連鑄機二冷風機的故障診斷與解決措施

邊裕智

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東青島 266400）

0 引言

在冶金行業(yè)的煉鋼工序中，連鑄機二冷風機是重要的輔助設(shè)備之一。在連鑄機生產(chǎn)過程中，鑄坯進行噴淋二次冷卻時產(chǎn)生的高溫水蒸氣，會腐蝕周邊機械設(shè)備、電氣控制線路和液壓設(shè)備，將直接導致縮短設(shè)備使用壽命和影響工序的生產(chǎn)運行。因此，在二冷室兩側(cè)各設(shè)置1 臺二冷風機及相應的排氣管道，可將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫蒸汽排至室外。管道中的介質(zhì)除高溫蒸汽外還會摻雜鐵屑、粉塵等物質(zhì)，與運轉(zhuǎn)時的風機葉輪直接接觸易產(chǎn)生粉塵結(jié)垢和腐蝕等現(xiàn)象，導致風機出現(xiàn)動不平衡故障、轉(zhuǎn)子跳動、振動超標、設(shè)備跳停等非計劃停機事故。

1 6#連鑄機二冷風機（北）結(jié)構(gòu)及參數(shù)

6#連鑄機二冷風機（北）為懸臂式離心風機，由國內(nèi)某風機廠商制造，采用剛性聯(lián)軸器連接傳動的形式，風機整體由電機、風機葉輪、風機殼體、風機底座、軸承及軸承座、進風口和出風口組成（圖1）。風機底座配有緩沖墊，風機殼體通過螺栓連接為上下剖分式。二冷風機安裝于連鑄機二樓的二冷室北側(cè)，相關(guān)參數(shù)見表1。

2 二冷風機的故障診斷

在生產(chǎn)運行過程中，現(xiàn)場點檢人員發(fā)現(xiàn)6#連鑄機二冷風機（北）振動較大，已臨界電機跳停所設(shè)置的閾值，如果繼續(xù)運行，將加劇設(shè)備元件損傷和縮短設(shè)備整體使用壽命，更嚴重時則可能導致發(fā)生設(shè)備安全事故，直接影響煉鋼事業(yè)部的生產(chǎn)和企業(yè)效益。裝備部狀態(tài)監(jiān)測中心設(shè)備故障診斷專家收到點檢員反饋后，第一時間攜帶數(shù)據(jù)采集器前往設(shè)備地點進行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。經(jīng)分析，靠近風機葉輪側(cè)的軸承座測點速度波形時域圖為正弦波，頻譜圖中主要頻率為工頻（12.813 Hz）且幅值較高，最大為28 mm/s（圖2）。結(jié)合該設(shè)備投入運行時間較長和風道內(nèi)介質(zhì)為高溫蒸汽、粉塵和鐵屑，綜合判斷該風機葉輪附著較多粘結(jié)污垢存在不平衡故障，建議利用定修時間清理風機葉輪表面污垢后進行在線動平衡校驗。

圖2 速度波形時域圖和頻譜圖

3 二冷風機在線動平衡校驗

3.1 在線動平衡校驗儀器

在線動平衡校驗采用雙通道現(xiàn)場動平衡校驗儀，主要由數(shù)據(jù)采集器、加速度振動傳感器、紅外測速傳感器、動平衡軟件系統(tǒng)組成。該儀器可進行4 個平衡等級（G0.4 級、G1 級、G2.5 級、G6.3 級）的動平衡校驗，采用去試重法和不去試重法，可自動計算出所需增加的配重重量和相位。

3.2 在線動平衡校驗布置

6#連鑄機二冷風機（北）為懸臂式離心風機，轉(zhuǎn)子采用單面支撐安裝方式。加速度振動傳感器為壓電磁吸式，吸附于靠近風機葉輪側(cè)的軸承座水平方向采集振動信號，在傳動軸上貼緊反光條，利用轉(zhuǎn)速支架安裝紅外測速傳感器，并保證紅外測點能夠正對反光條，用于檢測風機轉(zhuǎn)速（圖3）。

圖3 在線動平衡檢驗傳感器布設(shè)

3.3 在線動平衡校驗過程

在儀器上選擇動平衡校驗功能，根據(jù)設(shè)備實際參數(shù)將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入動平衡校驗系統(tǒng)（圖4），平衡等級為G6.3 級，按下“確定”鍵后，風機開始運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時“確認轉(zhuǎn)速”進行測量初始振動，測得振動總值為31 mm/s，1 倍頻幅值為27 mm/s。為方便后期計算角度，將質(zhì)量60 g 的試重鋼塊焊接在風機葉輪側(cè)面與葉片平齊，此處作為角度的初始點（0°），再次開機運轉(zhuǎn)后，儀器指示在279°位置需增加215 g 配重，按照風機的旋轉(zhuǎn)方向作為正向，選用配重塊時應將所用焊條重量計算進去，安裝的角度位置要做到最大程度精確，本次采用去試重法，焊接配重前應將試重取下，開機運轉(zhuǎn)后風機振動值15.6 mm/s，仍然超過允許最大值。經(jīng)診斷專家現(xiàn)場討論，停機后對葉輪進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)葉片與葉輪連接部位的焊縫有多處裂紋，動平衡校驗已無法有效進行，建議現(xiàn)場人員更換葉輪是保證設(shè)備平穩(wěn)運行的最佳方案。

圖4 動平衡校驗系統(tǒng)

現(xiàn)場人員反映6#連鑄機距離開澆生產(chǎn)還剩不到4 h 的時間，而設(shè)備現(xiàn)場環(huán)境錯綜復雜，風機葉輪無法保證在生產(chǎn)前回裝完成。面臨連鑄機即將生產(chǎn)和設(shè)備振動較大無法正常運轉(zhuǎn)兩個問題，診斷專家與現(xiàn)場人員決定全面檢查風機焊縫位置有無裂紋，并將裂紋處做出標記，重新焊接并打磨后再次進行動平衡校驗，生產(chǎn)運行過程中加倍關(guān)注風機狀態(tài)，持續(xù)運行至下次定修時再更換風機葉輪。經(jīng)過全方位檢查，共計發(fā)現(xiàn)5 處裂紋，焊接打磨后將原來的配重塊取下重新進行動平衡校驗，增加配重255 g，振動值降至3.79 mm/s，動平衡校驗成功，此時距離生產(chǎn)還有不到1 h 的時間，保證了生產(chǎn)順利進行，發(fā)揮設(shè)備綜合效率和延長核心元件使用壽命，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

4 二冷風機葉輪不平衡產(chǎn)生機理及破裂分析

4.1 不平衡產(chǎn)生機理

風機轉(zhuǎn)軸裝配的各種零部件，由于材料不同和加工過程中的誤差，裝配質(zhì)量和設(shè)備長期運行中產(chǎn)生的不均勻磨損、腐蝕、變形，某些固定件松脫，各類附著物不均勻堆積等原因，使零件質(zhì)心發(fā)生偏移，從而導致轉(zhuǎn)子零件的不平衡振動[1]。

4.2 材料因素

連鑄二冷風機管道內(nèi)介質(zhì)為高溫弱酸性和腐蝕性的蒸汽，同時伴有粉塵和氧化顆粒物，葉輪與葉片焊縫位置長期被這種物質(zhì)腐蝕，導致葉輪整體結(jié)構(gòu)強度大大降低，運轉(zhuǎn)一段時間后焊縫薄弱位置會出現(xiàn)破裂。

4.3 風機動平衡破壞

在風機運轉(zhuǎn)時較大的抽力作用下，蒸汽和氧化顆粒物對葉輪反復沖刷、腐蝕和摩擦，同時較多的污垢附著在風機葉輪和葉片上，運轉(zhuǎn)過程中污垢可能脫落破壞風機動平衡，導致風機振動增大，長期運轉(zhuǎn)會造成葉輪薄弱位置破裂。

4.4 二冷水質(zhì)因素

連鑄二冷水水質(zhì)鹽類濃度高，在水處理過程中會添加多種化學藥品，如果水質(zhì)控制不好，部分指標將會超出控制范圍，水質(zhì)呈弱酸性，所產(chǎn)生的高溫蒸汽沖刷腐蝕葉輪，導致焊縫薄弱位置出現(xiàn)破裂。

4.5 保護渣因素

煉鋼連鑄機澆鋼過程中，結(jié)晶器會使用保護渣，因粉狀保護渣顆粒度較小且含有氟化物，氟化物與水發(fā)生化學反應產(chǎn)生一種弱酸，長期運行將腐蝕風機葉輪等金屬結(jié)構(gòu)，大大降低焊縫的強度，同時在風機運轉(zhuǎn)時離心力的作用下，葉輪焊縫薄弱位置也會出現(xiàn)破裂。

5 改進措施

316 不銹鋼材料的葉輪具有耐高溫強度和較強的抗氧化性等特點，可抵抗介質(zhì)中弱酸、氧離子等物質(zhì)的氧化，高溫下316 不銹鋼葉輪抗蠕變強度較大，能夠適應連鑄二冷風機的運行工況。水處理應加強二冷水質(zhì)的質(zhì)量指標檢測和化學藥品的藥量調(diào)整，避免水質(zhì)呈弱酸性。風機葉輪附著的污垢可利用定修時間清理，并全面檢查風機葉輪焊縫處是否有破裂現(xiàn)象，提前試車如發(fā)現(xiàn)振動超標，可進行設(shè)備監(jiān)測與故障診斷，結(jié)合實際情況決定是否進行動平衡校驗。轉(zhuǎn)子做動平衡校驗之后能夠改善其性能，減小噪聲和振動，提高支承部件（軸承）的使用壽命，降低元件損耗。

6 結(jié)束語

對于生產(chǎn)有較高價值的關(guān)鍵主機設(shè)備，可采用現(xiàn)代化、信息化、數(shù)字化技術(shù)手段進行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部各類隱患部位并分析故障原因，科學指導現(xiàn)場相關(guān)人員進行高效率的檢修維護工作，有效保證設(shè)備平穩(wěn)運行和延長設(shè)備使用壽命，保障企業(yè)生產(chǎn)安全、高效、順利進行。