论文部分内容阅读
摘 要 为了解决排焦箱在生产实际中遇到的开裂等问题，通过对箱体应力变形、设计缺陷等分析出开裂的原因，提出了一系列修复排焦箱开裂的方法：从设计角度着手对箱体结构及材质做一定优化、改良，采用设计改良方法；焊接结构件取代传统的铸造箱体结构件，采用焊件替代方法；对开裂的排焦箱进行补焊，采用补焊方法；采用贴补方法。结果表明这些修复方法在实践中具有可行性和可操作性。从修复的效果看，在满足安全生产的同时，因地制宜地解决了生产中遇到的实际问题。
关键词 排焦箱；开裂；应力；修复；损坏；缺陷
中图分类号： TQ54 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-119-01
同煤集团煤气厂的排焦箱是由化学工业部第二设计院于1985年设计，1989年生产至今。由于在原设计中的设计条件和实际使用条件中存在偏差，操作人员对生产条件的变化不能及时作出调整，经常造成部分排焦箱不同程度的损坏。损坏表现为箱体出现开裂（包括横向、纵向开裂），局部箱体磨损穿透，其中较严重的主要集中在两个部位：排焦上箱和排焦下箱。
排焦箱的开裂，会造成炉外空气直接被吸入炉内，使下部的水封式放焦阀失去对外界空气的隔绝作用，而空气的进入会造成排焦箱内焦炭灼烧出现火焦，加剧了设备的损坏，给后续生产环节埋下安全隐患，更为严重的会造成氧含量超标等。
因此必须对以上问题加以重视和解决，这是我们不得不面对的问题，否则将会给安全生产带来严重的威胁。通过深入探究排焦箱开裂的成因，得出一系列具体的解决方法，以期达到安全生产的实际需要。
1 原因分析
由于箱体开裂现象的普遍性，使我们认识到问题的严重，通过对裂纹的观察发现，大部分开裂出现在法兰连接面，有的甚至贯通箱体，究其原因主要是温度的变化导致应力变化不均所致。
1）操作不当造成箱体直接接触炙热焦炭，箱体壁过热后由于短时间内放焦、加煤使箱壁骤冷，导致应力发生较大变化。
2）箱内温度变化速度过快或水、汽循环不良等原因，使箱壁温度时高时低，因温差造成热应力发生交变，从而产生疲劳出现箱体开裂。
3）设计结构存在缺陷，造成热应力、相变应力超过箱体材料强度极限而造成的开裂。如：上箱人孔设计极易造成应力集中等。
4）联接面密封材料性能不能满足长时间的高温要求，极易出现老化失效。
2 排焦箱维修方法探究
当排焦箱出现开裂时，我们主要从以下几方面实施维修。
1）从设计角度着手对箱体结构及材质做一定优化、改良，使其能在更加恶劣的工作条件下满足安全运行。采取去掉后面的人孔、加设加强筋，从而合理解决由于设计不合理造成的应力集中，加装吊杆装置减少箱体的承重，改良密封材料来防止因密封材料老化从接触面进入空气后造成箱体内焦炭炙热，加强对制造厂商在箱体加工过程中的监督。
2）焊接结构件取代传统的铸造箱体结构件。其好处是：焊接结构件生产周期相对短、重量较轻、所需设备相对简单、改型快等优点。但一般来说铸铁件的内应力比焊接件的内应力要小，经过时效处理的铸铁件的残余应力就更小了，在以后使用过程中产生的变形也就小，这就是为什么在原始设计中优先考虑铸铁件原因所在，而焊接件在焊接的过程中产生的应力是非常大的，焊接刚开始时，焊缝处迅速升温，周围区域温度较低，阻碍焊缝的迅速膨胀，焊缝受到压应力；焊接过程结束，焊接件开始冷却，等过了塑性变形的温度，由于焊缝与周围区域的冷却速度不一致，焊缝开始受到拉应力，直至室温。此时焊缝处材料所受的拉应力接近材料的屈服极限，如果不及时进行消除内应力的处理，构件就会产生开裂或变形的后果。再有焊接件上焊缝多易出现缺陷且不易察觉，出现空气进入的后果，一旦出现会造成箱体受热变形，不易修复。
3）对开裂的排焦箱进行预热补焊缺陷部位。对缺陷所在的部位进行清理，将油、锈、杂质等清除干净；检查裂纹的长度（裂纹不易过长），查清走向、分支和端点所在的位置；为防止裂纹扩展，一般钻φ6 -10 mm孔即可，孔的上端用较大的扩成喇叭口状，以利焊接熔合良好，深度应比裂纹所在的平面深2 mm～4 mm。
对排焦箱开裂部位进行加热至600℃～700℃。为使焊接缝能自由收缩，采用分散、间断、交替施焊的方法。先焊中间，后焊两边。以最快的速度间断、交错进行封底焊接，焊接电流约100 A。焊条与工件夹角在35°-45°之间。同时焊条不要做大的摆动，以直线窄焊道为宜。每次焊道长度不得超过50 mm，熄弧时应填满弧坑。焊后应缓慢冷却至室温。缺点是灰铸铁的焊接性不良，要采取一些特殊的工艺措施，否则在焊接过程中会产生一系列的缺陷。
4）采用贴补法。对于开裂程度不大的先检查裂纹的长度，查清走向，为防止裂纹扩展，应在裂纹端部处钻止裂孔6 mm～10 mm，深度应比裂纹所在的平面深2 mm～4 mm，然后用耐火焦土对开裂处进行填实、抹平，将δ=3 mm厚方形钢板或用δ=3 mm厚钢板制作外罩在箱壁外加以固定，这种方法对操作者的要求不高，操作简单，修补效率高，修复时间短，成本低，成功率高等优点。缺点是临时处理开裂，是一种因地制宜的办法，开裂处的修复达不到应有的强度、硬度要求，修补后箱体不美观，要求操作人员不定期对其进行检查，发现问题要重新贴补。
综合以上修补方式我们做以下对比，见表1。
3 结束语
2012年我们采用上述方法修复的排焦箱完好率为90%，其余经过第二次修复后未发现明显缺陷，可见上述修复方法在实践中具有可行性，方法合理得当、安全可靠。不过材料的运用尤其是贴补填料、联接密封材料还需改进，各种修复工艺有待进一步规范。一年来，我们在满足大负荷生产的同时，降低了设备维修成本使经济效益达到了最优状态并较好地解决了生产中遇到的实际问题。
参考文献
[1]邱宣怀，郭可谦，等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1997.
[2]韩克筠，许卫民.金属工艺学[M].南京：南京工学院出版社，1987.
[3]郑志祥，徐锦康，等.机械零件[M].北京：高等教育出版社，2000.
关键词 排焦箱；开裂；应力；修复；损坏；缺陷
中图分类号： TQ54 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-119-01
同煤集团煤气厂的排焦箱是由化学工业部第二设计院于1985年设计，1989年生产至今。由于在原设计中的设计条件和实际使用条件中存在偏差，操作人员对生产条件的变化不能及时作出调整，经常造成部分排焦箱不同程度的损坏。损坏表现为箱体出现开裂（包括横向、纵向开裂），局部箱体磨损穿透，其中较严重的主要集中在两个部位：排焦上箱和排焦下箱。
排焦箱的开裂，会造成炉外空气直接被吸入炉内，使下部的水封式放焦阀失去对外界空气的隔绝作用，而空气的进入会造成排焦箱内焦炭灼烧出现火焦，加剧了设备的损坏，给后续生产环节埋下安全隐患，更为严重的会造成氧含量超标等。
因此必须对以上问题加以重视和解决，这是我们不得不面对的问题，否则将会给安全生产带来严重的威胁。通过深入探究排焦箱开裂的成因，得出一系列具体的解决方法，以期达到安全生产的实际需要。
1 原因分析
由于箱体开裂现象的普遍性，使我们认识到问题的严重，通过对裂纹的观察发现，大部分开裂出现在法兰连接面，有的甚至贯通箱体，究其原因主要是温度的变化导致应力变化不均所致。
1）操作不当造成箱体直接接触炙热焦炭，箱体壁过热后由于短时间内放焦、加煤使箱壁骤冷，导致应力发生较大变化。
2）箱内温度变化速度过快或水、汽循环不良等原因，使箱壁温度时高时低，因温差造成热应力发生交变，从而产生疲劳出现箱体开裂。
3）设计结构存在缺陷，造成热应力、相变应力超过箱体材料强度极限而造成的开裂。如：上箱人孔设计极易造成应力集中等。
4）联接面密封材料性能不能满足长时间的高温要求，极易出现老化失效。
2 排焦箱维修方法探究
当排焦箱出现开裂时，我们主要从以下几方面实施维修。
1）从设计角度着手对箱体结构及材质做一定优化、改良，使其能在更加恶劣的工作条件下满足安全运行。采取去掉后面的人孔、加设加强筋，从而合理解决由于设计不合理造成的应力集中，加装吊杆装置减少箱体的承重，改良密封材料来防止因密封材料老化从接触面进入空气后造成箱体内焦炭炙热，加强对制造厂商在箱体加工过程中的监督。
2）焊接结构件取代传统的铸造箱体结构件。其好处是：焊接结构件生产周期相对短、重量较轻、所需设备相对简单、改型快等优点。但一般来说铸铁件的内应力比焊接件的内应力要小，经过时效处理的铸铁件的残余应力就更小了，在以后使用过程中产生的变形也就小，这就是为什么在原始设计中优先考虑铸铁件原因所在，而焊接件在焊接的过程中产生的应力是非常大的，焊接刚开始时，焊缝处迅速升温，周围区域温度较低，阻碍焊缝的迅速膨胀，焊缝受到压应力；焊接过程结束，焊接件开始冷却，等过了塑性变形的温度，由于焊缝与周围区域的冷却速度不一致，焊缝开始受到拉应力，直至室温。此时焊缝处材料所受的拉应力接近材料的屈服极限，如果不及时进行消除内应力的处理，构件就会产生开裂或变形的后果。再有焊接件上焊缝多易出现缺陷且不易察觉，出现空气进入的后果，一旦出现会造成箱体受热变形，不易修复。
3）对开裂的排焦箱进行预热补焊缺陷部位。对缺陷所在的部位进行清理，将油、锈、杂质等清除干净；检查裂纹的长度（裂纹不易过长），查清走向、分支和端点所在的位置；为防止裂纹扩展，一般钻φ6 -10 mm孔即可，孔的上端用较大的扩成喇叭口状，以利焊接熔合良好，深度应比裂纹所在的平面深2 mm～4 mm。
对排焦箱开裂部位进行加热至600℃～700℃。为使焊接缝能自由收缩，采用分散、间断、交替施焊的方法。先焊中间，后焊两边。以最快的速度间断、交错进行封底焊接，焊接电流约100 A。焊条与工件夹角在35°-45°之间。同时焊条不要做大的摆动，以直线窄焊道为宜。每次焊道长度不得超过50 mm，熄弧时应填满弧坑。焊后应缓慢冷却至室温。缺点是灰铸铁的焊接性不良，要采取一些特殊的工艺措施，否则在焊接过程中会产生一系列的缺陷。
4）采用贴补法。对于开裂程度不大的先检查裂纹的长度，查清走向，为防止裂纹扩展，应在裂纹端部处钻止裂孔6 mm～10 mm，深度应比裂纹所在的平面深2 mm～4 mm，然后用耐火焦土对开裂处进行填实、抹平，将δ=3 mm厚方形钢板或用δ=3 mm厚钢板制作外罩在箱壁外加以固定，这种方法对操作者的要求不高，操作简单，修补效率高，修复时间短，成本低，成功率高等优点。缺点是临时处理开裂，是一种因地制宜的办法，开裂处的修复达不到应有的强度、硬度要求，修补后箱体不美观，要求操作人员不定期对其进行检查，发现问题要重新贴补。
综合以上修补方式我们做以下对比，见表1。
3 结束语
2012年我们采用上述方法修复的排焦箱完好率为90%，其余经过第二次修复后未发现明显缺陷，可见上述修复方法在实践中具有可行性，方法合理得当、安全可靠。不过材料的运用尤其是贴补填料、联接密封材料还需改进，各种修复工艺有待进一步规范。一年来，我们在满足大负荷生产的同时，降低了设备维修成本使经济效益达到了最优状态并较好地解决了生产中遇到的实际问题。
参考文献
[1]邱宣怀，郭可谦，等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1997.
[2]韩克筠，许卫民.金属工艺学[M].南京：南京工学院出版社，1987.
[3]郑志祥，徐锦康，等.机械零件[M].北京：高等教育出版社，2000.