炼钢厂渣罐修复技术

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1、攀钢技术·47·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；电弧冷焊攀钢技术·47·0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，单重23.263t，壁厚60～120mm，金相组织主要为珠光体基体加片状石墨。CE＝wC＋＋＋＝3%＋＝3.3%0

2、.8%6wMnwCr+wMo+wVwNi+wCu6515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

3、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

4、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1.1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%CSiMnPS2.8～31.8～2.20.6～0.80.10.1根据表1所列的渣罐成分，对渣罐的焊接性能进行评价[2]。CE＞0.6%，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

5、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。1.2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（300～400℃）和冷焊法（常温）[1]。攀钢技术·47·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

6、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。1.2.1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Z308型纯镍焊条和J507结构钢焊条两种焊条[3]。Z308焊条用作打底和层次焊接，J507焊条用作盖面层焊接；焊条直径均为φ3.2mm。（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

7、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。裂纹止裂孔图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，

8、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)铸铁基体a－母材厚度图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60mm内的残渣等杂物，准备进行打底层焊接。