炼钢厂渣罐修复技术

46 2009 年第 32 卷第 3 期 炼钢厂渣罐修复技术 肖 洪 (新钢钒维检中心 ) 摘 要： 就炼钢厂渣罐在使用过程中的开裂原因进行定性分析，提出渣罐修复工艺，对损坏的渣罐进行修复后重复使用，提高了渣罐使用寿命，减少了渣罐消耗量，大幅度降低了生产成本。 关键词 ： 渣罐；止裂孔；焊缝；焊接应力；电弧冷焊 0 引言 渣罐是炼钢厂大型生产工具之一，主要用于盛装粗钒渣及废钢渣等，对炼钢厂正常生产起着十分重要作用。 炼钢厂渣罐由铸铁通过型砂浇铸成型，t，壁厚 60 120 相组织主要为珠光体基体加片状石墨。 灰口铸铁中 80%以上碳是以片状石墨形式存在，因此具有优良的铸造性、耐磨性、减震性、切削加工性及缺口敏感性，在工业上应用很广。但由于铸铁基体中片状石墨强度远低于金属基体、片状石墨割裂了基体组织而破坏了基体组织连续性以及基体中石墨原子排列呈层状而导致其结合力弱、易发生滑移等方面原因，灰口铸铁抗拉强度、塑性和冲击韧性都很低 1。 基于灰口铸铁上述特性，渣罐在生产使用过程有以下两方面外因决定了它损坏的必然性： (1)渣罐在使用过程中盛装的红渣没有及时翻出而板结在罐底，通常采用机械外力击打罐底方法清理，渣罐底部在外力的频繁击打下 ，基体中的片状石墨滑移或断裂，导致渣罐开裂；随着裂纹的扩展，渣罐底部材料酥碎洞穿，并在较短时间内从渣罐底部向本体四周迅速扩展。 (2)由于炼钢厂特定的生产工艺条件，渣罐的使用需经历频繁的骤冷骤热，在热胀冷缩的应力作用下铸铁基体中的片状石墨同样会发生相对滑移或断裂，同样会导致渣罐开裂并使裂纹不断延展。 渣罐损坏后，若不及时修复，短时间内裂纹将扩展到整个罐体，导致渣罐报废、渣罐消耗数量急剧上升，不利于生产降成本的要求。另外，破损的渣罐用于盛装红渣，还会因漏渣而烧损设备。因此，决定在渣罐出现破损、但未达到报废时将 其下线，采用手工电弧焊进行修复后重新投入生产使用。 1 修复技术 焊接性评价 炼钢厂渣罐主要化学成分见表 1。 表 1 渣罐主要化学成分 % C n P S 3 据表 1 所列的渣罐成分，对渣罐的焊接性能进行评价 2。 说明渣罐的焊接性能较差。结合渣罐的金相组织特点 (中碳、硫、磷含量较高 )，渣罐修复焊接时存在以下两个方面的问题： (1)在母材和焊缝交界处（热影响区）易产生白口层，这种白口层在熔合区变为 白口组织，焊接接头易沿白口区产生破坏。 (2)易在热影响区和焊缝金属中产生热应力裂纹及热裂纹。 焊接时需要根据这两类缺陷的形成机理，有针对性地加以预防。 焊接工艺 灰口铸铁的手工电弧焊接方法很多，目前常用的有热焊法（ 600 700 ）、半热焊法（ 300400 ）和冷焊法（常温） 1。 由于冷焊法在焊前不需要对焊件预热，焊接过程中也不需要辅助加热，因此可以提高焊补生产 3% 6 5 15 攀 钢 技 术 47 率、降低修复成本，并改善劳动条件；另外，采用电弧冷焊可以降低焊接应力，减少母材中有害元素（如 S、 P 等）熔入焊缝，能够提高焊缝抗 裂性。 综合冷焊法具有的上述优点，特别是本项修复中为了降低修复成本而需要采用非铸铁填充材料的要求、以及防止灰铸铁在高温下易产生缺陷组织及焊接裂纹的特性，选择电弧冷焊法完成渣罐的修复焊补过程，并采取双面焊提高焊补质量。 焊前准备 （ 1）焊条选择 综合考虑渣罐的金相组织特点、使用性能要求、修复时的劳动作业条件以及修复的经济性等多方面因素。本项修复选择 纯镍焊条和 3。 条用作打底和层次焊接， 条用作盖面层焊接；焊条直径均为 3.2 （ 2） 焊接电源选择 根据直流焊缝抗裂性较好的特点，渣罐修复采用直流弧焊电源。 （ 3）开坡口 为了防止渣罐裂纹在坡口加工时以及在焊接过程中和焊后继续扩展，在打坡口前，需先在渣罐裂纹两端打止裂孔。 根据渣罐裂纹基本上都是在一条主裂纹附近伴生多条大小长短不一裂纹的特点，在反复试验基础上，选择了楔形止裂孔。 止裂孔的开孔部位及外部形状见图 1。 图 1 渣罐止裂孔开孔部位及外部形状 需要强调一点，就是渣罐修复时每一个止裂孔都必须贯通渣罐开裂部位厚 度基体，这样止裂孔才能够有效起到防止裂纹继续扩展的作用。 经试验，渣罐修复时采用图 2 所示的止裂孔尺寸能够有效地阻止裂纹扩展。 止裂孔加工完成后进行坡口加工。为减少焊接 图 2 楔形止裂孔尺寸 图 2 楔形止裂孔尺寸 时焊缝填充金属量，防止焊接热裂纹产生，坡口选择双 “ U” 型式，坡口角度选择 75 5。 渣罐修复坡口型式及外部尺寸见图 3。 图 3 坡口形式 (断面 ) 图 3 坡口型式（断面） 坡口加工时要一直延伸到止裂孔，与止裂孔连通，对坡口成型进行适当修整后清理干净内外两侧 60 的残渣等杂物，准备进行打底层焊接。 本项修复坡口加工时突破了传统焊接理论中普通氧 成功运用普通氧 坡口内侧“栽丝” 由于渣罐工作时承受的热胀冷缩应力较大，为提高修复时的焊缝强度，本项修复时采取栽丝焊法：用座磁钻在坡口内侧适当部位钻出 30 、孔，植入 40 螺杆，每隔 50 入一颗螺栓，栽丝一层，错位布置。 焊接过程 由于楔形止裂孔尺寸较大，渣罐修复过程中需要在止裂孔中嵌入楔块作为填充金属，止裂块与止裂孔的装配间隙取 3 5 质及厚度均与使用楔块部位的母材相同。 这样，渣罐修复焊接过程实际上包含了渣罐本体裂纹焊补及止裂块与渣罐母材的焊接两个方面，焊接操作时必须保持先完成渣罐本体裂纹焊接后裂纹 止裂孔 铸铁基体 a母材厚度 48 2009 年第 32 卷第 3 期 再进行止裂楔块与铸铁母材焊接的顺序。这两个过程焊接条件相同，采用相同焊接工艺进行焊接。 无论是渣罐本体裂纹焊接 ,还是渣罐本体与楔块的焊接，均包括打底、层次和盖面焊接三个过程。 （ 1）栽丝层固定 用 条绕螺杆周围焊接，焊缝金属填充量没过螺杆后进行下一道工序焊接。 在本项焊接中需尽量减少螺杆熔化量，减少焊缝含碳量，避免出现高碳组织。 （ 2）打底层焊接 打底层的焊接采用 条，直径为 3.2 接电流在 120 130 A，焊接从拘束性最小的焊缝中心开始，采用镶边焊的施焊方法分段在坡口表面焊出 3 的全 镍过 渡层。具体操作是：采用瞬间点焊法在坡口底部熔敷一层过渡层；不移动电弧进行点焊，当熔合良好（熔池润湿母材）时立即断弧，此时坡口内侧形成一个圆形焊点；停留 12 s， 待焊点冷却后再焊下一个焊点，以此类推，逐渐形成打底层焊缝。 焊接结束，清理毛刺，打磨平面，用 5 倍放大镜察看无裂纹，准备进行下一步焊接操作。 （ 3）层次焊接 打底层焊接完成后，进行层次焊接，本项修复的具体焊接层数可依据开裂部位母材的厚度确定。 焊缝层次焊接采用 条，直径 3.2 接电流在 110 120 A，运条方式可采用直线快速不摆动，焊缝短段（每一道焊缝长度 30 40 长不超过 60 断续，每段焊缝完成后收弧时回转划圈收弧，收弧后立即采用锤击焊缝以消除应力，待冷却到不烫手时（约 60 ），再焊下一道焊缝。 在遵循上述焊接工艺要点前提下，实际操作中采用分段退焊法进行多人同时焊接作业，另派专人锤击焊缝减应，既保证了焊接质量，又提高劳动生产率。 （ 4）盖面层的焊接 盖面层的焊接过程不仅要与渣罐焊缝填充金属接触，而且要与渣罐母材接触，综合考虑防止产生焊接缺陷和焊后使用可靠性，选择 条进行盖面层焊接。焊条直径 3.2 接电流 130 A 左右。焊接过程仍然遵从层次焊接的工艺操作要 点。 结构加固 渣罐裂纹焊补完成后，对渣罐焊缝及接头进行刚性固定，进一步提高其抗拉强度，最 终达到提高焊缝和接头抗裂性、提高修复渣罐使用寿命目的。 渣罐焊补部位刚性固定采用安装加强板法，具体操作分两步进行：用座磁钻在加强板与渣罐连接部位配钻出螺出 孔，用 栓将加强板与渣罐本体连接成一体；将加强板与连接螺栓焊接在一起。 为了保证加强板与渣罐本体连接可靠性，修复时除采用上述工艺措施外，还在结构上保证加强板沿焊缝长度方向上将整条焊缝盖住，在宽度方向上保证焊缝或接头每一侧横向螺栓数量不低于 3 个，螺栓每隔 150 颗，螺栓与渣罐本体的结合长度不应低于所在渣罐本体厚度的三分之二。 2 修 复后的使用检验 渣罐修复焊补完成后，需对修复质量进行初步检测及上线使用检测两方面验收。 初步检测主要包括以下三方面内容：渣罐本体裂纹表面焊接质量有无明显焊接缺陷；渣罐止裂楔块安装部位及数量是否能有效防止使用过程中裂纹扩展；加强板的规格尺寸、加强板上铆钉规格数量及铆钉与加强板连接强度是否符合要求。只有上述三个方 面同时合格的修复渣罐才允许上线使用。 修复后的渣罐在工作环境最恶劣区域使用，连续使用 150天后没有出现因修复质量造成的超过焊缝总长 40%的开焊长度、止裂楔块没有脱落、