炉衬，可以利用西欧大量的高磷铁矿资源。1 8 9 1 年法国人特罗佩纳发明了酸性侧吹转炉炼钢法。4 0 年代，由于制氧技术的快速 的发展，1 9 4 8 年德国人杜雷尔，提出采用水冷氧枪垂直插入炉内来吹炼铁水的 构想，当时这种炼钢法在瑞士获得了成功。1 9 5 2 年及1 9 5 3 年，奥地利钢铁联合 公司分别在林茨城( l i n z ) 和多纳维茨称( d o n aw i z ) 先后建成了3 0 吨氧气顶吹转 炉车间并投入生产，称为l d 法，而在美国一般称做b o f 或b o p 法，在英国、 加拿大等地，称做b o s 法。氧气顶吹转炉炼钢法自投入工业生产以来，凭借其 优势，逐步取代了空气转炉法和平炉炼钢法，在冶炼行业范围迅速推广应用， 成为了现代钢铁厂中炼钢的主要方法。在顶吹氧气转炉中，铁水约占金属总装 料量的7 0 - 8 5 ，其余1 5 0 旷3 0 是废钢。高压纯氧通过氧枪从熔池上方吹入， 氧化铁水中的硅、锰、碳和磷等元素，造渣脱磷、脱硫。 1 9 6 7 年原联邦德国和法国建成了氧气底吹转炉，1 9 6 9 年原联邦德国采用钢 包喷射冶金技术，1 9 7 4 年英国首先在1 2 5 吨转炉上，1 9 7 5 年法国和卢森堡合作 在6 5 吨转炉上先后试验成功顶底复合吹炼转炉炼钢。目前，转炉炼钢法在全世 界范围得到广泛的应用。下图为一转炉造型图： 图1 4 转炉总体造型图 4 第1 章绪论 在1 9 4 9 年新中国成立之前，炼钢技术相当落后，当时的炼钢设备普遍采用 平炉，只有极少数地方采用电弧炉和转炉来炼钢。我国炼钢技术进入新局面的 标志是1 9 6 4 年在首钢建成我国第一座3 0 吨氧气顶吹转炉。这种设备及其炼钢 方法占据较大的经济优越性，较大的氧气顶吹转炉相继在我国许多钢厂进行改 建和新建。到2 0 0 6 年止，我国共有6 2 0 多座转炉投入生产，其产量约占我国粗 钢总产量4 2 3 亿吨中8 8 。随着技术的不断革新，当今现代化的大型转炉在最 大公称容量的增加、维护成本的有效控制、自动化信息技术的应用、整体转炉 寿命的延长等方面均取得了巨大的进步。 下图为我国某厂3 0 0 t 转炉总体结构示意图： 图1 5 转炉总体结构不葸图 l 一炉体：2 一支承装置；3 倾动机构 本文以新钢集团三期技改核心工程2 1 0 吨转炉本体设备安装工程为例，以 大型转炉线外组装工艺为课题，对组装工艺的应用和实施过程进行了系统阐述， 希冀能够在我国冶金行业中编制大型转炉本体设备的安装技术文档方面，提供 部分参考建议和材料。 1 2 选题意义 转炉本体作为钢铁厂炼钢车间的重要核心设备，它的主要结构是由炉壳、 5 第1 章绪论 托圈、耳轴轴承座、倾动装置等部件组成，通常装置在炉子跨和加料跨之间。 但是因为其单件设备的体积庞大、质量重，造成安装、维修及改造等工作在空 间及起重设备等方面受到限制，施工也相对困难，因此尽量减少对外部条件的 制约，高效、有序地安装好本体设备，对于节省工程时间，节约工程造价，降 低维护成本，意义重大。 1 2 1 吊装就位法 根据公称容量的大小，4 0 t 及以下的为小型转炉，4 0 t 以上的为中大型转炉。 对于小型转炉本体设备的安装，较多采用的就是吊装就位法，利用行车和卷扬 机相互配合，对托圈和炉壳设备进行分别吊装。吊装就位法虽然简单方便，但 在设计安装方案及具体实施方面，对施工人员有严格的要求，具有很大程度上 的困难。 如果是安装中大型转炉本体设备的话，采用较多的为顶升法。这种方法就 是先在钢包台车轨道上，设置好传统专用台车，然后把托圈及炉壳等这些本体 设备水平运输到位，最后采用液压装置顶升法安装到位。是专用台车和液压装 置为了满足托圈和它的组装件的需求及炉底安装的需要，通常将专用台车设计 成两节式。这样在安装倾动装置的时候，为搭设高位台架预留空间，就先不安 装装料跨平台部分构件，最后利用卷扬机、滑车、手拉葫芦和千斤项等机械安 装就位。在全国各钢厂转炉安装和检修工程中，此工艺己成功应用了2 0 余年， 有着丰富的经验，社会效益和经济效益均比较显著。 但是，吊装就位法工艺必须满足几个前提条件：一是需要专用台车。而且 因为设备体积大、质量重，所以必须核算台车承载的最大负载，以免造成台车 结构、轴承等部件的损伤；二是需要专用台架。台架要满足分段炉壳组装部件 的安装需要，要考虑设备升降的组合装置及作业人员的操作空间。三是要充分 考虑到炉壳分段的特点。安装过程中，上、中段炉壳先行组装焊接，之后将上 部炉壳与托圈连接起来，待它们安装好之后，再将下部炉壳做顶升连接。此法 要求行车有足够的吊装高度，并选择合适的炉壳分段部位，这样才能满足炉壳 各部段就位和组装所需要的作业空间。 1 2 2 线外组装法 与传统的安装工艺比较之下，采用线外组装法对大型转炉本体设备进行安 6 第1 章绪论 装，有着显著的区别。 第一，线外组装法比较简单，它只要在原有炉前平台的基础上，设计出相 应的支撑滑移梁，根本不需专用台车和专用台架；第二，滑移梁的合理设置， 为同时组装炉壳和托圈，留出了相应的作业空间，而且可以在托圈下部提前组 装焊接炉壳，极大地加快了炉壳的分段组装和运输工作；第三，托圈、炉壳线 外组装的同时，可同步组装倾动装置，减少单独吊装的难度，缩短安装工期； 第四，炉壳的组装焊接工作可经选择在线外，先行完成，这样既提供了炉壳线 外砌筑的可能，又对今后的检修或技改工作，节省了珍贵的时间：其五，利用 装置好的两根滑梁完成所有部件的线外组装，然后整体移动就位的安装技术， 对炉壳的分段及焊缝的位置不做特定要求，这样又很好地满足了各种运输条件。 该工艺的实施，为倾动装置切向键的安装、检查提供了较好的空间条件，也为 线外砌筑炉壳中耐火材料的工作提供了较好的条件，从而为整个技改工程节省 了许多宝贵的时间，提高了整个安装工程的施工效益。 在国外，大型转炉本体设备的安装就位技术不缺成功应用的例子，但是在 应用于国内的施工工程中的例子委实不算多。结合实际安装工程，重点对转炉 本体设备中成对切向键、三点球面支撑等关键部件的安装就位技术进行系统研 究，获得详细的施工工艺技术数据，形成有一定参考价值的系统安装工艺技术 文件，以冀对同类设备的安装、技改、检修等工作起到较好的指导和参考意义， 这就是本课题的意义所在。 1 3 现状调查 万口电 7 0 0 0 0 6 0 咖 5 | d 0 0 0 4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 2 0 0 1 0 0 0 0 0 匕l 粗钢产置) 一同比增长 2 0 012 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 2 0 0 82 0 0 92 0l0 图1 62 0 0 1 2 0 1 0 年我国粗钢生产变化情况 7 筠日扣佰仲5 o 第1 章绪论 近十年来，随着我国经济的高速发展，我国粗钢产量持续保持增长态势( 图 1 6 ) 。2 0 1 0 年，我国生产粗钢近6 3 亿吨，同比增长9 3 ，与2 0 0 0 年的1 3 亿 吨相比，增长了3 8 8 倍，年均增长1 7 2 。根据国际钢协经济委员会预测，十 二五期间，全世界钢需求量的年增长速度为4 2 。国内市场对钢铁产品的需求 将继续呈现适度、稳定增长态势。 当前，我国的钢铁产能己超过6 亿吨，从我国长远的发展趋势来看，通过 对系统的升级及技术改造来提高钢铁产能的方法，必将成为钢铁业未来发展的 主流方向和重要手段。结合新钢集团公司在三期技改工程中2 1 0 t 大型转炉本体 设备的安装过程，探讨并运用安装新工艺，本文进一步深入研究该工艺的应用， 获取更多的工艺经验和资料，以将该工艺更好地推广实施。 据统计，截至2 0 0 6 年底，我国重点大中型钢铁企业共有3 7 6 座转炉，生产 能力达3 3 7 7 6 万吨。但是，其中仍有1 5 2 座l l t 4 9 t 之间容量的转炉，占当年 转炉炼钢的4 0 4 2 ，产能达8 4 1 1 万吨，占总产能的2 4 9 ；另有1 1 4 座5 0 t 9 9 t 之间容量的转炉，占当年转炉炼钢的3 0 3 2 ，产能达9 9 6 9 万吨，占总产能的 2 9 5 2 。而在西方发达国家，炼钢转炉的公称容量最大的已达1 0 0 0 吨，且普遍 都在1 5 0 吨以上。随着我国社会经济趋于健康稳定的发展，淘汰落后产能，改 造提升装备水平，缩小钢铁工业产业装备的落后差距，加快我国在炼钢转炉大 型化方面的工作进度，已是企业乃至政府的一项重要工作。 1 4 研究内容和关键技术问题 本论文结合新钢集团2 1 0 t 转炉本体设备的安装工程，在该工程总体施工技 术设计的基础上，全面系统地介绍了大型转炉本体设备的安装施工工艺，并重 点对转炉的线外组装法、整体就位技术、耳轴成对切向键及三点球面支撑装置 的安装工艺等方面的关键技术进行研究，对在设备安装施工过程中所遇到的问 题及需要考虑的方面进行阐述，并提出相应的解决思路与方法。 8 第2 章施工工艺整体设计 第2 章施工工艺整体设计 2 1 大型转炉本体设备的概述 大型转炉本体设备的主体结构包含炉型、炉壳和支撑装置、转炉倾动机构 及氧枪、底吹系统、转炉修炉装置等相关设施。 钢铁企业中炼钢工艺流程一般如下图所示： 图2 1 炼钢工艺流程示意图 其中，转炉系统工艺流程如下图所示： 9 第2 章施工工艺整体设计 氧气废钢铁水散装料铁合金 2 1 1 转炉炉型 图2 2 转炉系统工艺流程图 作为新钢公司三期技改任务中3 0 0 万吨薄板工程的配套工程，2 1 0 吨转炉炉 高1 0 3 0 5 m m ，炉体最大直径7 8 6 0 m m ，炉子总重量2 2 0 多吨。投入使用后，该 炉每小时平均出钢量2 3 0 吨，最大出钢量可达2 5 0 吨，年产量约4 5 0 万吨。目 前，该炉出钢量居全省同行首位。 转炉炉型主要参数见表2 1 。 1 0 第2 章施工工艺整体设计 表2 1 转炉炉型 名称符号单位数据 转炉公称容量 t2 1 0 平均出钢量 tt2 3 0 炉壳全高 hm m1 0 3 0 5 炉壳外径 dm m7 8 6 0 转炉炉壳高径比 h d1 3 1 有效工作容积 v m 32 1 2 0 6 炉容比n r 0 9 2 2 熔池直径 d 1m m6 0 0 0 熔池深度 h 1m m1 7 3 2 出钢口水平夹角 9 o 1 0 炉口直径 d om m3 2 0 0 出钢口直径 d 2m m 1 8 0 炉膛有效高度 h m m9 3 3 5 炉膛直径 dm m6 0 0 0 炉膛高炉膛直径 h d1 5 6 炉身衬砖总厚d 3m m8 5 0 炉底衬砖总厚 h lm m9 0 0 注：上述炉型参数为参考数据，实际设计时可以根据最终情况进行相应调整和修改。 用耐火材料砌成的炉衬内腔形状和尺寸为转炉炉型，转炉炉型绝大多数是 轴对称回转体结构，由截锥型炉帽、圆柱形炉身和不同形状的炉底三部分组成。 根据不同形状的炉底划分，常见的一般有筒球型、锥球型和截锥型三种炉型( 见 图2 3 ) 。大容量的转炉多为筒球型炉型，筒球型炉型由一个球缺体和一个圆筒 体组成，它的整体结构简单、砌筑工艺也很方便、炉壳制造更加容易，而且筒 球型炉型，因为熔池内部设计形状与炉内金属液体循环流动的轨迹很接近，所 以当熔池内部直径足够大时，供氧吹炼时也能保证最小的喷溅量，从而使炉衬 有较高的寿命。与相同容量的筒球型炉相比，在熔池深度相同的情况下，锥球 型炉型更有利于冶金反应，而截锥型炉型的优点是炉底砌筑方便，在中小容量 第2 章施工工艺整体设计 国：国国 图2 4 炉衬示意图 转炉炉衬的砌筑质量是炉龄的基础，提高转炉炉龄，采用优质材质的炉衬 1 2 第2 章施工工艺整体设计 砖固然重要，但炉衬的砌筑方法也非常重要。砌筑时应严格遵循“紧、实、严 的原则，砖之间尽量靠紧，除预留一定的膨胀缝，水平间隙不能大于l m m ，垂 直间隙不能大于2 m m ；缝隙之间须用不定形耐火材料填实；各层之间要用镁砂 填严。为了保证整个炉衬砖的损蚀程度均衡，最大限度的提高衬砖的整体使用 寿命，应根据炉衬部位的不同，采用综合砌筑法。 2 1 2 炉体支撑系统 炉体支撑系统包括支承炉体的托圈、耳轴、轴承座及相应的连接装置等。 2 1 2 1 托圈 托圈及与其紧密相连的耳轴主要是对转炉主体起支承作用，并传递转矩。 在工作过程中，托圈除承受转炉自重等全部静载荷外，还要承受因频繁工作所 产生的动载荷及冲击载荷，同时还要承受因为炉体、钢包等热辐射作用而引起 的热负荷。因此从满足转炉生产的要求方面来看，托圈结构必须具有足够的强 度、刚度和韧性。 托圈由托圈环体及两侧耳轴组成。托圈为箱形断面，内有加强筋，采用水 冷方式，钢板材质为1 6 m n r 。耳轴为锻钢件，材质为1 8 m n m o n b ，耳轴轴头插 装入托圈两端的托圈孔中，通过轴承座及支撑结构把转炉支撑在基础上。托圈 本体和耳轴通过焊接连成一体( 见图2 5 ) 。 图2 5 托圈及耳轴造型图 托圈可现场组焊，如运输条件许可，亦可采用整体制作。托圈采用水冷整 体结构形式，冷却水走向为同侧进水圆形环路的方式，强化效果好，可有效减 小托圈热应力及热膨胀效应，从而改善轴承的受力条件。在托圈内耳轴排水口， 1 3 第2 章施工工艺整体设计 由于采用了特殊水管安装结构，能保证托圈内保持高的冷却水位。 为尽可能缩小耳轴的最大径向尺寸，减小托圈和耳轴的机械加工量，增加 设备的联接可靠性，托圈采用托圈环体和耳轴焊接连成一体的设计。该设计方 法也可大大减轻设备重量。托圈上焊有杠杆座、挡座、垫板和螺栓，杠杆座与 托圈半弧段焊接后精加工轴孔，挡座需在现场配合设备安装与托圈焊接。 转炉两侧的耳轴都是阶梯形圆柱体金属部件，主要用于传递倾动机构所产 生的扭矩，同时需承受机构静、动载荷所产生的弯曲、剪切等综合负荷，故要 求耳轴的强度较高。 2 1 2 2 支撑机构 本机构由位于传动侧和浮动侧两侧的轴承座及相应的刚性支座组成( 见图 2 6 ) 。 图2 6 支撑机构( 轴承座) 造型图 传动侧为定位侧，其轴承座为固定支座；浮动侧轴承座用螺栓与刚性支座 联接，然后铰接基础底座，可以更好吸收托圈的热膨胀。由于支座的摆臂足够 长，在膨胀或收缩的最大设计值时，其在垂直方向的位移可忽略( 小于1m m ) 。 轴承座内安装的是标准调心滚子轴承，但设计时也考虑了一旦轴承损坏有安装 剖分式轴承的可能性。耳轴轴承的润滑采用电动自动干油装置。基于负荷大、 1 4 第2 章施j 工艺整体设计 工作条件恶劣等原因，在大中型转炉上耳轴轴承普遍采用自动调心双列圆柱滚 子轴承，以克服滑动轴承磨损快的缺点，并对由于托圈制造安装误差所引起的 耳轴同心度和平行度误差进行自动补偿。 炉体与托圈的连接装置除了要安全地支承全部工作负荷，为炉体传递足够 的转矩外，还应能吸收或消除冲击载荷，使载荷在支承系统中均匀分布，防止 炉壳过度变形，调节由于温度变化所引起的横向和纵向的位移，从而将它对炉 壳产生的限制力控制到最小。 转炉上目前常用的支承系统是悬挂支承盘连接装置。该装置为三支点连接 结构形式。其中，两个基本承重支点位于耳轴位置，一个倾动支承点位于托圈 下部与炉壳相连接处，在出钢口对侧。由于该连接装置能始终保持托环与支承 盘顶部为高副线接触，不管炉体处于任何倾动位置，在整个倾动过程中，炉壳 上的托环会始终沿托圈上的支承盘滚动，这样可以保证倾动过程平稳没有冲击。 炉口、托圈和耳轴采用循环水冷却，防止热变形，提高了设备的使用寿命： 炉壳上取消了大量复杂的上部结构，有利于冷却水管的布置；取消了炉底的配 重，有利于炉壳的更换和安装。 2 1 3 转炉倾动机构 2 1 1 1 设备描述 本设备为炉体的倾动提供动力。若选用事故驱动装置，则在发生停电事故 时，可将转炉倾动一定的角度。 转炉倾动装置采用四点啮合全悬挂一扭力杆平衡装置结构( 见图2 7 ) 。四 点啮合具有高的工作可靠性和安全性，二次减速机全悬挂吊装在托圈耳轴上， 该设计使倾动机构能吸收托圈的伸长和弯曲变形。一次减速机套装在二次减速 机高速出轴上，使一次减速机也全悬挂吊装在二次减速机上，这种设计有利于 消除一次减速机插装在二次减速机上所形成的三支点支撑结构，大大改善轴承 受力和齿轮载荷的分布，同时有利于设备制造和一次减速机的安装、拆卸。二 次减速机下部的扭力杆平衡装置则用于吸收转炉倾动过程中产生的倾动力矩， 并减缓转炉倾动的冲击，这对减少设备零部件的冲击载荷，延长设备使用寿命 是非常有利的。转炉倾动装置的四台电动机采用交流变频电机，可无级调速。 4 台液压推杆制动- 器r ( a c ) 为转炉的停位提供了可靠的保证。采用交流电机驱动的 最大优点是减少了电机的维护检修量，提高了设备的可靠性。 1 5 第2 章施工工艺整体设计 图2 7四点啮合全悬挂式倾动机构造型图 转炉的位置控制由一编码器控制。 在二次减速机的外侧耳轴端部设有一冷却水出水旋转接头。 扭力杆轴承采用人工油润滑；二次减速机齿轮采用电动稀油喷溅循环润滑， 一次减速机为浸油润滑。 转炉正常冶炼时，4 台电机同时工作。当有1 台电机发生故障或拆修时，另 外3 台电机仍能维持2 4 小时正常工作。当2 台电机同时发生故障时，其余2 台 电机仍能保证炼完一炉钢。倾动装置的过载力矩设计满足的转炉冻炉时的操作 需要( 但必须4 台电机同时工作) ，允许在低转速状态下( 0 1 5 r m i n ) 将转炉倾动， 能满足通过加铁水熔解冻结在炉底钢块的操作。 倾动机构须满足操作工艺的需求。在任一倾角位置上，转炉均要能够准停， 并与氧枪、副枪、炉下钢包车、烟罩等设备联锁。根据不同工作需求，转炉倾 动速度大小也要能够调节，检测、出钢、倒渣时，倾动速度要平缓；空炉倾动 时，则可用较高的倾动速度；在接近预定位置时，为保证停位准确并使炉液平 稳，须采用较低的倾动速度。 转炉倾动设有中控室和炉前、炉后三个操作地点。炉后摇炉室负责出钢操 1 6 第2 章施工工艺整体设计 作，炉前摇炉室负责出渣，中控室负责铁水和废钢加入转炉时的倾动控制。为 保证加废钢、兑铁水等操作安全，在中控室窗前设有升降挡板保护装置及工业 电视。 2 1 1 2 技术参数及设备组成 表2 - 2 转炉倾动机构参数 倾动机构形式 四点啮合全悬挂一扭力杆平衡机构 转炉倾动角度 4 - 3 6 0 。 转炉倾动转速o 1 1 0 r m i n 最人设计工作倾动转矩 3 8 0 0 l 洲m 最大工作倾动转矩- - - 3 6 0 0 k n m 设计事故过载力矩 10 0 0 0 k n m 技术参数 电动机数量功率 4 x 2 0 0 k w 。 二次减速机传动形式 直齿、中硬齿面设计 二次减速机传动比 9 0 6 齿轮模数压力角 2 5 2 0 0 一次减速机传动形式斜齿、硬齿面设计 一次减速机传动比8 1 交流变频电机 4 台 制动器4 台 一次减速机 4 台 设备组成二次减速机1 台 扭力杆平衡装置 1 套 冷却水旋转接头1 套 编码器1 个 2 2 转炉本体设备安装技术要求 2 2 1 设备基础验收及中心投测 在安装工程之前，必须对设备基础进行严格验收。验收过程中，基础中心 线、标高、埋设件、地脚螺栓、沉降观测点等等全部要一项一项进行检测。 1 7 第2 章施工工艺整体设计 2 2 1 1 基础施工工序的验收 在基础施工完毕后，表面的杂物应清除，并清扫干净。验收时，土建方应 提供中间交接验收记录，按照钢筋混凝土工程施工及验收规范和设备基础图 验收，并进行复测，基础的不合格项目由土建单位处理至合格，之后划线埋设 永久中心标板( 纵横向) ，并做安装辅助测量线和点。 土建方提供基准测量标高点和坐标点作为设备基础测量和安装依据。 2 2 1 2 基础检测方法 根据安装设计图以及土建工序相应资料，用钢卷和钢板卷尺检测基础的外 形尺寸和地脚螺栓的位置，用水准仪测检标高，用挂线坠法检测孔垂直度。检 测标准如下： 表2 - 3 基础检测标准 序号项目允许偏差( m m ) l 基础坐标位置( 纵横向轴线)2 0 2 基础各不同平面的标高 0 ，2 0 2 2 1 3 地脚螺栓的检测内容 为了避免因螺栓位置的误差，从而导致设备安装位置不符合要求的现象发 生，所以在安装前，必须对地脚螺栓的中心距、垂直度、标高等进行详细、认 真地检查。验收的技术标准如表2 - 4 ： 表2 - 4 地脚螺栓验收技术标准 序号项目 仪器及方法允许偏差( m m ) l 螺栓顶部标高水准仪、钢板尺 + 2 0 ，0 2 中心距( 在根部和顶部两处测量) 挂设纵、横两条中心线2 3 孔壁距离及孔底间隙 千分尺、钢板尺大于1 5 2 2 1 4 中心标板与测量点的设置 按照施工设计图和厂房轴线及土建提供的测量基准，划定转炉安装的纵横 向中心线，同时将永久性中心标板设置好，剩下的为临时标板和辅助标板，用 长条形埋设件设置好，以便于设备安装。同理，按照不影响设备安装和便于观 测的原则，在传动侧及另一侧基础上分别设置基准点位。中心标板的加工及埋 1 8 第2 章施工工艺整体设计 设按照规范规定执行。 以转炉为中心，在其上下、左右、前后的各层平台上安装着各种工艺设备 ( 如烟道、氧枪、除尘设备等) ，它们都在转炉安装后围绕转炉中心基准进行安 装。由于转炉安装后再进行各层平台的设备中心线测量非常困难，也不易保证 精度，因此，转炉安装前对各层平台的中心、标高进行定位测量，做出明显标 志，是保证转炉及其它设备准确安装定位的一个重要条件。 测量点投测时，必须要保证平台的稳定性，避免由此带来的经纬仪器测量 误差。 2 2 2 进场设备的检验 转炉设备属大件、特大件的组焊及加工组装件，设备进场后，应会同各相 关人员进行清点、检查，除对产品的合格证书及外观等常规检查外，并还应做 相应项目的检验检测，确保质量过关。譬如，检查炉壳上下中心标志，是否存 在错刻或漏刻现象；测量托圈几何尺寸及装配轴承的轴径尺寸偏差是否达到设 计要求；检查炉门刀边是否平直，刀边变形或损伤，安装前必须修补好；小炉 门转杆灵活可靠，等等。 根据设计文件要求，对整体进场的托圈进行水压试验和通水试验。在 0 7 5 m p a 试验压力下，稳压l o 分钟，之后再在0 6 m p a 工作压力下，保压3 0 分 钟，如无渗漏现象，则拖圈为合格。注意的是，如没有明确规定设计文件，那 么试验压力应为设计压力的1 2 5 倍。并且通水试验时，连续通水时间不能少于 2 4 小时，如无渗漏，进出水通畅无阻，则拖圈为合格。 对于托圈的组装精度，以传动侧耳轴轴线为基准，两耳轴的同轴度不超过 1 5 m m 偏差为合格，这可用经纬仪或挂线配合千分尺的方法来检查。对于法兰 连接的托圈法兰结合面，其局部间隙不得超过o 0 5 m m ，这可用塞尺来测量。 2 2 3 耳轴轴承座安装技术要求 耳轴轴承座、轴承支座将转炉支撑体系的所有重量都传到基础上，故安装 过程中需重点控制相关数据，具体技术要求见下表： 1 9 第2 章施工工艺整体设计 表2 5 耳轴轴承座及轴承支座安装技术要求 序号项目 允许偏差( m m ) 检查方法 l标高 5 o水准仪 2 固定端轴承座纵、横向中心线 1 o 挂线尺量 移动端轴承座纵、横向中心线( 应与固定端轴承座偏 31 0 挂线尺量 差方向一致) 4 两轴承座中心距 1 0挂线尺量 5 两轴承座对角线相对差 4 o 挂线尺量 6 两轴承座高低差 1 o 水准仪 7 纵向水平度 0 1 0 1 0 0 0 水平仪 8 横向水平度( 同定侧) ( 靠炉体侧宜偏低) 0 2 0 10 0 0 水平仪 9 横向水平度( 活动侧) ( 靠炉体侧宜偏低) 0 1 0 1 0 0 0 水平仪 1 0 轴承座、轴承支座、斜楔局部间隙 o 0 5 塞尺 2 2 4 炉壳安装技术要求 炉壳安装的技术要求主要是控制相应的偏差，具体见下表： 表2 - 6 炉壳安装偏差控制表 序号项目 允许偏差( m m ) 检查方法 l 炉壳直径1 0 o尺量 2 炉壳最大直径和最小直径之差( d 为炉壳设计直径) 3 d 1 0 0 0 尺量 3 炉壳高度( h 为炉壳设计高度) 3 h l o o o 挂线尺量 炉壳垂直度( 测量炉口平面、炉底平面或炉底法兰平 41 0 1 0 0 0 吊线尺量 面相对于炉壳轴线垂直度) 5 炉口向上时，炉口纵、横向中心线 2 o 挂线尺量 6 炉口向上时，炉口平面距耳轴轴线距离 + 1 o ，2 0 水准仪 7 炉口向上时，炉壳轴线对托圈支撑面的垂直度 1 o 1 0 0 0 挂线尺量 炉口向上时，炉口水冷装置中心与炉口中心在同一 85 0 挂线尺量 垂直线上 2 0 第2 章施工工艺整体设计 2 3 施工工艺总体确定 2 3 1 安装工程简介 由于转炉本体单件设备外形尺寸庞大，质量笨重，安装、维修及改造等工 作在空间及起重设备等方面受到限制，施工比较困难，故需采用适宜的措施将 各部件就位。施工过程中，支撑系统轴承座的安装相对简单，可以吊装到位； 像托圈和炉壳等这类大重量和大尺寸的部件就用线外组装和整体滑移专用方法 来装置就位。 2 3 2 施工步骤的确定 在正式安装设备之前，相应的准备和确认工作都必须做好。为满足大件设 备顺利进场的需要，需对设备进场道路的回填、转弯半径等情况进行确认；图 纸会审和技术交底工作己完成：需要搭设的安全平台等安全措施已到位；施工 机具和测量器具准备妥当；基础检查、螺栓检查和中心标板、基准点的埋设已 完成；进场设备已经检验，符合安装要求；托圈组件滑移支撑体系己施工完毕； 所有存在的问题已妥善解决。 主要施工步骤安排如下表： 表2 7 主要施t 步骤安排表 序号主要施上步骤 l 轴承底座安装找正 2 耳轴轴承装配 3在钢水罐车上制作支撑框架 4 在框架上设置液压千斤顶 5 托圈吊装到支架上 6 炉壳吊装并与托圈组装 7 用慢动卷扬将托圈和炉壳拖到已安好的轴承底座前 8 用液压千斤顶顶起托圈和炉壳 9 继续用卷扬牵引至安装位置 1 0 同落千斤顶 1 1 倾动安装支架制作 i 2 安装倾动装置 2 l 第2 章施工工艺整体设计 2 3 3 施工工艺流程图 施工工艺流程图见图2 8 。 图2 8 转炉安装施工工艺流程图 第2 章施丁t 艺整体设计 2 4 本章小结 本章对转炉炉型、炉壳、支撑系统和倾动机构等本体设备的主要安装特点 及安装方法作了简单的叙述，而对安装工程前设备基础的验收、进场设备的检 验、耳轴轴承座与炉壳的安装技术要求及施工工艺的总体确定等内容作了详细 的论述。 第3 章主要施工工艺设计 第3 章主要施工工艺设计 3 1 基础垫板的施工 转炉整体外形庞大，负荷重，为确保设备安装精度以及正常运转和使用寿 命。科学合理的垫板旖工是设备安装过程中的重要环节。基础垫板主要是根据 所承受设备的重量及其所安装的地脚螺栓紧固力的大小来进行选择。以托圈上 耳轴两轴承支座所承受的负荷为例，其主要来自以下设备的重量： 表3 - 1 耳轴轴承支座主要负荷表 名称 重量( t )名称重量( t ) 托圈 2 0 3 3 9 炉壳 1 9 8 0 6 炉体支撑 1 2 6 6 驱动侧轴承座 4 6 2 6 非驱动侧轴承座 4 2 3 5 倾动装置 1 2 7 3 0 钢水重量1 8 0 0 0 炉内耐材 约6 0 0 3 1 1 基础垫板的选择 基础垫板用q 2 3 5 a 钢板加工，加工后钢板保留厚度不小于1 0 m m 。用座浆 法设置垫板，以耳轴两轴承支座为例，根据其所承受装置的重量，位于传动侧 轴承支座基础垫板的选择依据如下： a _ c ( q t + q 2 ) r ( 3 1 ) 式中：卜基础垫板校核总面积( 删n 2 ) ； c d 安全系数，取1 5 - - 3 ，座浆法放置垫板或无收缩混凝土灌浆取小值； q l 一垫板所承受的设备重量( ； q 2 一地脚螺栓紧固力之和，单根螺栓按照规范取均值( n ) ； r 一基础混凝土抗压强度，转炉基础标号c 3 0 ，取混凝土设计强度3 0m p a 。 根据表3 1 中的数据，传动侧基础垫板所承载的重量为：炉壳及托圈、耳轴 总重量的1 2 + 转炉倾动装置重量。经计算：q 1 = 7 6 1 1 ，3 5 1 n ； 驱动侧共设有1 4 根m 1 0 0 地脚螺栓，单根螺栓的设计紧固力为1 9 1 8 ，0 0 0 n ， 经计算：q 2 = 2 6 8 5 2 ，0 0 0 n ； 2 4 第3 章主要施工工艺设计 基础混凝土设计强度为3 0 m p a ，由此计算： a _ c ( q i + q 2 ) i i 1 5 x ( 7 6 1 1 ，3 5 1 + 2 6 8 5 2 ，o o o ) - - 3 0 = 1 7 2 3 1 6 7 5 5r n l , n 2 按2 6 组垫板计算，根据螺栓的分布特点，选用3 5 0 x 2 0 0 x 2 0 m m 垫板，设垫 板实际使用面积为a s ，则： a s = 3 5 0 2 0 0 x 2 6 = 18 2 0 ，0 0 0m m 2 a s a ，a s a = 1 0 6 ，满足垫板承载要求，校核合格。 按照上式计算，非驱动侧基础垫板所承载的重量：q i = 6 2 6 9 ，3 4 9 n ：轴承支 座共设有1 6 根m 6 4 螺栓，单根螺栓预紧力为7 3 3 ，0 0 0 n ，经计算： q 2 = 117 2 8 ，0 0 0 n ： 基础混凝土设计强度为3 0 m p a ，由此计算： a = c ( q 1 + q 2 ) r = i 5x ( 6 2 6 9 ，3 4 9 + 117 2 8 ，o o o ) + 3 0 = 8 9 9 8 6 7 4 5l i l l n 2 根据地脚螺栓的分布特点，选3 0 0 x 2 0 0 x 2 0 m m 垫板6 组、3 0 0 x 1 8 0 x 2 0 m m 垫板1 0 组，设挚板实际使用面积为a s ，则： a s = 3 0 0 x 2 0 0 6 + 3 0 0 18 0 x1 0 = 9 2 0 0 0 0r a m 2 a s a ，a s a = 1 0 2 ，满足垫板承载要求，校核合格。 倾动装置止动座由于受力较小，选用常规垫板即可不再校核。 3 1 2 基础垫板的施工 基础垫板的施工一般采用座浆法和二次灌浆法两种施工方法。 3 1 2 1 基础垫板的配置 放置垫板前应将垫板表面的毛刺、铁锈等修磨干净，并用红丹粉进行研磨。 每个地脚螺栓旁及设备主要受力部位处均需设置垫板组，并且要要尽量相互靠 近。每一垫板组的垫块数应尽可能减少，放置时，最厚的垫块应放在下面，把 相对薄的垫块放在中间，调至平整后，再相互焊接牢固。 每一垫板组整齐放置后，基础挚板上表面标高的允许偏差为0 5 m m ，水平 度小于0 5 1 0 0 0 。垫板组宜露出设备底座外缘2 0 , - , 4 0 毫米，每一组垫板均应压紧， 可用0 0 5 m m 厚的塞尺检查垫板之间、垫板与设备之间的压紧程度，并且在同 一断面的地方，塞入的长度不能超过三分之一的垫铁的长度或宽度。 3 1 2 2 垫板座浆法施工 第3 章主要施工工艺设计 座浆法施工，是指先在放置好的基础垫板上凿坑，用搅拌好的高强无收缩 型灌浆料填充，最后再在它其上放置平垫板。具体施工步骤及要求如下： 凿坑：在基础上按照垫板布置型式，画出垫板位置，用风铲或其它机具凿 出座浆坑；坑的长宽应比垫板的长宽大6 0 , - , - 8 0 m m ，凿入基础表面深度的要求应 不小于3 0 m m