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        爐襯侵蝕對轉(zhuǎn)爐傾動力矩的影響①

        2016-09-24 02:32:11胡加學(xué)張艷斌
        現(xiàn)代冶金 2016年2期
        關(guān)鍵詞:爐墻耐材爐襯

        胡加學(xué),張艷斌,李 東

        (1.中冶華天工程技術(shù)有限公司, 江蘇 南京 210019;2.河南省工業(yè)學(xué)校材料工程系, 河南 鄭州 450000)

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        爐襯侵蝕對轉(zhuǎn)爐傾動力矩的影響①

        胡加學(xué)1,張艷斌2,李東1

        (1.中冶華天工程技術(shù)有限公司, 江蘇 南京210019;2.河南省工業(yè)學(xué)校材料工程系, 河南 鄭州450000)

        為了研究轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕情況對傾動力矩的影響,應(yīng)用三維CAD軟件Solid Edge計(jì)算了80 t轉(zhuǎn)爐的傾動力矩,重點(diǎn)比較了舊爐的爐底耐材厚度在侵蝕、不變和上漲三種情況時對傾動力矩的影響。結(jié)果表明,轉(zhuǎn)爐的波峰力矩出現(xiàn)在新爐上,爐墻侵蝕和爐底厚度波動均減小波峰力矩;轉(zhuǎn)爐的波谷力矩出現(xiàn)在爐底被侵蝕后的舊爐上,爐墻侵蝕會減小波谷力矩,爐底厚度波動對波谷力矩影響顯著且不盡相同,爐底上漲會增大波谷力矩,爐底侵蝕會減小波谷力矩。

        轉(zhuǎn)爐; 爐襯侵蝕; 傾動力矩; 爐底上漲

        引 言

        煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐襯在使用過程中會被侵蝕,尤其在爐役后期,整個轉(zhuǎn)爐的內(nèi)襯侵蝕較為嚴(yán)重[1]。由于各廠的工藝操作水平及爐襯維護(hù)制度有所差異,在實(shí)際的生產(chǎn)過程中,爐役后期爐底耐材的侵蝕情況存在較大差別,爐底耐材既有被侵蝕的情況[1],又有厚度不變的情況[2],還有爐底上漲的異常情況[3]。由于爐襯侵蝕、爐底上漲、爐液變化、爐口結(jié)渣等情況均會造成轉(zhuǎn)爐傾動力矩的變化,爐襯的維護(hù)對保證轉(zhuǎn)爐的安全運(yùn)行非常重要。研究轉(zhuǎn)爐新爐和舊爐傾動力矩的區(qū)別,尤其是舊爐的爐底耐材厚度不同時對傾動力矩的影響,對轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)具有指導(dǎo)意義。

        1 轉(zhuǎn)爐傾動力矩計(jì)算方法

        轉(zhuǎn)爐的傾動力矩由空爐力矩Mk、爐液力矩My和摩擦力矩Mm三部分組成[4]。以某80 t轉(zhuǎn)爐為研究對象,利用三維CAD軟件Solid Edge,對爐殼和爐襯進(jìn)行建模計(jì)算空爐力矩,再對爐液進(jìn)行建模,計(jì)算不同傾動角度下的爐液力矩,最后根據(jù)公式計(jì)算摩擦力矩和合成力矩。

        1.1空爐力矩的計(jì)算

        對舊爐爐襯建模時,為了便于研究,假設(shè)爐襯被均勻侵蝕,根據(jù)爐底耐材厚度的不同,舊爐分三種情況:1)爐底侵蝕200 mm;2)爐底不侵蝕;3)爐底上漲200 mm。為便于比較,還假設(shè)前述三種情況下爐墻和爐帽侵蝕情況一致。80 t轉(zhuǎn)爐的新爐和舊爐爐襯如圖1所示。

        建模完畢后,利用軟件Solid Edge的特性分析工具,獲取空爐模型的質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)等數(shù)據(jù),根據(jù)式(1)計(jì)算空爐力矩Mk[4]。

        Mk=mkgRksin(α-θk)/1000

        (1)

        式中mk為空爐質(zhì)量,即爐殼和爐襯的總質(zhì)量(kg); Rk為空爐質(zhì)心與耳軸中心的距離(m);α為傾動角度(°); θk為空爐質(zhì)心對耳軸中心的初始夾角(°);

        1.2爐液力矩的計(jì)算

        爐液由鋼水和液態(tài)鋼渣組成,爐液的密度采用混合密度方法計(jì)算[5]。由于重力的作用,爐液的液面始終保持水平狀態(tài),體積和形狀隨傾動角度的變化而變化。在出鋼之前,爐液的體積不變;在出鋼過程中,鋼水的體積不斷減少,液態(tài)鋼渣的體積不變;出鋼完畢,液態(tài)鋼渣從爐口流出。根據(jù)以上特點(diǎn),創(chuàng)建一個爐膛內(nèi)腔的實(shí)體模型,采用一個垂直于Oxz平面、經(jīng)過y軸且與Oxy平面夾角為α的平面切割模型,如圖2所示。假設(shè)傾翻角度為α1時鋼水開始流出, 傾翻角度為α″時液態(tài)鋼渣開始流出, 在傾翻

        圖1 80 t轉(zhuǎn)爐的新爐和舊爐爐襯(單位:mm)

        角α不斷增大的過程中,則有:

        當(dāng)傾翻角度α<α′時,模型體積與爐液初始體積相等;

        當(dāng)α′≤α<α″時,切割平面經(jīng)過爐口頂點(diǎn),鋼水體積不斷減少,液態(tài)鋼渣體積不變;

        當(dāng)α≥α″時,切割平面經(jīng)過爐口頂點(diǎn),鋼水體積為零,液態(tài)鋼渣體積不斷減小直至為0。

        圖2 爐液的液面確定

        切割模型時,爐液模型保持豎直角度不變,僅改變液面與水平方向的夾角和位置,得某一角度下的剩余爐液三維模型后,查詢該模型在Oxz平面內(nèi)的質(zhì)心坐標(biāo)(x,z),按式(2)將Oxz平面內(nèi)的坐標(biāo)變換成旋轉(zhuǎn)α角度后的坐標(biāo)(x′,z′)。

        (2)

        不同傾動角度時爐液力矩My由式(3)計(jì)算

        My=mygx′/1000

        (3)

        式中my為爐液的質(zhì)量(kg)

        1.3摩擦力矩

        摩擦力矩由式(4)計(jì)算[5]

        (4)

        式中mk為空爐的質(zhì)量(kg);my為爐液的質(zhì)量(kg); m′為托圈及附件的質(zhì)量(kg); m″為耳軸上懸掛齒輪箱組的質(zhì)量(kg); μ為摩擦系數(shù),取0.05; d為耳軸直徑(mm)

        1.4合成力矩

        轉(zhuǎn)爐的合成力矩按式(5)進(jìn)行計(jì)算[5]

        (5)

        2 轉(zhuǎn)爐傾動力矩的計(jì)算結(jié)果

        2.1新爐的傾動力矩

        將轉(zhuǎn)爐繞耳軸向出鋼方向旋轉(zhuǎn),計(jì)算每旋轉(zhuǎn)5°時的空爐力矩、爐液力矩和摩擦力矩。新爐的傾動力矩計(jì)算結(jié)果如表1所示,傾動力矩曲線如圖3所示。

        從力矩曲線圖中可以看出,新爐的波峰力矩出現(xiàn)在60°,波峰力矩值為1493 kN·m;波谷力矩出現(xiàn)在95°,波谷力矩值為701 kN·m。

        表1 新爐的傾動力矩

        圖3 新爐的傾動力矩曲線圖

        2.2舊爐的傾動力矩

        舊爐狀態(tài)下爐底不同耐材厚度時的合成力矩計(jì)算結(jié)果見表2所示,合成力矩曲線如圖4所示。

        從計(jì)算結(jié)果中可以得出,不同爐底耐材厚度時舊爐合成力矩的波峰值都出現(xiàn)在65°,波谷值出現(xiàn)在95°。爐底侵蝕、不變和上漲時,波峰力矩值分別為1276, 1355, 1423 kN·m,波谷力矩值分別為363, 622, 921 kN·m。

        表2 舊爐不同耐材厚度時的合成力矩

        圖4 舊爐的合成力矩曲線圖

        2.3耐材厚度對傾動力矩曲線的影響

        2.3.1空爐力矩

        圖5所示是新爐和舊爐的空爐力矩曲線圖,空爐力矩的最大值出現(xiàn)在100°。當(dāng)爐墻侵蝕、爐底不侵蝕時,舊爐的最大空爐力矩比新爐小3%,這表明爐墻侵蝕厚度對空爐力矩的影響較小,原因是計(jì)算時假設(shè)爐墻為旋轉(zhuǎn)體且均勻侵蝕。當(dāng)爐墻侵蝕、爐底上漲時,舊爐的最大空爐力矩比新爐大41%;爐墻侵蝕、爐底侵蝕時,舊爐的最大空爐力矩比新爐小49%。這表明爐底耐材厚度對空爐力矩的影響較大,爐底上漲將導(dǎo)致空爐力矩增大,原因是爐底上漲導(dǎo)致了空爐的重心下降。

        圖5 新爐和舊爐的空爐力矩曲線圖

        2.3.2合成力矩

        圖6所示是新爐和舊爐的合成力矩曲線圖,合成力矩的波峰值出現(xiàn)在α=60°的新爐上。當(dāng)爐底侵蝕、爐底不變、爐底上漲時,舊爐的波峰力矩比新爐分別減小15%,9%,5%。這表明爐墻侵蝕會顯著影響波峰力矩的大小,原因是爐墻侵蝕后爐型發(fā)生改變,傾動60~65°時爐液形狀改變導(dǎo)致波峰力矩減少。在舊爐狀態(tài)下時,爐底上漲時比爐底侵蝕時,波峰力矩增大11%,這表明爐底上漲會導(dǎo)致波峰力矩的增大。

        合成力矩的波谷值出現(xiàn)在α=95°、爐底被侵蝕的舊爐上。當(dāng)爐底侵蝕、爐底不變、 爐底上漲時,舊爐的波谷力矩分別比新爐減小48%,11%和增大31%。這表明爐底耐材厚度較為顯著地影響波谷力矩,爐底上漲,將使波谷力矩變大,爐底侵蝕,將使波谷力矩變小。

        圖6 新爐和舊爐的合成力矩曲線圖

        3 結(jié) 論

        對某80 t轉(zhuǎn)爐的傾動力矩進(jìn)行計(jì)算,重點(diǎn)比較了舊爐狀態(tài)下爐底耐材厚度侵蝕、不變、上漲三種情況對傾動力矩的影響,得出如下結(jié)論:

        (1) 應(yīng)用三維CAD軟件Solid Edge,可以獲得轉(zhuǎn)爐不同傾動角度下爐液的質(zhì)心和質(zhì)量,結(jié)合解析幾何知識,可以較容易地得出轉(zhuǎn)爐的傾動力矩曲線。

        (2) 舊爐的爐襯厚度變化時,爐墻的侵蝕對空爐力矩的影響較小,爐底耐材厚度波動對空爐力矩的影響較大:當(dāng)爐底上漲200 mm時,舊爐的空爐力矩比新爐大41%;當(dāng)爐底侵蝕200 mm時,舊爐的空爐力矩比新爐小49%。

        (3) 轉(zhuǎn)爐的波峰力矩出現(xiàn)在α=60°的新爐上。爐墻侵蝕和爐底厚度波動均對轉(zhuǎn)爐的波峰力矩有一定的影響:當(dāng)爐墻侵蝕時,舊爐比新爐減小了9%;舊爐狀態(tài)下,爐底上漲比爐底侵蝕時波峰力矩增大11%。

        (4) 轉(zhuǎn)爐的波谷力矩出現(xiàn)在α=95°、爐底被侵蝕后的舊爐上。爐墻侵蝕對轉(zhuǎn)爐的波谷力矩有一定的影響:當(dāng)爐墻侵蝕時,舊爐比新爐減小了11%;舊爐狀態(tài)下,爐底厚度變化對轉(zhuǎn)爐的波谷力矩影響顯著:爐底上漲時的波谷力矩是爐底侵蝕時的1.5倍。

        [1]潘貽芳,吳燕,侯葵,等. 轉(zhuǎn)爐爐襯激光測厚技術(shù)的應(yīng)用及定量化[J].鋼鐵,2013,(8):29—33.

        [2]蔣桂君,杜國利,楊舟. 40 t轉(zhuǎn)爐護(hù)爐工藝的改進(jìn)與優(yōu)化[J].柳鋼科技,2011,(5):3—5.

        [3]魯明,溫偉東,憑貴武,等. 60t轉(zhuǎn)爐爐底上漲原因分析及處理措施[J].山東冶金,2010,32(6):70—72.

        [4]馮聚和. 煉鋼設(shè)計(jì)原理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

        [5]潘毓淳. 煉鋼設(shè)備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.

        2016-02-04

        胡加學(xué)(1982—),男,工程師。 E-mail:hujiaxue@htzy.cn

        TF062; TF065

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