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[摘 要]新型炉门刀边及腹板具有原刀边及腹板无法比拟的综合性能和良好的耐腐蚀、耐高温、耐机械冲击及耐热冲击性能，目前已在兖矿及周边煤化工行业中得到广泛应用，在煤炭行业或省内有推广价值。
[关键词]新型；炉门刀边及腹板；研制
中图分类号：TQ520.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0103-01
煤化工焦炉碳化室两侧分别有炉门密封装置，密封的效果起着关键性作用，随着焦炉的使用，炉门的更换提到了7.63米机焦炉机焦侧炉门，炉门刀边及腹板是焦炉护炉成套设备的组成部分；对焦炉的密封起到至关重要的作用。由于焦炉炉门密封不严造成跑火冒烟，不仅损失热量，而且严重污染环境，因此，改善炉门密封，提高其使用性能，不仅具有巨大的经济效益，也具有良好的社会效益。我公司与国际焦化有着长期的合作关系，先后为焦炉炉门改造了约120套焦炉炉门刀边及腹板。几年来，在引进、消化、吸收的基础上，我公司致力于新型炉门刀边及腹板的研制，使其使用性能有了显著提高。
1 研制过程
1.1 总体方案
新型炉门刀边及腹板（横剖面如图一所示）是以德国老式炉门刀边结构和功能为基础，吸收国内外焦炉门配件先进生产工艺，以普通热轧不锈钢带钢、不锈钢钢板为材料，根据猥弯原理和材料易变型等特点而特制的设备对刀边分段进行猥弯处理，采用滚压技术使δ=2不锈钢腹板压边整体成型；然后把刀边和腹板用模具组对整体焊接而成。
在焊接过程中，运用新型工艺，解决了薄层不锈钢板焊接变形量大、不易焊接的缺陷，从而保证了产品的质量；同时新型炉门刀边内圈周围不再钻孔；而且刀边及腹板与设备的连接不再需要压条和螺栓固定，从而使得炉门刀边简化了结构工艺又避免了炉门刀边安装过程中因内圈周围孔存在误差而造成的不便。
1.2 技术路线
技术路线图如下图所示
2 新型炉门刀边及腹板结构改进与性能分析
（1）解决了薄层不锈钢不易焊接、焊接易变型的缺陷
利用双向不锈钢焊接工艺，采用99.99%氩气惰性气体保护，进行手工钨极氩弧焊打底焊接；采用80%氩气加20%二氧化碳气体保护进行半自动填充盖面焊接。本法在焊接双相不锈钢时，可获得铁素体和奥氏体比例相对均衡的金相组织，经测定铁素体含量约在45-65%之间；焊接接头的机械性能和耐腐蚀性可充分得到保证，经测定其抗拉强度在640牛顿/平方毫米左右，硬度值220-280HV10之间；有效地解决了薄层不锈钢焊接缺陷问题。使用二氧化碳+氮气混合气体做保护气体，可减少焊接飞溅，焊缝成型美观。
（2）解决了炉门刀边在1000℃左右的高温同时处于交变载荷状态下容易产生疲劳断裂的缺陷
炉门刀边腹板炉门刀边腹板是焦炉炉门上的核心部件，起密封作用，刀边腹板工作温度在1000℃以上，且受交变载荷，容易产生疲劳断裂，是焦炉炉门部件中的易损件之一，因此，刀边腹板使用寿命的高低，将直接影响用户的生产成本及生产效率的提高。改进前，刀边腹板与炉门本体采用M24螺栓联接，属于刚性联接，工作状态下，为使刀边密封面与炉门框密封面压紧，弹簧处于压缩状态，刀边腹板的连接部分发生变形。当准备出焦时摘下炉门，弹簧复位，使得刀边腹板的连接部分发生反向变形，这样随着炉门每次摘、装操作，刀边腹板的侧面出现交变变形，加之刀边腹板处于高温状态下，容易造成连接侧板疲劳断裂，致使整个刀边腹板报废。改进后，刀边腹板与炉门本体浮动联接，弹簧压紧刀边，使刀边密封面与炉门框密封面压紧，起到密封作用，同时双头螺柱在调整螺塞内自由滑动，使腹板处于自由状态。当出焦需要摘下炉门时，弹簧复位，同时双头螺柱随之下移，使刀边腹板仍处于自由状态；没有发生交变变形。因此，改进后炉门刀边腹板的使用寿命大大提高。
（3）解决了炉门刀边不易与炉门配合安装难及密封不好的难题
炉门刀边改进前，炉门刀边采用敲打式刀边，炉门顶压座与炉门盖采用分体制作后组装到一起，炉门刀边需与炉门盖配作，即先将组成炉门刀边的不锈钢板压紧到小炉门盖的四个周边，再将四角组焊使用过程中，敲打炉门顶压座，使炉门刀边与炉门上的密封面贴紧而起到密封作用，密封性能较差。改进后的新型炉门刀边内圈周围不再钻孔；而且刀边及腹板的连接不再需要压条和螺栓固定，从而使得炉门刀边简化了结构工艺又避免了炉门刀边安装过程中因内圈周围孔存在误差而造成的不便。使用过程中，炉门刀边靠弹簧的压缩力自动与炉门密封面贴紧而起到密封作用，受力均匀，密封效果较好，刀边的使用寿命也较长。
（4）自行研制工装模具，采用新型工艺技术，保证产品质量
新型炉门刀边以普通热扎不锈钢带钢、钢板为材料，经过根据猥弯原理和材料易变型等特点而特制的设备分段进行猥弯处理，然后与δ=2不锈钢板整体焊接而成，在焊接过程中，运用新型工艺，解决了薄层不锈钢板焊接变形量大、不易焊接的缺陷，从而保证了产品的质量；通过研究试制，最终使新型炉门刀边产品的质量达到：
1）耐强磨损，比普通碳钢刀边高5倍以上；
2）耐强腐蚀，耐蚀性是普通炉门刀边的2倍以上；
3）耐高温，可在800℃以下的高温环境下长期稳定运行而不发生任何损坏或裂变。
4）具有抗热冲击性能和抗机械冲击性能。
5）炉门刀边不平整度≤0.02，密封度在一小时内承受10公斤压力不泄压。从而使得新型炉门刀边的质量是普通炉门刀边的2-3倍，极大的减少了因频繁的抢修、更换刀边而停产给煤化工行造成的巨大经济损失。
3 新型炉门刀边及腹板的经济效益及市场前景
目前，我国没有哪家企业进入大规模的炉门刀边工业化生产。新型炉门刀边及腹板具有优异的综合技术性能和广阔的市场前景，新型炉门刀边每套预计售价在1.5万元左右，以每套毛利润6%计算，则每套利润约0.09万元，根据目前市场情况，仅兖矿周边每年需求量在300套以上，则每年可实现利润27万元。我们将尽快实现新型炉门刀边大规模的产业化生产，增强公司产品的市场竟争力。
4 小结
几年来，在引进、消化、吸收的基础上，我公司成功研制了新型炉门刀边及腹板，以质量和优越的性能价格比迅速占领兖矿煤化工和国内市场，对提高公司的经济效益具有深远的意义。
作者简介
张超，男，1979年出生，大學本科，中级工程师。2005年毕业于山东建筑大学机械工程及自动化专业，现在兖矿集团邹城金明机电有限公司任技术主管。
[关键词]新型；炉门刀边及腹板；研制
中图分类号：TQ520.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0103-01
煤化工焦炉碳化室两侧分别有炉门密封装置，密封的效果起着关键性作用，随着焦炉的使用，炉门的更换提到了7.63米机焦炉机焦侧炉门，炉门刀边及腹板是焦炉护炉成套设备的组成部分；对焦炉的密封起到至关重要的作用。由于焦炉炉门密封不严造成跑火冒烟，不仅损失热量，而且严重污染环境，因此，改善炉门密封，提高其使用性能，不仅具有巨大的经济效益，也具有良好的社会效益。我公司与国际焦化有着长期的合作关系，先后为焦炉炉门改造了约120套焦炉炉门刀边及腹板。几年来，在引进、消化、吸收的基础上，我公司致力于新型炉门刀边及腹板的研制，使其使用性能有了显著提高。
1 研制过程
1.1 总体方案
新型炉门刀边及腹板（横剖面如图一所示）是以德国老式炉门刀边结构和功能为基础，吸收国内外焦炉门配件先进生产工艺，以普通热轧不锈钢带钢、不锈钢钢板为材料，根据猥弯原理和材料易变型等特点而特制的设备对刀边分段进行猥弯处理，采用滚压技术使δ=2不锈钢腹板压边整体成型；然后把刀边和腹板用模具组对整体焊接而成。
在焊接过程中，运用新型工艺，解决了薄层不锈钢板焊接变形量大、不易焊接的缺陷，从而保证了产品的质量；同时新型炉门刀边内圈周围不再钻孔；而且刀边及腹板与设备的连接不再需要压条和螺栓固定，从而使得炉门刀边简化了结构工艺又避免了炉门刀边安装过程中因内圈周围孔存在误差而造成的不便。
1.2 技术路线
技术路线图如下图所示
2 新型炉门刀边及腹板结构改进与性能分析
（1）解决了薄层不锈钢不易焊接、焊接易变型的缺陷
利用双向不锈钢焊接工艺，采用99.99%氩气惰性气体保护，进行手工钨极氩弧焊打底焊接；采用80%氩气加20%二氧化碳气体保护进行半自动填充盖面焊接。本法在焊接双相不锈钢时，可获得铁素体和奥氏体比例相对均衡的金相组织，经测定铁素体含量约在45-65%之间；焊接接头的机械性能和耐腐蚀性可充分得到保证，经测定其抗拉强度在640牛顿/平方毫米左右，硬度值220-280HV10之间；有效地解决了薄层不锈钢焊接缺陷问题。使用二氧化碳+氮气混合气体做保护气体，可减少焊接飞溅，焊缝成型美观。
（2）解决了炉门刀边在1000℃左右的高温同时处于交变载荷状态下容易产生疲劳断裂的缺陷
炉门刀边腹板炉门刀边腹板是焦炉炉门上的核心部件，起密封作用，刀边腹板工作温度在1000℃以上，且受交变载荷，容易产生疲劳断裂，是焦炉炉门部件中的易损件之一，因此，刀边腹板使用寿命的高低，将直接影响用户的生产成本及生产效率的提高。改进前，刀边腹板与炉门本体采用M24螺栓联接，属于刚性联接，工作状态下，为使刀边密封面与炉门框密封面压紧，弹簧处于压缩状态，刀边腹板的连接部分发生变形。当准备出焦时摘下炉门，弹簧复位，使得刀边腹板的连接部分发生反向变形，这样随着炉门每次摘、装操作，刀边腹板的侧面出现交变变形，加之刀边腹板处于高温状态下，容易造成连接侧板疲劳断裂，致使整个刀边腹板报废。改进后，刀边腹板与炉门本体浮动联接，弹簧压紧刀边，使刀边密封面与炉门框密封面压紧，起到密封作用，同时双头螺柱在调整螺塞内自由滑动，使腹板处于自由状态。当出焦需要摘下炉门时，弹簧复位，同时双头螺柱随之下移，使刀边腹板仍处于自由状态；没有发生交变变形。因此，改进后炉门刀边腹板的使用寿命大大提高。
（3）解决了炉门刀边不易与炉门配合安装难及密封不好的难题
炉门刀边改进前，炉门刀边采用敲打式刀边，炉门顶压座与炉门盖采用分体制作后组装到一起，炉门刀边需与炉门盖配作，即先将组成炉门刀边的不锈钢板压紧到小炉门盖的四个周边，再将四角组焊使用过程中，敲打炉门顶压座，使炉门刀边与炉门上的密封面贴紧而起到密封作用，密封性能较差。改进后的新型炉门刀边内圈周围不再钻孔；而且刀边及腹板的连接不再需要压条和螺栓固定，从而使得炉门刀边简化了结构工艺又避免了炉门刀边安装过程中因内圈周围孔存在误差而造成的不便。使用过程中，炉门刀边靠弹簧的压缩力自动与炉门密封面贴紧而起到密封作用，受力均匀，密封效果较好，刀边的使用寿命也较长。
（4）自行研制工装模具，采用新型工艺技术，保证产品质量
新型炉门刀边以普通热扎不锈钢带钢、钢板为材料，经过根据猥弯原理和材料易变型等特点而特制的设备分段进行猥弯处理，然后与δ=2不锈钢板整体焊接而成，在焊接过程中，运用新型工艺，解决了薄层不锈钢板焊接变形量大、不易焊接的缺陷，从而保证了产品的质量；通过研究试制，最终使新型炉门刀边产品的质量达到：
1）耐强磨损，比普通碳钢刀边高5倍以上；
2）耐强腐蚀，耐蚀性是普通炉门刀边的2倍以上；
3）耐高温，可在800℃以下的高温环境下长期稳定运行而不发生任何损坏或裂变。
4）具有抗热冲击性能和抗机械冲击性能。
5）炉门刀边不平整度≤0.02，密封度在一小时内承受10公斤压力不泄压。从而使得新型炉门刀边的质量是普通炉门刀边的2-3倍，极大的减少了因频繁的抢修、更换刀边而停产给煤化工行造成的巨大经济损失。
3 新型炉门刀边及腹板的经济效益及市场前景
目前，我国没有哪家企业进入大规模的炉门刀边工业化生产。新型炉门刀边及腹板具有优异的综合技术性能和广阔的市场前景，新型炉门刀边每套预计售价在1.5万元左右，以每套毛利润6%计算，则每套利润约0.09万元，根据目前市场情况，仅兖矿周边每年需求量在300套以上，则每年可实现利润27万元。我们将尽快实现新型炉门刀边大规模的产业化生产，增强公司产品的市场竟争力。
4 小结
几年来，在引进、消化、吸收的基础上，我公司成功研制了新型炉门刀边及腹板，以质量和优越的性能价格比迅速占领兖矿煤化工和国内市场，对提高公司的经济效益具有深远的意义。
作者简介
张超，男，1979年出生，大學本科，中级工程师。2005年毕业于山东建筑大学机械工程及自动化专业，现在兖矿集团邹城金明机电有限公司任技术主管。