非柔性補償器在燒結機上的應用實踐

姜林

（河鋼股份有限公司邯鋼公司，河北 邯鄲 056009）

燒結機風箱支管是燒結機風箱與大煙道之間的連接管，燒結機風箱、風箱支管和大煙道共同構成燒結機的風道系統（如圖1 所示）。風箱支管由彎頭、補償器和直管三部分組成，彎頭一端與燒結機風箱連接，另一端與補償器連接；直管一端與補償器連接，另一端與大煙道連接。由于風道系統兩端的燒結機風箱和大煙道固定安裝，燒結機風箱和大煙道的熱膨脹量均由安裝于彎頭與直管之間的補償器得以補償。正常生產情況下，由于燒結機各組風箱溫度差異大（65 ～450℃）和燒結機體型大（長約90 米、寬約5.5 米（以400m2級燒結機為例）），燒結機各組風箱熱膨脹量較大，且此熱膨脹量為空間不規則位移量。采用常規柔性補償器（柔性金屬波紋管式補償器），難以滿足補償量要求和長壽命周期運行的要求。為了解決以上補償器存在的問題，采用一種非柔性補償器替代常規柔性補償器，以滿足生產要求。

圖1 燒結機風道系統橫向結構示意圖

1 補償器受力分析

如圖2 所示：燒結機風箱一端（機頭）為固定端，另一端（機尾）為自由膨脹端。燒結機風箱受熱膨脹（主要考慮線膨脹），沿縱向中心線從機頭向機尾移動，移動位移為ΔL1；大煙道一端（機頭）固定，另一端（機尾）為自由膨脹端。大煙道受熱膨脹（主要考慮線膨脹），沿縱向中心線從機頭向機尾移動，移動位移為ΔL2。根據線膨脹計算公式：

式中，ΔL 為熱膨脹位移；α 為線膨脹系數；Δt 為溫升；L 為物體長度。

燒結機風箱材質和大煙道材質相同，即兩者線膨脹系數α 相同；大煙道約180℃，小于燒結機風箱溫升約450℃；大煙道受熱長度和燒結機風箱受熱長度可視為相同。綜上所述，燒結機風箱膨脹位移ΔL1大于大煙道膨脹位移ΔL2。兩個位移不同，產生水平力F1，F1為作用域補償器水平方向上的剪切力。

圖2 燒結機風道系統縱向結構示意圖

由圖1 可知，由于自身受熱膨脹，彎頭對補償器產生向下的作用力F2和斜向下F3；直管受熱膨脹，對補償器產生向上作用力F4，F1、F2、F3、F4隨著溫度的變化而不斷改變。

圖3 補償器受力分析圖

如圖3 所示，F11和F12是F1的分力。高溫環境下，補償器長期受到交變力F1、F2、F3、F4的作用，致使補償器金屬波紋管撕裂、損壞。

2 非金屬補償器補償原理及補償方法

2.1 非柔性補償器補償原理

補償器受熱膨脹在任一（瞬時）空間位置，均與三維坐標上的坐標值一一對應。建立數學模型，即：

式中，m、n、k 為在x、y、z 坐標軸上的熱膨脹系數；a 為常數，風箱支管上選取研究點到坐標原點的位移。

式中，s（t）為風箱支管研究點隨環境溫度變化的熱膨脹量（位移），mx 為研究點沿x 軸的移動值，ny 為研究點沿y 軸的移動值，kz 為研究點沿z 軸的移動值。從式中看出，風箱支管熱膨脹量s（t）對應裝置在三維坐標軸移動mx、ny、kz。

2.2 非柔性補償器補償方法

圖4 非柔性補償器結構示意圖

如圖4 所示，下降管能夠在鉛錘方向自由伸縮，滑環能夠在基座上水平任意方向自由移動。補償器的熱膨脹位移（空間任意方向），可以通過補償器的水平滑移裝置和鉛垂伸縮裝置之間移動而得到補償，補償器的水平滑移裝置在水平面沿x 坐標軸滑移和沿z 坐標軸滑移，能夠補償燒結機風箱支管熱膨脹量在x 軸、z 軸上的分解量；補償器的伸縮裝置在鉛垂方向沿y 燒結機風箱支管熱膨脹量在y 軸上的分解量，生產中，燒結機風箱支管受熱膨脹產生位移時，補償器的水平滑移裝置和鉛垂伸縮裝置同時作用使熱膨脹量得到補償。

3 應用效果

通過非柔性補償器的水平滑移裝置和鉛垂伸縮裝置的組合作用，使空間任意方向的熱膨脹量都能夠得到很好的補償。非柔性補償器各組件均為鋼質結構，適應溫度較高的生產環境而不影響其壽命，且在有限的安裝空間內能夠實現較大的熱膨脹量的補償，制造成本低、檢修及修補方便，使用壽命為常規補償器的2.5 倍。

4 結語

經過長期應用來看，非柔性補償器能夠滿足燒結機熱膨脹量，且很好地適應高溫環境。但因補償器水平滑移裝置和鉛錘伸縮裝置相對移動頻繁，應用過程中需要定期對密封材料進行檢修、更換。密封材料失效將導致水平滑移裝置和鉛錘伸縮裝置相對運動面密封不嚴，造成系統漏風。