2 m2豎爐爐殼退火工藝研制

齊永豐,趙 志,張曉陽,張 靜

(沈冶重型裝備(沈陽)有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽 110027)

0 引言

該2 m2豎爐為出口產(chǎn)品,沈冶公司系首次生產(chǎn)制造該產(chǎn)品。2 m2豎爐的關(guān)鍵部件為兩段爐殼,爐殼下和爐殼上,材質(zhì)為Q235B。爐殼下成錐形,由鋼板水套作成水冷壁,由12 mm 厚和16 mm 厚的鋼板卷制焊接而成,規(guī)格尺寸為Φ2 316/Φ1 980 ×3 000 mm,重量為5 240 kg,底部有18 個吹風(fēng)孔和2 個通水孔,爐殼下示意圖如圖1 所示。爐殼上為直筒型,由鋼板水套作成水冷壁,由12 mm 厚和16 mm 厚的鋼板卷制焊接而成,規(guī)格尺寸為Φ2 316/Φ1 980 ×4 438 mm,重量為4 800 kg,爐殼上示意圖如圖2 所示,豎爐裝配如圖3 所示。

圖1 爐殼下示意圖

圖2 爐殼上示意圖

圖3 豎爐裝配示意圖

爐殼的主要作用是承載砌磚體并承受磚體的膨脹力以保證其穩(wěn)定性、承受爐內(nèi)氣體壓力以及爐上部裝料等設(shè)備的載荷、承受因冷卻設(shè)施失效而產(chǎn)生的高額熱應(yīng)力及熱疲勞,另外爐殼還要求有保證爐體密閉的作用,使有害氣體不泄露、不污染環(huán)境[1],因此一般工程上都要求爐殼焊接后要進(jìn)行退火處理消除焊接應(yīng)力。由于爐殼下、爐殼上要與其它部件在現(xiàn)場進(jìn)行對接,因此此類薄壁殼體類工件在退火中如何控制變形是過程控制的關(guān)鍵,它關(guān)系到該產(chǎn)品的生產(chǎn)周期、安裝精度和使用壽命。

1 項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵

為保證該項(xiàng)目的順利實(shí)施,要把握好以下幾個技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn):

(1)通過對比履帶式電加熱片退火、沈冶公司進(jìn)爐退火、外委進(jìn)爐退火的優(yōu)缺點(diǎn),確定退火方式;

(2)沈冶公司從未嘗試過12 mm 厚、16 mm 厚的薄壁筒體類工件的臥式進(jìn)爐退火,通過首件試制確定筒內(nèi)焊接支撐位置;

(3)裝爐時為保持筒體擺放的穩(wěn)定性,需制作托架,確定托架形式及擺放位置;

(4)設(shè)置好熱處理參數(shù),采取一系列防變形措施,控制產(chǎn)品的變形量,滿足圖紙技術(shù)要求;

(5)提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的同時保證生產(chǎn)周期。

2 項(xiàng)目的方案與實(shí)施

2.1 確定退火方式

通過對履帶式電加熱片退火、沈冶公司進(jìn)爐退火、外委進(jìn)爐退火的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比,選擇合理的退火方式。

沈冶公司可采用的退火設(shè)備如下:①熱處理車間H1100 臺車式電阻爐:6 000(長) ×4 000(寬) ×2 700(高) mm;②鑄造分公司燃?xì)鉅t:7 000(長) ×4 500(寬) ×3 500(高) mm;③履帶式電加熱片。

爐殼下退火,對比履帶式電加熱片退火、熱處理車間臥式進(jìn)爐退火、鑄造分公司立式進(jìn)爐退火。對照表如表1 所示。

表1 爐殼下退火方式對照表

通過三種退火方式的對比可知,對于爐殼下,采用鑄造分公司燃?xì)鉅t立式退火效果好,變形小,操作簡單,一爐可以處理3 件產(chǎn)品,可降低生產(chǎn)成本,吊裝也比較方便、安全。

爐殼上退火,對比履帶式電加熱片退火、熱處理車間臥式進(jìn)爐退火、外委立式進(jìn)爐退火。對照表如表2 所示。

表2 爐殼上退火方式對照表

成本計(jì)算:①履帶退火,工時費(fèi):252 小時×3元/小時=756 元。電費(fèi):480 度×6 小時×0.5 元/度=1 440 元。共756 +1 440=2 196 元,其中未包括加熱片,保溫氈損耗費(fèi)用;②熱處理臺車爐退火,工時費(fèi):96 小時×3 元/小時=288 元。電費(fèi):1 100度×3 小時×0.5 元/度=1 650 元。共288 +1 650=1 938 元,未包括爐子折舊費(fèi)。③外委退火,0.7元/kg×4 880 kg=3 416 元,不包含運(yùn)輸費(fèi)用。

通過三種退火方式的對比可知,對于爐殼上,采用熱處理車間臥式進(jìn)爐退火,退火質(zhì)量能夠保證,安排多件產(chǎn)品連續(xù)進(jìn)爐退火,成本也能夠得到有效控制。

2.2 制作合理的工裝制具及采取防變形措施

爐殼下,采用鑄造分公司燃?xì)鉅t立式裝爐退火,不需要采用任何工裝制具,也不用焊支撐,只要裝爐時墊平墊實(shí)即可。

爐殼上,采用熱處理車間臺車式電阻爐臥式裝爐退火,需制作退火用托架,托架如圖4 所示。爐殼上內(nèi)部需焊法蘭支撐,圖5 為支撐位置示意圖。裝爐退火時,爐殼上擺放在托架上,需3 個托架,擺放位置如圖6 所示。托架位置要與內(nèi)部支撐位置對齊,保證殼體受力處內(nèi)部有支撐。殼體裝爐時,一定要墊平墊實(shí),有縫隙處用楔鐵墊好。

圖4 爐殼上退火托架示意圖

圖5 爐殼上退火支撐位置示意圖

圖6 爐殼上退火托架擺放示意圖

2.3 確定退火參數(shù)

退火參數(shù)的選取要考慮殼體的形狀及厚度,確保退火效果的同時盡量減少變形量。本項(xiàng)目筒體較薄,筒體重量不大,為避免退火溫度過高造成殼體強(qiáng)度下降,最終確定退火工藝如圖7 所示。

圖7 爐殼退火工藝

熱處理工藝曲線說明:①升溫階段一,室溫至350 ℃,可不必控制升溫速度;②保溫階段一,350 ℃保溫1 h;③升溫階段二,350 ℃—600 ±10 ℃,控制升溫速度≤80 ℃/h;④保溫階段二,600 ±10 ℃,保溫3 h;⑤降溫階段,保溫3 h 后,停止送電,隨爐冷卻,控制降溫速度≤85 ℃/h,待冷卻至300 ℃以下,出爐,在靜止空氣中自然冷卻至室溫。

2.4 退火過程實(shí)施及控制

爐殼下鑄造分公司燃?xì)鉅t立式裝爐退火,只要墊平墊實(shí)即可,操作過程中按工藝卡片執(zhí)行。爐殼下退火裝爐示意圖如圖8 所示。

圖8 爐殼下退火裝爐示意圖

爐殼上熱處理車間臺車式電阻爐臥式裝爐退火,為防止殼體在加熱和冷卻過程中的變形,采取了如下措施:①在裝爐時,爐殼內(nèi)部焊支撐,擺放在3個托架上,托架位置要與內(nèi)部支撐相對應(yīng),如有縫隙,用楔鐵墊實(shí);②控制升溫速度,保證殼體受熱均勻,冷卻時要隨爐冷卻至300 ℃以下出爐空冷,保證升溫降溫緩慢進(jìn)行,避免冷熱不均造成變形;③相關(guān)車間要嚴(yán)格執(zhí)行工藝,工藝員到現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)跟蹤;④現(xiàn)場施工時,操作者應(yīng)按工藝規(guī)程操作,應(yīng)有準(zhǔn)確和完整的儀表記錄曲線。操作者需填寫工藝卡片內(nèi)容,并在曲線旁標(biāo)記合同號、日期、產(chǎn)品名稱及操作者姓名;⑤工作完畢后由工藝人員負(fù)責(zé)采集記錄曲線,連同工藝卡片一起存檔備查。爐殼上退火裝爐示意圖如圖9 所示。

圖9 殼體上退火裝爐示意圖

2.5 變形量檢測

爐殼進(jìn)爐退火前檢測長度和半徑,退火后再次檢測長度和半徑,對比前后的變化,經(jīng)檢測爐殼退火后變形量符合圖紙技術(shù)要求。爐殼上、爐殼下退火前后檢測數(shù)據(jù)如表3、表4 所示。

表3 爐殼上退火前、后檢測數(shù)據(jù)

表4 爐殼下退火前、后檢測數(shù)據(jù)

2.6 后續(xù)產(chǎn)品跟蹤

首件試制后,確定合理的熱處理參數(shù)及防變形措施,應(yīng)用于后續(xù)產(chǎn)品,對后續(xù)產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤指導(dǎo)。

豎爐合同總量為6 臺,共6 件爐殼下,6 件爐殼上。爐殼下鑄造分公司燃?xì)鉅t退火,每爐處理3 件,共2 個爐次,退火后檢測變形量,變形量較小,退火效果良好。爐殼上熱處理車間臺車式電阻爐退火,每爐次處理1 件,共6 爐次,退火后變形量較小,退火效果良好。

3 結(jié)論

(1)爐殼下鑄造分公司燃?xì)鉅t立式裝爐退火,效果良好。爐殼上熱處理車間臺車式電阻爐臥式裝爐退火,變形量符合圖紙技術(shù)要求,退火效果良好,積累了筒體臥式進(jìn)爐退火經(jīng)驗(yàn),為處理薄壁筒體類提供指導(dǎo)。

(2)確定合理的熱處理參數(shù),制作退火專用托架,采取有效的防變形措施,確保產(chǎn)品滿足圖紙技術(shù)要求的同時,保證了生產(chǎn)周期。