高爐氣密箱傾動(dòng)分析及處理

孫萬權(quán) 聶高升 張輝 蹇華 向何 張紅雨 侯振文

(寧波鋼鐵有限公司 浙江寧波 315807)

1 前言

氣密箱無疑是高爐爐頂最重要、最復(fù)雜的設(shè)備之一。就其重要性而言，它承擔(dān)著高爐物料的進(jìn)料與分布，是高爐的咽喉，直接影響高爐的生產(chǎn)；復(fù)雜性而言，它集成了定軸齒輪系、蝸輪蝸桿輪系、差動(dòng)齒輪系等諸多傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，另外還集成了大型轉(zhuǎn)盤軸承、軸瓦、滾動(dòng)軸承、水冷系統(tǒng)、氮封系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行精度較高。因其密封形式為氮?dú)怏w密封，故稱為氣密箱，從傳動(dòng)和冷卻形式來看，又常稱其為水冷傳動(dòng)齒輪箱，另外因其功能是實(shí)現(xiàn)布料溜槽的布料，故又稱為布料器。

由于氣密箱的工況環(huán)境較差(直接接觸高爐爐內(nèi)高粉塵濃度、高溫度的煤氣流)，作業(yè)率較高，且日常點(diǎn)檢困難，氣密箱先后出現(xiàn)過多起設(shè)備故障，本文即對2#高爐氣密箱在2019年出現(xiàn)故障后，問題排查、搶修經(jīng)過及吸取的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了簡述、總結(jié)，為氣密箱傾動(dòng)出現(xiàn)類似問題提供有效的快速處理方法。

2 氣密箱概況

寧鋼2#高爐為2500m3，為標(biāo)準(zhǔn)型氣密箱，圖1為氣密箱的傳動(dòng)示意簡圖[1]。

該氣密箱經(jīng)過三套旋轉(zhuǎn)齒輪副傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)布料溜槽的旋轉(zhuǎn)功能，經(jīng)過六套傾動(dòng)齒輪副，實(shí)現(xiàn)布料溜槽的傾動(dòng)功能，另外，通過圖1中傾動(dòng)齒輪副二(差動(dòng)齒輪傳動(dòng))的差動(dòng)功能，可實(shí)現(xiàn)布料溜槽的單獨(dú)旋轉(zhuǎn)、單獨(dú)傾動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)的聯(lián)合動(dòng)作。主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 氣密箱主要技術(shù)參數(shù)

圖1 氣密箱傳動(dòng)示意圖

2#高爐氣密箱自2008年投運(yùn)后總體運(yùn)行平穩(wěn)，到服役中后期先后出現(xiàn)過驅(qū)動(dòng)(傾動(dòng)、旋轉(zhuǎn))故障、冷卻系統(tǒng)故障、隔熱板脫落引起的箱內(nèi)溫度高等問題。

3 問題分析及排查

2019年9月29日12:33，2#高爐氣密箱在布料后準(zhǔn)備下傾至4°自動(dòng)加注干油時(shí)，發(fā)現(xiàn)只能下傾至8.1°，變頻器報(bào)過流保護(hù)跳停，后續(xù)幾次測試后仍如此，由于近期爐況較差，頂溫低，爐內(nèi)成像模糊，基本上是黑屏，無法直觀判斷溜槽的布料情況，遂決定暫不加油，維持生產(chǎn)，至10月4日，爐況劣化嚴(yán)重，廠部召集設(shè)備、生產(chǎn)相關(guān)人員進(jìn)行會(huì)診，分析可能的原因如下[2]：

1)布料溜槽內(nèi)可能卡異物，導(dǎo)致布料料流偏析不準(zhǔn)，進(jìn)而影響爐況；

2)布料溜槽鵝頸頭區(qū)域有異物，傾動(dòng)時(shí)卡阻，導(dǎo)致前期電流過高跳停，也進(jìn)而使布料出現(xiàn)問題；

3)氣密箱出現(xiàn)異常，特別是傾動(dòng)出現(xiàn)故障，使布料不準(zhǔn)。

結(jié)合溜槽下傾，電機(jī)跳停的現(xiàn)象，原因主要集中在后兩種，但不管是哪種原因，均需要高爐休風(fēng)處理。隨后，生產(chǎn)協(xié)調(diào)，進(jìn)行休風(fēng)檢查。通過點(diǎn)火孔，發(fā)現(xiàn)爐料集中在中部區(qū)域，爐料未能按照生產(chǎn)設(shè)定的布料模型進(jìn)行布料。

在打開爐頂大方孔后，對布料溜槽進(jìn)行了仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，排除了第一種和第二種原因。隨后，打開氣密箱人孔，進(jìn)行氣密箱的傾動(dòng)、旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，查找氣密箱的問題所在。氣密箱旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，無異常，傾動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)了異常：在溜槽下傾試驗(yàn)時(shí)，中控顯示約8°，現(xiàn)場實(shí)際已到0°，扇形齒輪一端已與安全銷軸接觸上，中控再操作下傾，氣密箱傾動(dòng)電機(jī)保護(hù)跳電；溜槽上抬試驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)場實(shí)際只能到30°，繼續(xù)上抬操作，則發(fā)現(xiàn)：傾動(dòng)齒輪副五的蝸桿正常轉(zhuǎn)動(dòng)(圖1所示)，但傾動(dòng)小齒輪無動(dòng)作，由此說明齒輪傳動(dòng)在蝸桿至傾動(dòng)小齒輪間的發(fā)生了中斷，即傾動(dòng)齒輪箱出了問題。

圖2為傾動(dòng)齒輪箱結(jié)構(gòu)簡圖，可能出現(xiàn)問題的有：蝸桿3，軸承2、4、14、15，蝸輪7。首先，在數(shù)次傾動(dòng)試驗(yàn)中，傾動(dòng)齒輪箱的各部位軸承未出現(xiàn)異音，可以排除軸承問題；其次蝸桿如果出現(xiàn)螺旋齒的損壞，則傾動(dòng)就會(huì)失效，不會(huì)有0°～30°的正常傾動(dòng)現(xiàn)象，故可排除蝸桿損壞的問題；最后就是蝸輪，有兩種情況，一種就是蝸輪與蝸輪軸的聯(lián)結(jié)(鍵)失效，但這種也會(huì)造成傾動(dòng)的徹底失效，故可排除，另一種是蝸輪輪齒損壞，由于正常工作時(shí)，常用的角度在30°～40°間，在這個(gè)區(qū)間的齒損壞會(huì)造成目前的情況，且蝸輪輪齒為銅質(zhì)，強(qiáng)度和耐磨性上較蝸桿要低[3]，故蝸輪輪齒的局部損壞最有可能是目前問題的原因。

隨后將氣密箱傾動(dòng)至0°左右，同步檢查氣密箱兩側(cè)的傾動(dòng)齒輪箱蝸輪齒面，均發(fā)現(xiàn)齒面磨損嚴(yán)重、局部出現(xiàn)剃齒現(xiàn)象。

4 方案選擇及處理

經(jīng)討論初步形成兩種處理方案：一是整體更換氣密箱；二是更換傾動(dòng)減速機(jī)[4]。

但這兩種方案實(shí)施的前題是必須要將布料溜槽拆下取出[5]，而溜槽已無法上抬至更換角度，拆下取出溜槽困難重重，另外兩種方案的耗時(shí)均較長，除了拆下取出溜槽耗時(shí)外(時(shí)間不可預(yù)測)，按前期的經(jīng)驗(yàn)，第一種方案可能會(huì)在50小時(shí)以上，第二種方案至少也在20小時(shí)以上。是否有更好的方案呢？對蝸輪損壞齒的區(qū)域進(jìn)行了分析，表2為蝸輪、蝸桿、傾動(dòng)小齒輪和扇形齒輪的相關(guān)參數(shù)表。根據(jù)表2參數(shù)，繪制出該傾動(dòng)齒輪箱傳動(dòng)時(shí)意圖，圖3中a)、b)、c)分別為布料溜槽傾動(dòng)至0°、30°、40°時(shí)的狀態(tài)圖。

表2 蝸輪蝸桿等相關(guān)參數(shù)表

圖3 傾動(dòng)狀態(tài)圖一

溜槽常用角度為30°～40°，故蝸輪損壞的齒基本集中在相應(yīng)的這個(gè)區(qū)域，見圖3中弧段AB，最多損壞10個(gè)齒。在圖4中，a)為0°時(shí)蝸輪損壞的齒的位置，b)為在0°時(shí)，將損壞齒轉(zhuǎn)至約180°示意圖，c)、d)分別為40°、65°時(shí)，損壞齒的位置示意圖。

由圖4中b)、c)、d)可知，將蝸輪損壞的齒轉(zhuǎn)動(dòng)約180°位置后，損壞的齒完全避開了氣密箱正常使用(包括溜槽更換的角度)時(shí)，蝸輪蝸桿的嚙合區(qū)，此方案理論上有可行性。如何實(shí)現(xiàn)在線將蝸輪損壞的齒調(diào)轉(zhuǎn)180°呢？要想達(dá)到此目的，就需要傾動(dòng)小齒輪相對于扇形齒輪脫開嚙合而單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)，即傾動(dòng)小齒輪與扇形齒輪嚙合脫開，常見的方案有兩種：一種是將扇形齒輪拆下，傾動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將蝸輪損壞齒轉(zhuǎn)至約180°位置，再將扇形齒原位裝回；另一種是將傾動(dòng)小齒輪從傾動(dòng)軸上拆下，隨后重復(fù)第一種方案的后續(xù)動(dòng)作，再將傾動(dòng)小齒輪回裝。理論上，這兩種方案均可實(shí)施，但在線拆傾動(dòng)小齒輪或扇形齒輪非常困難，停機(jī)檢修時(shí)間長。

圖4 傾動(dòng)狀態(tài)圖二

故此，分析思考出第三種方案：割齒脫齒旋轉(zhuǎn)法。

因?yàn)橛胸?fù)載布料溜槽，扇形齒輪與傾動(dòng)小齒輪輪齒處于嚙合受力狀態(tài)，如果要將扇形齒輪與傾動(dòng)小齒輪輪齒脫開，需要將布料溜槽轉(zhuǎn)至0°以下，這樣，扇形齒輪被0°限位銷擋住，而0°限位銷受空間限制是無法拆除取出的，如果割除0°限位銷，將不能恢復(fù)0°限位銷的功能，因此這樣脫齒法不可取。

技術(shù)人員經(jīng)過分析，決定采用先割齒、后脫齒再旋轉(zhuǎn)的方法。首先，將氣密箱傾動(dòng)至0°，在傾動(dòng)小齒輪的某齒明顯位置做個(gè)標(biāo)記，如圖4中a)傾動(dòng)小齒輪的8#齒位置(黑三角標(biāo)記)，然后傾動(dòng)至25°左右，將扇形齒左端齒割除2.5個(gè)，如圖5中a)，然后傾至0°，因布料溜槽的重心在左側(cè)，扇形齒輪割掉后的半齒始終會(huì)受到傾動(dòng)小齒輪輪齒的作用力，見圖5中c)，為避免扇形齒對傾動(dòng)小齒輪輪齒的沖擊，關(guān)鍵點(diǎn)是，將布料溜槽旋轉(zhuǎn)到大人孔位置，用鋼絲繩將布料溜槽套牢，然后將布料溜槽旋轉(zhuǎn)180°，用倒鏈往外拉住，使扇形齒輪與傾動(dòng)小齒輪輪齒在割齒位置脫離，這時(shí)，傾動(dòng)小齒和扇形齒嚙合脫開，見圖5中b)，傾動(dòng)小齒繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直轉(zhuǎn)至圖4中b)的位置，完成割齒脫齒旋轉(zhuǎn)工作。

按照上述方案，進(jìn)行實(shí)施，本次氣密箱的搶修工作，從方案的制訂，到搶修工作結(jié)束，共用時(shí)僅約5小時(shí)。

5 處理效果

檢修結(jié)束后，進(jìn)行了多次傾動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 傾動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位°

圖5 傾動(dòng)狀態(tài)圖三

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，氣密箱的傾動(dòng)功能已恢復(fù)正常。從檢修投用以來的這三個(gè)月的使用情況來看，傾動(dòng)也正常，完全滿足生產(chǎn)的布料要求。

6 結(jié)束語

本次氣密箱故障，暴露出了對氣密箱傾動(dòng)齒輪箱蝸輪點(diǎn)檢的片面性和缺乏有效性，即未點(diǎn)檢到有效部位(經(jīng)常嚙合的齒面)，對此，將對點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行針對性的修訂完善。

從氣密箱搶修的方案制定及實(shí)施過程來看，本次搶修工作非常成功，極大地降低了檢修難度和縮短了檢修時(shí)間，在不換氣密箱、不換傾動(dòng)減速機(jī)、不拆除布料溜槽、不割除0°限位銷的前提下，采用“割齒脫齒旋轉(zhuǎn)法”恢復(fù)傾動(dòng)減速機(jī)功能的處理方法屬國內(nèi)首創(chuàng)，為同行業(yè)提供了經(jīng)驗(yàn)。