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高炉炉壳加工
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高炉炉壳加工中的焊接技术

2020-07-23 15:41:55

  对已组装找正完毕的高炉炉壳带,进行焊缝连接的作业过程。高炉炉壳加工承受内压,具有压力容器的焊接特点。但由于高炉炉壳承受多种静力、动力荷载及多变的热应力作用,其应力状态远较一般容器复杂。加之炉容不断扩大,炉壳板厚已达90mm,炉壳焊难度就更大。

  炉壳常用钢材 由于各国用于高炉炉壳计算的数学模型、选用与控制的应力数值以及气候、焊接条件等不同,选用的钢种及厚度颇不一致。如前苏联1986年建造的5580m3特大型高炉,其炉壳用钢为12Γ2АФ(相当于中国的15MnVN),屈服强度为450MPa,大板厚为60mm;日本建造的4063m3特大型高炉其炉壳则用屈服强度为330~350MPa的低合金结构钢,大板厚为90mm。通常,特大型高炉炉壳均采用有良好焊接性能、屈服强度为330~350MPa的普通低合金结构钢,常用板厚为32~90mm。90mm特厚板主要用于工作条件恶劣的风口带及炉缸带。大型高炉的炉壳,也采用屈服强度为330~350MPa的普通低合金结构钢,常用的板厚为30~85mm,炉壳较多采用普通低合金结构钢,也有部分采用普通碳素结构钢的,常用的板厚为20~50mm。中小型高炉炉壳有的部分用普通低合金结构钢,也有全部用普通碳素结构钢的,板厚约为16~30mm。

  炉壳组焊工艺 中国目前高炉炉壳组焊,通常采用的工艺有:手工电弧焊,强迫成型自动立缝丝极电渣焊,强迫成型管状焊条丝极电渣焊,自保护药芯焊丝强迫成型自动立焊,二氧化碳保护药芯焊丝强迫成型自动立焊,自保护焊丝机械化横焊,药芯焊丝半自动立、横焊,二氧化碳充氩混合气体保护实芯焊丝自动立、横焊等。

  手工电弧焊 一种传统的炉壳施焊工艺,适用于各类钢种与板厚的炉壳的立、横缝焊接,并可获得较为理想的接头性能。熔敷率约为1~1.5kg/h,焊后残余变形较大,施焊劳动强度大,功效低在板材进行预热情况下条件恶劣,一般仅用于中、小型高炉炉壳的厚板焊接。保证手工电弧焊质量的关键是施焊者的操作水平、焊材匹配和施焊参数优选的程度。当焊接普通低合金结构钢厚板时,焊前应进行预热、控制层间温度,焊后应及时进行后热脱氢处理。

  强迫成型自动立缝丝极电渣焊(KES法) 一种广泛用于大型、特大型高炉炉壳立缝焊接的工艺,熔敷率可达3~6kg/h,适用于各类钢种及板厚的炉壳焊接。有时为改善接头性能,可采用低碳超低硫、磷的含镍焊丝。焊接特厚板时,应重视电源容量的配置,坡口应开成X型,施焊分两次进行,后焊的对先焊的有热处理作用。该法采用的自动焊机结晶器冷却水系统未采用闭式循环,在寒冷地区使用不便。

  强迫成型管状焊条丝极电渣焊(SES法) 一种比KES法应用范围更广的高炉炉壳立缝焊接工艺,它可利用埋弧焊机电源,只需配置送丝机构及控制装置,可用于倾斜40°位置的施焊,熔敷率约为5~7kg/h,适用于各类钢种与板厚炉壳的焊接,并可获得较好的接头性能,特别是炉壳风口带已装有风口法兰,采用其他焊接工艺难于施焊的炉壳焊接。此SES法的坡口为Ⅰ、Ⅴ、Ⅹ型。

  自保护药芯焊丝强迫成型自动立焊(Ransome法) 一种采用自保护焊丝的自动焊接工艺,熔敷率约为8~15kg/h,焊机沿板厚方向设有摆动装置,适用于板厚为19~125mm的炉壳焊接。此法熔敷率高,施焊中沿焊缝停留时间短,焊缝收缩量较小,且晶粒度等级较高、接头性能好。该工艺的壳体坡口为Ⅰ型,宽度为19~25mm。焊机采用闭式冷却系统,使用防冻液可用于严寒地区。

  二氧化碳保护药芯焊丝强迫成型自动立焊(EG法) 适用于中、厚板炉壳的立缝焊接工艺,接头性能好,应用广泛,熔敷率约为3~6kg/h。该工艺的坡口型式通常不留钝边(间隙9mm),α=20°,允许错边小于2mm。

  自保护焊丝机械化横焊工艺(Bug-O法) 焊机机头沿设于炉壳圆周的弧形齿条导轨移动,手动调整,进行多道叠焊的工艺。其熔敷率取决于选用的保护焊丝种类和施焊参数,波动范围较大,一般为3~8kg/h。该法适用于不同板厚与不同钢种的炉壳焊接。

  自保护药芯焊丝半自动立、横焊接工艺 一种利用半自动焊进行多道叠焊的焊接工艺,其熔敷率取决于焊丝种类及施焊参数,一般为3~8kg/h,可用于不同板厚及各类钢种炉壳的横焊及立焊。

  CO2充氩混合气体或CO2保护实芯焊丝半自动焊工艺 一种用于板厚为19~36mm的炉壳横缝和立缝的焊接工艺,接头性能好,熔敷率约为2~4.5kg/h。使用时要采取防风措施。

  施焊前的技术准备 高炉炉壳焊接前要做好技术、物资和现场条件的各种准备工作。技术准备主要包括:(1)编制炉壳施焊方案、焊接操作规程及焊接质量控制与管理方法。(2)做好焊接机具(包括焊机、稳压装置、磨削及清渣工具、预热、后热以及程控热处理装置等)的检修与整理配套。(3)通过试验优选匹配的焊接材料。(4)进行焊接性能试验和施工工艺评定,确定施焊工艺参数。(5)通过试验,测定各种施焊工艺与不同参数情况下的应变数据(如焊缝收缩量等),并找出其变化规律作为炉壳板组装预控依据。(6)制订焊接安全措施。(7)组织施焊人员培训。

  组焊关键部位的措施 炉底板、炉缸带、风口带及炉喉法兰是高炉炉壳组焊的关键部位,其焊接质量直接关系到下一工序的设备安装质量及以后的高炉生产。这些关键部位的组焊措施为:(1)炉底板组焊前须作好施焊方案,优化施焊顺序,以确保其变形及严密性符合施工规范要求,焊后除用超声波检验外,还需进行真空检漏。(2)炉缸带的板厚和钢板高度都较大,焊后应变、应力状况复杂,组焊时,应做好沿焊缝长度方向收缩状况的预控。(3)风口带的组焊是考核风口安装质量的重要项目,其精度直接影响各个风口中心线在炉中心的交汇。施焊时要认真优选施焊参数,严格控制焊接应力和应变。(4)炉喉法兰组焊后的平整度,直接影响炉顶装料设备的安装精度,必须采取防变形措施,使组焊后的精度符合安装要求。

炉壳焊接

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