炼钢转炉激光强化在线修复施工方法与流程

本发明涉及炼钢转炉修复技术，特别是一种炼钢转炉激光强化在线修复施工方法，适用于修复转炉托圈与炉壳的结合部的修复。

背景技术：

目前，炼钢厂所使用的转炉托圈与炉壳的连接方式，通常是采用在托圈两耳轴方位托圈上部分别设置两个方柱，并且在方柱中各开有一个上下布置的长孔。在炉壳对应位置的裙板上开有两个方孔。安装时将炉壳方孔对准托圈方柱，将炉壳裙板落放在托圈上，并用楔形键穿入长孔内楔紧，使托圈与炉壳连接结合为一体。在倾动机构驱动下托圈绕耳轴做定轴转动，并带动炉壳旋转，完成钢水倾倒工作。由于转炉长期运行在高温重载冲击的恶劣工作环境下，久而久之，托圈与炉壳的结合部会磨损严重而产生间隙，使得转炉无法正常工作。现有的托圈与炉壳结合部的修复方法一般采用堆焊，但堆焊形成的修复面耐磨性差，维持寿命短。

激光熔覆是一种新的表面改性技术。它是通过不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。激光熔覆技术与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，具有稀释度小、组织细密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大、高精密、高质量、高效率非接触性、洁净无污染参数精密控制和高度自动化等特点，是现代先进技术制造中极为重要的组成部分。

从当前激光熔覆的应用情况来看，主要应用于三个方面：第一、对材料的表面改性，如燃气轮机叶片、轧辊、齿轮等；第二、对产品的表面修复，如转子、磨具、各种轴类件；第三、快速原型制造。如果将激光熔覆技术应用于托圈与炉壳结合部的修复，势必会显著提高修复效果，提高修复面的耐磨性，延长使用寿命。本申请就是为如何合理将激光熔覆技术应用于上述场合中而提出的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种解决上述问题的炼钢转炉激光强化在线修复施工方法，显著提高修复精度和修复效率，安全可靠。

本发明的技术方案是：

一种炼钢转炉激光强化在线修复施工方法，其技术要点是，包括如下步骤：

步骤1、在转炉托圈的驱动侧耳轴和从动侧耳轴上方靠近与炉壳结合部的位置分别搭建工作平台，将转炉托圈与炉壳的结合部打开并顶起炉壳设定高度；

步骤2、对分离开的转炉托圈与炉壳的结合部对应的各个待修复面进行人工打磨除锈，并进行表面着色探伤，拍片做记录，计算修复量；

步骤3、根据探伤结果，选择需要堆焊的工作面利用气保焊机进行堆焊，包括驱、从动侧的炉壳裙板方孔周边下表面、托圈方柱端面、方柱周边的托圈上表面、炉壳裙板方孔侧立面、楔形键下表面、与楔形键对应的炉壳裙板上表面和方柱长孔的上圆弧面；

步骤4、在驱、从动侧的两个工作平台上对应托圈方柱位置分别安装同时具有粗、精加工和激光熔覆功能的机床；

步骤5、利用机床对各个工作面依次进行粗加工、精加工，或依次进行粗加工、激光熔覆、精加工；

步骤6、修复完成后，对修复面进行检测，表面着色探伤检查，并拍片做记录；

步骤7、下放炉壳，使炉壳裙板方孔套在托圈方柱外部，炉壳裙板方孔周边下表面座落于方柱周边的托圈上表面，在方柱长孔中插入楔形键，同时在方孔与方柱两侧端面的间隙内对称插入两个上支承调整垫板，所述上支承调整垫板为倒置的l形，由插入间隙中的立板和水平限位板组成，所述立板与方柱的接触面为垂直面，立板与方孔的接触面为斜面，所述水平限位板的下表面与炉壳裙板上表面接触，水平限位板对应楔形键的位置设有缺口；

步骤8、在两个上支承调整垫板的上方分别安装止动板，所述止动板的数量为四个，两两一组对应一个上支承调整垫板，对称固定于楔形键两侧的方柱端面上，完成在线修复安装。

上述的炼钢转炉激光强化在线修复施工方法，所述机床包括底座、设于底座下方的x方向直线机构、设于x方向直线机构下方的y方向直线机构、设于底座上方的支撑臂、设于支撑臂端部的铣削刀头、设于铣削刀头一侧的激光熔覆器，所述支撑臂的前端设有对应铣削刀头的多组螺栓孔，使用时通过转动铣削刀头改变安装角度。

上述的炼钢转炉激光强化在线修复施工方法，根据工作面高度和位置，替换铣削刀头用于与支撑臂连接的连接臂，所述连接臂为直臂或拐臂。

上述的炼钢转炉激光强化在线修复施工方法，所述铣削刀头在铣削方柱长孔的上圆弧面时，铣削刀头安装镗杆，方柱长孔的另一侧安装支架，镗杆穿过方柱长孔后支撑在支架上。

本发明的有益效果是：

1、采用在线修复施工方法，利用具有多种功能的机床，在作业平台上实现粗加工、激光熔覆、精加工的灵活转换（作业空间受限，作业平台不能过大，不适于多种机加设备和激光修复设备同时定位安装，如果作业平台上需要多次根据粗加工、激光修复和精加工的工艺步骤频繁安装、找正机加设备和激光修复设备，则严重影响修复精度），避免了现有技术存在的多种设备安装找正造成修复精度低的情况发生，同时操作方便，省时省力，修复效率高，缩短了转炉再次投入使用的时间。

2、采用上支承调整垫板和止动板的组合结构，保证了再次投入使用的转炉使用寿命延长，避免了频繁维护转炉托圈和炉壳的结合部。其中，上支承调整垫板用于将托圈和炉壳紧固连接起来，以实现托圈带动炉壳绕耳轴做定轴转动。上支承调整垫板的立面一侧为平面，一侧为斜面，与方柱和方孔均为面接触，改变了以往的线接触方式（由于接触面积小，很难满足承受转炉大倾翻力矩要求），避免了实际运行中，托圈与炉壳松动而影响转炉的正常工作。而在每块上支承调整垫板上部增设2块止动板，并将止动板用螺栓紧固在方柱上，以防止上支承调整垫板回松。

附图说明

图1是转炉托圈和炉壳的组装结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是转炉托圈的俯视图；

图4是本发明的机床与转炉托圈的相对安装结构示意图；

图5是本发明的机床的铣削加工刀头结构示意图；

图6是本发明铣削方柱长孔上圆弧面的示意图；

图7是本发明的机床的激光熔覆器的结构示意图；

图8是本发明修复后的上支承调整垫板、止动板与转炉托圈、炉壳的装配结构示意图；

图9是上支承调整垫板的结构示意图。

图中：1.转炉托圈、101.方柱周边的托圈上表面、102.托圈方柱端面、103.方柱长孔的上圆弧面、2.炉壳、201.炉壳裙板方孔周边下表面、202.炉壳裙板方孔侧立面、203.炉壳裙板上表面、3.楔形键、301.楔形键下表面、4.上支承调整垫板、401.斜面、402.水平限位板、403.立板、404.缺口、5.止动板、6.耳轴、7工作平台、8.y方向直线机构、9.x方向直线机构、10.支撑臂、11.铣削刀头、12.激光熔覆器、13.螺栓组、14.镗杆、15.底座。

具体实施方式

该炼钢转炉激光强化在线修复施工方法，包括如下步骤：

步骤1、在转炉托圈1的驱动侧和从动侧耳轴6上方靠近与炉壳2结合部的位置分别搭建工作平台7，将转炉托圈1与炉壳2的结合部打开并顶起炉壳设定高度。

步骤2、对分离开的转炉托圈1与炉壳2的结合部对应的各个待修复面进行人工打磨除锈，并进行表面着色探伤，拍片做记录，计算修复量。

步骤3、根据探伤结果，选择需要堆焊的工作面利用气保焊机进行堆焊，包括驱、从动侧的炉壳裙板方孔周边下表面201、托圈方柱端面102、方柱周边的托圈上表面101、炉壳裙板方孔侧立面202、楔形键下表面301、与楔形键3对应的炉壳裙板上表面203和方柱长孔的上圆弧面103，参见图1-图3。

步骤4、参见图4-图7，在驱、从动侧的两个工作平台7上对应托圈方柱位置分别安装同时具有粗、精加工和激光熔覆功能的机床。本实施例中，所述机床包括底座15、设于底座15下方的x方向直线机构9、设于x方向直线机构9下方的y方向直线机构8、设于底座15上方的支撑臂10、设于支撑臂10端部的铣削刀头11、利用支座安装于铣削刀头11一侧的激光熔覆器12。所述支撑臂10的前端设有对应铣削刀头11的多组螺栓孔，使用时松脱螺栓组13，通过转动铣削刀头11改变安装角度，进而改变铣削作业面和激光熔覆作业面，支座也可改变、调整激光熔覆器12的角度。

步骤5、利用机床对各个工作面依次进行粗加工、精加工，或依次进行粗加工、激光熔覆、精加工。

本实施例中，驱、从动侧的炉壳裙板方孔周边下表面201先粗铣，后精铣；楔形键下表面301先粗铣，后精铣；方柱长孔的上圆弧面103先粗铣，后精铣；托圈方柱端面102、方柱周边的托圈上表面101、炉壳裙板方孔侧立面202、与楔形键3对应的炉壳裙板上表面203分别先粗铣，再激光熔覆，最后精铣或人工精打磨。

加工上述工作面时，根据工作面高度和位置，替换铣削刀头用于与支撑臂连接的连接臂。支铣削刀头11用于与支撑臂10连接的连接臂部分包括直臂和拐臂，根据场合使用替换。支撑臂10在图中显示为直臂，替换为拐臂时，主要是加工和熔覆与楔形键3对应的炉壳裙板上表面203。

本实施例中，铣削刀头11用于粗铣加工和精铣加工，在铣削方柱长孔的上圆弧面时，铣削刀头安装镗杆14，方柱长孔的另一侧安装支架16，镗杆14穿过方柱长孔后支撑在支架16上，实现对方柱长孔的铣削（参见图6）。

步骤6、修复完成后，对修复面进行检测，表面着色探伤检查，并拍片做记录。

步骤7、下放炉壳2，使炉壳裙板方孔套在托圈方柱外部，炉壳裙板方孔周边下表面201座落于方柱周边的托圈上表面101，在方柱长孔中插入楔形键3，同时在方孔与方柱两侧端面的间隙内对称插入两个上支承调整垫板4，所述上支承调整垫板4为倒置的l形，由插入间隙中的立板403和水平限位板402组成，所述立板403与方柱的接触面为垂直面，立板403与方孔的接触面为斜面401，所述水平限位板402的下表面与炉壳裙板上表面接触，水平限位板402对应楔形键3的位置设有缺口404，参见图8、图9。

步骤8、在两个上支承调整垫板4的上方分别安装止动板5，所述止动板5的数量为四个，两两一组对应一个上支承调整垫板4，对称固定于楔形键3两侧的方柱端面上，参见图8，完成在线修复安装。