Ф2.4×30m冷卻機設計與應用

陳新軍，王懷波，高明輝

（中鋁山東工程技術有限公司，山東 淄博 255051）

高溫氧化鋁（α-Al2O3）是由工業氧化鋁或氫氧化鋁在高溫窯中經過高溫焙燒改相，形成流動性好、性能穩定、難溶于酸堿溶液中的一種用途廣泛的無機非金屬材料。該產品在生產過程中所用到的主要回轉設備為高溫焙燒窯與冷卻機，在經過高溫窯焙燒后形成的產品，需進入冷卻機內進行冷卻降溫，亦可進入下一道生產工序。其在為降溫物料的同時作為進入高溫窯助燃風進行預熱以達到節能降耗的目的。

冷卻機運轉機理，物料從高溫窯流出經下料溜管進入冷卻機高端（進料罩）內，由于機體按照工藝設計斜度傾斜安裝，機體在回轉時，機體內的物料在翻滾的同時沿軸向移動。物料在移動過程中得到冷卻降溫，為避免冷卻風污染物料，冷卻風走管程。在物料降到工藝設計溫度后從下料口（出料罩）排出。

1 冷卻機的組成

如下圖1所示：Ф2.4×30m冷卻機主要由進料罩及密封裝置、筒體裝置、帶擋輪的支承裝置、滾圈、傳動裝置、支承裝置、出料罩及密封裝置與冷卻列管及密封裝置等組成。

圖1 Ф2.4×30m冷卻機

2 技術參數

2.1 生產能力：5～10t/h

2.2 處理物料：焙燒后氧化鋁

處理物料性質：

物料溫度：≈1200℃堆積密度：1.0g/cm3出口溫度：≤100℃ 真比重3.96g/cm3

2.3 設備參數

規格：Ф2.4m（鋼筒內徑）/Ф2.7m（進料端襯磚前鋼筒內徑）×30m

筒體安裝傾斜角度：2/100（正弦）

正常工作轉速：0.3～3.05r/min（變頻調速）（從出料端看為逆時針方向旋轉）

正常生產能力：5～10t/h

主電機：55KW 防護級別：IP54 絕緣等級：F 變頻調速（5～50Hz）

2.4 工作條件

室外安裝 環境溫度-12℃～+50℃ 年可開動率≥95%

3 整機設計

3.1 進、出料罩及密封結構設計

進料罩是連接高溫窯與冷卻機的中間體，其內部也襯有耐材澆注料。由于物料溫度較高，為保證生產的正產有序進行、減少維修更換頻次，下料溜管采用耐熱鋼鑄件。物料在經過列管熱交換降到工藝要求溫度后從出料罩端流出，考慮到出料罩在生產環節中起到的作用，設置了觀察口與排障口，防止大塊物料或脫落的耐材堵塞下料口。

在靜止的進、出料罩與回轉的筒體間設有密封裝置，采用較為成熟的迷宮+柔性密封的形式，在冷卻機正常運轉上下串動或偏擺時不會造成密封結構的損壞，保證其較長的使用周期。冷卻列管的進、出口銜接處也是采用這種結構。另外，為避免物料積料過多造成漏料及損壞密封結構，故在進料罩底部設置排料口，正常情況下其保持封閉狀態。

3.2 筒體裝置

筒體裝置是物料進行冷卻降溫的關鍵場所，其內部冷卻列管的布置對物料的降溫尤為重要。筒體裝置由兩件寬為500mm的滾圈（輪帶）撐起，保證其在托輪上按照設計轉速運轉，物料隨著筒體的運轉由高端到低端前進，同時物料也與列管充分的接觸進行有效的降溫。

從高溫窯流出的物料，溫度較高。為避免物料與進料端筒體的直接接觸影響筒體的強度及使用壽命，將進料端筒體內徑放大至2.7m，為做內襯留出空間，保證有效的儲料空間，避免物料過多從進料端流出。另外為避免工礦的不穩定性出料過多二造成的漏料，在進料端設置了返料板，將物料返回至冷卻機內。

在筒體的出料端最后一節筒體設計成篩筒，合格的物料進入出料罩下倉體，大塊物料從排障口人工排出。

筒體結構如下圖2：

圖2 筒體裝置、冷卻列管

3.3 冷卻列管

從圖2中可以看出，進風管在進料端未直接分級。其目的一是保證進料端足夠的儲料空間，二是物料溫度較高損壞冷卻列管影響其使用壽命。較高的溫度與熱輻射在一定程度上會影響進風管的強度，為避免彎曲，在較長的懸空處設了兩處“十”字支撐。

考慮到筒體與冷卻列管熱脹量不同，冷卻列管不可直接焊接與筒體上，因此設計風環、固定法蘭。風環與筒體留有一定的間隙，而法蘭焊接于筒體上，風管道從法蘭孔穿過。

如下圖3：

圖3 風環、固定法蘭

3.4 支承裝置

筒體裝置、耐材、物料、冷卻列管、大齒輪等所有隨筒體旋轉的重量，均通過滾圈傳到兩檔支承裝置上。支承裝置由一對托輪軸承組和一個大底座組成，一對托輪支承著滾圈，承載回轉部分重量，向基礎傳遞荷重。同時對冷卻機機體起到定位的作用，使冷卻機能安全平穩地運轉。支承裝置由滾圈、托輪、軸承和擋輪組成。

滾圈在運轉中受到接觸應力和彎曲應力，所以要求滾圈要有足夠抵抗接觸應力與彎曲應力的能力，要有較長的使用壽命。本此設計選用的矩形滾圈，其斷面是實心矩形，形狀簡單，由于斷面是整體，鑄造缺陷相對來說不顯突出，裂縫少。滾圈活套在筒體墊板上，且與墊板之間留有間隙，既可以控制熱應力又可以充分利用滾圈的剛性，使之對筒體有較好的加固作用。

托輪是一個堅固的鋼質鼓輪，通過軸承支撐在基礎上，托輪軸承采用滾動軸承，其具有結構簡單、維修方便、摩擦力小、電耗小及制造簡單等優點。另外由于滾動摩擦，冷卻機的啟動力矩相對減小。

3.5 傳動裝置

傳動裝置的作用是就是把原動力傳遞給筒體并減小到所要求的轉速。由電動機、減速機及大小齒輪組成。大齒輪由于尺寸較大，制作成兩半的形式，用螺栓將其連接在一起。大齒輪不與筒體直接連接，而是用彈簧板連接，其具有較大的彈性，能減少因筒體彎曲或開、停車時的沖擊力對大、小齒輪的影響。

傳動形式是減速機高速軸用聯軸器與電機連接，低速軸用聯軸器與小齒輪軸連接。其結構緊湊、占地面積小，傳動效率高，結構簡單，部件較少，安裝方便，且安全可靠。

4 結束語

該設備設計、制造、安裝、運行已有三年多的時間，在此期間其良好的性能，獲得了使用單位的一致好評。今后我廠繼續依托沈陽鋁鎂設計研究院的技術進行優化設計、提高產能，開發運用于其他領域的冷卻設備，擴大產品市場、進行多元化發展。