高效節(jié)能密封環(huán)冷機(jī)在萊鋼燒結(jié)生產(chǎn)中的應(yīng)用

熊 偉，李 強(qiáng)，王慶遠(yuǎn)

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠(chǎng)，山東 濟(jì)南271104）

1 前 言

環(huán)冷機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外采用最為廣泛的一種燒結(jié)冷卻設(shè)備。在燒結(jié)礦生產(chǎn)制造過(guò)程中，經(jīng)過(guò)破碎后的熱燒結(jié)礦料溫度一般在800 ℃左右，環(huán)冷機(jī)將其冷卻到100 ℃以下供后續(xù)流程使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燒結(jié)工序能耗約占鋼鐵企業(yè)總能耗的13%，燒結(jié)工序的總能耗中，部分熱能以燒結(jié)礦和冷卻機(jī)廢氣的顯熱形式排入大氣。環(huán)冷機(jī)是燒結(jié)礦生產(chǎn)中重要設(shè)備之一，耗電量大，其穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到燒結(jié)礦生產(chǎn)效率、效益和技術(shù)指標(biāo)。因此，提高環(huán)冷機(jī)的密封效果及冷卻效率，保障其高效穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于燒結(jié)工序?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排意義重大。山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠(chǎng)借新建環(huán)冷機(jī)的契機(jī)，分析環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)主要原因，吸取以前環(huán)冷機(jī)易發(fā)故障經(jīng)驗(yàn)，考察各大鋼廠(chǎng)環(huán)冷機(jī)使用情況，協(xié)同環(huán)冷機(jī)生產(chǎn)制造廠(chǎng)家，對(duì)環(huán)冷機(jī)進(jìn)行了改造。目前，兩臺(tái)580 m2環(huán)冷機(jī)已在線(xiàn)使用8個(gè)月，密封效果好，漏風(fēng)率低，定修周期內(nèi)設(shè)備零故障，使用效果較好。

2 環(huán)冷機(jī)存在問(wèn)題分析

2.1 環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)原因［1］

1）底部漏風(fēng)?，F(xiàn)有鼓風(fēng)式環(huán)冷機(jī)底部密封基本均采用橡膠板密封，橡膠板較多采用耐磨橡膠，具有一定的硬度和彈性。由于鼓風(fēng)環(huán)冷機(jī)長(zhǎng)期在高溫、高粉塵環(huán)境下運(yùn)行，橡膠密封板磨損嚴(yán)重，環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率增加，不僅影響余熱蒸汽的回收量，增加冷卻電耗，且密封系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用升高。其次，橡膠板有一定硬度，當(dāng)其與臺(tái)車(chē)梁底部或塊料發(fā)生擠壓時(shí)，易發(fā)生折斷，從而導(dǎo)致漏風(fēng)。

2）欄板漏風(fēng)。環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)欄板多采用Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，通過(guò)螺栓緊固在臺(tái)車(chē)體上。Q235 耐溫在350 ℃以下，環(huán)冷機(jī)工作環(huán)境惡劣，其進(jìn)料口燒結(jié)礦料溫高達(dá)800 ℃左右，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，臺(tái)車(chē)欄板會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，欄板與欄板之間、欄板與臺(tái)車(chē)之間都會(huì)形成縫隙，造成漏風(fēng)。

3）橫梁漏風(fēng)。卸礦后在臺(tái)車(chē)復(fù)位過(guò)程中，由于關(guān)節(jié)軸承存在一定軸向間隙，導(dǎo)致臺(tái)車(chē)體與三角梁端面的密封膠板接觸不良，造成三角梁處漏風(fēng)。

4）煙罩漏風(fēng)。為防止運(yùn)動(dòng)的臺(tái)車(chē)欄板碰撞煙罩，欄板與煙罩之間留有一定的間隙。從環(huán)冷機(jī)環(huán)形截面來(lái)看，煙罩邊沿距燒結(jié)礦也有一定的距離，當(dāng)余熱系統(tǒng)的引風(fēng)機(jī)通過(guò)煙罩抽取燒結(jié)礦的熱量時(shí)，冷風(fēng)就會(huì)從間隙進(jìn)入，影響煙氣溫度，降低發(fā)電量。

2.2 環(huán)冷機(jī)易發(fā)故障點(diǎn)分析

1）傳動(dòng)裝置（摩擦傳動(dòng)）故障。環(huán)冷機(jī)的傳動(dòng)，多采用主、被動(dòng)摩擦輪夾緊連接在回轉(zhuǎn)框架上的磨擦板，通過(guò)摩擦力使摩擦板帶動(dòng)回轉(zhuǎn)框架轉(zhuǎn)動(dòng)，上側(cè)為被動(dòng)摩擦輪，在它的側(cè)面設(shè)置夾緊裝置用于調(diào)整摩擦輪與摩擦板之間的夾緊力，使摩擦輪與摩擦板之間得到適當(dāng)?shù)哪Σ亮Α－h(huán)冷機(jī)全為露天布置，雨雪天氣時(shí)，水油混合物附著在摩擦板上，加之使用年限增長(zhǎng)后，摩擦板、摩擦輪表面粗糙度變小，摩擦輪與摩擦板之間摩擦力不夠（壓力不夠），此時(shí)易發(fā)生打滑事故［2］。處理時(shí)需增大摩擦輪側(cè)夾緊裝置內(nèi)碟形碟簧的壓入量以增加壓力（通常需要液力千斤頂）；如果沒(méi)有工具，也可在摩擦輪上加焊疤（增大輪徑）來(lái)增加壓力，處理故障時(shí)間不低于2 h。

2）臺(tái)車(chē)輪故障。環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)與框架三角梁通過(guò)關(guān)節(jié)軸承連接，由于關(guān)節(jié)軸承存在軸向間隙，加上環(huán)冷機(jī)跑偏其框架的運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡并非純圓，會(huì)使臺(tái)車(chē)車(chē)輪軸承在運(yùn)行時(shí)受到一定的軸向力，此軸向力超出軸承的受力范圍后，就會(huì)導(dǎo)致軸承損壞，此種現(xiàn)象在設(shè)備運(yùn)行后期尤其明顯，導(dǎo)致故障率居高不下、維護(hù)成本增加。再者，臺(tái)車(chē)輪軸承鎖緊螺母的止退墊強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致鎖緊螺母松動(dòng)，軸承位移，車(chē)輪脫落［3］。臺(tái)車(chē)車(chē)輪出現(xiàn)故障后，臺(tái)車(chē)很容易在卸礦曲軌處卡住或脫軌，此類(lèi)故障處理十分困難。

3）支撐輥輪故障。在環(huán)冷機(jī)卸礦段，回轉(zhuǎn)框架為懸空狀態(tài)。為增加回轉(zhuǎn)框架的支撐強(qiáng)度，一般都在卸礦槽罩內(nèi)設(shè)計(jì)4或5個(gè)支撐輥輪，用以支撐回轉(zhuǎn)框架。卸礦槽罩內(nèi)有大量粉塵，致使支撐輥輪運(yùn)行環(huán)境極其惡劣，無(wú)法點(diǎn)檢維護(hù)。另外輥輪軸承主要通過(guò)輥輪軸上的加油孔加注油脂潤(rùn)滑，在兩次加油間隙，加油孔內(nèi)的油脂容易干燥堵塞油孔，導(dǎo)致軸承得不到潤(rùn)滑而損壞。軸承損壞后卡死輥輪，或使輥輪脫落后卡在卸礦槽出料口導(dǎo)致環(huán)冷故障停機(jī)［4］。

4）卸礦曲軌故障。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，導(dǎo)致卸礦曲軌變形。曲軌易出現(xiàn)內(nèi)、外側(cè)軌道外張現(xiàn)象，當(dāng)外張到一定程度，易發(fā)生臺(tái)車(chē)掉道事故。處理時(shí)，需借助吊索具將掉道臺(tái)車(chē)抬起，依靠外力使臺(tái)車(chē)復(fù)位，該種類(lèi)型故障單次處理時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)正常生產(chǎn)影響較大。

3 改進(jìn)措施

3.1 環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)框架的支撐方式改進(jìn)

傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)的臺(tái)車(chē)在回轉(zhuǎn)框架底部，整個(gè)回轉(zhuǎn)框架是靠臺(tái)車(chē)支撐，臺(tái)車(chē)車(chē)輪與臺(tái)車(chē)體通過(guò)軸、軸承進(jìn)行連接。在卸礦區(qū)臺(tái)車(chē)需要卸礦，就會(huì)與框架呈一定角度張開(kāi)，卸完礦料后又與框架接觸，這是造成密封困難、漏風(fēng)嚴(yán)重的根本原因。此次改進(jìn)時(shí)，環(huán)冷機(jī)臺(tái)車(chē)通過(guò)軸固定在回轉(zhuǎn)框架上，隨框架同步運(yùn)轉(zhuǎn)。環(huán)冷機(jī)內(nèi)外兩側(cè)各設(shè)計(jì)一排固定的立式支撐輥，用以支撐整個(gè)回轉(zhuǎn)框架（見(jiàn)圖1）。臺(tái)車(chē)的功能只有儲(chǔ)礦、卸礦，不參與支撐框架，給密封留出了足夠的空間。萊鋼580 m2環(huán)冷機(jī)采用的是彈性滑板密封，該套密封由下部密封滑板、彈性密封及密封支架3部分組成。密封支架為一槽形板，垂直焊接在風(fēng)箱上沿，彈性密封安裝在其上部。下部密封滑板置于彈性密封和環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)框架的密封面之間。彈性密封里裝有彈簧，具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，運(yùn)行過(guò)程中，其與下部密封滑板一直保持貼合的狀態(tài)（見(jiàn)圖2），做到可靠密封。同時(shí)密封滑板使用自潤(rùn)滑材料，使用壽命長(zhǎng)。

圖1 環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)框架

圖2 彈性滑板密封

3.2 臺(tái)車(chē)欄板漏風(fēng)治理

臺(tái)車(chē)欄板依舊采用Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì)，但欄板內(nèi)側(cè)全部安裝有耐高溫預(yù)制塊，預(yù)制塊安裝時(shí)確保預(yù)制塊接縫處與兩塊相鄰臺(tái)車(chē)欄板接縫處錯(cuò)開(kāi)，有效避免了漏風(fēng)。預(yù)制塊與臺(tái)車(chē)欄板之間，還襯有一層耐高溫硅酸鋁纖維毯，絕熱保溫性能好，能防止臺(tái)車(chē)欄板熱變形，有效提高了臺(tái)車(chē)欄板使用壽命，杜絕了臺(tái)車(chē)欄板漏風(fēng)，其性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 預(yù)制塊性能參數(shù)

3.3 上部煙罩密封改進(jìn)

煙罩密封采用水密封。水密封裝置本體結(jié)構(gòu)為兩個(gè)環(huán)型水槽，分別安裝在環(huán)冷機(jī)內(nèi)、外臺(tái)車(chē)欄板上方的臺(tái)車(chē)兩側(cè)壁板及三角梁上。水槽內(nèi)裝水，上部煙罩底部的密封板直接插入水槽內(nèi)，形成水密封（見(jiàn)圖3）。

生產(chǎn)過(guò)程中，水密封環(huán)型水槽隨臺(tái)車(chē)欄板、回轉(zhuǎn)框架做圓周運(yùn)動(dòng)，煙罩底部密封板靜止不動(dòng)，消除了以往的煙罩漏風(fēng)點(diǎn)，避免了大量的熱氣與灰塵從煙罩兩側(cè)吹出，即能保護(hù)傳動(dòng)裝置，又能提高環(huán)冷機(jī)周?chē)沫h(huán)境質(zhì)量，降低崗位人員的清掃工作量。

3.4 傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)

將摩擦傳動(dòng)改為銷(xiāo)齒傳動(dòng)。銷(xiāo)齒傳動(dòng)作為定軸齒輪傳動(dòng)的一種特殊形式，適用于低速、重載的機(jī)械傳動(dòng)和粉塵較多、工況惡劣的場(chǎng)合。其中，具有圓柱銷(xiāo)齒的大輪為銷(xiāo)輪，另一個(gè)小輪為齒輪［5］。銷(xiāo)輪的輪齒是圓柱銷(xiāo)，與一般齒輪相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、造價(jià)低、拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)。在580 m2環(huán)冷機(jī)中，銷(xiāo)輪固定在回轉(zhuǎn)框架上，當(dāng)電機(jī)、硬齒面減速機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪時(shí)，通過(guò)齒輪輪齒與銷(xiāo)輪的圓柱銷(xiāo)嚙合，從而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)框架做圓周運(yùn)動(dòng)。銷(xiāo)齒傳動(dòng)中，兩輪傳動(dòng)為定比傳動(dòng)，而且3 套傳動(dòng)裝置由電氣連鎖控制，因此整個(gè)環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)框架運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且圓柱銷(xiāo)使用壽命長(zhǎng)，可在線(xiàn)檢修更換，便于維護(hù)。

圖3 煙罩水密封示意圖

3.5 新型臺(tái)車(chē)改進(jìn)

取消臺(tái)車(chē)車(chē)輪、卸礦曲軌及卸礦槽內(nèi)支撐輥輪，消除故障點(diǎn)。環(huán)冷機(jī)扇形臺(tái)車(chē)鑄造整體加工，非以往的鉚焊結(jié)構(gòu)，能有效保證臺(tái)車(chē)內(nèi)外圈弧面與回轉(zhuǎn)體內(nèi)外圈間隙緊湊。臺(tái)車(chē)由臺(tái)車(chē)車(chē)體、臺(tái)車(chē)軸和搖臂組成，臺(tái)車(chē)車(chē)體通過(guò)軸安裝在回轉(zhuǎn)框架底部，臺(tái)車(chē)軸隱藏在三角梁底部一圓弧面結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹槽內(nèi)，減少了卸礦時(shí)物料的磨損和漏料造成的堵塞，降低了臺(tái)車(chē)受損率，延長(zhǎng)了其使用壽命。臺(tái)車(chē)卸礦后，復(fù)位時(shí)采用雙復(fù)位輪，前低后高，保證臺(tái)車(chē)復(fù)位平穩(wěn)可靠，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

4 應(yīng)用效果

實(shí)踐證明，高效節(jié)能密封的580 m2環(huán)冷機(jī)投產(chǎn)使用后，密封效果好，漏風(fēng)率低，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，有效解決了現(xiàn)場(chǎng)的漏風(fēng)、粉塵、熱污染等問(wèn)題，減少了設(shè)備維護(hù)量。傳統(tǒng)老式環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率在30%～40%，該環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率保持在5%左右，同等冷卻效果下，可以減少1 臺(tái)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)噸礦發(fā)電量在24 kW·h 左右，與其他鋼廠(chǎng)噸礦發(fā)電量22 kW·h相比，節(jié)能效果顯著。