大型環冷機跑偏原因分析與處理

2010-01-15 13:53:48王國遙

時代農機 2010年11期

王國遙

（寶山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，上海 200941）

1 概述

1.1 燒結礦冷卻方法

燒結礦從燒結機機尾卸下，溫度高達750～850℃。需要通過冷卻、整粒后，送至高爐上料礦槽。環冷機按機械類型主要分為環式冷卻機和帶式冷卻機。環式冷卻機臺車利用率高，與相同處理能力的帶式冷卻機比較，設備重量可以減少四分之一，投資相應減少。環冷機按冷卻型式還可以分鼓風冷卻和吸風冷卻。鼓風冷卻具有較好的穿透性，可以采用高料層布料型式。

1.2 技術參數

冷卻機冷卻面積要根據燒結機的面積來決定，也就是正確地選擇合理的冷燒比、冷卻時間、合理的風量與冷卻風壓力。燒結機有效面積與冷卻機有效面積之比稱為冷燒比。一般抽風冷卻機冷燒比在1.3～1.5之間，鼓風冷卻機在0.9～1.1之間。主要考慮進入冷卻機的燒結礦粒度組成。若小于一定粒度的粉塵多，則選擇較大的冷燒比，反之選擇較小的冷燒比。冷卻燒結礦所用時間是評價冷卻效率的一個重要指標。冷卻時間與塊料粒度、料層厚度以及通過料層的風量等因素有關，即冷卻時間與料塊表面同空氣熱交換速度以塊料中心部至表面熱傳導速度有關。

冷卻時間可采用下列公式計算：

其中：t為冷卻時間，抽風冷卻為25～30min，鼓風冷卻約為60min；u為冷卻1t燒結礦所需風量，m3/t；ρ為燒結礦堆密度，（1.7±0.1）t/m3；h為冷卻機裝料高度（m），鼓風冷卻時，h=（1.4±0.4）m，抽風冷卻時，h=（0.3±0.1）m；v為風速，m/min；A為冷卻機有效冷卻面積，m2；Q為冷卻機的設計生產能力，t/h。

冷卻燒結礦是用連續通過料層的冷風把熱量帶走。風量過小，就需要較長的冷卻時間，這樣會降低冷卻效率。風量過大，又會造成不必要的動力消耗，因風機功率與風量三次方成正比，所以，選擇合適的風量是十分重要的。

1.3 結構組成

鼓風環式冷卻機冷卻臺車由電機、減速機、摩擦輪及摩擦片等組成的驅動裝置驅動。其本體由冷卻臺車和走行軌道、回轉框架、集塵罩及風箱等組成。電機驅動減速機后由輸出軸帶動主動摩擦輪旋轉，主動摩擦輪與被動摩擦輪與摩擦板之間由蝶形彈簧壓縮提供壓力，摩擦板帶動環冷臺車轉動。由于內外擋輪的作用，保證外輪在外圓形軌道上運動。

大型鼓風環式冷卻機在內外側周邊采用了與臺車數量相對應的直線狀H型鋼，內短外長的梯形聯結板，用螺栓連接成正多邊形的回轉框架。臺車由普通鋼材焊接成梯型框架結構，并設計成三點球面支承，前端由銷軸、球面軸承與三角連接梁鉸接連接。臺車后端兩側裝有踏面經高頻淬火的鑄鋼車輪，分別在內、外側環形軌道上行走。

環冷機的驅動裝置都是采用摩擦傳動方式，下側的摩擦輪為驅動用主動輪，上部摩擦輪為從動輪，設有支桿和蝶型彈簧，使從動輪產生適當的壓力，作為摩擦輪與摩擦板之間的夾緊力。此力大小通過彈簧可以調整，以保證摩擦驅動。冷卻機臺架是由普通鋼材用螺栓級裝成的結構件。在環冷機的臺架上設置了對臺車運行起導向作用的內外水平走行軌道支承梁，承受著臺車和回轉框架的重量。在臺架內側的柱子上設置了支承側軌的承受梁。在水平軌與側軌的連接部，留有作為補償熱膨脹的間隙。

2 故障現象

環形冷卻機主要故障為出現跑偏現象，致使環冷機回轉框架與驅動部摩擦輪發生劇烈碰撞，將驅動部摩擦輪軸承擠壓、擠碎，造成燒結機停產，嚴重影響高爐的正常生產。

環冷機出現跑偏后，在內、外側分別出現旋轉框架擠壓內、外擋輪，由于沖擊力大，經常出現內、外擋輪過度磨損或者擋輪損壞導致不可以轉動，滾動摩擦變成滑動摩擦致使環冷機驅動力變大，經常發生驅動輪過負荷，造成停機。尤其是在內圈側輪處發生的頻率更高。再加上內圈溫度高，粉塵量多，也使搶修工作難以順利進行。

3 原因分析

3.1 側輥和側軌磨損

側軌和側軌發生磨損時，由于環冷機臺車在走行過程中側輥和側軌的相對位置發生的變化，影響回轉框架的回轉軌跡，從而造成環冷機跑偏。由于側輥及環形側軌的相對磨損其相互之間間隙增大，環形軌道即失去原設計的對環形臺車的定心作用，導致環冷機臺車的跑偏。

3.2 溫度變化的影響

紅熱的燒結礦從上游設備落到環冷機臺車上，進口與出口相差600～700℃，溫度對整個框架的影響，尤其對1#驅動部影響較大。溫度對框架的影響主要是受熱膨脹，我們可以從下式中計算得出：環冷機臺車在每轉一圈中由于高溫燒結礦的進入，到冷卻后的燒結礦的排出，重復地承受了600～700℃的溫差環境影響。另外固定框架，特別靠近入口與排料口處的環境溫度的不同致使產生變形，從熱膨脹量中我們可以分析：

其中，∑L為受熱后臺車總寬度；△L為受熱后的膨脹量；△T為溫度差，落料口處溫差最大，排料口處溫差最小；L為臺車原始寬度；α為碳鋼膨脹系數，20～200℃時，11.3～13，20～700℃時，14.7～15。

由式（2），則

△L＝1.5×1000×15×10-6×（700-100）=13.5（mm）

∑L=L+△L=3500+13.5=3515.5（mm）

其中，700℃為進礦溫度，100℃為出礦溫度，由于熱膨脹會造成小車框架變形13.5mm，盡管數值不大，但還是有一定的影響。

3.3 驅動部角度偏差的影響

1#、2#驅動部與回轉中心存在角度關系，在安裝正確的情況下，摩擦盤在摩擦輪（驅動部）的作用下以切線運動，不受其它力的作用，但一旦由于驅動部有時因底腳螺栓松動等原因時，會造成設定的安裝角度（6.5°、29°）發生少量偏差。驅動部與摩擦板不定期完全按切向運動，存在角度差（一般小于2°），對此可以進行受力分析：

其中：F為摩擦力；N為正壓力，由兩側彈簧設定，一般為25～30t；μ為摩擦系數，為0.15～0.20。

則：F1=25×103×tg2°×0.15=131.25（kg）

從計算中可得出，驅動部安裝角度偏差造成的徑向力僅為131.25kg，不是造成環冷機的跑偏的最主要原因。

3.4 環冷機回轉框架變形

從測量數據可以得出最大與最小A點為442.5mm，B點為417.2mm，A點與B點差為25.3mm，這地環冷機跑偏會產生較大影響。環冷機內外圈不是呈圓形，而是接近于橢圓形，這也導致了環形冷卻機的跑偏。

3.5 環冷機內外軌道高低不平

檢測結果表明，內軌與外軌最高的垂直差為80mm左右，這樣導致了內外軌道不再是水平的而是由外向內的傾斜，如此更加劇了臺車跑偏故障現象。

4 處理方法

4.1 內側擋輪間隙調整

內側擋輪共計25個，理想狀態是與側軌保持2～3mm的間隙或少部分與側軌接觸。一旦環冷機跑偏，在相應部位出現側擋輪與側軌嚴重擠壓，側擋輪異常損壞。此時在該側擋輪對面二側150～3000mm處加墊（一般加2～6mm），將磨損、損壞側擋輪處撤墊處理（一般減2mm）。框架通過側擋輪墊片調整圓度，從而改善環冷機的跑偏。對驅動部安裝原始數據進行復查，1#驅動部對中心的29°與6.5°兩個角度，在定修中進行校驗。通過調整驅動部框架來實施對角度的定位。

4.2 外側擋輪增加

當環冷機跑偏時，摩擦板先接觸側擋輪，將整個框架向內側擠，從而確保磨損板與驅動輪不接觸，保證環冷機的正常運行。

當摩擦板角度不發生偏移時，環冷機主要隨切向驅動力，在角度偏移20時，可計算出F1，如前述。內外軌道高低臺車中心偏移的力為