|
最近十年，氧气炼钢转炉溅渣护炉技术及高导热炉衬耐火材料的开发与应用，使转炉炼钢效率急剧提高，尤其是转炉寿命空前提高，最长可达近万次。这样，转炉烟罩这一转炉重要部分仍然如故，就变成转炉炼钢的制约因素。据报导，美国钢厂转炉烟罩一直故障频繁，年平均修理次数达14～20次。这样，烟罩常修常换不但使钢厂蒙受生产损失而且还要支付很大一笔维修费用。
对于转炉烟罩故障的起因，起初的认识不一，后来经调查研究取得共识：烟罩管子裂纹及蚀损是由冲蚀及腐蚀引起的。同时裂纹及冲蚀约占故障总数的75％。
裂纹产生于热疲劳。烟罩温度在一炉接一炉的持续炼钢中不停地周期演变。同时，烟罩管子内侧水冷与外侧受火焰作用造成管横断面上温差。这两种因素导致材料热疲劳。发生热冲击时热疲劳更重。另外，冷却水不足或流量过低会造成局部过热甚至使水汽化，可使管子内壁温度高达390℃以上。
冲蚀是因转炉烟气携带大量固体渣粒引起的。这些固体颗粒，大部分为氧化铁，一小部分是氧化钙、氧化锰、氧化硅，质地都很坚硬。当这些坚硬颗粒物以高达35～45m／s的速度从转炉内排出时，烟罩管外表面受到猛裂冲击，使管表面氧化铁层脱落。落出的金属表面重新形成氧化铁层，但随后又被冲掉，再露金属表面生成氧化铁层再被冲掉，如此反复，管壁越来越薄。
腐蚀见之于转炉烟罩一小部分上，是由于烟罩水冷系统所用碳钢管材因酸类物质的水化侵袭引起的。高温烟气中S02及S03含量较高时会发生严重的腐蚀。
根据以上故障起因，考虑以往用碳化钨等作复面层保护管子失败的教训，经论证，专家们认为，解决烟罩问题的关键是提高烟罩管的抗冲蚀、耐腐蚀能力，即应当用更耐氧化的合金材料增强烟罩管的耐用性。事实证明这种论断的正确。美国Midwest钢厂转炉烟罩碳钢管件蚀损严重，故障多发，使用一年多就需换罩，后来改用C—22合金(镍基合金)作管表面堆焊层，4年运行后检查，管子堆焊层无明显蚀损迹象。另一家钢厂经几年复面材料用效比较，发现625合金(也是镍基合金)最有效。因此用此合金堆焊其烟罩蚀损部位，提高了管系的耐用性。镍基合金，特别是625合金有以下优点：(1)抗氧化能力极高，同时无需塑变就能吸收高温引起的不良影响；(2)在强化钢管的同时，还可赋予钢管以韧性；(3)在工作温度下其热膨胀系数与烟罩管材质(碳钢或Cr-Mo钢)的热膨胀系数相同，因而用这种合金在管表面作的堆焊层在使用中不会在熔合线产生不同的热膨胀应变。
现代金属堆焊技术自上个世纪末被移植到转炉烟罩系统后，美国许多钢厂在这项技术的支撑下，在延长转炉烟罩寿命方面很快取得成效。在转炉烟罩运用现代金属堆焊工艺中，美国WSI公司(焊接维护公司)开发的Unifuse堆焊技术有很大贡献。该项技术以PSGMAW焊接法(脉动喷粉电弧熔敷焊接法)为核心，在堆焊中用实时显示系统随时为执焊人员指示焊接电压、电流、焊头行进速度、喂料速度、火焰长度等各项重要参数。每台焊机堆焊速度为0.14～0.19m2／h。为缩短工期，在烟罩内可同时使用8台焊机。当用10台焊机同时施焊时，一班12小时可堆焊水冷烟罩内壁16～23m2。WSI公司的这项专利技术不但能在管表面上均匀施焊，而且一般只焊一个道次就能保证堆焊层的优良微观结构及性能。堆焊层厚度视耐用等级而异，一般为1.8mm。对堆焊层性能起决定作用的是 625合金中Cr、Mo、Nb及Ni等关键元素，其含量都绝对符合可锻合金技术规范 ASTMB443中的要求。
使用625合金的现代金属堆焊法既适用于转炉烟罩现场，直接在烟罩里进行堆焊，也适用于在予制件厂进行单根管或多管组合的管束管的表面堆焊。
因为用625或类似档次高级合金进行现代金属堆焊的方案，首次投资较大，所以美国钢厂在采用这项新技术时着重作了技术经济分析。下面以两家钢厂为例，将所得的结果介绍如下。 | 
