Применение лазерных технологий при изготовлении экспериментальных коксовых дверей повышенной газоплотности позволило успешно пройти эксплуатационные испытания и обеспечить соответствие требованиям к наилучшим доступным технологиям.

Двери коксовых печей являются потенциальным источником неорганизованных выбросов коксового газа, в состав которого входит канцероген бензапирен, вызывающий раковые заболевания. Решением проблемы является применение конструкции дверей мембранного типа повышенной газоплотности. Такие двери производятся и успешно эксплуатируются в США, Германии, Японии и Китае. В России на протяжении последних десятилетий неоднократно предпринимались попытки изготовить двери повышенной газоплотности, но требующихся эксплуатационных характеристик получить не удалось.

В 2018 году ЗАО «РЦЛТ» по проекту АО «ВУХИН», структурного подразделения госкорпорации «Ростехнологии», изготовило две экспериментальные двери повышенной газоплотности. Двери были установлены на коксовую батарею № 8 Магнитогорского металлургического комбината, в течение года успешно прошли испытания, что подтверждается актами эксплуатационной оценки. Применение лазерных технологий позволило применить сварную конструкцию корпуса двери, отказавшись от чугунного литья и менее технологичных клепаных соединений.

Конкурентным преимуществом дверей производства ЗАО «РЦЛТ» является адаптация конструкции под российские условия эксплуатации коксовых печей, сравнимые с японскими дверьми характеристики при уровне цен на 50 % ниже. Главное отличие уникальной сварной конструкции заключается в разделении двери на две технологические единицы — корпус и плиту с уплотняющей рамкой и футеровкой. Между корпусом и плитой образован воздушный зазор 30 мм, что позволило получить две зоны температурных воздействий (внутри печи — плита с футеровкой, снаружи печи — корпус). Воздушный зазор между корпусом и блоком футеровки предохраняет корпус двери от перегрева и придает ему высокую термостойкость.

Уплотнение двери обеспечивается прижатием ножа мембраны к поверхности дверной рамы с помощью пружинных упоров, расположенных по наружному периметру корпуса. Пружинный механизм поджатия уплотняющей мембраны позволяет компенсировать коробление привалочной поверхности рамы печи до 50 мм, в результате чего обеспечивается газоплотность двери не ниже 95 %.

В результате применения лазерных технологий резки, сварки и термоупрочнения удалось достичь ряда преимуществ перед традиционными технологиями обработки металла, в частности:
— при лазерной резке: высокой точности, не требующей последующей механической обработки деталей; локальности термического воздействия на металл; возможности резки объемных деталей; увеличения скорости резки в десять раз;
— при лазерной сварке: механических свойств сварного соединения на уровне свойств основного металла; снижения на порядок деформации металла при сварке; устранения операции разделки кромок под сварку; увеличения коэффициента использования металла до 90 % за счет сварки деталей из частей; увеличения скорости сварки в десять раз;
— при лазерном термоупрочнении: локальности термического воздействия; сохранения геометрии рабочих поверхностей; высокой точности заданных параметров обработки; высокой скорости обработки.

Комплект коксовых дверей представляет собой сборно-сварную конструкцию, состоящую из корпуса двери, термостойкой плиты и уплотняющей рамки. Корпус двери состоит из двух двутавров № 36 длиной 7500 мм, к которым сверху приваривается лист размером 7500 х 880 х 20 мм. Материал всех элементов корпуса двери — легированная сталь 09Г2С, что обеспечивает необходимую прочность, упругость и термостойкость. Термостойкая плита изготовлена из двух сваренных встык листов толщиной 24 мм, материал листов — сталь 12ХМ. Рамка уплотняющая размером 7500 х 800 состоит из мембраны с приваренным к ней ножом. Мембрана представляет собой 5 сваренных встык полос толщиной 1,5 мм. Нож собран из 5 частей из листа толщиной 6 мм, также сваренных встык. Материал мембраны и ножа — сталь 12Х18Н10Т. Требование к отклонению от прямолинейности кромки ножа до 0,2 мм на длине 7500 мм выполнено без дополнительной механической обработки за счет применения лазерных технологий.

Сварка элементов корпуса двери, термостойкой плиты и уплотняющей рамки, а также термоупрочнение гильзы ригельного механизма из стали 45 производились на роботизированном лазерном комплексе FLW-10–01 в составе волоконного лазера мощностью 10 кВт производства НПО «ИРЭ-Полюс» и робота KUKA KR120.

Сварная конструкция сделала корпус двери упругим, способным воспринимать изгибающие деформации при давлении двересъемной машины. Лазерная сварка уплотняющей рамки обеспечила ее упругость и газонепроницаемость. Лазерная резка и сварка дали возможность применить конструкционные легированные стали без существенного роста себестоимости изделия. Лазерное термоупрочнение обеспечило необходимую износостойкость рабочих поверхностей.

Использование дверей данной конструкции стабилизирует технологический процесс, позволяет получать более высокое качество кокса и снизить его себестоимость. Газоплотность данных коксовых дверей достигает 95 % и существенно снижает выбросы коксового газа. Оценка газоплотности осуществлялась ежедневно методом визуального контроля выбросов коксового газа по периметру дверей согласно ИТС НТД 26–2017. Методика предусматривает три оценки степени газоплотности: высокая, средняя и низкая. По результатам мониторинга коксовые двери ЗАО «РЦЛТ» получили высокую оценку газоплотности, что подтверждается актами эксплуатационной оценки.

Срок службы классических коксовых дверей не более 5 лет. Срок службы инновационных дверей — 10 лет при условии проведения регламентных работ через 5 лет.

ЗАО «Региональный центр лазерных технологий»
620017, г. Екатеринбург, ул. Фронтовых Бригад, 18;
+7 (343) 171-30-80;
mail@ural-lazer.ru, рцлт.рф

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 3-2020