倪樹奇¹ ，李軼楠²

( 1. 凌源鋼鐵股份有限公司，遼寧 朝陽 122500;

2. 中冶北方 ( 大連) 工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600)

摘 要: 結(jié)合凌源鋼鐵股份有限公司第二煉鐵廠 1#燒結(jié)機 280m² 環(huán)冷機的升級改造情況，闡述了新型多功能高效燒結(jié)環(huán)冷機的技術(shù)和結(jié)構(gòu)特點，說明了該新型燒結(jié)環(huán)冷機技術(shù)在改造工程中有著良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞: 燒結(jié)環(huán)冷機; 升級改造; 結(jié)構(gòu)特點

0 引言

凌源鋼鐵股份有限公司第二煉鐵廠 1#燒結(jié)機 280 m² 環(huán)冷機已運行多年，存在臺車跑偏、設(shè)備老化、密封破損等諸多問題，導致設(shè)備漏風率高、散料外泄嚴重、燒結(jié)礦冷卻效果差、余熱利用率低。為解決上述問題，同時積極響應(yīng)國家對于鋼鐵行業(yè)綠色、低碳、智能化的發(fā)展要求，煉鐵廠在 2022 年對該環(huán)冷機進行了升級改造，采用了近年來得到廣泛推廣和應(yīng)用的新型多功能高效燒結(jié)環(huán)冷機技術(shù)。

1 技術(shù)簡介

多功能高效燒結(jié)環(huán)冷機具有高效冷卻、高效余熱利用、低漏風率、運行節(jié)電、可靠性高、 自動化程度高等特點。此次環(huán)冷機升級改造本著高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、實用、環(huán)保的設(shè)計理念，采用先進實用、成熟可靠、節(jié)能環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的工藝技術(shù)和設(shè)備，裝備技術(shù)水平高。此外，在環(huán)冷機參數(shù)選擇及尺寸設(shè)計上，充分考慮了對于后續(xù)余熱深度利用和環(huán)冷機煙氣凈化排放工程的適用性，同時采用節(jié)能、清潔生產(chǎn)技術(shù)，合理利用能源，改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率。

在自動化控制方面，對環(huán)冷機設(shè)備進行智能化升級，可實現(xiàn)無人值守。通過儀表檢測各密封位置水位，實現(xiàn)高低水位報警，自動補水; 各類閥門均采用電動或氣動，實現(xiàn)主控室或機旁控制，無需操作人員手動開閉; 使用多個熱電偶及相應(yīng)的溫度檢測模塊，實時監(jiān)控環(huán)冷機溫度場，改善原有環(huán)冷機只能根據(jù)排礦溫度來調(diào)整運行參數(shù)的檢測滯后狀況，且溫度場數(shù)據(jù)也能為后續(xù)環(huán)冷煙氣零排放工程提供調(diào)試、運行依據(jù); 設(shè)備的關(guān)鍵部位如卸料處安全裝置、未卸料檢測裝置、傳動裝置等處均設(shè)置檢測開關(guān)，在檢測到故障時停機，并與系統(tǒng)實現(xiàn)連鎖; 同時，設(shè)置高清工業(yè)攝像頭，主動大屏顯示，實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)。

2 升級改造內(nèi)容

改造前的 1#燒結(jié)機環(huán)冷機處理量 630 ～ 650 t /h，給料溫度 650 ～ 800 ℃，環(huán)冷機中徑 33 m，臺車數(shù)量 66 臺，臺車寬度 3. 5 m，欄板高度 1. 6m，料層厚度 1. 5 m，有效冷卻面積 280 m² ，給料溫度 650 ～ 800 ℃，運行一周約 60 min。該環(huán)冷機于 2017 年末燒結(jié)機大修后，2018 年 1 月重新投入使用。

改造后的 1#燒結(jié)機環(huán)冷機中徑保持 33 m 不變，臺車數(shù)量 64 臺，臺車寬度 3. 2 m ，欄板高度 1. 6 m，料層厚度 1. 5 m，有效冷卻面積為280 m² ，運行一周的正常冷卻時間約 60 min，傳動形式為 2 套銷齒傳動。

改造設(shè)計主要針對原環(huán)冷機水平軌墊梁以上部分，包括: 傳動裝置、回轉(zhuǎn)體裝配、壓軌裝配、支承輥裝配、側(cè)擋輥、密封裝置、卸料處安全裝置、給礦漏斗、罩子裝配、卸礦處密封罩和內(nèi)外環(huán)走臺等。

3 環(huán)冷機結(jié)構(gòu)特點

3. 1 傳動裝置

環(huán)冷機傳動形式為 2 套新式銷齒傳動。常規(guī)的銷齒傳動形式為電機 － 聯(lián)軸器 － 直交軸減速機 － 開式齒輪 － 齒輪銷輪形式，齒輪與環(huán)冷機機架間為硬連接，齒輪位置固定，無移動及調(diào)整空間。環(huán)冷機回轉(zhuǎn)體直徑尺寸、尤其是銷輪直徑尺寸較大，在制造加工及安裝過程中，尺寸精度會受到影響，產(chǎn)生一定的誤差; 實際生產(chǎn)過程中，由于燒結(jié)礦溫度較高，環(huán)冷機回轉(zhuǎn)體受熱膨脹，且受到周期性的冷 － 熱變化; 設(shè)備經(jīng)過較長時間運行后，回轉(zhuǎn)體由于受力、磨損等因素影響，不可避免的產(chǎn)生形變; 受到以上因素的影響，銷輪會偏離正確嚙合位置。

回轉(zhuǎn)體以環(huán)冷機中心為圓心，做圓周運動，以上不利因素同樣會影響運行軌跡的精度，使回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生偏移。銷輪偏離正確嚙合位置會放大非切向力，加劇回轉(zhuǎn)體偏移。回轉(zhuǎn)體慣性較大，在偏移過程中，會對齒輪產(chǎn)生較大的沖擊，加大齒輪、銷輪間的接觸應(yīng)力及齒輪的彎曲應(yīng)力，長期在非正確嚙合狀態(tài)下運行，會加快齒輪、銷輪的磨損，縮短部件壽命，增加設(shè)備運行成本。齒輪的非彈性固定形式，還會惡化齒輪軸的受力狀態(tài)，軸易發(fā)生疲勞失效; 當回轉(zhuǎn)體銷輪對齒輪的沖擊較大時，會產(chǎn)生較大的瞬時沖擊荷載，可能導致斷軸的故障。原有傳動結(jié)構(gòu)齒輪軸與開始齒輪也為硬連接，齒輪軸受較大沖擊及疲勞載荷，還會影響開式齒輪的傳動精度，產(chǎn)生振動現(xiàn)象，進而導致開式齒輪及減速機出現(xiàn)運行故障，影響正常生產(chǎn)。

改造設(shè)計所采用的傳動形式為電機 － 定扭矩聯(lián)軸器 － 直交軸減速機 － 萬向聯(lián)軸器 － 齒輪銷輪形式。電機與減速機之間設(shè)置定扭矩聯(lián)軸器，根據(jù)電機及負載端實際情況，設(shè)定扭矩限定值。當回轉(zhuǎn)體銷齒傳動、減速機等負載端發(fā)生卡阻等故障，負荷超過限定值時，定扭矩聯(lián)軸器打滑，防止電機過載。減速機與齒輪軸之間采用萬向聯(lián)軸節(jié)連接，齒輪軸軸承座與機架間用多組板簧形式彈性連接，齒輪徑向位置及板簧高度可調(diào)。初始冷態(tài)安裝時，齒輪與銷輪間留一定的熱膨脹量，以抵消熱負荷生產(chǎn)時的回轉(zhuǎn)體膨脹。當銷輪因變形、熱脹等原因偏離冷態(tài)正確嚙合位置時，齒輪隨著銷輪的位置軸向移動，自適應(yīng)的改變嚙合位置，減小了齒輪與銷輪之間的沖擊。同時，由于板簧高度可調(diào)，可根據(jù)實際生產(chǎn)情況，調(diào)整板簧高度及板簧數(shù)量，進而改變齒輪彈性連接的支撐力及齒輪安裝位置，改善齒輪與銷輪之間的受力狀態(tài)。由于在齒輪軸及減速機間安裝了萬向聯(lián)軸器，齒輪軸受力狀態(tài)也得到了改善，同時減輕了齒輪軸受力對減速機輸出軸的影響。

改造后的傳動裝置規(guī)避了原結(jié)構(gòu)的不利影響，并在實際應(yīng)用中取得了良好的運行效果，且齒輪與銷輪磨損情況有較大改善。銷齒傳動結(jié)構(gòu)見圖1。

3. 2 回轉(zhuǎn)體裝配

回轉(zhuǎn)體裝配采用通軸 + 關(guān)節(jié)軸承 + 剖分式軸座 結(jié) 構(gòu)，包 括: 回 轉(zhuǎn) 框 架、臺 車 體、篦 板、欄板和輥臂等，其制造精度高，臺車翻轉(zhuǎn)更加靈活可靠。

回轉(zhuǎn)框架和臺車體均采用焊接結(jié)構(gòu)，剛度大、變形小，臺車采用扇形裝配式結(jié)構(gòu)。臺車篦板采用百葉窗結(jié)構(gòu)，更加有利于透風和排除散料，在保證良好透風效果的同時不堵料; 臺車篦板平整，縫隙均勻; 卸料過程中，受物料沖刷磨損部位采取防磨措施，使臺車本體得到有效保護。

軌道采用起重機鋼軌，同時采用冷彎技術(shù)并采取措施消除內(nèi)應(yīng)力。軌道接口處采用斜口對接并安裝軌道夾板，軌道運行方向后部設(shè)置防竄擋塊，軌道限位處加工止裂孔，兩側(cè)均勻分布焊接防徑向位移擋塊，軌道與回轉(zhuǎn)框之間不加墊。軌道螺栓配扣緊螺母，螺栓安裝方向為自上至下。

優(yōu)化軌道布置，預留跑偏量，環(huán)冷機熱負荷后可自動找正，可有效減少環(huán)冷機的跑偏。

臺車欄板保溫采用不低于 140 mm 厚的硅酸鋁纖維氈進行內(nèi)保溫。欄板內(nèi)部由多個欄板內(nèi)襯拼接而成，起到保護纖維氈以及承載燒結(jié)礦的作用，可有效杜絕漏風漏料。改造后的回轉(zhuǎn)體裝配結(jié)構(gòu)見圖 2。

3. 3 壓軌裝配

壓軌為對應(yīng)改造后的回轉(zhuǎn)體裝配結(jié)構(gòu)而新增加的結(jié)構(gòu)，在環(huán)冷機運行過程中，壓軌工作面與回轉(zhuǎn)體輥臂接觸，輥臂輪與工作面滾動摩擦。因此，壓軌磨工作面采用高強度耐磨鋼， 防止工作面過快磨損。工作面曲線為采用特殊設(shè)計，使臺車可在冷卻段保持水平，在卸料段翻轉(zhuǎn)卸料并復位。

3. 4 支承輥

支承輥同為對應(yīng)改造后的回轉(zhuǎn)體裝配結(jié)構(gòu)而新增加的結(jié)構(gòu)，對回轉(zhuǎn)體裝配起到支承的作用，采用高規(guī)格耐磨鑄鋼材質(zhì)，數(shù)量為 92 個。在機架平面梁上對應(yīng)每處新增支承輥的位置，分別加裝支撐牛腿來進行加固。支承輥在設(shè)計階段已考慮到定位問題，便于日后檢修和更換。 支承輥結(jié)構(gòu)見圖 3。

3. 5 側(cè)擋輥

在環(huán)冷機周向設(shè)置多個側(cè)擋輥，分別安裝在環(huán)冷機上部機架內(nèi)圈立柱的內(nèi)側(cè)，以限制回轉(zhuǎn)體的徑向跑偏。側(cè)擋輥輥輪表面采用淬火熱處理工藝，以增強耐磨性能。側(cè)擋輥下部配有調(diào)整墊片組，用于現(xiàn)場安裝時將輥輪與側(cè)軌水平中心面調(diào)整到同一水平面上。

3. 6 密封裝置

風箱與回轉(zhuǎn)框架之間的密封 ( 下密封) 采用水密封形式。水密封槽內(nèi)側(cè)采用橡膠輔助密封 ( 高溫段氟橡膠，低溫段硅橡膠) ; 在卸礦區(qū)域水槽內(nèi)側(cè)采用可更換耐磨襯板結(jié)構(gòu); 密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化了筋板的外形; 通過數(shù)控下料的橫筋保證水槽圓度，通過豎筋保證垂直度; 在安裝過程中二次找正垂直度并現(xiàn)場矯形，以精確控制運輸和安裝中產(chǎn)生的變形。

上罩與欄板之間的密封 ( 上密封) 采用水密封加防塵不銹鋼刷形式，可有效降低欄板與上罩之間的漏風率，防塵不銹鋼刷可減少粉塵進入水槽。水槽設(shè)有多個膨脹節(jié)，可消除因熱脹冷縮而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形; 在水槽結(jié)構(gòu)中的內(nèi)、外側(cè)板和底板對接處，采用交錯分布焊縫，以防止焊縫變形開裂。

上、下密封水槽均設(shè)有液位計，可實現(xiàn)遠程監(jiān)測和高、低液位自動報警。同時增加自動加水控制閥，可實現(xiàn)遠程控制或根據(jù)水位情況自動控制。同時，還設(shè)有便于觀察位置和檢修處理的平臺。

在排水排污方面，對于容易發(fā)生積灰的端部密封位置，設(shè)有專用沉降箱，便于及時清理積灰，避免由于積灰過多，影響設(shè)備正常運行。

3. 7 卸料處安全裝置

為適應(yīng)改造后的環(huán)冷機回轉(zhuǎn)體裝配結(jié)構(gòu)，新增臺車卸料處的復位裝置與安全裝置。在臺車不能正常翻轉(zhuǎn)時，可實現(xiàn)自動限位報警停機; 同時在卸料處加裝攝像頭，對臺車卸料狀態(tài)進行實時的遠程監(jiān)控。

3. 8 罩子裝配

環(huán)冷機罩子裝配全部采用門型密封罩，一、二段罩子設(shè)有內(nèi)保溫，內(nèi)部固定龜甲網(wǎng)加硅酸鋁纖維氈及耐熱噴涂料; 保持原有高溫段罩子上部接口高度不變，并按改造后環(huán)冷機的集氣趨勢設(shè)計; 所有罩子均改為支撐式結(jié)構(gòu)，高溫段罩子配有支撐橫梁，罩子內(nèi)部采用圓管 ( 不銹鋼材質(zhì)) 支撐，以防止罩子變形塌陷; 在環(huán)冷機 4 個冷卻段的煙罩內(nèi)安裝有熱電偶，觀察煙氣溫度以便控制環(huán)冷機冷卻風機的開度。

在卸礦處設(shè)置未卸料檢測裝置，在環(huán)冷機未完全卸料時，發(fā)出警報并停機，防止由此引起的設(shè)備故障。

4 結(jié)語

通過對凌源鋼鐵股份有限公司第二煉鐵廠 1#燒結(jié)機 280 m² 環(huán)冷機的升級改造，環(huán)冷機設(shè)備整體性能和智能化水平均得到了有效提升，綜合漏風率大幅降低至 5% 以下。在保證正常冷卻能力的前提下，冷卻風機工作耗電量得到有效降低，噸燒結(jié)礦平均發(fā)電量有效增加，現(xiàn)場粉塵顯著減少，操作環(huán)境得到了極大的改善。環(huán)冷機回轉(zhuǎn)體跑偏傾向減少，設(shè)備運行平穩(wěn)，故障率明顯降低。環(huán)冷機設(shè)備改造后的效果明顯，取得了經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的雙重提升。