王寶中，薛全會(huì)，張良，孫麗媛
(華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北唐山063009)
摘要: 分析燒結(jié)機(jī)首尾密封裝置普遍存在的缺陷，找出首尾堵漏風(fēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。提出一種新型燒結(jié)機(jī)首尾密封裝置的設(shè)計(jì)方法，并詳細(xì)介紹新裝置的優(yōu)點(diǎn)。最后說(shuō)明新裝置自動(dòng)化設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞: 燒結(jié)機(jī)； 首尾密封； 自動(dòng)化
煉鐵燒結(jié)機(jī)是冶金行業(yè)在進(jìn)行鐵礦石造塊時(shí)所使用的主要設(shè)備之一。一般來(lái)說(shuō)，大部分鐵礦粉是不能直接加入到高爐進(jìn)行冶煉的，而是經(jīng)過(guò)造塊處理，將精礦粉、富礦粉、焦炭或煤粉以及各種添加劑按照一定比例配合，燒結(jié)成含鐵量較高的燒結(jié)礦之后才能進(jìn)行冶煉，因此燒結(jié)礦決定著冶鐵生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量。燒結(jié)生產(chǎn)主要是依靠位于臺(tái)車下方的風(fēng)箱提供負(fù)壓作用，使已經(jīng)被點(diǎn)火燒結(jié)的礦料向下滲火，引燃下部料層，達(dá)到完全燒結(jié)的效果［1］。但是由于臺(tái)車與風(fēng)箱之間、臺(tái)車與臺(tái)車之間存在著很多的空隙，致使外部空氣從這些空隙進(jìn)入到風(fēng)箱內(nèi)，從而使得燒結(jié)礦料所需要的負(fù)壓達(dá)不到理想水平，這樣就會(huì)出現(xiàn)諸如燒結(jié)礦料燒不透徹、燒結(jié)礦品質(zhì)不佳等現(xiàn)象。若想改變這種狀況的出現(xiàn)，就要采取延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間或者增加風(fēng)箱負(fù)壓等措施，不僅影響生產(chǎn)效率，還會(huì)增加不必要的成本。有數(shù)據(jù)顯示: 國(guó)外燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率一般在30%左右，甚至更低，而國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率較大部分處在50%～ 70%之間，這其中首尾端部漏風(fēng)率占到總漏風(fēng)率的90%以上［2］。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)燒結(jié)礦的生產(chǎn)會(huì)比國(guó)外多出很多不必要的花費(fèi)，因此對(duì)首尾密封進(jìn)行研究顯得尤為重要。
1 現(xiàn)有首尾密封裝置缺陷
中國(guó)鋼鐵行業(yè)起步較晚，相應(yīng)地?zé)Y(jié)機(jī)堵漏風(fēng)技術(shù)也與國(guó)外有著不小的差距。國(guó)內(nèi)所引進(jìn)的第一代燒結(jié)機(jī)首尾密封裝置是前蘇聯(lián)在20 世紀(jì)50 年代所生產(chǎn)的彈簧盒子式首尾密封裝置，這種密封裝置是靠幾個(gè)并排的彈簧上托密封板［3］，同時(shí)密封板與密封裝置箱體之間形成迷宮式密封。目前國(guó)內(nèi)所使用的密封裝置大多跟第一代密封裝置相似，基本都是靠彈簧力，或者重物的重力下壓連桿機(jī)構(gòu)來(lái)上舉密封板，使其與臺(tái)車底部接近，同時(shí)結(jié)合裝置體本身［4］來(lái)阻止空氣進(jìn)入到風(fēng)箱。密封裝置所使用的密封板大多為柔性密封板，有的也會(huì)使用一些鐵磁性材料作為密封板來(lái)吸附一些散落的礦料［5］。這些密封裝置在使用中都會(huì)出現(xiàn)以下兩種主要問(wèn)題:
(1) 彈簧或重物失效。燒結(jié)機(jī)密封裝置在使用過(guò)程中會(huì)受到臺(tái)車所散發(fā)出來(lái)的熱的影響，彈簧在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)失去彈性; 重物以及連桿機(jī)構(gòu)也會(huì)受到散落的礦料的影響而卡死，從而影響使用。
(2) 密封板損壞。密封裝置要想起到良好的密封效果，必須使裝置與臺(tái)車底部緊密接觸，這種情況下臺(tái)車底梁與密封板之間會(huì)有相對(duì)滑動(dòng)，造成密封板表面磨損。有時(shí)密封板表面會(huì)有燒結(jié)后散落的礦料，這樣會(huì)加劇板面的磨損，維修周期變短，密封效果下降。有的密封裝置會(huì)在密封板面加一層磁性材料，以吸附散落的燒結(jié)礦料，但是磁性材料在高溫下容易失效，效果也不是很理想。
由于上述問(wèn)題的存在，大部分密封裝置在安裝時(shí)均會(huì)預(yù)留出幾毫米的距離，這樣就會(huì)降低密封效果，而且如果臺(tái)車底梁因受熱而發(fā)生變形的話還是會(huì)與密封板面發(fā)生接觸并摩擦，變形較大的話會(huì)直接沖毀密封裝置，由此可見(jiàn)在設(shè)計(jì)新型密封裝置時(shí)，首先要解決以上問(wèn)題。
2 新型密封裝置的設(shè)計(jì)
燒結(jié)機(jī)密封分為兩種: 一種為靜密封，像風(fēng)箱與風(fēng)道之間的密封、風(fēng)道管網(wǎng)之間的密封等，所需密封的兩裝置之間相對(duì)靜止; 另一種是動(dòng)密封，例如臺(tái)車與風(fēng)箱之間的滑道密封、燒結(jié)機(jī)首尾密封等，所需密封兩裝置之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于靜密封來(lái)說(shuō)，密封方法相對(duì)簡(jiǎn)單，只需定期對(duì)密封件進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)就可以達(dá)到良好的密封效果。但是對(duì)于動(dòng)密封來(lái)說(shuō)，首先要解決的就是摩擦對(duì)密封裝置的磨損，其次就要考慮高溫對(duì)裝置的影響，再者就是考慮臺(tái)車變形對(duì)密封裝置的影響?；烂芊獾脑捒杀萌霛?rùn)滑油降低摩擦，但是對(duì)于首尾密封來(lái)說(shuō)則完全行不通。首尾密封裝置安裝時(shí)與臺(tái)車底部距離太近的話摩擦力就會(huì)增大，還要承受被沖毀的風(fēng)險(xiǎn)，太遠(yuǎn)的話則密封效果不明顯。
新型密封裝置采用圓滾式設(shè)計(jì)，裝置上方為6 個(gè)密封滾子，按照兩兩橫向并排為一組，共3 組，每組密封滾子橫跨長(zhǎng)度與風(fēng)箱寬度一致，密封滾子上覆蓋一層彈性耐高溫材料。裝置下方則為驅(qū)動(dòng)滾筒、伸縮輪等，中間部位是由液壓缸組成支撐架，液壓缸直接支撐密封滾子，安裝在底架上。裝置整體由陶瓷纖維材質(zhì)的密封帶包裹，起到主要密封作用。
新裝置工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)密封帶轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓缸頂起密封滾子與臺(tái)車底部緊密接觸，這樣就可以保證密封裝置相對(duì)于臺(tái)車底部隨動(dòng)，這也是新裝置設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)。與此同時(shí)，當(dāng)臺(tái)車底梁與密封滾子分離時(shí)，液壓缸仍然可以上頂密封滾，直至接觸到臺(tái)車篦條為止，此時(shí)密封帶與臺(tái)車之間形成一種迷宮式密封，密封滾子與臺(tái)車底部位置變化關(guān)系如圖1 所示。
3 新裝置自動(dòng)化設(shè)計(jì)
新裝置除了能夠?qū)崿F(xiàn)與燒結(jié)臺(tái)車隨動(dòng)外還將自動(dòng)化設(shè)計(jì)融入到密封裝置之中，這也是新密封裝置設(shè)計(jì)的另一大特點(diǎn)。新型密封裝置的自動(dòng)化設(shè)計(jì)分為兩部分:
一部分是同步設(shè)計(jì)。主要是利用PLC 進(jìn)行編程，控制驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)密封帶的轉(zhuǎn)速與臺(tái)車的運(yùn)行速度保持一致，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)密封裝置與臺(tái)車之間的同步，兩者之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，極大地降低了摩擦力;與此同時(shí)，密封帶也可以及時(shí)地將散落在表面的礦料排出。同步自動(dòng)化設(shè)計(jì)方框圖如圖2 所示，其中SV、EV 和PV 分別表示設(shè)定值、經(jīng)過(guò)值和當(dāng)前值。
另一部分是液壓缸的控制設(shè)計(jì)。該部分設(shè)計(jì)主要是針對(duì)安裝在密封滾子上的壓力傳感器所反饋的密封滾子與臺(tái)車底梁之間的壓力信號(hào)，使PLC 處理器根據(jù)所編程序進(jìn)行信號(hào)的處理，然后控制液壓缸升降。每個(gè)密封裝置都有最基本的6 個(gè)液壓缸，這些液壓缸由1 個(gè)泵通過(guò)電磁換向閥控制升降，如圖3 所示。
當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)不到設(shè)定水平時(shí)，液壓缸上頂密封滾子，始終保證密封滾子與臺(tái)車底的接觸壓力在設(shè)定范圍之內(nèi); 當(dāng)壓力信號(hào)突然增加或者超出設(shè)定值很多時(shí)，液壓缸快速泄壓，并使處理器對(duì)信號(hào)源作出標(biāo)記。液壓缸體安裝溫度傳感器，通過(guò)溫度信號(hào)的變化來(lái)控制冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行。整體程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。
液壓缸的控制設(shè)計(jì)能夠保證密封裝置時(shí)刻與臺(tái)車緊密接觸，確保達(dá)到良好的密封效果。通過(guò)對(duì)壓力信號(hào)變化的分析，還能夠了解臺(tái)車底梁的變形情況，以便臺(tái)車檢修時(shí)能有更好的針對(duì)性。
4 結(jié)束語(yǔ)
新型燒結(jié)機(jī)首尾密封裝置不同于以往裝置之處在于它采用的是帶式設(shè)計(jì)，裝置自身是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體，在與臺(tái)車這一運(yùn)動(dòng)體相接觸時(shí)就會(huì)極大地降低摩擦，同時(shí)也可以接觸得更加緊密，自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)也會(huì)使裝置自身能夠?qū)ε_(tái)車底部復(fù)雜狀況作出調(diào)整，為燒結(jié)行業(yè)堵漏風(fēng)的研究提供了參考。
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