一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构的制作方法

1.本实用新型涉及大型转炉托圈制造与检修技术领域，更具体地说是一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构。

背景技术：

2.当前大型箱型水冷式转炉托圈工艺孔结构(附图2、3)都是在转炉托圈腹板1上开托圈工艺孔2，然后插入相应尺寸的管道焊接而成。其所用管道为直段圆形管道，连接结构为托圈腹板开孔与直段圆管焊接。
3.由图1可以看出，在转炉托圈工艺孔2两侧的托圈底板与托圈腹板1上均有转炉与托圈的链接装置(水平悬挂机构8和垂直悬挂机构7)存在。在炼钢作业时，转炉在进行炼钢作业过程中，转炉托圈工艺孔2的插管不仅要承受转炉炼钢时所产生的高温影响，在驱动轴9的作用下，还会因为转炉炼钢加料和出钢重复翻转运动，在靠近转炉与托圈的链接装置附近的工艺孔插管因长期收到交变载荷的作用而产生疲劳裂纹。
4.经检索，关于解决上述的不足，目前已有相关专利公开。如，中国专利公告号为：cn204342824u、授权公告日为：2015年5月20日，公开了一种可在线补透气孔泄漏的转炉托圈，主要由托圈本体，托圈本体上的透气孔、水箱及耳轴组成，其在产生泄漏的透气孔内连接补漏器，其补漏器为管式或杆式的。该实用新型的特点：能在线采取紧急措施补救透气孔漏水问题，保证安全生产，并提高机组作业率，但由于只是补漏的临时作用，并不能从根源上解决漏水问题。

技术实现要素：

5.1.实用新型要解决的技术问题
6.本技术旨在提供一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，其至少在一个方面比背景技术中说明的现有技术有利。
7.2.技术方案
8.为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
9.一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，包括截面呈环形排布的两层转炉托圈腹板以及洞穿两层转炉托圈腹板后均匀分布的多个托圈工艺孔，两层转炉托圈腹板的上下端面固定托圈盖板后，形成空腔的托圈箱体，在托圈箱体内，每个托圈工艺孔两侧均固定有托圈内部筋板；还包括由托圈箱体内部分别向每个托圈工艺孔的内孔和外孔插出的两个对称的分段插管；所述分段插管上套接有截面为弧形的环状双曲面过渡圈，双曲面过渡圈紧贴式固定于转炉托圈腹板的内壁。由焊缝将环状双曲面过渡圈与转炉托圈腹板之间形成一定弧度的圆滑过渡形式。通过弧形过渡，能够有效减少分段插管与转炉托圈腹板连接处的应力集中，提高该部位的结构强度，进而提高转炉托圈腹板的使用寿命。
10.进一步的技术方案，分段插管的内端面为焊缝坡面，两个分段插管的焊缝坡面焊接后形成双管间焊缝，方便焊接。
11.进一步的技术方案，分段插管与托圈工艺孔之间的坡口通过插管焊缝层焊接式固定，插管焊缝一般通过焊接前的打磨及切削产生，起焊接准备的作用，以提高固定效果；与双曲面过渡圈的接触面也呈弧形，以便于与双曲面过渡圈贴合。
12.进一步的技术方案，双曲面过渡圈包括内弧面和外弧面，所述内弧面与分段插管、转炉托圈腹板的连接处均通过过渡圈固定焊缝层焊接式固定，三重固定，以加强固定的稳定性效果；所述外弧面的弧度与转炉托圈腹板相适配，提高紧密贴合的效果；环心处设置过渡圈外侧倒角，方便焊接。
13.进一步的技术方案，过渡圈固定焊缝层也呈弧口向外的弧形，弧度为r，三重弧形过渡，进一步减少应力集中。
14.进一步的技术方案，双曲面过渡圈为主视图视角下水平切分的两个焊接而成，半个双曲面过渡圈的端面呈坡度设置，两个所述半双曲面过渡圈并拢后形成过渡圈连接焊缝，可有效提高套接的紧密性以及与转炉托圈腹板的贴合度。
15.进一步的技术方案，过渡圈固定焊缝层的弧度r不小于内弧面的弧度，以达到最佳的减少应力集中的效果；托圈内部筋板上洞穿有横向的腰形减重孔，减重的同时，更为重要的是横向腰形减重孔也起到缓冲应力集中的作用。
16.一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构的应用，包括如下步骤：
17.步骤一、分段插管制作：采用成品钢管和钢圈组合或钢板卷制焊管和钢圈组合，均经过焊接后再机械加工成型；也可以采用锻件或铸钢件整体加工成型。
18.步骤二、通孔：在转炉托圈腹板上开托圈工艺孔，并在托圈工艺孔加工焊接所需坡口；
19.步骤三、插接：两个对称的分段插管分别由托圈工艺孔的内孔和外孔插出，两个分段插管连接处形成双管间焊缝；
20.步骤四、插管焊接：将分段插管与托圈工艺孔连接处的坡口通过焊接填满为插管焊缝层(4)；再将双管间焊缝通过焊接填满。
21.进一步的应用，还包括：
22.步骤五、去应力：焊缝焊完后应立即在焊缝上覆盖保温棉，直段插管内壁本体内铺设加热片进行消除应力退火。
23.进一步的应用，步骤五中消除应力的热处理曲线为采用多层焊接工艺过程中其最小层间温度不低于150℃，消除应力热处理温度是在层间温度的基础上按≤50℃/小时的速度缓慢升温至580℃，保温5小时，然后按≤50℃/小时的速度缓慢降温。
24.3.有益效果
25.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
26.(1)本实用新型的一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，对称式插接的分段插管可提前预制，以提高在托圈工艺孔中的固定和安装效率；
27.(2)本实用新型的一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，减少了转炉托圈工艺孔插管与托圈腹板连接处的应力集中现象，通过增加该部位的结构强度与抗疲劳裂纹能力，并减少该部位应力集中，增强了转炉托圈的结构承载能力与抗疲劳裂纹能力，延长了转炉托圈的使用寿命。
附图说明
28.图1为现有技术的大型箱型水冷式转炉结构示意图；
29.图2为现有技术的大型箱型水冷式转炉托圈剖视图；
30.图3为现有技术的大型箱型水冷式转炉托圈结构示意图；
31.图4为本实用新型的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构结构示意图；
32.图5为本实用新型中的分段插管立体图；
33.图6为本实用新型中的2个分段插管对接后立体图；
34.图7为本实用新型中的分段插管侧视图；
35.图8为待加工的分段插管示意图；
36.图9为待加工的分段插管剖视图；
37.图10为本实用新型中的双曲面过渡圈结构示意图；
38.图11为图10的a处放大后示意图；
39.图12为图10的俯视图；
40.图13为图10的侧视图；
41.图14为图10的轴向剖视图；
42.图15为分段插管插接后焊口放大后示意图；
43.图16为消除应力热处理曲线图。
44.图中：1-转炉托圈腹板；2-托圈工艺孔；3-分段插管；4-插管焊缝层；5-双曲面过渡圈；6-过渡圈固定焊缝层；7-垂直悬挂机构；8-水平悬挂机构；9-驱动轴；11-托圈箱体；12-托圈内部筋板；13-托圈盖板；21-外孔；22-内孔；30-钢板卷制焊管；31-双管间焊缝；33-焊缝坡面；50-钢圈；51-内弧面；52-外弧面；53-过渡圈连接焊缝；55-过渡圈外侧倒角；56-钢圈坡口；121-减重孔。
具体实施方式
45.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对实用新型作详细描述。
46.实施例1
47.本实施例的一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，如图1～3所示，包括截面呈环形排布的两层转炉托圈腹板1以及洞穿两层转炉托圈腹板1后均匀分布的多个托圈工艺孔2，两层转炉托圈腹板1的上下端面固定托圈盖板13后，形成空腔的托圈箱体11，如图4所示，在托圈箱体11内，每个托圈工艺孔2两侧均固定有托圈内部筋板12；还包括由托圈箱体11内部分别向每个托圈工艺孔2的内孔22和外孔21插出的，如图6所示的两个对称的分段插管3；如图5、14所示，所述分段插管3上套接有截面为弧形的环状双曲面过渡圈5，双曲面过渡圈5紧贴式固定于转炉托圈腹板1的内壁。具体应用中，双曲面过渡圈5套接在分段插管3上后，紧贴式固定于转炉托圈腹板1的托圈箱体11内壁，通过双曲面过渡圈5的弧形过渡，能够有效减少托圈工艺孔2中分段插管3与转炉托圈腹板1连接处的应力集中，进而提高转炉托圈腹板1的使用寿命。
48.实施例2
49.本实施例的一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：如图5、6所示，分段插管3的内端面为焊缝坡面33，两个分段插管3的焊缝坡面
33焊接后形成双管间焊缝31，方便焊接。分段插管3与托圈工艺孔2之间的坡口通过插管焊缝层4焊接式固定，插管焊缝一般通过焊接前的打磨及切削产生，起焊接准备的作用，以提高固定效果，插管焊缝层4与双曲面过渡圈5的接触面也呈弧形，以便于与双曲面过渡圈5贴合。双曲面过渡圈5包括内弧面51和外弧面52，所述内弧面51与分段插管3、转炉托圈腹板1的连接处均通过过渡圈固定焊缝层6焊接式固定，三重固定，以加强固定的稳定性效果；所述外弧面52的弧度与转炉托圈腹板1相适配，提高紧密贴合的效果，如图6、7所示，双曲面过渡圈5环心处设置过渡圈外侧倒角55，方便焊接。过渡圈固定焊缝层6也呈弧口向外的弧形，弧度为r，三重弧形过渡，呈波浪形，可进一步减少应力集中。
50.本实施例的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构的应用，包括如下步骤：
51.步骤一、分段插管制作：采用成品钢管和钢圈50组合或如图8、9所示的钢板卷制焊管30和钢圈50组合，均经过焊接后再机械加工成型；焊接是指钢圈50与卷制焊管30的连接处预留的钢圈坡口56处焊接成弧度为r的过渡圈固定焊缝层6；以增加该部位的结构强度与抗疲劳裂纹能力，并减少该部位应力集中；机械加工成型是指将钢圈50进行切削并打磨加工成双曲面过渡圈5；分段插管3也可以采用锻件或铸钢件整体加工成型；
52.步骤三、插接：两个对称的分段插管3分别由托圈工艺孔2的内孔22和外孔21插出，两个分段插管3连接处形成双管间焊缝31；
53.步骤四、插管焊接：如图15所示，将分段插管3与托圈工艺孔2连接处的坡口通过焊接填满为插管焊缝层4，形成过渡圈外侧倒角55；再将双管间焊缝31通过焊接填满；双曲面过渡圈5与转炉托圈腹板1连接处也焊接成弧度为r的过渡圈固定焊缝层6。
54.步骤五、去应力：焊缝焊完后应立即在焊缝上覆盖保温棉，分段插管3内铺设加热片进行消除应力退火。消除应力的热处理曲线为采用多层焊接工艺，在层间温度的基础上按≤50℃/小时的速度缓慢升温至580℃，保温5小时，然后按≤50℃/小时的速度缓慢降温。
55.实施例3
56.本实施例的一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，基本结构同实施例2，不同和改进之处在于：如图10、13所示，双曲面过渡圈5为主视图视角下水平切分的两个焊接而成，半个双曲面过渡圈5的端面呈坡度设置，两个所述半双曲面过渡圈5并拢后形成过渡圈连接焊缝53，以方便焊接，可有效提高套接的紧密性以及与转炉托圈腹板1的贴合度。如图10所示，外弧面52外凸，如图12所示，外弧面52外凹，主要是为了适配弧形的转炉托圈腹板1。过渡圈固定焊缝层6的弧度为r不小于内弧面51的弧度，以达到最佳的减少应力集中的效果。托圈内部筋板12上洞穿有横向的腰形减重孔121，减重的同时，更为重要的是横向腰形减重孔121有一定的弹性，也起到缓冲应力集中的作用。而且，还起到通水路和检修人孔的作用。
57.实施例4
58.本实施例的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，水冷式转炉托圈工艺孔插管结构基本结构同实施例3，具体的应用为：
59.某钢厂的某个转炉托圈加料侧箱体的托圈工艺孔2在使用中出现裂纹和渗漏现象，为了彻底解决该托圈箱体工艺孔渗漏情况，结合现场施工条件制定处理方案如下：
60.1、主要措施：
61.(1)在托圈箱体内侧清除托圈工艺孔2的分段插管3上的裂纹，待裂纹处理干净后补焊裂纹清理出的沟槽。
62.(2)安装工艺孔插管双曲面过渡圈5，双曲面过渡圈尺寸见图11所示，双曲面过渡圈5安装于分段插管3与转炉托圈腹板1接缝的上侧，安装完毕后双曲面过渡圈5四周焊接牢固，过渡圈固定焊缝层6焊缝为带有一定圆弧半径的弧形角焊缝，焊缝圆弧半径根据双曲面过渡圈5的厚度而定，本方案焊缝尺寸为r40～100，不小于内弧面51的弧度。
63.2、焊接
64.(1)焊前预热
65.预热温度控制在100～120℃。加热方式根据现场的条件采用火焰加热或履带式电加热。
66.(2)焊接材料：选择j507rh，规格
67.(3)焊接设备：采用zx7—400焊机。
68.(4)焊接工艺参数见表1
69.表1
70.(5)焊接顺序
71.安装后的工艺孔插管采取内侧和外侧同步焊接，两个工艺孔插管同步焊接。
72.(6)技术要求及操作要领
73.1)焊接应符合jb/t5000.3-2007《焊接通用技术条件》的规定，角接焊缝为bk级，焊接接头缺陷为ⅱ级。
74.2)施焊人员必须持证上岗，焊接过程中严格按照工艺进行。
75.3)操作中焊缝两边圆滑过渡，外侧焊缝焊接平齐，内侧焊缝焊接成一定的圆弧，托圈箱体内采用单面焊双面成型技术。焊缝表面不得有裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
76.4)采用多层多道焊工艺，每焊完一层均应进行清渣及锤击消除应力处理。
77.5)层间温度控制在150～240℃之间。
78.3、焊后消除应力退火
79.焊缝焊完后应立即在焊缝上覆盖保温棉，插管内铺设加热片进行消除应力退火。消除应力热处理具体过程是在层间温度的基础上按≤50℃/小时的速度缓慢升温至580℃，保温5小时，然后按≤50℃/小时的速度缓慢降温。消除应力热处理曲线如图16所示，消除应力的热处理曲线为采用多层焊接工艺，在层间温度的基础上按≤50℃/小时的速度缓慢升温至580℃，保温5小时，然后按≤50℃/小时的速度缓慢降温。热处理装置采用远红外电加热器，加热片采用履带式，不直接接触的间接式加热，可以在减少应力的同时，避免直接接触而产生额外的应力。
80.4、焊后清理
81.焊后将焊缝表面及周围区域的焊疤、焊接飞溅物等用角向磨光机打磨干净。
82.5、焊后检验
83.(1)外观检查
84.焊缝表面不允许有裂纹、焊瘤、气孔、夹渣等焊接缺陷的存在。
85.(2)内部检测
86.焊缝进行100％超声波探伤，检查等级b级，缺陷评定等级不低于ⅱ级。
87.6、探伤合格后拆除加热装置和反变形刚性固定装置交工。
88.本实施例的一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，在减少托圈工艺孔2处应力集中措施中采取了增加双曲面过渡圈5的技术手段，这种技术手段的优点一方面可增强该部位的结构强度，另一方面可大幅降低应力集中的存在。同时在双曲面过渡圈5两端与托圈腹板1和分段插管3连接的焊缝形式上优化设计为过渡圈固定焊缝层6的弧形焊缝，有效避免了该部位因存在一定夹角而形成应力集中情况。转炉托圈工艺孔2位置的应力情况得到大幅改善，该部位的结构强度也得到较大提高。在某钢厂300t转炉托圈上得到实施，经过1年的使用验证，转炉托圈该部位再没有出现疲劳裂纹，有效保证了转炉的炼钢作业的正常运行。
89.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，包括截面呈环形排布的两层转炉托圈腹板（1）以及洞穿两层转炉托圈腹板（1）后均匀分布的多个托圈工艺孔（2），两层转炉托圈腹板（1）的上下端面固定托圈盖板（13）后，形成空腔的托圈箱体（11），其特征在于：在托圈箱体（11）内，每个托圈工艺孔（2）两侧均固定有托圈内部筋板（12）；还包括由托圈箱体（11）内部分别向每个托圈工艺孔（2）的内孔（22）和外孔（21）插出的两个对称的分段插管（3）；所述分段插管（3）上套接有截面为弧形的环状双曲面过渡圈（5），双曲面过渡圈（5）紧贴式固定于转炉托圈腹板（1）的内壁。2.根据权利要求1所述的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，其特征在于：所述分段插管（3）的内端面为焊缝坡面（33），两个分段插管（3）的焊缝坡面（33）焊接后形成双管间焊缝（31）。3.根据权利要求1所述的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，其特征在于：所述分段插管（3）与托圈工艺孔（2）之间的坡口通过插管焊缝层（4）焊接式固定；插管焊缝层（4）与双曲面过渡圈（5）的接触面也呈弧形。4.根据权利要求1所述的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，其特征在于：所述双曲面过渡圈（5）包括内弧面（51）和外弧面（52），所述内弧面（51）与分段插管（3）、转炉托圈腹板（1）的连接处均通过过渡圈固定焊缝层（6）焊接式固定；所述外弧面（52）的弧度与转炉托圈腹板（1）相适配，环心处设置过渡圈外侧倒角（55）。5.根据权利要求4所述的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，其特征在于：所述过渡圈固定焊缝层（6）也呈弧口向外的弧形，弧度为r。6.根据权利要求3所述的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，其特征在于：所述双曲面过渡圈（5）为主视图视角下水平切分的两个焊接而成，半个双曲面过渡圈（5）的端面呈坡度设置，两个所述半个双曲面过渡圈（5）并拢后形成过渡圈连接焊缝（53）。7.根据权利要求4至6任一所述的水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，其特征在于：所述过渡圈固定焊缝层（6）的弧度r不小于内弧面（51）的弧度；所述托圈内部筋板（12）上洞穿有横向的腰形减重孔（121）。

技术总结

本实用新型公开了一种水冷式转炉托圈工艺孔插管结构，涉及大型转炉托圈制造与检修技术领域。本实用新型包括截面呈环形排布的两层转炉托圈腹板以及洞穿两层转炉托圈腹板后均匀分布的多个托圈工艺孔，两层转炉托圈腹板的上下端面固定托圈盖板后，形成空腔的托圈箱体，在托圈箱体内，每个托圈工艺孔两侧均固定有托圈内部筋板；还包括由托圈箱体内部分别向每个托圈工艺孔的内孔和外孔插出的两个对称的分段插管；分段插管上套接有截面为弧形的环状双曲面过渡圈，由焊缝将环状双曲面过渡圈与转炉托圈腹板之间形成一定弧度的圆滑过渡形式，能够有效减少分段插管与转炉托圈腹板连接处的应力集中，提高该部位的结构强度，进而提高转炉托圈腹板的使用寿命。高转炉托圈腹板的使用寿命。高转炉托圈腹板的使用寿命。