3BF-S3段冷卻壁更換技術(shù)方案

寶鋼3BFS3段冷卻壁更換方案寶鋼股份公司煉鐵廠寶鋼股份公司設(shè)備部寶冶建設(shè)工安分公司二OO三年十一月一、概述寶鋼3BF于1994年9月投入生產(chǎn)，迄今為止已運(yùn)行了近十年。由于S3段大部分冷卻壁的水冷管已破損，冷卻壁基本上起不到冷卻作用，目前靠微型冷卻器來(lái)維持S3段爐墻的冷卻。2003年1月22日，3BF首次出現(xiàn)爐皮發(fā)紅，位于S3段8～9#冷卻壁處，發(fā)紅面積約3m3。安裝微型冷卻器時(shí)，發(fā)覺該處冷卻壁已斷裂并掉入到爐內(nèi)，只剩爐皮在工作，現(xiàn)外部打水冷卻維持。截止到2003年11月，S3段冷卻壁水冷管破損狀況如圖1所示。圖1（需最新統(tǒng)計(jì)，本圖為截止到2003年5月的狀況）為了確保平安生產(chǎn)和公司物流平衡，2003年2月起先進(jìn)行S3段冷卻壁更換工作探討。二、調(diào)研及可行性論證1、福山NKK3BF冷卻壁更換狀況NKK3BF第三代爐役于1994年起先，爐容3223m3，爐頂為鐘式結(jié)構(gòu)，2003年2月更換了爐腰2、3段冷卻壁，共96塊，更換施工耗時(shí)96h。其冷卻壁更換狀況如圖2所示。圖22、寶鋼3BFS3段冷卻壁更換可行性論證分析3BF爐體結(jié)構(gòu)如圖3所示。S3段R2段S3段R2段圖3（1）S3段開孔的可行性分析外圍水管許多（見圖4），拆卸和回裝工作量很大；平臺(tái)空間?。ㄒ妶D5），不具備冷卻壁安裝設(shè)施工裝的安裝條件；為維持爐墻冷卻，現(xiàn)S3段爐殼已開了許多微冷孔（如開孔，必需更換相應(yīng)的爐殼，材料打算及其與舊爐殼的焊接將成為今后平安穩(wěn)定生產(chǎn)的問(wèn)題）。圖4圖5綜上所述，S3段無(wú)開孔的可能性。（2）R2段開孔的可行性分析外圍水管少（見圖6），拆卸和回裝工作量??；平臺(tái)空間大（見圖7），具備新冷卻壁導(dǎo)入工裝的安裝條件；從3BF投入生產(chǎn)至今，R2段裝冷卻壁部位的爐皮未發(fā)生過(guò)問(wèn)題。圖6圖7綜上所述，R2段有開孔是可行的。（3）爐頂平臺(tái)安裝電動(dòng)葫蘆的可行性分析爐頂平臺(tái)空間很大（如圖8），具備安裝新冷卻壁吊裝葫蘆的位置和條件。利用高爐爐頂?shù)拇笕丝?、基建孔等作為電?dòng)葫蘆的吊入孔，在爐頂平臺(tái)上設(shè)置電動(dòng)葫蘆安裝飾。采納進(jìn)口的單鏈葫蘆削減了更換工作時(shí)爐內(nèi)鏈條的數(shù)量，有利更換工作順當(dāng)?shù)倪M(jìn)行。圖8三、技術(shù)論證為了保證此次S3段冷卻壁更換工作的順當(dāng)開展，作了相關(guān)的理論計(jì)算和分析。1、冷卻壁改型冷卻壁本體澆鑄材質(zhì)由QT450-10（FCD45）改為QT400-18。冷卻壁內(nèi)部冷卻管材質(zhì)為10#鋼。冷卻壁長(zhǎng)度由原來(lái)的2200mm修改到2160mm，上下各縮短20mm。左右方向尺寸亦各縮短10mm。冷卻壁的厚度由原來(lái)的270mm修改到260mm。冷卻壁的本體冷卻管外徑由原來(lái)的φ60.3mm修改到φ70mm，管子壁厚為6mm，冷卻管穿出冷卻壁后變徑到φ60，但管口到本體管中心線的尺寸保持不變。本體管外部愛護(hù)管尺寸由φ88.9*6.3變?yōu)棣?02*7，擋圈和密封環(huán)尺寸作相應(yīng)改變。冷卻壁上部凸臺(tái)取消，相應(yīng)原來(lái)的凸臺(tái)冷卻管和電偶管取消。冷卻壁上部的角部冷卻管往回縮，位置和下部的角部冷卻管相對(duì)應(yīng)，管子外徑和外部連接尺寸不變。冷卻壁內(nèi)部冷卻管中心線距冷面尺寸改為85mm、距熱面（鑲磚凹槽底部）尺寸改為100mm。鑲磚凹槽尺寸按，間隔尺寸由66mm改為64mm，凹槽均布，上下部空余尺寸相等來(lái)確定。原安裝固定用螺栓孔取消，其冷面凸臺(tái)尺寸由φ170*φ120*146改為φ150*φ110*146，在原凸臺(tái)中心線位置鑄入一M36異型螺母，螺母螺紋從φ110面起先，其長(zhǎng)度應(yīng)不小于80mm，（螺母具體尺寸由雙方商定）。原上部吊環(huán)取消，在每個(gè)背面凸臺(tái)位置增配一吊環(huán)。耐火磚為冷砌式。經(jīng)過(guò)類比分析，新?lián)Q上去的冷卻壁在冷卻效果和便于安裝方面優(yōu)于更換下來(lái)的冷卻壁。*新型冷卻壁具體圖紙見附件一2、R2段開孔有限元計(jì)算分析依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，確定在R2段4#、14#、24#和34#冷卻壁（全為直型）位置開孔，孔的大小約為2120*1049/1093mm（進(jìn)行有限元計(jì)算分析時(shí)，孔的大小為2000*900mm）。R2段開孔應(yīng)力計(jì)算結(jié)果四種狀態(tài)下的彈性應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表1。表1狀態(tài)最大應(yīng)力（MPa）R2段爐襯還在R2段未開孔142R2段開4孔326R1～R3段爐襯已經(jīng)全部燒損R2段未開孔23.4R2段開4孔61.2因此，彈性分析結(jié)果表明，對(duì)于開四大孔狀況的計(jì)算，依據(jù)有關(guān)壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)，爐殼強(qiáng)度都是符合要求的。R2段開孔屈曲穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果計(jì)算采納ANSYS有限元計(jì)算程序中線性屈曲分析計(jì)算軟件，該軟件采納彈性分析的方法，運(yùn)用結(jié)構(gòu)應(yīng)力形成幾何剛度矩陣。從計(jì)算結(jié)果可以得到其屈曲臨界載荷的裝載倍數(shù)為13.17，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4～5標(biāo)準(zhǔn)值，又考慮到本計(jì)算中所采納的假設(shè)都是偏平安的選取，因此寶鋼3BF爐殼在目前為止已知的各種實(shí)際條件下，在R2段開分布勻稱的4個(gè)2米×0.9米的孔，不會(huì)發(fā)生屈曲問(wèn)題。*爐殼開孔有限元計(jì)算分析詳見附件二3、R2段平臺(tái)承重論證4、新冷卻壁吊裝(爐外)事先在離大人孔1.8m處的該平臺(tái)上開1.2m×1.2m的方孔，并在爐頂平臺(tái)與R2段所在平臺(tái)之間的平臺(tái)上統(tǒng)一鉛垂位置也開1.2m×1.2m的方孔，利用爐頂50/15T起重機(jī)，把新冷卻壁（重量約4噸）從地面上吊到爐頂平臺(tái)，然后通過(guò)已開好的方孔將新冷卻壁放到R2平臺(tái)，并利用R2段平臺(tái)已布置好的環(huán)形軌道將新冷卻壁倒運(yùn)至4#、14#、24#和34#冷卻壁位置。5、新冷卻壁吊裝(爐內(nèi))S3段要更換的冷卻壁為56塊，由8組電動(dòng)葫蘆按每組7塊來(lái)完成，每組葫蘆在園弧方向上有三個(gè)電動(dòng)葫蘆組成，每個(gè)電動(dòng)葫蘆起升重量為5噸，按極限狀況考慮。新冷卻壁采納專用的導(dǎo)入裝置送入爐內(nèi)。6、料線以上部分輻射熱計(jì)算7、R2段爐殼回裝焊補(bǔ)（1）焊前打算對(duì)刨出來(lái)的坡口表面用砂輪機(jī)打磨光至Ra12.5后進(jìn)行著色探傷，確保無(wú)微裂紋，爐殼鋼板根部的雜物應(yīng)清理干凈。焊接區(qū)焊縫兩側(cè)20mm的范圍內(nèi)應(yīng)進(jìn)行打磨，清除銹、水、油污等雜物。焊條采納J507RH，烘烤溫度400℃50℃，2h。焊條烘干后，應(yīng)放在120～150℃的保溫箱內(nèi)，隨用隨取。（2）工藝要求上場(chǎng)焊工應(yīng)選擇公司最好的焊工，持證上崗。先焊兩條立縫、后焊兩條橫縫。為防止應(yīng)力集中，均布焊接應(yīng)力，焊接時(shí)必需對(duì)稱施焊。焊接時(shí)應(yīng)實(shí)行層層打渣，道道打渣，打渣必需采納風(fēng)動(dòng)扁鏟，以釋放部分焊接應(yīng)力。焊縫底部墊4～6mm的A3鋼扁鐵，墊后與爐皮內(nèi)表面在同一曲面上，其寬度應(yīng)比坡口根部寬3mm左右（單邊）。墊鐵與坡口根部先用φ3.2的焊條封底，完成封底焊后需對(duì)坡口進(jìn)行全面檢查和清理。焊接完畢之后，待焊接熱影響區(qū)溫度與爐皮表面其它部位溫度接近時(shí)，用砂輪機(jī)對(duì)焊縫表面進(jìn)行打磨，以降低焊接應(yīng)力。對(duì)焊好后的焊縫末端進(jìn)行熒光MT和UT探傷，測(cè)定末端位置和走向。在四條焊縫測(cè)出其末端的位置處打止裂孔，并對(duì)孔內(nèi)表面進(jìn)行著色探傷，確保無(wú)微裂紋，孔與爐殼外表面交界處打磨R4～R6圓角。止裂孔用20mm厚的圓盲板封堵。8、噴補(bǔ)、壓