Ф2.4×30m冷卻機設(shè)計與應(yīng)用

陳新軍，王懷波，高明輝

（中鋁山東工程技術(shù)有限公司，山東 淄博 255051）

高溫氧化鋁（α-Al2O3）是由工業(yè)氧化鋁或氫氧化鋁在高溫窯中經(jīng)過高溫焙燒改相，形成流動性好、性能穩(wěn)定、難溶于酸堿溶液中的一種用途廣泛的無機非金屬材料。該產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中所用到的主要回轉(zhuǎn)設(shè)備為高溫焙燒窯與冷卻機，在經(jīng)過高溫窯焙燒后形成的產(chǎn)品，需進入冷卻機內(nèi)進行冷卻降溫，亦可進入下一道生產(chǎn)工序。其在為降溫物料的同時作為進入高溫窯助燃風(fēng)進行預(yù)熱以達到節(jié)能降耗的目的。

冷卻機運轉(zhuǎn)機理，物料從高溫窯流出經(jīng)下料溜管進入冷卻機高端（進料罩）內(nèi)，由于機體按照工藝設(shè)計斜度傾斜安裝，機體在回轉(zhuǎn)時，機體內(nèi)的物料在翻滾的同時沿軸向移動。物料在移動過程中得到冷卻降溫，為避免冷卻風(fēng)污染物料，冷卻風(fēng)走管程。在物料降到工藝設(shè)計溫度后從下料口（出料罩）排出。

1 冷卻機的組成

如下圖1所示：Ф2.4×30m冷卻機主要由進料罩及密封裝置、筒體裝置、帶擋輪的支承裝置、滾圈、傳動裝置、支承裝置、出料罩及密封裝置與冷卻列管及密封裝置等組成。

圖1 Ф2.4×30m冷卻機

2 技術(shù)參數(shù)

2.1 生產(chǎn)能力：5～10t/h

2.2 處理物料：焙燒后氧化鋁

處理物料性質(zhì)：

物料溫度：≈1200℃堆積密度：1.0g/cm3出口溫度：≤100℃ 真比重3.96g/cm3

2.3 設(shè)備參數(shù)

規(guī)格：Ф2.4m（鋼筒內(nèi)徑）/Ф2.7m（進料端襯磚前鋼筒內(nèi)徑）×30m

筒體安裝傾斜角度：2/100（正弦）

正常工作轉(zhuǎn)速：0.3～3.05r/min（變頻調(diào)速）（從出料端看為逆時針方向旋轉(zhuǎn)）

正常生產(chǎn)能力：5～10t/h

主電機：55KW 防護級別：IP54 絕緣等級：F 變頻調(diào)速（5～50Hz）

2.4 工作條件

室外安裝 環(huán)境溫度-12℃～+50℃ 年可開動率≥95%

3 整機設(shè)計

3.1 進、出料罩及密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

進料罩是連接高溫窯與冷卻機的中間體，其內(nèi)部也襯有耐材澆注料。由于物料溫度較高，為保證生產(chǎn)的正產(chǎn)有序進行、減少維修更換頻次，下料溜管采用耐熱鋼鑄件。物料在經(jīng)過列管熱交換降到工藝要求溫度后從出料罩端流出，考慮到出料罩在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中起到的作用，設(shè)置了觀察口與排障口，防止大塊物料或脫落的耐材堵塞下料口。

在靜止的進、出料罩與回轉(zhuǎn)的筒體間設(shè)有密封裝置，采用較為成熟的迷宮+柔性密封的形式，在冷卻機正常運轉(zhuǎn)上下串動或偏擺時不會造成密封結(jié)構(gòu)的損壞，保證其較長的使用周期。冷卻列管的進、出口銜接處也是采用這種結(jié)構(gòu)。另外，為避免物料積料過多造成漏料及損壞密封結(jié)構(gòu)，故在進料罩底部設(shè)置排料口，正常情況下其保持封閉狀態(tài)。

3.2 筒體裝置

筒體裝置是物料進行冷卻降溫的關(guān)鍵場所，其內(nèi)部冷卻列管的布置對物料的降溫尤為重要。筒體裝置由兩件寬為500mm的滾圈（輪帶）撐起，保證其在托輪上按照設(shè)計轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，物料隨著筒體的運轉(zhuǎn)由高端到低端前進，同時物料也與列管充分的接觸進行有效的降溫。

從高溫窯流出的物料，溫度較高。為避免物料與進料端筒體的直接接觸影響筒體的強度及使用壽命，將進料端筒體內(nèi)徑放大至2.7m，為做內(nèi)襯留出空間，保證有效的儲料空間，避免物料過多從進料端流出。另外為避免工礦的不穩(wěn)定性出料過多二造成的漏料，在進料端設(shè)置了返料板，將物料返回至冷卻機內(nèi)。

在筒體的出料端最后一節(jié)筒體設(shè)計成篩筒，合格的物料進入出料罩下倉體，大塊物料從排障口人工排出。

筒體結(jié)構(gòu)如下圖2：

圖2 筒體裝置、冷卻列管

3.3 冷卻列管

從圖2中可以看出，進風(fēng)管在進料端未直接分級。其目的一是保證進料端足夠的儲料空間，二是物料溫度較高損壞冷卻列管影響其使用壽命。較高的溫度與熱輻射在一定程度上會影響進風(fēng)管的強度，為避免彎曲，在較長的懸空處設(shè)了兩處“十”字支撐。

考慮到筒體與冷卻列管熱脹量不同，冷卻列管不可直接焊接與筒體上，因此設(shè)計風(fēng)環(huán)、固定法蘭。風(fēng)環(huán)與筒體留有一定的間隙，而法蘭焊接于筒體上，風(fēng)管道從法蘭孔穿過。

如下圖3：

圖3 風(fēng)環(huán)、固定法蘭

3.4 支承裝置

筒體裝置、耐材、物料、冷卻列管、大齒輪等所有隨筒體旋轉(zhuǎn)的重量，均通過滾圈傳到兩檔支承裝置上。支承裝置由一對托輪軸承組和一個大底座組成，一對托輪支承著滾圈，承載回轉(zhuǎn)部分重量，向基礎(chǔ)傳遞荷重。同時對冷卻機機體起到定位的作用，使冷卻機能安全平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)。支承裝置由滾圈、托輪、軸承和擋輪組成。

滾圈在運轉(zhuǎn)中受到接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，所以要求滾圈要有足夠抵抗接觸應(yīng)力與彎曲應(yīng)力的能力，要有較長的使用壽命。本此設(shè)計選用的矩形滾圈，其斷面是實心矩形，形狀簡單，由于斷面是整體，鑄造缺陷相對來說不顯突出，裂縫少。滾圈活套在筒體墊板上，且與墊板之間留有間隙，既可以控制熱應(yīng)力又可以充分利用滾圈的剛性，使之對筒體有較好的加固作用。

托輪是一個堅固的鋼質(zhì)鼓輪，通過軸承支撐在基礎(chǔ)上，托輪軸承采用滾動軸承，其具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、摩擦力小、電耗小及制造簡單等優(yōu)點。另外由于滾動摩擦，冷卻機的啟動力矩相對減小。

3.5 傳動裝置

傳動裝置的作用是就是把原動力傳遞給筒體并減小到所要求的轉(zhuǎn)速。由電動機、減速機及大小齒輪組成。大齒輪由于尺寸較大，制作成兩半的形式，用螺栓將其連接在一起。大齒輪不與筒體直接連接，而是用彈簧板連接，其具有較大的彈性，能減少因筒體彎曲或開、停車時的沖擊力對大、小齒輪的影響。

傳動形式是減速機高速軸用聯(lián)軸器與電機連接，低速軸用聯(lián)軸器與小齒輪軸連接。其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，傳動效率高，結(jié)構(gòu)簡單，部件較少，安裝方便，且安全可靠。

4 結(jié)束語

該設(shè)備設(shè)計、制造、安裝、運行已有三年多的時間，在此期間其良好的性能，獲得了使用單位的一致好評。今后我廠繼續(xù)依托沈陽鋁鎂設(shè)計研究院的技術(shù)進行優(yōu)化設(shè)計、提高產(chǎn)能，開發(fā)運用于其他領(lǐng)域的冷卻設(shè)備，擴大產(chǎn)品市場、進行多元化發(fā)展。