燒結(jié)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片裂紋修復(fù)的研究與應(yīng)用

高志強(qiáng)，劉 帥，馮 帆，張進(jìn)坤

（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2#500 m2新型燒結(jié)環(huán)冷機(jī)于2019 年3 月投入生產(chǎn)，承擔(dān)著2#5100 m3高爐的燒結(jié)礦供應(yīng)任務(wù)，設(shè)備每年可生產(chǎn)558.6 萬(wàn)噸冷燒結(jié)礦。該燒結(jié)環(huán)冷機(jī)創(chuàng)新采用水密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體與外框架之間的動(dòng)密封，解決了鼓風(fēng)機(jī)鼓入的冷卻風(fēng)易泄漏和燒結(jié)礦粉塵易外泄的問(wèn)題，最大限度發(fā)揮鼓風(fēng)機(jī)對(duì)熱燒結(jié)礦的目標(biāo)冷卻效果，從而滿足高爐對(duì)于高質(zhì)量燒結(jié)礦的生產(chǎn)需求（圖1）。

圖1 環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)

1 環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)的工作原理

環(huán)冷機(jī)通過(guò)給料溜槽將燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的熱燒結(jié)礦均勻布在回轉(zhuǎn)體的臺(tái)車上，臺(tái)車在傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下繞回轉(zhuǎn)中心隨回轉(zhuǎn)體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)在其下部由鼓風(fēng)機(jī)鼓入冷卻風(fēng)，與燒結(jié)礦充分熱交換后將熱燒結(jié)礦攜帶的熱量帶走，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燒結(jié)礦循環(huán)冷卻的工藝目的。

環(huán)冷機(jī)整體采用6 臺(tái)雙吸雙支撐式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻作業(yè)（型號(hào)為VZ73V-2240F/F02），鼓風(fēng)機(jī)沿環(huán)冷機(jī)外圈呈均勻分布。鼓風(fēng)機(jī)由南通大通寶富風(fēng)機(jī)有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、制造，由山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司負(fù)責(zé)安裝。鼓風(fēng)機(jī)由風(fēng)機(jī)本體、進(jìn)出口補(bǔ)償器、傳動(dòng)裝置、電機(jī)、電控系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)等組成，風(fēng)機(jī)葉片采用機(jī)翼形結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)備可通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)門+變頻調(diào)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)風(fēng)量的大小，最高每小時(shí)可輸出風(fēng)量為500 000 m3/h（圖2）。

圖2 環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)軸承座分布示意

2 環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)的工作現(xiàn)狀

自環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)投入生產(chǎn)以來(lái)，設(shè)備整體運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)熱燒結(jié)礦冷卻效果良好，基本達(dá)到了目標(biāo)冷卻設(shè)計(jì)要求，點(diǎn)檢人員從日常動(dòng)態(tài)保養(yǎng)以及定期設(shè)備停機(jī)靜態(tài)檢修兩方面切實(shí)保障設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在2020 年12 月，設(shè)備實(shí)時(shí)振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到4#鼓風(fēng)機(jī)的5#、7#軸承出現(xiàn)異常振動(dòng)，水平振動(dòng)速度約為7.8 mm/s和7.2 mm/s（該風(fēng)機(jī)軸承的最大允許振動(dòng)速度均方根值小于4.6 mm/s），考慮到環(huán)冷機(jī)正在生產(chǎn)作業(yè)，點(diǎn)檢人員無(wú)法由觀察孔進(jìn)入風(fēng)機(jī)咽道內(nèi)進(jìn)行檢查、處理且設(shè)備計(jì)劃停機(jī)檢修日期臨近，作業(yè)區(qū)決定關(guān)閉該環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)，暫時(shí)由其他5 臺(tái)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)冷卻作業(yè)，于12 月25 日設(shè)備停機(jī)檢修期間進(jìn)行處理。停機(jī)檢修期間，點(diǎn)檢人員發(fā)現(xiàn)4#環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)沿葉片半徑方向出現(xiàn)裂紋（圖3）。

圖3 受損葉片

考慮到廠內(nèi)當(dāng)前無(wú)該型號(hào)的葉片備件，聯(lián)系廠家制作同型號(hào)的葉片到安裝完成最快需要6個(gè)月且生產(chǎn)任務(wù)重，為了在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，滿足高爐對(duì)燒結(jié)礦的正常生產(chǎn)作業(yè)需求。經(jīng)綜合考慮，決定采用焊接法對(duì)受損葉片進(jìn)行搶救性修復(fù)。

3 環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)葉片裂痕修復(fù)過(guò)程

（1）清理和檢測(cè)葉片。在修復(fù)前，先用清洗劑清除葉片附著的積灰，并用滲透劑對(duì)葉片進(jìn)行探傷以確定裂縫的長(zhǎng)度、走向和數(shù)量，檢測(cè)表明風(fēng)機(jī)葉片無(wú)其他損傷。

（2）打磨葉片裂縫。為方便后續(xù)焊接，提高焊接強(qiáng)度，采用手持式電動(dòng)砂輪機(jī)沿裂縫方向進(jìn)行打磨，直至打磨露出葉片本體金屬光澤（圖4）。

圖4 裂縫打磨

（3）焊接葉片裂縫。選用KB450 耐磨焊絲對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的損傷部位沿葉片喇叭口方向依次焊補(bǔ)（圖5），并及時(shí)進(jìn)行錘擊，以消除焊接應(yīng)力，避免葉片變形，確保焊縫處無(wú)氣孔、裂紋等焊接缺陷。

圖5 葉片焊補(bǔ)

（4）新上葉片襯板。考慮到環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)工況惡劣，且葉片裂縫面積大，為提高葉片裂縫處的連接強(qiáng)度，增加設(shè)備的強(qiáng)度裕量，特選取高強(qiáng)度的耐磨襯板通過(guò)螺栓連接和焊接的方式置于裂縫兩側(cè)，耐磨襯板及焊接成型圖分別如圖6 和圖7 所示。

圖6 耐磨襯板

圖7 增加葉片襯板

（5）二次打磨。焊后完成后，用手持式電動(dòng)砂輪機(jī)對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行二次打磨，將焊接區(qū)域打磨直至表面平整，確保無(wú)任何焊接缺陷。

（6）葉片動(dòng)平衡測(cè)試，主要依據(jù)為平衡原理。

4 葉片動(dòng)平衡測(cè)試

葉片動(dòng)平衡測(cè)試主要分為4 個(gè)

（1）平衡原理：對(duì)于修復(fù)后的葉片，由于增加了焊條和襯板，改變了葉片原有的質(zhì)量分布，導(dǎo)致葉片產(chǎn)生一個(gè)不平衡的集中質(zhì)量，在工作轉(zhuǎn)速下，不平衡質(zhì)量將引起葉片產(chǎn)生一個(gè)不平衡的振動(dòng)矢量（其振幅和相位為一個(gè)定值），當(dāng)增加試重后與原有的重量在相同的轉(zhuǎn)速下，葉片將產(chǎn)生一個(gè)新的振動(dòng)矢量，則平衡掉振動(dòng)矢量，需再次增加的配重為：

具體計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)圖8。

圖8 確定校正質(zhì)量

（2）選用北京盛智振通振動(dòng)測(cè)試儀BSZ600A 為振動(dòng)分析系統(tǒng)，選取速度傳感器對(duì)5#、7#兩處的軸承座進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，選取激光位移傳感器測(cè)量葉片的不平衡相位（圖9）。

圖9 振動(dòng)分析系統(tǒng)

（3）經(jīng)計(jì)算，新上耐磨襯板、螺栓以及焊條的質(zhì)量約為3566 g，考慮到在風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速下，直接采用測(cè)振儀測(cè)量5#、7#兩點(diǎn)軸承的振動(dòng)數(shù)據(jù)存在安全隱患，為此首先在葉片焊接處的180°對(duì)稱位置先預(yù)焊接一個(gè)質(zhì)量為3500 g 的耐磨平衡配重（圖10）。

圖10 平衡配重

（4）經(jīng)測(cè)試，大修后的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)一次成功（圖11）。測(cè)試結(jié)果如圖12所示：5#、7#兩點(diǎn)的水平軸承振動(dòng)速度分別為0.82 mm/s、0.85 mm/s，垂直軸承振動(dòng)速度分別為0.95 mm/s、0.97 mm/s，均小于該風(fēng)機(jī)軸承的最大允許振動(dòng)速度均方根值（最大為4.6 mm/s）；且現(xiàn)場(chǎng)對(duì)兩軸承座實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的西馬力實(shí)時(shí)振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)得的5#、7#兩點(diǎn)的實(shí)時(shí)水平振動(dòng)速度值分別為0.85 mm/s 和0.86 mm/s。數(shù)據(jù)同樣表明，該風(fēng)機(jī)的軸系振動(dòng)達(dá)到優(yōu)秀水平，不需要進(jìn)行二次增加配重來(lái)修正葉片不平衡質(zhì)量。

圖11 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

圖12 5#、7#點(diǎn)水平振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

5 修復(fù)成果

此次4 環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)葉片搶救性修復(fù)，實(shí)際工期歷時(shí)24 h，刷新了我國(guó)同類別風(fēng)機(jī)葉片的修復(fù)紀(jì)錄，環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)葉片裂紋的成功修復(fù)，消除了設(shè)備的重大安全隱患，為機(jī)組可靠、平穩(wěn)運(yùn)行提供了必要的保證。且經(jīng)修復(fù)后的環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)為公司節(jié)約了近30 萬(wàn)元的備件采購(gòu)費(fèi)用，滿足了公司對(duì)設(shè)備管理降本增效的相關(guān)要求；同時(shí)該環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)的高效、高質(zhì)量的修復(fù)，滿足了高爐對(duì)冷燒結(jié)礦的生產(chǎn)需求，確保2#高爐平穩(wěn)生產(chǎn)，保障日照有限公司整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)鏈的順利進(jìn)行，具有重要意義。