非柔性補(bǔ)償器在燒結(jié)機(jī)上的應(yīng)用實(shí)踐

姜林

（河鋼股份有限公司邯鋼公司，河北 邯鄲 056009）

燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱支管是燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱與大煙道之間的連接管，燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱、風(fēng)箱支管和大煙道共同構(gòu)成燒結(jié)機(jī)的風(fēng)道系統(tǒng)（如圖1 所示）。風(fēng)箱支管由彎頭、補(bǔ)償器和直管三部分組成，彎頭一端與燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱連接，另一端與補(bǔ)償器連接；直管一端與補(bǔ)償器連接，另一端與大煙道連接。由于風(fēng)道系統(tǒng)兩端的燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱和大煙道固定安裝，燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱和大煙道的熱膨脹量均由安裝于彎頭與直管之間的補(bǔ)償器得以補(bǔ)償。正常生產(chǎn)情況下，由于燒結(jié)機(jī)各組風(fēng)箱溫度差異大（65 ～450℃）和燒結(jié)機(jī)體型大（長約90 米、寬約5.5 米（以400m2級燒結(jié)機(jī)為例）），燒結(jié)機(jī)各組風(fēng)箱熱膨脹量較大，且此熱膨脹量為空間不規(guī)則位移量。采用常規(guī)柔性補(bǔ)償器（柔性金屬波紋管式補(bǔ)償器），難以滿足補(bǔ)償量要求和長壽命周期運(yùn)行的要求。為了解決以上補(bǔ)償器存在的問題，采用一種非柔性補(bǔ)償器替代常規(guī)柔性補(bǔ)償器，以滿足生產(chǎn)要求。

圖1 燒結(jié)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)橫向結(jié)構(gòu)示意圖

1 補(bǔ)償器受力分析

如圖2 所示：燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱一端（機(jī)頭）為固定端，另一端（機(jī)尾）為自由膨脹端。燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱受熱膨脹（主要考慮線膨脹），沿縱向中心線從機(jī)頭向機(jī)尾移動(dòng)，移動(dòng)位移為ΔL1；大煙道一端（機(jī)頭）固定，另一端（機(jī)尾）為自由膨脹端。大煙道受熱膨脹（主要考慮線膨脹），沿縱向中心線從機(jī)頭向機(jī)尾移動(dòng)，移動(dòng)位移為ΔL2。根據(jù)線膨脹計(jì)算公式：

式中，ΔL 為熱膨脹位移；α 為線膨脹系數(shù)；Δt 為溫升；L 為物體長度。

燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱材質(zhì)和大煙道材質(zhì)相同，即兩者線膨脹系數(shù)α 相同；大煙道約180℃，小于燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱溫升約450℃；大煙道受熱長度和燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱受熱長度可視為相同。綜上所述，燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱膨脹位移ΔL1大于大煙道膨脹位移ΔL2。兩個(gè)位移不同，產(chǎn)生水平力F1，F(xiàn)1為作用域補(bǔ)償器水平方向上的剪切力。

圖2 燒結(jié)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)縱向結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，由于自身受熱膨脹，彎頭對補(bǔ)償器產(chǎn)生向下的作用力F2和斜向下F3；直管受熱膨脹，對補(bǔ)償器產(chǎn)生向上作用力F4，F(xiàn)1、F2、F3、F4隨著溫度的變化而不斷改變。

圖3 補(bǔ)償器受力分析圖

如圖3 所示，F(xiàn)11和F12是F1的分力。高溫環(huán)境下，補(bǔ)償器長期受到交變力F1、F2、F3、F4的作用，致使補(bǔ)償器金屬波紋管撕裂、損壞。

2 非金屬補(bǔ)償器補(bǔ)償原理及補(bǔ)償方法

2.1 非柔性補(bǔ)償器補(bǔ)償原理

補(bǔ)償器受熱膨脹在任一（瞬時(shí)）空間位置，均與三維坐標(biāo)上的坐標(biāo)值一一對應(yīng)。建立數(shù)學(xué)模型，即：

式中，m、n、k 為在x、y、z 坐標(biāo)軸上的熱膨脹系數(shù)；a 為常數(shù)，風(fēng)箱支管上選取研究點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的位移。

式中，s（t）為風(fēng)箱支管研究點(diǎn)隨環(huán)境溫度變化的熱膨脹量（位移），mx 為研究點(diǎn)沿x 軸的移動(dòng)值，ny 為研究點(diǎn)沿y 軸的移動(dòng)值，kz 為研究點(diǎn)沿z 軸的移動(dòng)值。從式中看出，風(fēng)箱支管熱膨脹量s（t）對應(yīng)裝置在三維坐標(biāo)軸移動(dòng)mx、ny、kz。

2.2 非柔性補(bǔ)償器補(bǔ)償方法

圖4 非柔性補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)示意圖

如圖4 所示，下降管能夠在鉛錘方向自由伸縮，滑環(huán)能夠在基座上水平任意方向自由移動(dòng)。補(bǔ)償器的熱膨脹位移（空間任意方向），可以通過補(bǔ)償器的水平滑移裝置和鉛垂伸縮裝置之間移動(dòng)而得到補(bǔ)償，補(bǔ)償器的水平滑移裝置在水平面沿x 坐標(biāo)軸滑移和沿z 坐標(biāo)軸滑移，能夠補(bǔ)償燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱支管熱膨脹量在x 軸、z 軸上的分解量；補(bǔ)償器的伸縮裝置在鉛垂方向沿y 燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱支管熱膨脹量在y 軸上的分解量，生產(chǎn)中，燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱支管受熱膨脹產(chǎn)生位移時(shí)，補(bǔ)償器的水平滑移裝置和鉛垂伸縮裝置同時(shí)作用使熱膨脹量得到補(bǔ)償。

3 應(yīng)用效果

通過非柔性補(bǔ)償器的水平滑移裝置和鉛垂伸縮裝置的組合作用，使空間任意方向的熱膨脹量都能夠得到很好的補(bǔ)償。非柔性補(bǔ)償器各組件均為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)溫度較高的生產(chǎn)環(huán)境而不影響其壽命，且在有限的安裝空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較大的熱膨脹量的補(bǔ)償，制造成本低、檢修及修補(bǔ)方便，使用壽命為常規(guī)補(bǔ)償器的2.5 倍。

4 結(jié)語

經(jīng)過長期應(yīng)用來看，非柔性補(bǔ)償器能夠滿足燒結(jié)機(jī)熱膨脹量，且很好地適應(yīng)高溫環(huán)境。但因補(bǔ)償器水平滑移裝置和鉛錘伸縮裝置相對移動(dòng)頻繁，應(yīng)用過程中需要定期對密封材料進(jìn)行檢修、更換。密封材料失效將導(dǎo)致水平滑移裝置和鉛錘伸縮裝置相對運(yùn)動(dòng)面密封不嚴(yán)，造成系統(tǒng)漏風(fēng)。