新型高效燒結(jié)環(huán)冷機(jī)密封創(chuàng)新技術(shù)

高志強(qiáng)，劉 帥，李洪生，陳繼濤

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東日照 276800）

0 引言

山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司的1#500 m2新型燒結(jié)環(huán)冷機(jī)于2019 年3 月投產(chǎn)，擔(dān)負(fù)著1#5100 m3高爐的燒結(jié)礦供應(yīng)任務(wù)。該新型燒結(jié)環(huán)冷機(jī)在基于球團(tuán)環(huán)冷機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和維護(hù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)拓思路、大膽創(chuàng)新，將球團(tuán)環(huán)冷機(jī)技術(shù)與燒結(jié)環(huán)冷機(jī)技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)創(chuàng)性地采用上下水密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式（圖1）。

圖1 環(huán)冷機(jī)外形

1 設(shè)備狀況

1.1 新型環(huán)冷機(jī)工作原理

通過(guò)給料溜槽將燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的熱燒結(jié)礦均勻布在環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體的臺(tái)車(chē)上，整個(gè)回轉(zhuǎn)體在傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下繞環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，在臺(tái)車(chē)下部由鼓風(fēng)機(jī)鼓入冷卻風(fēng)，與熱燒結(jié)礦充分熱交換后將熱礦攜帶的熱量帶走，最終達(dá)到冷卻燒結(jié)礦的目的。環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體由回轉(zhuǎn)框架和臺(tái)車(chē)等部件構(gòu)成，其中，回轉(zhuǎn)框架底部裝有環(huán)行軌，與內(nèi)外64 組支承輥接觸承擔(dān)整個(gè)回轉(zhuǎn)體的載荷；而臺(tái)車(chē)采用偏心結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩端的半軸與回轉(zhuǎn)框架相聯(lián)接，臺(tái)車(chē)內(nèi)側(cè)半軸的軸端安裝有臺(tái)車(chē)輥臂，輥臂的另一端則裝有輥輪，輥輪在回轉(zhuǎn)框架壓軌的下表面沿壓軌的設(shè)計(jì)曲線運(yùn)動(dòng)，從而使各臺(tái)車(chē)在環(huán)冷機(jī)的冷卻段保持水平，隨回轉(zhuǎn)框架一起運(yùn)動(dòng)對(duì)熱礦實(shí)現(xiàn)冷卻，在環(huán)冷機(jī)的排料溜槽料處靠自身偏心等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料和復(fù)位，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)熱燒結(jié)礦的周期性冷卻。

1.2 新型環(huán)冷機(jī)的不足

自該環(huán)冷機(jī)投入運(yùn)行至今，整體運(yùn)行效果良好，但發(fā)現(xiàn)該新型環(huán)冷機(jī)存在以下不足。

（1）環(huán)冷機(jī)上水槽漏水嚴(yán)重，造成水密封效果不佳和漏風(fēng)率偏高，導(dǎo)致該設(shè)備不能達(dá)到預(yù)期冷卻作業(yè)要求。

（2）臺(tái)車(chē)兩側(cè)軸端密封缺失導(dǎo)致泄漏大量冷卻風(fēng)，致使由冷卻風(fēng)攜帶出來(lái)的燒結(jié)礦粉塵聚集在兩側(cè)軸端，造成臺(tái)車(chē)兩側(cè)軸端潤(rùn)滑不良，個(gè)別臺(tái)車(chē)翻車(chē)卸料作業(yè)困難。

（3）環(huán)冷機(jī)欄板漏風(fēng)造成余熱發(fā)電效果不佳和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，既不滿足公司精細(xì)化管理要求，又不符合國(guó)家在環(huán)境保護(hù)方面的規(guī)定。

（4）環(huán)冷機(jī)下水槽頻繁漏風(fēng)導(dǎo)致積累燒結(jié)礦存料且難以清除。

經(jīng)計(jì)算，以上設(shè)備缺陷造成該環(huán)冷機(jī)在日常作業(yè)時(shí)平均漏風(fēng)率為30%，最高可達(dá)50%，極大地浪費(fèi)了鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的冷卻風(fēng)，導(dǎo)致該環(huán)冷機(jī)不能充分發(fā)揮其原有設(shè)計(jì)性能，達(dá)不到對(duì)熱燒結(jié)礦的目標(biāo)冷卻效果。

2 環(huán)冷機(jī)上密封水槽嚴(yán)重漏水治理

2.1 漏水原因

自1#環(huán)冷機(jī)投產(chǎn)以來(lái)，隨著設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，上密封水槽漏水愈發(fā)嚴(yán)重，造成水密封效果不佳，嚴(yán)重影響了對(duì)熱燒結(jié)礦的冷卻目標(biāo)[1-2]。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次探索發(fā)現(xiàn)引起水槽漏水的原因?yàn)椋?/p>

（1）上水槽焊縫開(kāi)裂。由上水槽的焊縫無(wú)法在環(huán)冷機(jī)熱礦區(qū)溫度高達(dá)700 ℃、冷礦區(qū)溫度低至30 ℃的交替變化的環(huán)境下平穩(wěn)工作，導(dǎo)致水槽焊接部位極易拉伸撕裂。

（2）上水槽變形破壞。由于環(huán)冷機(jī)上密封水槽為剛性水槽，而上水槽直接受到臺(tái)車(chē)上的熱礦的熱輻射和熱傳導(dǎo)，在冷卻風(fēng)的作用下，使環(huán)冷機(jī)水槽溫度急劇升高或降低，導(dǎo)致上水槽極易變形破壞。

2.2 改進(jìn)措施

（1）將環(huán)冷機(jī)上水槽由原來(lái)的剛性水槽改造為柔性水槽，即在上水槽一定范圍內(nèi)安裝非標(biāo)不銹鋼圓弧補(bǔ)償器，以滿足環(huán)冷機(jī)水槽在臺(tái)車(chē)旋轉(zhuǎn)作業(yè)過(guò)程中引起的周期性熱脹冷縮（圖2）。

圖2 非標(biāo)不銹鋼圓弧補(bǔ)償器

（2）在環(huán)冷機(jī)上水槽內(nèi)側(cè)安裝耐火磚，從源頭隔斷熱源，減少對(duì)環(huán)冷機(jī)上水槽的直接熱輻射（圖3，圖4）。

圖3 外側(cè)水槽砌磚立體布置

圖4 內(nèi)側(cè)水槽砌磚立體布置

2.3 改進(jìn)成果

通過(guò)以上兩個(gè)方面對(duì)環(huán)冷機(jī)上水槽的優(yōu)化改造，上水槽漏水現(xiàn)象基本消除，大大提升了冷卻風(fēng)的利用率，達(dá)到了對(duì)熱燒結(jié)礦的既定冷卻要求。

3 環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)軸端漏灰及翻車(chē)不到位的改進(jìn)

3.1 翻車(chē)不到位的原因

由于1#環(huán)冷機(jī)在設(shè)計(jì)制造時(shí)未考慮對(duì)臺(tái)車(chē)兩側(cè)軸端進(jìn)行密封，未在臺(tái)車(chē)軸套與軸的結(jié)合處設(shè)計(jì)額外的外部加油潤(rùn)滑裝置，致使臺(tái)車(chē)在翻車(chē)過(guò)程僅依靠自潤(rùn)滑軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，大量漏風(fēng)燒結(jié)礦粉塵一旦進(jìn)入軸套與軸之間，極易破壞原有潤(rùn)滑，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的翻車(chē)卸料阻力，造成個(gè)別臺(tái)車(chē)翻車(chē)?yán)щy[3-5]。

3.2 改進(jìn)措施

（1）針對(duì)軸瓦與臺(tái)車(chē)軸間隙小、加油困難的問(wèn)題，在臺(tái)車(chē)框架及兩側(cè)軸端的合適位置增加輔助加油孔，每月定期加耐高溫鋰基脂油，進(jìn)行輔助加油（圖5）。

圖5 輔助加油孔

（2）合理利用外側(cè)空間，在軸端軸承處焊接油槽，隨時(shí)補(bǔ)充液態(tài)潤(rùn)滑油，采取強(qiáng)制及自潤(rùn)滑相結(jié)合的方式進(jìn)行潤(rùn)滑保證臺(tái)車(chē)順利平穩(wěn)翻車(chē)（圖6）。

圖6 帶加油槽的自潤(rùn)滑軸承

（3）制作橡膠硅圈，置于軸與臺(tái)車(chē)軸套結(jié)合處外側(cè)，避免此處因漏風(fēng)導(dǎo)致燒結(jié)礦粉塵進(jìn)入軸端。

3.3 改進(jìn)成果

經(jīng)上述措施改進(jìn)后，現(xiàn)環(huán)冷機(jī)全部臺(tái)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)良好，暫未發(fā)現(xiàn)任何翻車(chē)不良的情況。

4 欄板漏風(fēng)的優(yōu)化改進(jìn)

4.1 漏風(fēng)原因

環(huán)冷機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)80%的臺(tái)車(chē)欄板內(nèi)圈表面出現(xiàn)“起拱”現(xiàn)象，導(dǎo)致環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)欄板在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中嚴(yán)重剮蹭給料溜槽，給環(huán)冷機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)巨大隱患，且欄板“起拱”后造成余熱回收效果不佳。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)研得出“起拱”原因?yàn)榄h(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)欄板設(shè)計(jì)不合理，其結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，導(dǎo)致欄板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，當(dāng)熱燒結(jié)礦均勻地鋪到臺(tái)車(chē)后，臺(tái)車(chē)欄板在受到較強(qiáng)的熱輻射和熱傳導(dǎo)的作用下產(chǎn)生極大的熱應(yīng)力需要釋放，但由于沒(méi)有可靠的外力對(duì)欄板進(jìn)行“約束”，造成欄板產(chǎn)生“起拱”變形。

4.2 改進(jìn)措施

（1）對(duì)環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)欄板結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，提升其工作強(qiáng)度。具體是增加臺(tái)車(chē)內(nèi)襯板數(shù)量，由每部臺(tái)車(chē)1 件內(nèi)襯板增至2 件內(nèi)襯板，襯板上部用2 個(gè)M30×125 mm、強(qiáng)度為8.8 級(jí)的螺栓進(jìn)行固定，襯板中部及底部中間部位則用M30×140 mm、強(qiáng)度為8.8級(jí)的螺栓進(jìn)行固定。

（2）將臺(tái)車(chē)欄板兩側(cè)邊“隱藏”置于框架立柱內(nèi)，以此用外力來(lái)約束臺(tái)車(chē)欄板。

4.3 改進(jìn)成果

經(jīng)采取上述措施進(jìn)行改進(jìn)后，現(xiàn)1#燒結(jié)環(huán)冷機(jī)運(yùn)行至今臺(tái)車(chē)欄板未出現(xiàn)“起拱”現(xiàn)象。

5 下水槽頻繁存料且不易清除的升級(jí)改進(jìn)

5.1 水槽頻繁存料的原因

環(huán)冷機(jī)對(duì)高溫?zé)Y(jié)礦冷卻是通過(guò)從臺(tái)車(chē)底部的鼓風(fēng)機(jī)向上鼓冷卻風(fēng)，來(lái)帶走熱燒結(jié)礦熱量從而達(dá)到冷卻目的。但由于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量過(guò)大或密封水槽斷裂等原因，造成大量漏風(fēng)燒結(jié)礦粉塵吹入下水槽內(nèi)，沉積的顆粒物聚集成塊后在水槽內(nèi)極難清除。

5.2 改進(jìn)措施

（1）針對(duì)水槽積料不易清除的問(wèn)題，通過(guò)在任意兩組水槽排灰口間增加一組壓縮空氣噴嘴，在清理水槽存料時(shí)利用壓縮空氣力量將水槽底部灰塵攪動(dòng)起來(lái)。

（2）增加排污漏斗數(shù)量，定期排污，將水槽沉積的燒結(jié)礦粉塵及時(shí)排出去。

（3）利用高壓水槍定期對(duì)環(huán)冷機(jī)上下水槽的燒結(jié)礦粉塵進(jìn)行徹底清洗，避免粉塵聚集成塊。

5.3 改進(jìn)成果

采取上述措施后，環(huán)冷機(jī)下水槽淤積現(xiàn)象得到了極大改善。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析報(bào)告

通過(guò)對(duì)上述4 項(xiàng)問(wèn)題開(kāi)展科技攻關(guān)，經(jīng)過(guò)一系列研究與改進(jìn)升級(jí)后，1#環(huán)冷機(jī)設(shè)備故障點(diǎn)得到了針對(duì)性改造。此外，通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化創(chuàng)新改造，消除了水槽漏水和環(huán)冷機(jī)水密封故障，整個(gè)環(huán)冷機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性和可靠性得到了保障，滿足了環(huán)冷機(jī)正常作業(yè)要求，環(huán)冷機(jī)連續(xù)數(shù)月運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了“零故障”，熱燒結(jié)礦余熱利用率達(dá)到世界先進(jìn)水平。

6.1 直接效益

環(huán)冷機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，單次環(huán)冷機(jī)檢修時(shí)間縮短3 h。1 臺(tái)燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦產(chǎn)580 t/h，噸礦利潤(rùn)為50 元/t，2 臺(tái)環(huán)冷機(jī)每次因檢修時(shí)間縮短可直接產(chǎn)生利潤(rùn)104.4 萬(wàn)元。

6.2 間接效益

經(jīng)設(shè)備改進(jìn)后，大大減少了環(huán)冷機(jī)熱量外排和資源浪費(fèi)，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生環(huán)境大幅提升，達(dá)到了良好的環(huán)保效果，職工工作環(huán)境得到了顯著改善。