396 m2 環冷機節能改造和應用實踐

方首明，韋俊東，張 帥，何碧達，馮 雄

（柳州鋼鐵股份有限公司燒結廠，廣西柳州 545001）

0 引言

鼓風式環冷機是對紅熱燒結礦進行冷卻的重要設備，其密封性能與冷卻效果密切相關。近年來，隨著國內各大鋼鐵企業節能環保意識的逐步增強，對燒結環冷機的冷卻效能和環保要求也越來越高[1]。為改善老式環冷機橡膠式密封結構密封性差、粉塵外泄等問題，選擇將環冷機由橡膠式密封改為水槽式密封結構[2-4]。

柳鋼燒結廠396 m2燒結環冷機于2010 年7 月投用，經過近12 年的運行，設備老化、劣化嚴重，旋轉框架整體變形下撓，環冷機風箱及臺車的動靜密封橡膠磨損致使漏風嚴重，影響冷卻效能，且存在粉塵外泄問題，不符合超低排放標準，使與之配套的余熱發電機組無法發揮最大效能[5]。因此，柳鋼燒結決定將老式環冷機改造為新型的上、下雙層液密封式環冷機，并對設備結構進行優化。

1 環冷機原理與構造

給礦漏斗將單輥破碎機破碎后的紅熱燒結礦均布在環冷機臺車上，在驅動裝置的作用下，所有臺車跟隨環冷機旋轉框架繞其旋轉中心做回轉運動。同時，環布在環冷機四周的鼓風機將冷風從臺車底部的風箱和風道鼓入臺車篦條間隙，使布在臺車篦條上的紅熱燒結礦充分冷卻，同時將熱交換后的熱廢氣送至余熱發電系統，達到冷卻燒結礦和余熱發電的雙重目標。

環冷機由驅動裝置、旋轉框架、環形軌道、臺車體裝配、上、下水密封裝置、支撐輥、風箱裝置、鼓風系統、保溫罩等部件，以及支撐骨架、給料漏斗、卸礦漏斗、熱風管道系統等附件構成。其中，驅動裝置由銷齒傳動替代了摩擦式傳動。旋轉框架和臺車體裝配構成了環冷機回轉體，旋轉框架下方安裝固定有環形軌道，搭設在內環和外環共100 組支撐輥頂部，用于承載整個回轉體做環形運動。臺車體為偏心結構形式，通過其內、外兩側的轉軸銜接在旋轉框架內部，臺車的內轉軸端部設計為搖臂輥結構。該輥臂一端通過鍵聯接在臺車內轉軸上，另一端設有輥輪，在回轉體壓軌的下沿做周期性曲線運動，即在冷卻段使各部臺車保持水平姿態隨旋轉框架做環形運動，在卸礦漏斗上方依靠臺車本體偏心結構和重力作用，進行自動卸礦與復位，達到將熱燒結礦周期性轉運和冷卻的目的。

2 改造內容及施工工藝技術分析

2.1 主要改造內容

將老式的橡膠密封+摩擦傳動式396 m2環冷機改造成新型的液密封+銷齒傳動式的球團式環冷機。對原有水平軌道包括支撐梁在內的部分整體改造，利舊原土建基礎、立柱、框架、高溫段保溫罩、風箱與風道、鼓風系統以及熱風管道等。

拆除舊冷環機本體、低溫段保溫罩、卸礦漏斗、給礦漏斗、散料運輸小車裝置、驅動裝置等約800 t。更換和改造工程設備總重約1200 t，主要設備有驅動裝置、回轉體裝配、環冷機低溫段保溫罩裝配、中心測量裝置、給礦漏斗、卸礦漏斗、支撐輥裝配、壓軌裝配、側擋輥裝配、環形散料小車及軌道等。

2.2 改造施工流程

環冷機改造施工流程如圖1 所示。

圖1 改造施工流程

2.3 施工工藝技術分析

為減少大修停機的時間成本，本次改造施工通過優化工序，依據“優化施工次序、優化橫向工作、優化縱向工作”思想，結合環冷機自身結構與功能特性，采用科學合理的安裝施工工藝，大幅縮短了停機改造周期。

2.3.1 線下整體預拼接技術

考慮到臺車與框架上線就位后需組配、焊接、配鉆的工作量大，耗時較多。為縮短此工序的耗時，可將停機時間盡可能轉移到線下。依據整體模塊化的思路，要求供貨廠家在制造過程中預先把新環冷機回轉體拼裝組圓，將臺車按模塊劃分并按次序進行編號，共75 部結構一致的臺車以3 部臺車為1 個模塊的方式進行調整、焊接，可分為25 個模塊。待各個模塊組配、焊接、配鉆等精細加工完成后，再按所劃分的模塊拆解成25 份發貨至改造現場，從而縮短現場在線安裝調整的時間。在改造施工時，按前期線下預組裝的25 個模塊在大修現場依次復原。由于預拼裝就已調整好旋轉框架及臺車體的配合精度，因此可以大幅減少施工周期。

2.3.2 定點分段拆除技術

為避免大型汽車吊頻繁調整位置，加快舊設備的拆除吊離，提高施工效率，減少吊裝機械工作臺班，可采取定點拆除吊裝的方式。結合環冷機的結構特性，把臺車、n 形保溫罩等能移動的部件轉移至指定位置進行拆除、吊運。同時按照整體拆分與單元合并的思路，將舊環冷機72 部臺車劃分為24 個單元，每3 部臺車為1 個單元整體進行拆卸和吊出，可以大幅減少拆卸數量與吊出次數，拆除時間節省近2/3，施工效率大大提高。具體做法為：在環冷機北面定點架好1 臺100 t 汽車吊，同時在回轉體北面框架上安裝1 臺10 t 卷揚機，按順時針方向把舊臺車依次拉到吊裝區域，按所劃分的24 個單元進行割除并吊離現場。

2.3.3 分段頂升平移技術

環冷機上方的給礦漏斗區域為高空，且四周空間狹窄，整體拆、裝比較困難，使用頂升平移和分段逐級拆裝技術，即將給礦漏斗分段拆除與倒運、逐級就位與安裝的頂升平移方法，解決了給礦漏斗拆裝的難題，優化了轉運過程。具體為：在漏斗口下方用2 根50 kg 軌道搭設導軌與轉運平臺，導軌連接至汽車吊吊裝區域，運送小車可在導軌上來回移動。拆除舊給礦漏斗時，在給礦漏斗內部每隔1.5 m 用角鋼搭設臨時拆除平臺，從給礦漏斗底部分段、分塊逐步拆除，依次通過運送小車清理出現場。回裝時，把新給礦漏斗分成3 段，逐一放置到運送小車上倒運至安裝漏斗口，同時在給礦漏斗正上方樓板大梁處安裝4 個10 t手拉葫蘆，把給礦漏斗吊離運送小車，逐一就位后安裝支撐牛腳固定。

2.3.4 定點分段安裝技術

與定點分段拆除技術類似，安裝回轉體時將線下預拼接好的25 組臺車及框架等可移動的部件放在指定位置吊裝，通過平軌逐一轉移到同一位置進行安裝和調整。由于環冷機n 形保溫罩較多，且預先在線下制作好，還要澆注3 個面的耐火材料，直接吊裝和拼接、焊接施工難度較大。結合定點分段安裝技術，本次利用已安裝完成的臺車框架倒運n 形罩的方法，通過定點吊裝與逐段轉運的方式逐一更換n 形罩，降低安裝難度，提高安裝效率，節約大型吊車及人力的投入成本。

3 改造的關鍵點控制

3.1 中心點及基準線復核

檢查清理環冷機中心裝置，復核各立柱半徑，找出設備安裝中心線和標高線。根據燒結環冷機現場布局情況，環冷機基準點與中心線的校核可按如下步驟進行：

（1）因為環冷機縱向中心線與燒結機縱向中心線重合，可按照燒結機原有中心點進行復核及對基準線進行校核。

（2）環冷機橫向中心線以環冷機原有的中心線標樁為基準，以燒結機橫向中心線（機尾軸向中心線）進行復測校核。

（3）環冷機的縱、橫向中心線為正交垂直，故在上述兩線測放后可據此進行復核，兩中心線交點即為環冷機的中心點（臺車工作的旋轉中心）。

（4）為了便于設備安裝過程中找正，可將縱、橫向中心線投放到相應內環立柱基礎內側，但必須定期進行復核。

（5）確定中心測量裝置，作為控制環冷機設備安裝中心線的基準。

3.2 支撐輥安裝與調校

在安裝支撐輥前，必須對▽4.7 m 平面支撐梁，尤其是其底部橫梁的標高進行復測，其標高偏差盡量取負值。在水平軌支撐梁的支撐點處，用全站儀測定實際標高并記錄，再根據各點偏差值，選擇相應厚度的調整墊片組預先安置在▽4.7 m 支撐梁底部的橫梁上，再根據出廠標記分段順序吊裝和固定支撐梁。支撐梁安裝允許偏差為：梁頂面標高允許偏差±1 mm，全長范圍內各點標高差≤2 mm。

該環冷機共設計有內環和外環各50 個支撐輥，安裝支撐輥時，利用全站儀測量儀器、通過增減墊片數量，來調整該100 個支撐輥的上表面在同一水平面內，安裝后支撐輥軸向誤差±1 mm，徑向誤差±1 mm，平面度誤差±1 mm。

測定后緊固螺桿，再次校核、調校，用制圖軟件標出測量后支撐輥安裝的圓心距與標高偏差數據，保證內環和外環各支撐輥頂點所在的同心圓半徑及標高偏差在±1 mm 內，以滿足安裝要求（圖2）。

圖2 支撐輥頂點所在的同心圓半徑及標高偏差

環冷機回轉中徑為Φ42 000 mm，圖中黑點為支撐輥中心頂點，同一水平面內，內環支撐輥中心頂點所在同心圓半徑標準值為18 700 mm，外環支撐輥中心頂點所在同心圓半徑標準為23 300 mm，內外環支撐輥頂點標高標準值為5760 mm，其中H、R、h、r 后數字為測算的偏差值，H 與R 代表外環，h 與r 代表內環，如H-0.5 表示外環支撐輥標高比標準值小0.25 mm，r1 表示內環支撐輥半徑比標準值大1 mm。

3.3 側擋輥安裝

為限制回轉體框架的水平方向移動，在機架支柱上加裝了內環26 組（共52 個）側擋輥，外環26 個側擋輥。原則上，現場安裝時，內環側擋輥與側軌間隙應滿足3～5 mm，且內環側擋輥安裝時徑向誤差應保持在±1 mm 之間。在空載盤車時，盡量調整內環側擋輥底部的墊片厚度，使輥面與側軌的最小間隙滿足3～5 mm。開機熱負荷生產時，驅動力和熱膨脹會影響環冷機的工作狀態，需在環冷機運行穩定后進一步調整內環側擋輪。對于外環側擋輥，盡量保證其輥面與臺車回轉框架間隙在6 mm左右。

3.4 回轉體安裝

采用前述的定點分段安裝技術，將回轉體25 組臺車與旋轉框架按預拼裝的聯接標記，依次吊放在安裝平臺上，周向調整各臺車框架的位置，以保證各個臺車框架的間隙周向均布，再用扭矩扳手逐塊緊固各臺車框架間的聯接螺栓。需要注意的是，在安裝過程中，需試運轉回轉體，檢查和調整鏈銷、側軌在旋轉時的圓度，其中鏈銷（檢測輥套外表面、但不計輥套與銷軸間隙）在回轉時的圓跳動誤差只在傳動鏈輪嚙合處到各點進行檢測，所有鏈銷回轉時跳動誤差允差≤1 mm。

3.5 密封裝置安裝

采用上、下雙層水密封技術，分內環上、下水密封，以及外環上、下水密封，通過在水槽中注入水達到阻風密封作用。其中下部水密封裝置固定在環冷機機架上，通過安裝在臺車下部的不銹鋼擋風板跟隨臺車沿著水槽中間做回轉運動，實現下部回轉體與環冷機風道的密封；上部水密封裝置安裝在臺車欄板頂部，跟隨臺車做回轉運動，通過保溫罩外側底部固定的不銹鋼擋風板實現上部臺車欄板與保溫罩的密封。需要注意的是，上部水槽易因受熱而膨脹開裂，應在內、外環上水槽均勻分布U 形不銹鋼波紋補償器。

3.6 驅動裝置安裝

采用鏈輪—鏈銷（銷齒）傳動型式代替傳統環冷機摩擦輪—摩擦板傳動型式，驅動裝置包含電機、定扭矩聯軸器、減速機、萬向聯軸器、鏈輪以及均勻安裝在旋轉框架上的鏈銷等部分。安裝時，根據基點和回轉部分中鏈銷的回轉中心確定驅動裝置安裝的基準，傳動軸與做銷齒用的鏈銷安裝中心距可通過傳動軸軸承座的長孔來調整，安裝中心距按圖紙要求，調整時應保證兩開式齒輪的正確嚙合，嚙合齒面的接觸斑點應滿足高度>40%、長度>55%，且安裝后傳動鏈輪與作銷齒用的鏈銷套筒嚙合處線接觸率應>75%。

4 改造后運行監控

4.1 跑偏監控

環冷機繞回轉中心運行一周，要經歷被動受礦—回轉冷卻—翻轉卸礦3 個階段，此過程是動態變化的，且其受熱溫度在70～700 ℃之間變化，由于上料量的不同，其所受載荷也不同，回轉體易跑偏，因此需要在復產初期對其不同工況進行測試、監控與調整，必要時對側擋輥與側軌的間隙進行調整。

在環冷機內環26 組側擋輥相應位置周向分布52 個固定檢測點，分別在空載、正常生產（調整前）兩個工況下，測量固定檢測點相對于旋轉框架某一固定基點的變化趨勢，以此判斷環冷機的跑偏情況。測量結果如表1 所示。

表1 環冷機跑偏檢測結果 mm

表1 中空載運行（冷態）數據為2022 年8 月19 日檢測，正常生產（調整前）數據為2022 年8 月26 日檢測，正常生產（調整后）數據為2022 年9 月9 日檢測。

借助EXCEL 雷達圖（圖3），分析發現：由于新環冷機回轉體框架結構強度較高，冷態下空載運行時環冷機無明顯跑偏現象。正常生產運行一周后，再次檢測環冷機跑偏情況（調整前），發現在熱負荷的影響下，環冷機回轉體整體從一段（1#～12#）向三段（27#～38#）跑偏，外環三段大部分側擋輪都與回轉體側軌接觸，跑偏量在5～15 mm 之間。經分析，在靠近驅動部位處（15#～18#、39#～42#），受驅動鏈輪的作用，該區域跑偏狀況變化不大。而在相對兩側驅動部位連線的垂直線方向上，環冷機在卸礦區接受燒結熱礦（約600～700 ℃）后，回轉體框架受熱膨脹，在其回轉直徑方向上跑偏，表現為從一段向三段整體跑偏。

圖3 環冷機跑偏趨勢

4.2 優化措施及效果

根據前述回轉體框架跑偏情況，利用2022 年9 月初產線停機消缺的時間，把內環2#～12#處11 個側擋輪向側軌方向墊5 mm，調整后跑偏檢測結果見表1，對比圖3 可以發現環冷機跑偏情況得到進一步緩解。回轉體框架運轉是動態變化的，因此在日常維護中，加強跑偏狀態監測的關鍵在于控制其跑偏趨勢，及時采取調整措施。

5 結論

采用科學合理的安裝工藝，克服了環冷機拆、裝工作量大、施工難度大、現場空間狹小等難題，大幅縮短了停機改造時間。提出新型環冷機支撐輥、側擋輥、旋轉框架以及液密封等關鍵部位的改造要點，確保改造后一次性試車成功。上、下雙層環形水密封技術的投用，解決了傳統橡膠密封漏風嚴重的問題，提升環冷設備冷卻效能，大幅降低電能消耗，同時提高環冷余熱利用率，余熱發電量大幅上升。改造后，設備電耗降低1.55 kW·h/t，余熱發電量提高9.59 kW·h/t。