提高燒結(jié)機運行可靠性研究與應(yīng)用

呂同軍 李克明 呂明秀

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司 山東萊蕪271104)

提高燒結(jié)機運行可靠性研究與應(yīng)用

呂同軍①李克明 呂明秀

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司 山東萊蕪271104)

通過對燒結(jié)機機頭與機尾密封、布料器、潤滑系統(tǒng)、單輥破碎機和主傳動等系統(tǒng)進行分析、研究和改造，解決了燒結(jié)機漏風(fēng)嚴(yán)重、布料效率低、設(shè)備磨損嚴(yán)重、故障率偏高等影響運行可靠性的問題，降低了設(shè)備故障率和燒結(jié)能耗，減少了設(shè)備維修費用，極大地提高了設(shè)備運行可靠性，提升了燒結(jié)機產(chǎn)量和質(zhì)量，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

燒結(jié)機 密封板 布料器 潤滑系統(tǒng) 篦板 碟形彈簧

1 前言

燒結(jié)機是將混合后含有硫、磷、碳等一系列礦粉的原料進行化學(xué)反應(yīng)，燒結(jié)成含鐵、碳等的燒結(jié)礦，是高爐冶煉的原料。在鋼鐵廠生產(chǎn)過程中，燒結(jié)機是其大型的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，溫度高，其運行可靠性對整個鋼廠的生產(chǎn)效益高低起到至關(guān)重要的作用。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

近些年，隨著各鋼廠產(chǎn)量的提升，燒結(jié)機超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，設(shè)備能力明顯不足，主要技術(shù)性能和運行可靠性下降，突出表現(xiàn)在漏風(fēng)嚴(yán)重、布料效率低、設(shè)備磨損嚴(yán)重等，設(shè)備故障率較高，嚴(yán)重制約了燒結(jié)機的正常運轉(zhuǎn)，造成燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量逐步下降、備件消耗和能耗不斷增加，增加了燒結(jié)機的運行和維修成本。

3 改造方案及實施

通過對燒結(jié)機機頭與機尾密封、布料器、潤滑系統(tǒng)、單輥破碎機和主傳動等系統(tǒng)進行分析、研究和試驗，對燒結(jié)機進行了以下幾項改造，大大提高了其運行可靠性。

3.1 機頭和機尾密封采用全金屬柔性密封裝置

原機頭、機尾密封為配重式裝置，配重式密封裝置由于是多塊密封板組合，受自身結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)其中一塊出現(xiàn)變形時，會直接影響其他密封板的密封效果，從而導(dǎo)致漏風(fēng)，這部分漏風(fēng)約占燒結(jié)機總風(fēng)量的15%以上。

圖1 燒結(jié)機機頭、機尾全金屬柔性密封裝置

改型后采用全金屬柔性密封裝置(如圖1所示)，其在活動密封蓋板下部裝有高溫壓縮彈簧組，使活動蓋板能夠跟蹤臺車底板，活動蓋板和臺車底板保持永久性接觸；活動密封蓋板全面積上布有高溫磁性物質(zhì)，可以吸附周圍的鐵粉，使鐵粉積聚在密封蓋板上，這樣臺車與密封板之間形成了一個柔性密封層；高溫磁性密封板同機體聯(lián)結(jié)采用不銹鋼板簧，徹底解決了密封板同機體間存在的縫隙漏風(fēng)問題；采用分段技術(shù)，當(dāng)臺車塌腰變形后，各段也會隨變形情況降低高度，保持與臺車底框接觸面，降低了燒結(jié)機機頭、機尾漏風(fēng)。

3.2 將機頭六輥布料器鏈條傳動改為全封閉的齒輪箱傳動

燒結(jié)機頭部采用六輥布料方式，六輥布料器結(jié)構(gòu)原來為每三個輥子對應(yīng)由一臺電機驅(qū)動，傳動方式為鏈傳動，兩臺電機分別位于輥子兩端。由于輥子本身容易出現(xiàn)微小形變導(dǎo)致爬鏈現(xiàn)象，從而導(dǎo)致鏈條經(jīng)常斷裂，六輥無法使用。

圖2 機頭六輥布料器改造后裝配圖

圖3 ZDRH-3000智能集中潤滑系統(tǒng)

將鏈條傳動改為全封閉的齒輪箱傳動(如圖2所示)，根據(jù)現(xiàn)場空間設(shè)計一個齒輪箱，六根輥子通過半聯(lián)軸器與齒輪箱輸出端連接，六根輥子一套驅(qū)動系統(tǒng)，保證了六個輥子的運轉(zhuǎn)同步性，同時輸出力矩和穩(wěn)定性都有了較大的提高，且傳動效率提高，將4臺電機改用一臺7.5kW電機傳動，安裝維護方便同時節(jié)約安裝空間；降低六輥轉(zhuǎn)速，由原來的88r/min降低為現(xiàn)在的35r/min，使布料效能顯著提高。

3.3 燒結(jié)機滑道應(yīng)用ZDRH-3000智能集中潤滑系統(tǒng)

由于燒結(jié)機人工操作手動給油，操作麻煩、弊端多，相對于“定時定量”的偏差太大，難以保證設(shè)備的正常潤滑。滑道上經(jīng)常處于無油狀態(tài)，造成滑道與臺車彈性滑道產(chǎn)生剛性摩擦，上下滑板形成鋸齒狀深溝，造成大量漏風(fēng)。此外，由于缺乏潤滑作用，滑板與滑道之間的摩擦阻力增大，時間一長，臺車在滑道上就會發(fā)生蠕動而起拱，起拱臺車上的密封板與彈性滑道之間的間隙將加大，漏風(fēng)更加嚴(yán)重。

針對此狀況，在燒結(jié)機滑道與北京中冶華潤科技發(fā)展有限公司聯(lián)合開發(fā)、應(yīng)用ZDRH-3000智能集中潤滑系統(tǒng)(如圖3)。

整個潤滑系統(tǒng)共分為3部分，將機頭、機尾、中間滑道分開供油。機頭機尾各一個管路，有獨立電動閥控制。中間滑道又分為8個支路，每個電動閥控制多個(20個左右)油路支點。每個電動閥增設(shè)旁路手動閥以備用。

潤滑油站實施雙路自動供油，實現(xiàn)給油泵自動給油、補油，加油泵定時、定量、自動地對燒結(jié)機滑道進行潤滑。實現(xiàn)潤滑系統(tǒng)在線檢測及故障報警。

燒結(jié)機潤滑系統(tǒng)升級投運后取得了滿意的效果，彈性滑道使用壽命由以前的10個月延長到平均使用壽命24個月，固定滑板使用壽命由以前的20個月，延長到平均使用壽命48個月，減少了備件消耗，減少設(shè)備檢修、維護強度。同時，實現(xiàn)了運行穩(wěn)定、可靠，定時定量給油，最大限度地減少了油脂浪費；系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備不同點位的作業(yè)環(huán)境和條件不同，選用不同油脂，控制加油頻率和加油量，提高了潤滑效果，降低了機械磨損，滑板壽命延長了1倍，漏風(fēng)率降低了約1.04%，年節(jié)約油脂約1/3以上。

3.4 優(yōu)化小礦槽結(jié)構(gòu)形式

原小礦槽由上、下溜槽過渡連接組成，溜槽四周倉壁安裝陶瓷襯板，陶瓷襯板安裝易存在凸臺，導(dǎo)致積料，且溜槽四角無圓弧過渡，形成一死角，死角粘料嚴(yán)重，直接影響著下溜槽下料量的大小，而且極易造成小礦槽蓬料懸料，造成燒結(jié)停機。

改造后的小礦槽結(jié)構(gòu)如圖4，小礦槽倉內(nèi)壁取消陶瓷襯板，改成內(nèi)貼光滑不銹鋼襯板，襯板厚度為12cm，倉壁四個角及泥輥交接部采用圓弧過渡，減少了粘料支撐點，有效降低了襯板更換費用，降低職工的勞動強度，提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量。

圖4 小礦槽倉改造結(jié)構(gòu)圖

3.5 改變單輥破碎機篦板結(jié)構(gòu)

單輥破碎機安裝在燒結(jié)機尾部，為水冷式單齒輥破碎機，由輥軸裝配和篦板小車組成，篦板移動小車由篦板和支撐臺車組成，篦板位于破碎機正中，始終處于高溫地段和受物料磨損強烈的部件。由于篦板長期處于高溫狀態(tài)工作，篦板結(jié)構(gòu)內(nèi)部為循環(huán)水冷卻，結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部溫差為800℃，篦板上的合金耐磨層接受外輻射熱而產(chǎn)生熱膨脹，合金耐磨層與焊接結(jié)構(gòu)件外表面形成熱膨脹和外膨脹現(xiàn)象，兩結(jié)合面間形成相對應(yīng)力交錯，導(dǎo)致合金耐磨硬化層大面積脫落，篦板耐磨性能失效。同時，篦板為普通結(jié)構(gòu)焊接件，長期處于高溫狀態(tài)下工作，導(dǎo)致整體變形，結(jié)構(gòu)焊縫開裂，漏水嚴(yán)重，成為影響燒結(jié)機正常運行的故障多發(fā)點。另外，齒輥裝配與篦板移動臺車進行動靜嚙合，將大塊高溫?zé)Y(jié)礦破碎，在齒輥與蓖板之間的嚙合過程中，夾雜著高溫?zé)Y(jié)礦進行相對運動，形成齒輥和蓖板間的強制磨損，造成篦板兩側(cè)磨損嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)強度下降而失效。

通過分析、研究與改造，將蓖板分體制造，主體部分選用45#鑄造加工件，用以克服燒結(jié)礦在齒輥與蓖板之間相互嚙合時產(chǎn)生的摩擦力。當(dāng)燒結(jié)礦卡在篦板之間，單輥輥齒在最大扭矩狀態(tài)下不能與篦板嚙合，這時篦板受到最大壓力，在這種狀態(tài)下篦板主體上的應(yīng)力集中截面能否發(fā)生形變是檢驗篦板結(jié)構(gòu)改造是否成功的關(guān)鍵。通過對篦板主體部分做強度校核，確保了改造后的篦板主體結(jié)構(gòu)適應(yīng)現(xiàn)場工況條件。同時，篦板上部采用保護帽的結(jié)構(gòu)對篦板進行保護，材質(zhì)選用Cr25Ni9WMO2Re高合金耐熱耐磨鑄造件。保護帽全長分為兩段，經(jīng)常接觸燒結(jié)礦的一段磨損較嚴(yán)重，另一段磨損較輕，根據(jù)磨損的情況進行選擇性更換某一段，大大降低了備件消耗成本。改造后的組合篦板結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 組合篦板

經(jīng)過改造，效果非常好：原來設(shè)計篦板為整體結(jié)構(gòu)，必須整體更換，現(xiàn)結(jié)構(gòu)為分體式三件結(jié)構(gòu)，只需要更換磨損嚴(yán)重的前段部分，后段和篦板主體可繼續(xù)使用，節(jié)約了直接備件費用；原篦板更換需要將篦板小車?yán)鲞M行篦板拆除或安裝，更換一次需要12h，改造后篦板安裝不需要將篦板小車?yán)觯呻S時更換，優(yōu)化了檢修周期；原設(shè)計篦板采用循環(huán)水冷卻方式，現(xiàn)結(jié)構(gòu)去除了循環(huán)水冷卻，減少了一個漏水故障點且節(jié)約了水資源；原設(shè)計篦板在更換時需要人工10個，現(xiàn)篦板安裝只需要4人，節(jié)約了勞動力，減少了工人的勞動強度。

3.6 改善傳動系統(tǒng)彈性拉壓桿受力狀況

燒結(jié)機主傳動形式為撓性傳動，其撓性依靠彈性拉壓桿的彈性來實現(xiàn)。彈性拉壓桿結(jié)構(gòu)如圖6，其中蝶形彈簧一般成對安裝，蝶形彈簧受力時，外徑會增大，內(nèi)徑會減少，這種壓縮現(xiàn)象稱之為最大壓縮外徑和最小壓縮內(nèi)徑，因此蝶形彈簧在設(shè)計制造時，外徑和內(nèi)徑分別留有規(guī)定的徑向伸縮量。

由于蝶形彈簧的安裝形式和結(jié)構(gòu)特點，一對蝶形彈簧在受力時會產(chǎn)生徑向相對位移，這個徑向相對位移使一對蝶形彈簧內(nèi)徑分別以不同方向與拉桿圓柱外表面接觸，拉桿對蝶形彈簧實施導(dǎo)向作用。隨著蝶形彈簧工作壓力的增加，一對蝶形彈簧在徑向相對位移的同時，會產(chǎn)生一對相反的水平力，壓力增加，水平力增大，分別以不同方向作用在拉桿圓柱外表面上，對拉桿施加剪應(yīng)力。一對蝶形彈簧每完成一個壓縮工作周期都有如此過程，造成拉桿受剪切擠壓變形，同時也影響了蝶形彈簧正常工作強度和性能。蝶形彈簧受力產(chǎn)生徑向相對位移，在實際工作狀態(tài)時，一對蝶形彈簧外徑接觸面不能全部接觸，而且是局部接觸或單邊接觸，造成蝶形彈簧局部受力或單邊受力，從而造成蝶形彈簧工作強度成倍下降，同時也導(dǎo)致蝶形彈簧扭曲變形并撕裂。在理想狀態(tài)下，在拉桿的徑向受力面上產(chǎn)生一對作用力，大小相等，方向相反。而在實際的單邊受力狀態(tài)下則在不同平面上產(chǎn)生一對大小不等的相反方向的作用力，這就對拉桿形成了剪切力。彈簧每加載和卸載一次對導(dǎo)桿剪切一次，長時間的工作后彈簧和拉桿都受到較大的破壞。

圖6 碟形彈簧實際工作圖

分析結(jié)論認(rèn)為，造成拉桿損壞、蝶形彈簧撕裂原因是：蝶形彈簧在工作壓力狀態(tài)下產(chǎn)生的徑向相對位移導(dǎo)致蝶形彈簧局部受力。

改造方案是在一對蝶形彈簧之間加一墊片，將一對蝶形彈簧隔開，蝶形彈簧的銳角作用在墊片的平面上，與墊片平面全部接觸，克服了蝶形彈簧的徑向相對位移和局部受力，結(jié)構(gòu)見圖7，改變了蝶形彈簧失穩(wěn)、扭曲變形的狀態(tài)，提高了蝶形彈簧的強度，經(jīng)過改進，彈性拉壓桿使用壽命由原來8個月提高到了5年。

圖7 改進后碟形彈簧安裝圖

4 應(yīng)用效果

經(jīng)改造后，設(shè)備性能大幅提高，有效解決了燒結(jié)機漏風(fēng)嚴(yán)重、布料效率低、設(shè)備磨損嚴(yán)重、設(shè)備故障率偏高等問題，消除了設(shè)備隱患，提高設(shè)備、備件使用壽命，減少了檢修次數(shù)和設(shè)備維修費用，設(shè)備作業(yè)率提高了0.3%以上，經(jīng)濟效益顯著。

4.1增產(chǎn)效益

改造后萊鋼3臺265m2燒結(jié)機年產(chǎn)量增加(275-252)×3=69萬t，每噸燒結(jié)礦利潤按30元計算，年增效益：69×30=2070萬元。

4.2 維修費用節(jié)約效益

經(jīng)統(tǒng)計和分析，燒結(jié)機故障停機率由1.68%降低到0.57%，并創(chuàng)出了連續(xù)2.5個月無故障的最好紀(jì)錄，3臺265m2燒結(jié)機設(shè)備維修費每年節(jié)約420余萬元，燒結(jié)能耗每年降低200余萬元。

4.3 改造成本

表1 改造前后燒結(jié)機技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)水平對比

經(jīng)統(tǒng)計，全金屬柔性密封、六輥布料器齒輪箱、智能集中潤滑系統(tǒng)、小礦槽改造、單輥破碎機篦板、蝶形彈簧等改造費用合計348.6萬元。

4.4按改造后應(yīng)用2年計算，改造后創(chuàng)經(jīng)濟效益

(2070+420+200)×2-348.6=5031.4萬元

5 結(jié)束語

利用現(xiàn)有條件，通過分析、研究，對燒結(jié)機進行完善改造，極大提高了燒結(jié)機設(shè)備運行可靠性，燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高，燒結(jié)能耗顯著下降，為高爐改善經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)創(chuàng)造了良好的原料條件。

[1]楊紹令，田德科等.利用可靠性工程降低燒結(jié)機組故障率.鋼鐵,2006(2).

[2]周炳昌，魏修斌等.燒結(jié)機集中潤滑智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用.信息技術(shù)與信息化，2007(1).

[3]汪用澎.大型燒結(jié)設(shè)備.北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

[4]魯亮.多輥布料器傳動系統(tǒng)的問題及改進措施.機械研究與應(yīng)用，2011(4).

ResearchandApplicationonImprovingtheRunningReliabilityofSinteringMachine

Lü Tongjun Li Keming Lü Mingxiu

(Shandong Iron and Steel Joint Stock Co., Ltd. Laiwu Branch, Laiwu 271104)

The sintering machine head and tail sealing, distributor, lubrication system, single roll crusher and the main transmission system were analyzed and transformed.The influence of operation reliability for the sintering machine such as leakage, low efficiency, serious cloth equipment wear, the high failure rate etc are solved. Reduce the equipment failure rate and energy consumption of sintering, reduce the equipment repair costs, greatly improve the reliability of equipment operation, improve the output and quality of sinter machine, greate considerable economic benefits.

Sintering machine Sealing plate Distributor Lubrication system Grate plate Disc spring

呂同軍，男，1973年出生，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械工程專業(yè)畢業(yè)，碩士，高級工程師，主要從事冶金設(shè)備技術(shù)管理工作

TF046.4

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.016

2014-05-21)