一、　概述

　　我国现有600多座转炉，年产钢超过4亿吨，绝大多数转炉除尘采用湿法，是钢铁工业节能减排的薄弱环节。主要表现在以下几点：
1.环保：部分的转炉达不到、或不能稳定达到排放控制标准100、50、或10毫克/立方米；
2.节水：吨钢新水0.5立方米，全国年消耗新水~2亿立方米，年循环水量超过8000亿吨；
3.节能：吨钢除尘电耗15度，全国年耗电60亿度，浪费严重；
4.煤气净化和岗位卫生：回收煤气粉尘浓度标准是15毫克/立方米、岗位粉尘浓度标准是5毫克/立方米，一方面有的转炉达不到；能达到的往往能源消耗和浪费高；
5.煤气回收利用：转炉煤气回收量平均仅50立方米/吨钢，只有国外、或国内先进水平的50%，并且放散多。与先进水平比，相当于全国每年少回收200亿立方米（相当于4亿吨动力煤）；
6.蒸汽回收利用：转炉平均吨钢回收蒸汽50千克/吨钢，只有国外、或国内的先进水平的50%，相当于全国每年少回收2000万吨蒸汽；
可见，研究转炉除尘的现有技术、弄清楚存在问题和原因、确定正确的改造和发展方向是有意义的。

二、现有技术

经过几十年的发展，如今我国转炉除尘现有技术有：
1.最多采用的是OG湿法（1962年）；
2.20多座采用转炉采用LT干法（1969年）；
3.10多座采用第四代OG湿法（1990年代）；
4.40多座转炉采用、或确定采用高效节水型塔文半干法（2006年）；
前三者都是从引进吸收开始的，后者是中国技术。不同技术的工艺流程分别如图所示。


　图1　传统OG净化工程流程


图2　第四代OG湿法工程流程
　


图3　LT干法除尘工程流程
　

图4转炉半干法高效塔文除尘工程流程

三　存在问题

应该承认，技术的引进和吸收开发，对我国转炉节能减排、实现负能炼钢起到了积极的推动作用；但同时也必须清醒地认识到：这些技术都存在问题、或值得改进之处，已经不适应我们钢铁工业节能减排新的标准和目标要求。归纳起来，主要问题：
A、所有技术都存在的问题
1.转炉汽化冷却烟道出口烟气900-1000°C的显热没有得到回收利用；
2.显热不仅没有利用，同时平均吨钢还要消耗0.5吨的新水，全年消耗新水2亿吨；
3.吹氧期只有50%的时间回收煤气，前烧、后烧期的可燃气体（CO含量?35%、相当于高炉煤气热值）没有得到利用，全部放散燃烧。
B、OG湿法的问题
传统的OG湿法虽然也有多种结构形式，进行了多方面的改进，但始终没有解决两级文氏管的根本问题。这种技术是在日本发明的，但在日本20年前就已经淘汰，而在我国如今仍然是最广泛采用的技术。这种技术存在太多的先天性问题，主要的有：
1、高排放：采用传统OG工程有些可以达到我国现在的100毫克/立方米的排放标准，但实际上有很多因素会导致排放超标；如果把标准提高到50毫克/立方米、或更高，则就没有能达到的、或需要更高的能源消耗；
2、高耗能：这是由于文氏管的先天性能决定的，风机全压高达25-28千帕仍然抽不净，还要配备庞大的高耗能二次除尘；
3、高耗水：按照保守的估算，全国转炉年循环水8000亿吨，这引起多方面的浪费：1）运行费用浪费，平均每年达4000亿元，主要是水处理药剂、电、设备维修费用；2）投资浪费：平均投资25000元/吨水/时；3）能源浪费；
4、高维修：除尘风机等设备频繁结垢，维修量特别大、并且影响生产；
C、饱和塔文的问题
与传统的OG湿法相比，饱和塔文（第四代OG湿法）的进步意义在于其取消了一文，改用饱和冷却塔，使工程阻力有所降低，对缓解排放有帮助，但改进不彻底：其它问题都没有解决，特别是循环水更多。
D、LT干法的问题
LT干法一直是我国清洁生产推广技术，因为存在多方面的问题一直进展不快；近几年随着国家节能减排、节水力度加大，有加速的趋势，但因为存在较多的问题仍然还限制着其快速推广。这些问题包括：
1、环保：最主要的是排放达不到、或不能稳定达到设计的10毫克/立方米，有的甚至比湿法高，导致环保排放和煤气回收利用都有问题；
2、维修：设备维修量特别大、并且降低转炉作业率，主要是电除尘器结垢、腐蚀；蒸发冷却器结垢等，有的厂甚至被迫采用备用整套除尘设备；
3、节水：LT工程的煤气冷却仍然采用饱和冷却，还是有大量的循环水。从这个意义说，LT技术也是半干法，而不是全干法；

四、现有技术的比较

比较不同的除尘技术，首先要从本厂实际考虑，更主要的是要从整个相关工程、而不是局部设备进行综合比较，比如采用传统的OG湿法、或新0G法，其单项投资可能少，但加上庞大的水处理工程、比较大的除尘风机、煤气二次净化，总投资就要高得多；而运行费用、高耗能、高维修则是更大的问题；
LT干法的方向是正确的，如果不超装；供氧严格按照设计执行；喷枪/电除尘设备/蒸发冷却塔能有时间允许经常、定期清理，应该能达到设计的排放浓度。LT干法的问题可以确定有操作维修和管理方面的因素，比如选用、或使用不合格的喷枪等，也不能排除先天设计上的一些缺陷，该技术1969年发明成功到现在30多年、我国引进也10多年，其推广速度不快、全球仅不到100套，应该从某种程度上说明其存在的问题。


　
五、结论和发展方向探讨

1、转炉除尘从湿法向干法发展是大势所趋；
2、湿法向干法发展不可能在短时期内实现，应该是一个比较长的发展过程；
3、湿法到干法之间应该有几个过渡阶段，这些过渡阶段的第一步就是采用高效塔文技术；
4、采用高效塔文设备，与传统OG法和第四代OG法相比，可以减少50%的循环水量，例如新建、或改造120吨转炉，每座炉可以减少800万元以上的水处理设备投资；
5、采用高效塔文设备工程阻力可以减少4-6千帕，这一效果可以从三方面加以利用：
1）可以解决一次烟气、回收煤气粉尘浓度高的问题，使排放达到?50mg/Nm3；
2）如果粉尘排放已经达标，则1）可以调大二文喉口，减少二次除尘风量，辅助采用喷雾等除尘技术，就可以停建、停开、减开高耗能的二次除尘设备；2）调低风机转速，降低一次电耗；
6、在高温区可以利用外排水，使转炉实现新水消耗为零；
7、设备维修量特别少；
8、工程可以很容易地进一步升级改造为干法。

摘要：详细介绍了大型能量回收透平发电装置（简称TRT）的关键零件??大型枞树型叶根叶片的加工工艺开发过程。根据加工批量、现有设备以及叶片结构，采用了五轴数控+高速铣削的方法,负压风机规格，以铣代磨，首次实现了大型枞树型叶根以及叶顶剃灰槽的加工。
关键词：枞树型叶根；高速磨削；铣削；五轴数控

0引言
　　近几年，随着冶金高炉的大型化，能量回收透平发电装置（简称TRT）也随之向大型化方向发展。针对这种情况，我公司的研发部门对该装置的关键零件??动叶片采用了应力分布更好的枞树型叶根。经过艰苦的攻关，终于首次实现了大型TRT枞树型叶根的加工，掌握了这种叶根的加工工艺，缩短了大型TRT的生产周期。
1结构分析
　　该叶片和汽轮机中的长叶片相似，叶片长约600mm，宽约320mm。枞树型叶根形状类似松树，这种型式的叶根结构复杂，尺寸精度和位置精度要求都很高，粗糙度要求Ra1.6。叶根肩膀中一侧平面较长约80mm。有的叶片叶顶还设有剃灰槽结构。这样的大型叶片一般为模锻毛坯。上述结构给毛坯锻造、机加工艺、数控设备、工艺装备、刀具、夹具工程、工件试切及检测等各制造环节提出更高的要求。动叶片见图1。

2　工艺设计
2.1　　叶根的加工工艺
　　在汽轮机叶片专业厂家，这类大型叶片数量相当多，叶根加工工艺一般采取成型铣刀（或线切割）+强力磨的方法。在加工大型枞树型叶根时，采用专机生产，其叶根工艺流程一般为：浇注低温合金??叶型定位??粗铣齿型大量??半精铣齿型，留精磨余量（采用专用铣床或线切割、成型铣刀和夹具组合）??精磨齿型（采用强力磨床、成型砂轮、成型砂轮修整器和组合夹具等）。这种加工工艺的特点：先加工好叶根，保证叶根制造精度，再以叶根定位，加工叶型。
　　这种加工工艺的优点：
　　1）　夹具工程刚性好，适合加工大型长叶片，加工一致性好；
　　2）　叶根没有过长的工艺夹头，毛坯及粗加工制造难度降低。加工长叶片时，叶根定位准确，夹紧牢靠；
　　3）　适宜大批量生产，效率高。
　　缺点：
　　1）　专用机床多，占用厂房面积大，一次性投入大；
　　2）　专用成型铣刀、成型砂轮、专用夹具规格多。
　　目前我公司的大型TRT枞树型叶根叶片生产数量较少，也没有上面提到的强力磨设备，但五轴联动数控铣床A17[1]和高速铣床HSM800[2]已分别拥有十几台,结合叶片结构，考虑采取以铣代磨的方法进行探索。鉴于叶根肩膀一侧平面长80mm，没有刀具有这样长的侧刃来满足加工需要，因此，采用A17五轴数控+HSM800高速铣床的方法。叶根齿形两肩膀与主轴非接触部分由前序A17主轴搬角度铣出，其余与主轴接触的齿形连续部分由后序HSM800完成，两者的搭接部位在叶根肩膀下与主轴非接触处。采用一夹一顶，叶根处设有工艺夹头，作为定位基准。采用整体硬质合金铣刀加工。其叶根工艺流程：加工叶根工艺夹头??工艺夹头定位??外协粗铣齿型大量??半精铣、精铣齿型（采用A17五轴数控+HSM800高速铣床）??切掉工艺夹头。这种加工工艺的特点：先加工叶型，再加工叶根，保证叶根制造精度质量。尤其高速铣床：高转速、高进给、小切深[3]，产生较小的切削力，夹具工程刚性较好，精度高，表面质量好[4]，加工一致性好。
　　这种加工工艺的优点：
　　1）　节省大量的成型铣刀、成型砂轮、专用夹具和专用机床的投入；
　　2）　工艺柔性好,1450负压风机，高速铣床HSM800属于通用机床。通过对球头铣刀进行数控编程来实现各种规格叶根的加工；
　　3）　新产品试制周期较短，工装较少。
　　缺点：
　　1）　高速铣刀为整体硬质合金，价格较贵，消耗较快；
　　2）　刀具伸出长度不能超过刀具直径的3倍，因此加工深度受限；
　　3）　叶根部分必须有一定长度的工艺夹头，夹头短了，刀柄容易与工装夹具发生干涉。
2.2　　叶型及叶顶剃灰槽的加工工艺
　　叶型及过渡弧在五轴联动数控机床A17上进行加工。叶顶剃灰槽的加工考虑到加工部位靠近顶尖，随着叶型被越切越薄，工件-夹具工程的刚性明显下降，同时，和高速铣床HSM800相比，A17夹具工程刚性较差[5]；因此，叶顶剃灰槽在高速铣床上完成。
2.3　　工装的设计
　　为了解决机床设备行程受限并增加工艺工程刚性的问题，在叶片加工时，两种设备均卸掉了三爪卡盘，设计了直接连接在A轴分度头上的专用工装，这样就保证了叶片加工质量。对于叶顶剃灰槽的加工，为防止工件刚性随着加工深度增加越来越差，进而引起夹刀或刀具振动，设计了在叶型靠近剃灰槽部位的辅助支撑工装，见图2~图4。




3工艺实施
　　加工大型枞树型叶根及叶顶剃灰槽在我公司属于首次，因此首先进行了工艺试验。在两种设备上，对叶片均采用一夹一顶的装夹方式。
　　叶根试切开始后，为了避开叶根一侧肩膀的长平面，球头铣刀伸出部分过长，引起振动，进而影响工件精度。于是，选购了抗振加长刀柄，见图5。

而且降低了叶根夹具的厚度，并将夹具干涉部分铣去，最终解决了振动问题。
　　在叶根试切中，叶根程序分为粗铣、半精铣和精铣3个工步。分别使用高速球头铣刀Φ4、Φ6、Φ8及高速立铣刀Φ12。经多次调整高速机床的主轴转速、进给量和切削深度，最终摸索出较为合适的切削参数，获得了满意的叶根尺寸精度、表面质量和加工效率。
　　试切叶顶剃灰槽时，在加工好叶根后，直接在高速铣床上，将A轴旋转一定角度，使剃灰槽处叶型转平，同时工装对叶型进行辅助支撑进行加工。整个叶片试切结束，经检测，工件满足图纸要求。
　　工艺试验成功后，随即投入批量生产。至今已完成多台大型枞树型叶根动叶的加工，并顺利装配。最终叶片实物见图6。

4结论
　　根据公司叶片结构和批量加工的特点以及现有的设备，采用了五轴数控A17和高速铣床HSM800相结合的方法，以铣代磨，充分利用现有数控设备的优势,负压风机参数，首次实现了枞树型叶根以及叶顶剃灰槽的加工。通过采用抗振加长刀柄，解决了高速铣床刀具伸长受限的难题。通过设计新的夹具，卸掉三爪卡盘，辅助支撑叶型，解决了设备行程受限，并增强了夹具工程的刚性和稳定性。总之，大型枞树型叶根叶片的成功加工，使公司叶片的加工水平上了一个新台阶。

参考文献

[1]蔡新平,魏远震,王临佳.五坐标联动加工中心加工机翼型叶片工艺技术研究[J].通用机械,2003(12):66-69.
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[3]彭海涛,闫光荣,雷毅.高速加工技术[J].航空制造技术,2004(6):92-95.
[4]韩?.高速加工技术的探讨及应用[J].机电工程技术,2006(1):15-17.
[5]安凯,张暖,张新庆,等.一种模锻叶片的机加工工艺方案[J].风机技术,2010(5):40-41.

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