斜式渣滾筒托圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化及支撐固定改進(jìn)

熊正威

摘要：旨在為煉鋼企業(yè)降本增效并實(shí)現(xiàn)環(huán)保的生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，本實(shí)用技術(shù)對渣滾筒前后托圈結(jié)構(gòu)及滾筒支撐裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，通過采用焊接式前后托圈和整體式鋼結(jié)構(gòu)大底座，極大地提高了渣滾筒設(shè)備的穩(wěn)定性。本文通過本項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)背景、本項(xiàng)技術(shù)實(shí)用新型內(nèi)容、本項(xiàng)技術(shù)附圖說明、本項(xiàng)技術(shù)具體實(shí)施方式五個(gè)部分，較為詳盡地將本項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了闡述與說明。同時(shí)，該技術(shù)將為渣滾筒進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化完善提供了極大的參考意義。

關(guān)鍵詞：渣滾筒;托圈;支撐裝置;改造

引言：鋼鐵行業(yè)屬于國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)性性產(chǎn)業(yè)，在傳統(tǒng)意義上講，該行業(yè)企業(yè)的標(biāo)簽為高能耗、污染重，而這一切已經(jīng)成為新經(jīng)濟(jì)時(shí)代既要確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展又要確保生態(tài)環(huán)境這對兒矛盾的焦點(diǎn)問題。為此，節(jié)能減排成為鋼鐵行業(yè)企業(yè)首當(dāng)其沖且必須認(rèn)真解決好的主要問題。在此背景下，開發(fā)與創(chuàng)新新型技術(shù)，以力求降低鋼鐵行業(yè)企業(yè)高能耗與高污染并安全生產(chǎn)問題迫在眉睫。其中，關(guān)于煉鋼企業(yè)在轉(zhuǎn)爐渣滾筒處理技術(shù)方面，既往技術(shù)革新尚存不足之處。而本項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)了斜式渣滾筒托圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化及支撐固定改進(jìn)技術(shù)，其核心價(jià)值在于可以進(jìn)一步提升相關(guān)設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行過程中節(jié)能減排能力以及降低運(yùn)行成本、維修便捷與安全生產(chǎn)的能力。

一、本項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域

本專利是涉及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的工藝和設(shè)備技術(shù)，適用于鋼鐵企業(yè)及其它相應(yīng)工業(yè)領(lǐng)域。本專利項(xiàng)目是屬冶金工藝使用的轉(zhuǎn)爐渣處理設(shè)備技術(shù)。主要用于煉鋼工藝的轉(zhuǎn)爐渣處理技術(shù)。

二、本項(xiàng)專利背景技術(shù)

為了降低能耗，實(shí)現(xiàn)環(huán)保生產(chǎn)，煉鋼廠逐步開始使用轉(zhuǎn)爐渣滾筒處理技術(shù)。目前國內(nèi)較為成熟的傾斜式渣滾筒技術(shù)，組成固定渣滾筒的設(shè)備主要由傾斜的滾筒和支撐和定位的滾筒前托輪組、后托輪組、止推輪組及驅(qū)動(dòng)開式齒輪組等設(shè)備組成，但主要存在以下三點(diǎn)問題：第一點(diǎn)，現(xiàn)有的傾斜式渣滾筒一般選傾斜25°，因設(shè)備工藝布置標(biāo)高位置不同原因，為此需要設(shè)計(jì)前托輪組、后托輪組、止推輪組及驅(qū)動(dòng)開式齒輪組設(shè)備底座是分散布置的，存在部分設(shè)備基礎(chǔ)在異常設(shè)備沖擊情況下基礎(chǔ)螺栓的松動(dòng)和基礎(chǔ)損壞;第二點(diǎn)，由于托圈和滾筒采用配合安裝定位方式，在實(shí)際的生產(chǎn)使用過程中托圈和滾筒本體會發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致磨損和軸向和徑向定位的L形板脫焊使得設(shè)備經(jīng)常需要停機(jī)處理;第三點(diǎn)，由于常規(guī)的止推輪與后部托圈的配合面為錐面，錐面不與滾筒中心線垂直，導(dǎo)致在托輪定位存在誤差時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒通過下部托圈的錐面對止推輪有一徑向分力，使得止推輪故障高發(fā)，壽命不超過3月。

對此，我們的目的在于針對現(xiàn)有傾斜渣滾筒設(shè)備工藝的特點(diǎn)和設(shè)備運(yùn)行中存在的問題，專門研究解決可靠渣滾筒的支撐定位技術(shù)，提高生產(chǎn)效率、降低設(shè)備故障率、節(jié)約維修成本。

本專利技術(shù)的傾斜渣滾支撐定位方法實(shí)現(xiàn)可靠、安全、實(shí)用、維修量小目標(biāo)，給各冶金鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐渣處理傾斜滾筒的設(shè)計(jì)和方案選擇提供了參考和借鑒，并有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

三、本項(xiàng)技術(shù)實(shí)用新型內(nèi)容

（一）本專利技術(shù)主要解決的問題

該項(xiàng)技術(shù)聚焦于單腔傾斜布置渣滾筒設(shè)備布置分散底座設(shè)計(jì)，適應(yīng)了各設(shè)備布置相對分散、標(biāo)高不一致需求，主要問題是：

（1）目前止推輪受到很大的滾筒軸向分力，且由于在渣滾筒實(shí)際生產(chǎn)中鋼球及渣不斷隨滾筒旋轉(zhuǎn)被帶起、備拋下導(dǎo)致的沖擊載荷導(dǎo)致止推輪底座基礎(chǔ)及地腳螺栓受沖擊傾翻力矩的影響不斷被損壞導(dǎo)致長時(shí)間的停機(jī)處理。

（2）現(xiàn)有的托圈配合固定方式，導(dǎo)致固定的L形板易于脫焊，托圈和滾筒筒體發(fā)生相對移動(dòng)導(dǎo)致托圈和相關(guān)部件磨損，維修周期短和費(fèi)用高。

（3）錐面止推面設(shè)計(jì)使得止推輪受軸向交變載荷沖擊大，止推輪設(shè)備故障高，壽命低。

（二）本專利技術(shù)創(chuàng)新解決方案

該項(xiàng)技術(shù)的目的是對轉(zhuǎn)爐傾斜渣滾筒設(shè)備技術(shù)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，針對現(xiàn)有的渣滾筒支撐傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。實(shí)現(xiàn)措施簡單，操作方便、維修簡單、運(yùn)行可靠的目的。其解決問題的方案：

（1）技術(shù)一：整體焊接托圈技術(shù)

一般傾斜渣滾筒的支撐回轉(zhuǎn)前后托圈和滾筒本體的連接固定方式是，在滾筒本體的托圈固定部位圓周設(shè)置均布的L形板焊接在滾筒支撐筒壁上，圓周加工到設(shè)計(jì)配合尺寸。待托圈裝配到滾筒上后，在L型板的外側(cè)含軸向止擋固定。該方式在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，由于托圈和滾筒L型板的相對滑動(dòng)，導(dǎo)致L型板的磨損和脫焊，最終導(dǎo)致托圈的定位失效，故障處理時(shí)間長、工作量大。

新設(shè)計(jì)的渣滾筒本體上的前后托圈采用異種材料焊接工藝使得托圈焊接固定在滾筒本體上。托圈為耐磨鍛件，滾筒筒體為普通結(jié)構(gòu)鋼，將其二者焊接在一需要采用特殊的焊接材料和焊接工藝控制焊接變形和缺陷。另為防止提高托圈位置的強(qiáng)度在托圈圓周方向設(shè)計(jì)了支撐筋板，防止變形和起到加強(qiáng)作用。后部焊接托圈與小滾筒的焊接結(jié)構(gòu)采用箱型結(jié)構(gòu)。

為考慮前部焊接托圈1、后部焊接托圈5在運(yùn)行過程中與前部托輪裝配2、后部托輪裝配13和止推輪裝配9的接觸磨損補(bǔ)償和強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性，新方案增加了焊接托圈的徑向厚度和軸向的長度。

（2）技術(shù)二：整體旋轉(zhuǎn)齒圈技術(shù)

滾筒驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)齒圈布置在后部托圈和下部滾筒的連接面之間，一般由于尺寸大，且由于安裝過程中與托圈干涉，無法整體安裝設(shè)計(jì)為分體結(jié)構(gòu)。分體齒圈分段位置中間采用高強(qiáng)連接。其連接部分位置突出，由于凈空小，易于下部支撐托輪干涉。

新設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)大齒圈4，設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，其安裝的內(nèi)圈直徑大于后部托圈外徑5-10mm，便于安裝時(shí)從后部托圈位置穿入。齒圈內(nèi)圈設(shè)置支撐臺階與小滾筒3上的安裝法蘭配合實(shí)現(xiàn)齒圈的徑向定位。齒圈圓周的固定螺栓6孔設(shè)計(jì)需考慮加工刀具加工的便利性不與托圈干涉。

該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，對比分體齒圈，該結(jié)構(gòu)與外部的凈空大，設(shè)備運(yùn)行可靠;第二，安裝法蘭定位臺階配合面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了齒圈的精確定位;第三，該齒圈尺寸設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)在線整體齒圈的上下便捷更換，與后部托圈無干涉。

（3）技術(shù)三：垂直止推平面技術(shù)

由于傾斜滾筒旋轉(zhuǎn)的徑向支撐主要由與滾筒托圈配合運(yùn)動(dòng)的前后兩組托輪支撐定位的。由于托輪在實(shí)際生產(chǎn)過程中負(fù)載（鋼渣和球）交變的沖擊、托輪的磨損、滾筒的變形及托圈的定位精度，導(dǎo)致滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)存在一定的徑向跳動(dòng)。由于常規(guī)設(shè)計(jì)止推輪9與配合的后部托圈7為保證接觸線速度一致，需要把托圈和止推輪設(shè)置為錐面形式。該配合與傾斜滾筒軸向成一定的斜角，滾筒旋轉(zhuǎn)過程中的徑向跳動(dòng)導(dǎo)致止推輪受到一個(gè)交變的側(cè)向載荷。長期生產(chǎn)導(dǎo)致止推輪本體設(shè)備損壞和基礎(chǔ)破壞。

新設(shè)計(jì)的后部托圈7止推面設(shè)計(jì)為傾斜滾筒軸向垂直，當(dāng)滾筒在旋轉(zhuǎn)過程中因?yàn)橥休喌亩ㄎ粚?dǎo)致徑向跳動(dòng)大時(shí)，該止推面的徑向位移不會產(chǎn)生對止推輪的側(cè)向振動(dòng)和傾翻力矩。當(dāng)后部焊接托圈7的止推面為垂直面后，為保持止推面接觸線速度一致，需將止推輪9設(shè)計(jì)為錐面，且止推輪需設(shè)計(jì)為傾斜安裝。

為減少止推輪的傾翻力矩，將止推輪座10的調(diào)整安裝面設(shè)計(jì)為與滾筒傾斜軸線方式垂直，這樣傾翻力矩對前段的固定螺栓的抗拉強(qiáng)度就會減小。

（4）技術(shù)四：大底支撐座技術(shù)

常規(guī)設(shè)計(jì)的傾斜滾筒的支撐、傳動(dòng)底座采用分體結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的設(shè)備底座和基礎(chǔ)。由于傾斜滾筒設(shè)計(jì)的角度和長度原因，前托輪和后托輪在高差和平面布置上相差較遠(yuǎn)，不適合設(shè)計(jì)整體底座。而后部托輪支架、傳動(dòng)齒箱架，止推輪架集中布置在傾斜滾筒的下部，具備大支撐底座設(shè)計(jì)的條件。

且由于后托輪支座13承受傾斜滾筒大部分重量，其對設(shè)備基礎(chǔ)的要求主要為承載，相對傳動(dòng)齒輪架8和止推輪支座10需要承受較大的傾翻力矩，獨(dú)立的基礎(chǔ)使得基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要考慮巨大的傾翻力矩。而把就近布置三者設(shè)計(jì)一統(tǒng)一的大支撐底座12，則其原分部承受的傾翻力矩通過連接到達(dá)底座的支座螺栓傳遞，而土建基礎(chǔ)主要承受重力和小量的傾翻力矩。該設(shè)計(jì)使得基礎(chǔ)螺栓和基礎(chǔ)故障損壞的概率為0。

（5）技術(shù)五：止推輪為增加傾翻力矩設(shè)置垂直面支座

由于傾斜滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)過程通過止推輪9對止推輪支座10產(chǎn)生較大的傾翻力矩，為減少對前部固定底座螺栓的沖擊，新設(shè)計(jì)在止推輪支座10后部設(shè)置一垂直方向的支撐11，主要承受止推輪支座10的傾翻力矩。該支座作用到現(xiàn)有對應(yīng)墻面土建預(yù)埋鋼板上。該設(shè)計(jì)進(jìn)一步增加了止推輪的抗沖擊和傾翻力矩的能力，提高了設(shè)備的可靠性。

四、本項(xiàng)技術(shù)附圖說明

（一）圖-1：焊接托圈，整體傳動(dòng)齒圈傾斜式滾筒本體示意圖

圖-1說明：傾斜滾筒本體從入口開式由前焊接托圈1，大滾筒2、小滾筒3、整體齒圈4、后焊接托圈5組成。前焊接托圈1與大滾筒2圓周定位后與大滾筒的錐面板對焊，為控制變形，在托圈1的上下設(shè)計(jì)了徑向?qū)R的筋板。大滾筒2和小滾筒3采用法蘭螺栓連接配合組裝。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)整體齒圈4固定在小滾筒對應(yīng)的法蘭上，通過徑向法蘭的配合止口和齒圈的對應(yīng)內(nèi)圈定位支撐。后部焊接托圈5與小滾筒3的焊接結(jié)構(gòu)采用箱型結(jié)構(gòu)。

（二）圖-2：傾斜式滾筒支撐定位系統(tǒng)示意圖側(cè)視圖

（三）圖-3：傾斜式滾筒支撐定位系統(tǒng)示意圖俯視圖

圖-2、3說明：傾斜式滾筒支撐定位系統(tǒng)主要由滾筒本體4、前托輪裝配2、后托輪裝配13、止推輪裝配9組成。前托輪裝配2左右兩組，安裝在前托輪底座1上，與滾筒本體4上焊接固定的前部焊接托圈3圓周面配合。后托輪裝配13左右兩組，安裝在大底座12上，與滾筒本體4上焊接固定的后部焊接托圈7圓周面配合。前后托輪裝配實(shí)現(xiàn)傾斜滾筒的徑向定位作用。止推輪裝配9左右兩組，與后部焊接托圈7垂直端面配合，為保證錐面止推輪與后部焊接托圈7垂直斷面配合，該兩止推輪裝配9成八字形對稱斜向布置。止推輪裝配9安裝在止推輪安裝支座上，為保證調(diào)整過程中止推輪中心始終在傾斜滾筒的中心線上，將安裝面設(shè)計(jì)為與傾斜中心線平行的角度。兩組止推輪裝配9起到軸向定位止推作用。傳動(dòng)系統(tǒng)由滾筒本體4下部的大傳動(dòng)齒圈5和驅(qū)動(dòng)齒輪裝配6組成。驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)配6安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪安裝支架8上。兩組后部托輪裝配12、兩組止推輪安裝支座9、兩組驅(qū)動(dòng)齒輪安裝支架8共同安裝布置在大底座上。為增強(qiáng)兩止推輪安裝支座9的安裝的抗傾翻力矩的能力，在后部與垂直基礎(chǔ)上設(shè)置了止推輪垂直支撐11。

五、本項(xiàng)技術(shù)具體實(shí)施方式

本技術(shù)所述工藝及原理如上圖1所示，下面說明本技術(shù)的使用方法。

主要應(yīng)用在傾斜式渣滾筒及相關(guān)類似設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)。具體有以下特點(diǎn)：

（一）焊接托圈使得滾筒支撐止推前后托圈穩(wěn)定，免維修

該技術(shù)的特點(diǎn)是將傾斜滾筒的前后部托圈的固定方式由配合定位方式改為焊接固定方式，設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，故障率零。

焊接托圈方案很好的解決傾斜滾筒托圈在生產(chǎn)使用過程中磨損、變形、固定擋塊易于托圈問題以及因?yàn)橥腥Φ牟还潭◣韺鲃?dòng)齒輪、前后部托輪、止推輪的損壞。焊接滾筒方案的結(jié)構(gòu)和尺寸需要適應(yīng)傾斜滾筒的需要，同時(shí)需要互不干涉。

（二）垂直面止推輪技術(shù)使得止推輪不再受運(yùn)動(dòng)滾筒徑向定位分力的影響

該技術(shù)的特點(diǎn)是基于對現(xiàn)有渣滾筒的止推輪技術(shù)的問題，滾筒傾斜定位的過約束。傾斜滾筒的徑向定位由上下布置的兩組托輪完成，止推輪僅僅起到滾筒的軸向定位。當(dāng)徑向定位存在偏差時(shí)，滾筒運(yùn)行不會造成額外的對止推輪的側(cè)向分力。

（三）大底座技術(shù)使得止推輪的受力對基礎(chǔ)的影響變?yōu)榇蟮鬃膬?nèi)部應(yīng)力

依據(jù)渣滾筒下部支撐定位、傳動(dòng)設(shè)備布置集中的條件，新方案考慮設(shè)計(jì)了集中的大底座結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)使得且下部托輪承受60%以上的滾筒重力（約100噸）對集中在大地座上的其他設(shè)備的固定起到加強(qiáng)作用。原分散布置的設(shè)備基礎(chǔ)方案中單個(gè)基礎(chǔ)在生產(chǎn)中承受較大的傾翻力矩和振動(dòng)缺陷，經(jīng)常發(fā)生設(shè)備基礎(chǔ)易于松動(dòng)、基礎(chǔ)螺栓疲勞拉斷。大底座技術(shù)徹底消除了分散布置的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了集中布置整體效果。

結(jié)語

綜上所述，本項(xiàng)技術(shù)其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：其一，焊接固定托圈實(shí)現(xiàn)托圈的免維護(hù);其二，旋轉(zhuǎn)齒圈整體方式，實(shí)現(xiàn)拆裝方便，設(shè)備可靠性高;其三，垂直止推面使得止推輪受到的側(cè)向載荷減少，設(shè)備可靠性改善;其四，后部托輪支座、傳動(dòng)齒輪支座、止推輪座設(shè)計(jì)為大底座方式，可以將滾筒的重力通過后部托輪傳遞給大底座，傳動(dòng)支架、止推輪底座承受的傾翻力矩可以變化為大底座的內(nèi)力，根除土建基礎(chǔ)損壞的故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]閔政.轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)探討[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2018（12）：104.

[2]張建國.如何做好轉(zhuǎn)爐煉鋼機(jī)械設(shè)備的管理與維護(hù)[J].中國金屬通報(bào)，2018（11）：62+64.

[3]張紅.淺析轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)現(xiàn)狀[J].智能城市，2016，2（10）：81.