一种转炉水冷炉口及其制备工艺的制作方法

本发明属转炉配件技术领域，具体涉及一种转炉水冷炉口及其制备工艺。

背景技术：

国内使用氧气顶吹转炉炼钢均在1600℃以上的高温下进行。转炉炉体一般由炉帽、炉壳、炉底三部分组成，为延长炉帽的金属壳和炉衬使用寿命，一般在炉帽顶部设有圆形炉口，以便工作时加料插入氧枪排出炉气和倒渣，为了保护炉口，普遍采用循环水冷却炉口。目前，通常的水冷炉口有两种结构形式：一是，将“s”形钢管预埋，灰口铸铁一次性浇注成圆弧块。二是，用钢板焊接成圆弧箱框。

目前使用的“钢板箱框式”水冷炉口，由冷却水同侧双进双出式，冷却水环绕一周后排出，安装形式是卡板式焊接。这种转炉水冷炉口的缺点是：炉口内水流速度不均匀，水流不稳定，造成热交换能力差，水冷炉口各部位冷却不一致，易发生汽化；局部蒸汽压力很高时，水冷炉口易产生裂缝导致漏水；并且由于水压不均衡，使得水管的进水口和出水口处没有稳定的冷却水流量，从而导致水管的两端容易被高温烧坏。水冷炉口有效使用寿命短，只有2～3个月，用户使用成本高。在更换安装时，靠卡板焊接连接，焊接工作量大，更换一次需6～8h，严重影响生产。

预埋“s”形钢管铸铁式水冷炉口，是在灰口铸铁浇注前，预先埋设一根“s”形钢管，然后一次性浇注成各圆弧块。在使用过程中，常见的现象是:炉口高温状态时通入冷却水后，发现炉口很容易产生裂纹而导致其报废，影响生产。究其主要原因，是由于铸铁材料的水冷炉口，在通入冷却水后受冷急剧收缩，但是，埋设在内部的“s”形冷却钢管，由于其结构为“s”形，既阻挡了铸铁材料的水冷炉口自身的收缩，同时，冷却水管自身的变形量也较小，从而造成了构成水冷炉口的铸铁产生裂纹。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对“钢板箱框式”水冷炉口存在因水流不均匀导致水管的两端容易被高温烧坏和预埋“s”形钢管铸铁式水冷炉口存在水冷炉口的铸铁产生裂纹的问题，本实用新型提供一种转炉水冷炉口及其制备工艺。

本发明采用的技术方案如下：

一种转炉水冷炉口，该转炉水冷炉口由两个结构相同的半圆形炉口箱体呈环形拼接组成，半圆形炉口箱体包括上下设置的半圆形面板和半圆形底板以及均与半圆形面板内侧、半圆形底板内侧固定连接的水管；半圆形面板和半圆形底板之间设置有均与水管平行的第一隔板和第二隔板，第一隔板与所述水管形成第一水流通道，第一隔板和第二隔板形成第二水流通道，第一水流通道和第二水流通道中至少一个的内部设置有若干折流板，相邻折流板交错设置；水管、第一水流通道和第二水流通道顺次连通形成冷却水通道，水管连接有进水装置，第二水流通道上连接有出水管。

优选地，所述进水装置为长方形空腔结构；长方形空腔结构的一边均与第一隔板和第二隔板连接，长方形空腔结构上连接有进水管，长方形空腔结构的另一边与所述水管连通且连通处开设有第三出水口，所述水管与长方形空腔结构连通的另一端开设有与所述第一水流通道连通的第一出水口，所述第一隔板与所述水管连通的另一端开设有与所述第二水流通道连通的第二出水口，所述第二水流通道与所述第一远水流通道连通的另一端与所述出水管连接。

优选地，所述第三出水口沿所述水管的截面圆的径向设置有第一挡板组，第一挡板组与相邻的水管端头形成第一空腔；所述第一出水口沿所述水管的截面圆的径向设置有第二挡板组，第二挡板组与相邻的水管端头形成第二空腔。

优选地，所述第一挡板组与所述第三出水口水平设置，所述第一挡板组一端与所述水管的内侧壁面固定连接，所述第一挡板组的长度等于所述水管的直径长度；所述第二挡板组与所述第一出水口水平设置，所述第二挡板组一端与所述水管的内侧壁面固定连接，所述第二挡板组的长度等于所述水管的直径长度。

优选地，所述半圆形底板上开设有若干安装孔，所述半圆形底板上固定连接有若干加固筋板；所述长方形空腔结构的端头焊接有密封板组，密封板组包括至少2块相互焊接的密封板。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.冷却炉口由两个结构相同的半圆形炉口箱体呈环形拼接组成形成冷却水的双回路冷却，相同流量的冷却水在炉口出水端的温度比单回路更低，避免了因涡流、滞汽过多出现在第一隔板和第二隔板焊接部位，导致炉口面板开裂；每个半圆形炉口箱体由水管、第一水流通道和第二水流通道形成三回程结构冷却，在涡流和滞汽很少的情况下三回程结构使冷却水在炉口内的停留时间增长，增大了热量的传递，从而节约了冷却水的用量；在第一水流通道和第二水流通道中至少一个内部设置若干折流板，增大冷却水所流过的路程和增加冷却水的流动速率，从而提高了传热的效率。

2.长方形空腔结构的一边均与第一隔板和第二隔板连接起密封作用，避免高低温度的冷却水乱窜；第三出水口、第一出水口和第二出水口各自的设置位置，进一步增大冷却水的流经路程，在满足涡流和滞汽很少的情况下，使得冷却水的用量减小。

3第三出水口沿所述水管的截面圆的径向设置的第一挡板组，使得第一挡板组和相邻的水管端头之间形成第一空腔和第一出水口沿所述水管的截面圆的径向设置的第二挡板组，使得第二挡板组和相邻的水管端头之间形成第二空腔，可以储存少量的冷却水，避免了冷却水流经第三出水口和第一出水口时，导致水管两端头的冷却水量非常小或是没有，使得水管两端头很容易烧坏。

4.第一挡板组与第三出水口水平设置，第一挡板组一端与所述水管的内侧壁面固定连接，第一挡板组的长度等于所述水管的直径长度，第二挡板组与第一出水口水平设置，第二挡板组一端与所述水管的内侧壁面固定连接，所述第二挡板组的长度等于所述水管的直径长度；一方面便于第一挡板组和第二挡板组的安装，另一方面便于冷却水流经第三出水口和第一出水口时能有少量的水进入第一空腔和第二空腔。

7.加固筋板防止因刚性不足受热变形出现漏水现象；密封板组避免长方形空腔结构的端头被烧坏时而直接漏水的现象，密封板组包括至少2块密封板，可以起到多层保护的作用。

一种转炉水冷炉口的制备工艺，包括以下步骤：

1)准备采用低合金钢制成的钢管和平板，焊接材料，根据图纸上的尺寸放样；

2)将步骤1)中的钢管煨制得到进水管、弧度为180度的水管以及出水管；

3)将步骤中的平板切割得到第一挡板组、密封板组、第二挡板组、第一隔板、折流板、第二隔板、底板、加固筋板和面板；

4)将步骤3)中得到的面板和底板切割成若干份；

5)将步骤2)、步骤3)以及步骤4)中得到的工件打磨去除氧化铁和毛刺；

6)将第一隔板和第二隔板煨制成与步骤2)中水管相同的弧度；将步骤5)中得到的若干面板和底板煨制成弧形板，使得若干面板拼接形成半圆形面板以及若干底板拼接形成半圆形底板，半圆形面板和半圆形底板的弧度均与步骤中得到的水管弧度相同以及保证半圆形面板和半圆形底板与工作台完全贴合；

7)将步骤6)中若干面板和底板的对接焊缝处打坡口，再将焊缝处进行焊接得到半圆形面板和半圆形底板；

8)将半圆形底板放置于工作台上，将步骤6)中得到的具有弧度的第一隔板和第二隔板焊接于半圆形底板上；将步骤3)中得到的折流板交错焊接于第一隔板和第二隔板上且折流板下端与半圆形底板焊接；

9)将半圆形面板与步骤8)中第一隔板、第二隔板和折流板的上端焊接；

10)将步骤5)所得的水管与半圆形面板和半圆形底板的凹面相贴合焊接；

11)将步骤5)所得的进水管与半圆形面板连通焊接，出水管与半圆形底板连通焊接；密封板组与进水管安装位置处的半圆形底板、半圆形面板和第二隔板焊接；

12)在步骤2)中的水管的出水口开设第一出水口，在步骤6)中的第一隔板靠近进水管端开设有第二出水口；

13)在半圆形底板上焊接加固筋板以及钻安装孔；

14)由步骤1)到步骤13)得到第一半圆形炉口箱体；

15)将步骤14)得到的第一半圆形炉口箱体外围密封和焊接；

16)重复步骤1)到步骤15)得到与步骤15)所得的第一半圆形炉口箱体左右对称的且独立的第二半圆形炉口箱体；

17)将步骤15)得到的第一半圆形炉口箱体100)与步骤16)得到的第二半圆形炉口箱体焊接得到转炉水冷炉口；

18)将步骤17)所得的转炉水冷炉口整体探伤；

19)步骤17)所得的转炉水冷炉口经过热处理退火消除焊接应力；；

20)对步骤17)所得的转炉水冷炉口进行水试压。

进一步限定，步骤1)中所述低合金钢采用q345r，焊接材料采用j507或j506。

进一步限定，步骤7)中将步骤6)中若干面板和底板的对接焊缝处打成v形坡口；焊接完成的坡口被打磨成v形坡口，再进行焊接，此过程重复3-5次。

进一步限定，步骤7)中所述坡口均开设于若干面板和底板的对接焊缝内侧。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.将面板和底板切割成若干份，便于面板和底板的运输；采用先将若干底板和面板焊接成半圆形面板和半圆形底板，然后均将第一隔板、第二隔板和折流板的下端焊接于半圆形底板上，最后均将半圆形面板焊接于第一隔板、第二隔板和折流板上端从而避免各工件之间的漏焊现象的发生。

2.采用q345r的低合金钢材料，使得炉口更加耐高温和耐压；焊接材料采用j507或j506使得焊接质量好。

3.若干面板和底板的对接焊缝处打成v形坡口；焊接完成的坡口被打磨成v形坡口，再进行焊接，此过程重复3-5次；避免了一次焊接造成部分焊缝没能焊接完全，故而将焊接完成的焊缝打开重复焊接。

4.将若干面板和底板的对接焊缝坡口开在其内侧，避免高温炉气的直接冲刷导致热疲劳发生的漏水现象。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为半圆形炉口箱的主视图；

图3为图2中a-a截面图；

图4为图3中f方向的视图；

图5为图3中b-b截面图；

图6为图3中c-c截面图；

图7为图3中d-d截面图；

图8为图3中e-e截面图；

其中：1-进水装置；101-进水管；102-第一挡板组；103-第三出水口；104-密封板组；2-水管；201-第一空腔；202-第二空腔；3-第一出水口；301-第二挡板组；4-第一隔板；5-折流板；6-第二隔板；7-半圆形底板；701-安装孔；702-加固筋板；8-第二出水口；9-半圆形面板；10-出水管；11-第一水流通道；12-第二水流通道；100-半圆形炉口箱体。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

实施例一

本实施例的技术方案是：一种转炉水冷炉口，该转炉水冷炉口由两个结构相同的半圆形炉口箱体100呈环形拼接组成，半圆形炉口箱体100包括上下设置的半圆形面板9和半圆形底板7以及均与半圆形面板9内侧、半圆形底板7内侧固定连接的水管2；半圆形面板9和半圆形底板7之间设置有均与水管2平行的第一隔板4和第二隔板6，第一隔板4与所述水管2形成第一水流通道11，第一隔板4和第二隔板6形成第二水流通道12，第一水流通道(11)和第二水流通道12中至少一个的内部设置有若干折流板5，相邻折流板5交错设置；水管2、第一水流通道11和第二水流通道12顺次连通形成冷却水通道，水管2连接有进水装置1，第二水流通道12上连接有出水管10。

如图1-3所示，冷却水从进水装置1进入水管2，冷却水依次流经水管2、第一水流通道11和第二水流通道12，最后从出水管10排出；冷却水流经折流板5时被改变流经途径使得流经路程增大，换热效率增加；结构相同的半圆形炉口箱体100呈环形拼接形成冷却水的双回路冷却，相同流量的冷却水在炉口出水端的温度比单回路更低，避免了因涡流、滞汽过多出现在第一隔板4和第二隔板6焊接部位，导致炉口面板9开裂；每个半圆形炉口箱体100由水管2、第一水流通道11和第二水流通道12形成三回程结构冷却，在涡流和滞汽很少的情况下三回程结构使冷却水在炉口内的停留时间增长，增大了热量的传递，从而节约了冷却水的用量；在第一水流通道11和第二水流通道12中至少一个内部设置若干折流板5，增大冷却水所流过的路程和增加冷却水的流动速率，从而提高了传热的效率。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例的技术方案为：所述进水装置1为长方形空腔结构；长方形空腔结构的一边均与第一隔板4和第二隔板6连接，长方形空腔结构上连接有进水管101，长方形空腔结构的一边与所述水管2连通且连通处开设有第三出水口103，所述水管2与长方形空腔结构连通的另一端开设有与所述第一水流通道11连通的第一出水口3，所述第一隔板4与所述水管2连通的另一端开设有与所述第二水流通道12连通的第二出水口8，所述第二水流通道12与所述第一远水流通道11连通的另一端与所述出水管10连接。

如图3、图6所示，冷却水从第三出水口103流经水管2，水管2中的冷却水通过第一出水口3流进第一水流通道11；第一水流通道11内的冷却水通过第二出水口8流进第二水流通道12，第二水流通道12中的冷却水通过出水管10流出圆形炉口箱体100；长方形空腔结构的一长边均与第一隔板4和第二隔板6连接起密封作用，避免从进水管101进入长方形空腔结构的水直接进入第一水流通道11和第二水流通道12，从而使得水管2中的低温度冷却水量变小导致水管2中冷却水汽化严重从而导致漏水的现象发生；第三出水口、第一出水口和第二出水口各自的设置位置，进一步增大冷却水的流经路程，在满足涡流和滞汽很少的情况下，使得冷却水的用量减小。

实施例三

在实施例二的基础上，本实施例的技术方案为：所述第三出水口103沿所述水管2的截面圆的径向设置有第一挡板组102，第一挡板组102与相邻的水管2端头形成第一空腔201；所述第一出水口3沿所述水管2的截面圆的径向设置有第二挡板组301，第二挡板组301与相邻的水管2端头形成第二空腔202。

如图3、图6和图8所示，当冷却水流经第三出水口103时，其中一小部分水进入第一空腔201内，从而避免水管2靠近第一挡板组102的端头因为缺水被烧坏的现象发生；当冷却水流经第一出水口3时，其中一小部分水进入第二空腔202内，从而避免水管2靠近第二挡板组301的端头因为缺水被烧坏的现象发生。

实施例四

在实施例三的基础上，本实施例的技术方案为：所述第一挡板组102与所述第三出水口103水平设置，所述第一挡板组102一端与所述水管2的内侧壁面固定连接，所述第一挡板组102的长度等于所述水管2的直径长度；所述第二挡板组301与所述第一出水口3水平设置，所述第二挡板组301一端与所述水管2的内侧壁面固定连接，所述第二挡板组301的长度等于所述水管2的直径长度。

如图3、图6和图8所示，一方面便于第一挡板组102的安装，另一方面确保冷却水流经第三出水口103时能有少量的水进入第一空腔201；一方面便于第二挡板组301的安装，另一方面确保冷却水流经第一出水口3时能有少量的水进入第二空腔202。

实施例五

在实施例一或二或三或四的基础上，本实施例的技术方案为：所述半圆形底板7上开设有若干安装孔701，所述半圆形底板7上固定连接有若干加固筋板702；所述长方形空腔结构远离所述水管2的一端焊接有密封板组104，密封板组104包括至少2块相互焊接的密封板。

如图1-8所示，安装孔701便于炉口与炉管的连接；加固筋板702防止因刚性不足受热变形出现漏水现象；密封板组104避免长方形空腔结构的端头被烧坏时而直接漏水的现象，密封板组104包括3块密封板，可以起到3层保护的作用，以延长转炉水冷炉口的寿命。

实施例六

如图1-8所示，转炉水冷炉口的制备工艺，包括以下步骤：

1)准备采用q345r材料的钢管和平板，使得炉口更加耐高温和耐压；焊接材料采用j507使得焊接质量好，根据图纸上的尺寸放样；

2)将步骤1)中的钢管煨制得到弧度为60-90度的进水管101、弧度为180度的水管2以及弧度为60-90度的出水管10；

3)将步骤1中的平板切割得到第一挡板组102、密封板组104、第二挡板组301、第一隔板4、折流板5、第二隔板6、底板、加固筋板702和面板；

4)将步骤3)中得到的面板和底板切割成3等份；

5)将步骤2)、步骤3)以及步骤4)中得到的工件打磨去除氧化铁和毛刺；

6)将第一隔板4和第二隔板6煨制成180度的弧度；将步骤5)中得到的若干面板和底板煨制成弧形板，使得3块面板拼接形成半圆形面板9以及3块底板拼接形成半圆形底板7，半圆形面板9和半圆形底板7的弧度均为180度以及保证半圆形面板9和半圆形底板7与工作台完全贴合；

7)在步骤6)中3块面板和底板的对接焊缝处内侧打v形坡口，避免高温炉气的直接冲刷导致热疲劳发生的漏水现象；再用j507的焊条将焊缝处进行焊接得到半圆形面板9和半圆形底板7，焊接完成的坡口被打磨成v形坡口，再进行焊接，此过程重复3-5次；避免了一次焊接造成部分焊缝没能焊接完全，故而将焊接完成的焊缝打开重复焊接。

8)将半圆形底板7放置于工作台上，将步骤6)中得到的具有180度弧度的第一隔板4和第二隔板6焊接于半圆形底板7上；将步骤3)中得到的折流板交错焊接于第一隔板4和第二隔板6上且折流板下端与半圆形底板7焊接；

9)将半圆形面板9与步骤8)中第一隔板4、第二隔板6和折流板5的上端焊接；

10)将步骤5)所得的水管与半圆形面板9和半圆形底板7的凹面相贴合焊接；

11)将步骤5)所得的进水管与半圆形面板9连通焊接，出水管10与半圆形底板7连通焊接；密封板组104与进水管101安装位置处的半圆形底板7、半圆形面板9和第二隔板6焊接；

12)在步骤2)中的水管的出水口开设第一出水口3，在步骤6)中的第一隔板4靠近进水管101端开设有第二出水口8；

13)在半圆形底板7上焊接15块加固筋板702，相邻加固筋板702之间的距离相等，钻16个安装孔701，相邻安装孔701之间的距离相等；

14)由步骤1)到步骤13)得到第一半圆形炉口箱体100；

15)将步骤14)得到的第一半圆形炉口箱体外围密封和焊接；

16)重复步骤1)到步骤15)得到与步骤15)所得的第一半圆形炉口箱体左右对称的且独立的第二半圆形炉口箱体；

17)将步骤15)得到的第一半圆形炉口箱体100与步骤16)得到的第二半圆形炉口箱体焊接得到转炉水冷炉口；

18)将步骤17)所得的转炉水冷炉口用带有放射性元素的探伤装置整体探伤；

19)使用超声波应力消除装置将步骤17)所得的转炉水冷炉口经过热处理退火消除焊接应力；

20)对步骤17)所得的转炉水冷炉口的出水口用堵头堵住，通入清水，观察炉口是否有漏水的现象；将第一出水口3用堵头堵住，向水管2内通入清水，观察水管2是否有漏水的现象；将第一出水口3处的堵头取下，将第二出水口8堵住，向水管2内通入清水，观察水管2和第一水流通道11是否有漏水的现象；进行水试压。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。