新型高效燒結環(huán)冷機密封創(chuàng)新技術

高志強，劉 帥，李洪生，陳繼濤

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東日照 276800）

0 引言

山東鋼鐵集團日照有限公司的1#500 m2新型燒結環(huán)冷機于2019 年3 月投產，擔負著1#5100 m3高爐的燒結礦供應任務。該新型燒結環(huán)冷機在基于球團環(huán)冷機的設計、制造、安裝、運行和維護的基礎上，開拓思路、大膽創(chuàng)新，將球團環(huán)冷機技術與燒結環(huán)冷機技術相結合，開創(chuàng)性地采用上下水密封的結構設計形式（圖1）。

圖1 環(huán)冷機外形

1 設備狀況

1.1 新型環(huán)冷機工作原理

通過給料溜槽將燒結機生產的熱燒結礦均勻布在環(huán)冷機回轉體的臺車上，整個回轉體在傳動裝置的驅動下繞環(huán)冷機回轉中心做旋轉運動的同時，在臺車下部由鼓風機鼓入冷卻風，與熱燒結礦充分熱交換后將熱礦攜帶的熱量帶走，最終達到冷卻燒結礦的目的。環(huán)冷機回轉體由回轉框架和臺車等部件構成，其中，回轉框架底部裝有環(huán)行軌，與內外64 組支承輥接觸承擔整個回轉體的載荷；而臺車采用偏心結構，通過兩端的半軸與回轉框架相聯接，臺車內側半軸的軸端安裝有臺車輥臂，輥臂的另一端則裝有輥輪，輥輪在回轉框架壓軌的下表面沿壓軌的設計曲線運動，從而使各臺車在環(huán)冷機的冷卻段保持水平，隨回轉框架一起運動對熱礦實現冷卻，在環(huán)冷機的排料溜槽料處靠自身偏心等結構實現自動翻轉卸料和復位，最終實現對熱燒結礦的周期性冷卻。

1.2 新型環(huán)冷機的不足

自該環(huán)冷機投入運行至今，整體運行效果良好，但發(fā)現該新型環(huán)冷機存在以下不足。

（1）環(huán)冷機上水槽漏水嚴重，造成水密封效果不佳和漏風率偏高，導致該設備不能達到預期冷卻作業(yè)要求。

（2）臺車兩側軸端密封缺失導致泄漏大量冷卻風，致使由冷卻風攜帶出來的燒結礦粉塵聚集在兩側軸端，造成臺車兩側軸端潤滑不良，個別臺車翻車卸料作業(yè)困難。

（3）環(huán)冷機欄板漏風造成余熱發(fā)電效果不佳和現場環(huán)境差，既不滿足公司精細化管理要求，又不符合國家在環(huán)境保護方面的規(guī)定。

（4）環(huán)冷機下水槽頻繁漏風導致積累燒結礦存料且難以清除。

經計算，以上設備缺陷造成該環(huán)冷機在日常作業(yè)時平均漏風率為30%，最高可達50%，極大地浪費了鼓風機產生的冷卻風，導致該環(huán)冷機不能充分發(fā)揮其原有設計性能，達不到對熱燒結礦的目標冷卻效果。

2 環(huán)冷機上密封水槽嚴重漏水治理

2.1 漏水原因

自1#環(huán)冷機投產以來，隨著設備長時間運行，上密封水槽漏水愈發(fā)嚴重，造成水密封效果不佳，嚴重影響了對熱燒結礦的冷卻目標[1-2]。經現場多次探索發(fā)現引起水槽漏水的原因為：

（1）上水槽焊縫開裂。由上水槽的焊縫無法在環(huán)冷機熱礦區(qū)溫度高達700 ℃、冷礦區(qū)溫度低至30 ℃的交替變化的環(huán)境下平穩(wěn)工作，導致水槽焊接部位極易拉伸撕裂。

（2）上水槽變形破壞。由于環(huán)冷機上密封水槽為剛性水槽，而上水槽直接受到臺車上的熱礦的熱輻射和熱傳導，在冷卻風的作用下，使環(huán)冷機水槽溫度急劇升高或降低，導致上水槽極易變形破壞。

2.2 改進措施

（1）將環(huán)冷機上水槽由原來的剛性水槽改造為柔性水槽，即在上水槽一定范圍內安裝非標不銹鋼圓弧補償器，以滿足環(huán)冷機水槽在臺車旋轉作業(yè)過程中引起的周期性熱脹冷縮（圖2）。

圖2 非標不銹鋼圓弧補償器

（2）在環(huán)冷機上水槽內側安裝耐火磚，從源頭隔斷熱源，減少對環(huán)冷機上水槽的直接熱輻射（圖3，圖4）。

圖3 外側水槽砌磚立體布置

圖4 內側水槽砌磚立體布置

2.3 改進成果

通過以上兩個方面對環(huán)冷機上水槽的優(yōu)化改造，上水槽漏水現象基本消除，大大提升了冷卻風的利用率，達到了對熱燒結礦的既定冷卻要求。

3 環(huán)冷機臺車軸端漏灰及翻車不到位的改進

3.1 翻車不到位的原因

由于1#環(huán)冷機在設計制造時未考慮對臺車兩側軸端進行密封，未在臺車軸套與軸的結合處設計額外的外部加油潤滑裝置，致使臺車在翻車過程僅依靠自潤滑軸承進行潤滑，大量漏風燒結礦粉塵一旦進入軸套與軸之間，極易破壞原有潤滑，導致產生較大的翻車卸料阻力，造成個別臺車翻車困難[3-5]。

3.2 改進措施

（1）針對軸瓦與臺車軸間隙小、加油困難的問題，在臺車框架及兩側軸端的合適位置增加輔助加油孔，每月定期加耐高溫鋰基脂油，進行輔助加油（圖5）。

圖5 輔助加油孔

（2）合理利用外側空間，在軸端軸承處焊接油槽，隨時補充液態(tài)潤滑油，采取強制及自潤滑相結合的方式進行潤滑保證臺車順利平穩(wěn)翻車（圖6）。

圖6 帶加油槽的自潤滑軸承

（3）制作橡膠硅圈，置于軸與臺車軸套結合處外側，避免此處因漏風導致燒結礦粉塵進入軸端。

3.3 改進成果

經上述措施改進后，現環(huán)冷機全部臺車運行狀態(tài)良好，暫未發(fā)現任何翻車不良的情況。

4 欄板漏風的優(yōu)化改進

4.1 漏風原因

環(huán)冷機在運行一段時間后，發(fā)現80%的臺車欄板內圈表面出現“起拱”現象，導致環(huán)冷機臺車欄板在旋轉過程中嚴重剮蹭給料溜槽，給環(huán)冷機平穩(wěn)運行帶來巨大隱患，且欄板“起拱”后造成余熱回收效果不佳。經現場多次調研得出“起拱”原因為環(huán)冷機臺車欄板設計不合理，其結構過于簡單，導致欄板結構強度不足，當熱燒結礦均勻地鋪到臺車后，臺車欄板在受到較強的熱輻射和熱傳導的作用下產生極大的熱應力需要釋放，但由于沒有可靠的外力對欄板進行“約束”，造成欄板產生“起拱”變形。

4.2 改進措施

（1）對環(huán)冷機臺車欄板結構優(yōu)化升級，提升其工作強度。具體是增加臺車內襯板數量，由每部臺車1 件內襯板增至2 件內襯板，襯板上部用2 個M30×125 mm、強度為8.8 級的螺栓進行固定，襯板中部及底部中間部位則用M30×140 mm、強度為8.8級的螺栓進行固定。

（2）將臺車欄板兩側邊“隱藏”置于框架立柱內，以此用外力來約束臺車欄板。

4.3 改進成果

經采取上述措施進行改進后，現1#燒結環(huán)冷機運行至今臺車欄板未出現“起拱”現象。

5 下水槽頻繁存料且不易清除的升級改進

5.1 水槽頻繁存料的原因

環(huán)冷機對高溫燒結礦冷卻是通過從臺車底部的鼓風機向上鼓冷卻風，來帶走熱燒結礦熱量從而達到冷卻目的。但由于作業(yè)現場風量過大或密封水槽斷裂等原因，造成大量漏風燒結礦粉塵吹入下水槽內，沉積的顆粒物聚集成塊后在水槽內極難清除。

5.2 改進措施

（1）針對水槽積料不易清除的問題，通過在任意兩組水槽排灰口間增加一組壓縮空氣噴嘴，在清理水槽存料時利用壓縮空氣力量將水槽底部灰塵攪動起來。

（2）增加排污漏斗數量，定期排污，將水槽沉積的燒結礦粉塵及時排出去。

（3）利用高壓水槍定期對環(huán)冷機上下水槽的燒結礦粉塵進行徹底清洗，避免粉塵聚集成塊。

5.3 改進成果

采取上述措施后，環(huán)冷機下水槽淤積現象得到了極大改善。

6 經濟效益分析報告

通過對上述4 項問題開展科技攻關，經過一系列研究與改進升級后，1#環(huán)冷機設備故障點得到了針對性改造。此外，通過系統(tǒng)優(yōu)化創(chuàng)新改造，消除了水槽漏水和環(huán)冷機水密封故障，整個環(huán)冷機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性、安全性和可靠性得到了保障，滿足了環(huán)冷機正常作業(yè)要求，環(huán)冷機連續(xù)數月運行實現了“零故障”，熱燒結礦余熱利用率達到世界先進水平。

6.1 直接效益

環(huán)冷機運行穩(wěn)定后，單次環(huán)冷機檢修時間縮短3 h。1 臺燒結機燒結礦產580 t/h，噸礦利潤為50 元/t，2 臺環(huán)冷機每次因檢修時間縮短可直接產生利潤104.4 萬元。

6.2 間接效益

經設備改進后，大大減少了環(huán)冷機熱量外排和資源浪費，作業(yè)現場衛(wèi)生環(huán)境大幅提升，達到了良好的環(huán)保效果，職工工作環(huán)境得到了顯著改善。