高效節能密封環冷機在萊鋼燒結生產中的應用

熊 偉，李 強，王慶遠

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東 濟南271104）

1 前 言

環冷機是目前國內外采用最為廣泛的一種燒結冷卻設備。在燒結礦生產制造過程中，經過破碎后的熱燒結礦料溫度一般在800 ℃左右，環冷機將其冷卻到100 ℃以下供后續流程使用。據統計，燒結工序能耗約占鋼鐵企業總能耗的13%，燒結工序的總能耗中，部分熱能以燒結礦和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣。環冷機是燒結礦生產中重要設備之一，耗電量大，其穩定運行關系到燒結礦生產效率、效益和技術指標。因此，提高環冷機的密封效果及冷卻效率，保障其高效穩定運行，對于燒結工序實現節能減排意義重大。山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠借新建環冷機的契機，分析環冷機漏風主要原因，吸取以前環冷機易發故障經驗，考察各大鋼廠環冷機使用情況，協同環冷機生產制造廠家，對環冷機進行了改造。目前，兩臺580 m2環冷機已在線使用8個月，密封效果好，漏風率低，定修周期內設備零故障，使用效果較好。

2 環冷機存在問題分析

2.1 環冷機漏風原因［1］

1）底部漏風?，F有鼓風式環冷機底部密封基本均采用橡膠板密封，橡膠板較多采用耐磨橡膠，具有一定的硬度和彈性。由于鼓風環冷機長期在高溫、高粉塵環境下運行，橡膠密封板磨損嚴重，環冷機漏風率增加，不僅影響余熱蒸汽的回收量，增加冷卻電耗，且密封系統維護費用升高。其次，橡膠板有一定硬度，當其與臺車梁底部或塊料發生擠壓時，易發生折斷，從而導致漏風。

2）欄板漏風。環冷機臺車欄板多采用Q235普通碳素結構鋼焊接而成，通過螺栓緊固在臺車體上。Q235 耐溫在350 ℃以下，環冷機工作環境惡劣，其進料口燒結礦料溫高達800 ℃左右，長時間運行，臺車欄板會產生不同程度的變形，欄板與欄板之間、欄板與臺車之間都會形成縫隙，造成漏風。

3）橫梁漏風。卸礦后在臺車復位過程中，由于關節軸承存在一定軸向間隙，導致臺車體與三角梁端面的密封膠板接觸不良，造成三角梁處漏風。

4）煙罩漏風。為防止運動的臺車欄板碰撞煙罩，欄板與煙罩之間留有一定的間隙。從環冷機環形截面來看，煙罩邊沿距燒結礦也有一定的距離，當余熱系統的引風機通過煙罩抽取燒結礦的熱量時，冷風就會從間隙進入，影響煙氣溫度，降低發電量。

2.2 環冷機易發故障點分析

1）傳動裝置（摩擦傳動）故障。環冷機的傳動，多采用主、被動摩擦輪夾緊連接在回轉框架上的磨擦板，通過摩擦力使摩擦板帶動回轉框架轉動，上側為被動摩擦輪，在它的側面設置夾緊裝置用于調整摩擦輪與摩擦板之間的夾緊力，使摩擦輪與摩擦板之間得到適當的摩擦力。環冷機全為露天布置，雨雪天氣時，水油混合物附著在摩擦板上，加之使用年限增長后，摩擦板、摩擦輪表面粗糙度變小，摩擦輪與摩擦板之間摩擦力不夠（壓力不夠），此時易發生打滑事故［2］。處理時需增大摩擦輪側夾緊裝置內碟形碟簧的壓入量以增加壓力（通常需要液力千斤頂）；如果沒有工具，也可在摩擦輪上加焊疤（增大輪徑）來增加壓力，處理故障時間不低于2 h。

2）臺車輪故障。環冷機臺車與框架三角梁通過關節軸承連接，由于關節軸承存在軸向間隙，加上環冷機跑偏其框架的運轉軌跡并非純圓，會使臺車車輪軸承在運行時受到一定的軸向力，此軸向力超出軸承的受力范圍后，就會導致軸承損壞，此種現象在設備運行后期尤其明顯，導致故障率居高不下、維護成本增加。再者，臺車輪軸承鎖緊螺母的止退墊強度不夠，導致鎖緊螺母松動，軸承位移，車輪脫落［3］。臺車車輪出現故障后，臺車很容易在卸礦曲軌處卡住或脫軌，此類故障處理十分困難。

3）支撐輥輪故障。在環冷機卸礦段，回轉框架為懸空狀態。為增加回轉框架的支撐強度，一般都在卸礦槽罩內設計4或5個支撐輥輪，用以支撐回轉框架。卸礦槽罩內有大量粉塵，致使支撐輥輪運行環境極其惡劣，無法點檢維護。另外輥輪軸承主要通過輥輪軸上的加油孔加注油脂潤滑，在兩次加油間隙，加油孔內的油脂容易干燥堵塞油孔，導致軸承得不到潤滑而損壞。軸承損壞后卡死輥輪，或使輥輪脫落后卡在卸礦槽出料口導致環冷故障停機［4］。

4）卸礦曲軌故障。長時間運行后，導致卸礦曲軌變形。曲軌易出現內、外側軌道外張現象，當外張到一定程度，易發生臺車掉道事故。處理時，需借助吊索具將掉道臺車抬起，依靠外力使臺車復位，該種類型故障單次處理時間較長，對正常生產影響較大。

3 改進措施

3.1 環冷機回轉框架的支撐方式改進

傳統環冷機的臺車在回轉框架底部，整個回轉框架是靠臺車支撐，臺車車輪與臺車體通過軸、軸承進行連接。在卸礦區臺車需要卸礦，就會與框架呈一定角度張開，卸完礦料后又與框架接觸，這是造成密封困難、漏風嚴重的根本原因。此次改進時，環冷機臺車通過軸固定在回轉框架上，隨框架同步運轉。環冷機內外兩側各設計一排固定的立式支撐輥，用以支撐整個回轉框架（見圖1）。臺車的功能只有儲礦、卸礦，不參與支撐框架，給密封留出了足夠的空間。萊鋼580 m2環冷機采用的是彈性滑板密封，該套密封由下部密封滑板、彈性密封及密封支架3部分組成。密封支架為一槽形板，垂直焊接在風箱上沿，彈性密封安裝在其上部。下部密封滑板置于彈性密封和環冷機回轉框架的密封面之間。彈性密封里裝有彈簧，具有自動補償功能，運行過程中，其與下部密封滑板一直保持貼合的狀態（見圖2），做到可靠密封。同時密封滑板使用自潤滑材料，使用壽命長。

圖1 環冷機回轉框架

圖2 彈性滑板密封

3.2 臺車欄板漏風治理

臺車欄板依舊采用Q235普通碳素結構鋼材質，但欄板內側全部安裝有耐高溫預制塊，預制塊安裝時確保預制塊接縫處與兩塊相鄰臺車欄板接縫處錯開，有效避免了漏風。預制塊與臺車欄板之間，還襯有一層耐高溫硅酸鋁纖維毯，絕熱保溫性能好，能防止臺車欄板熱變形，有效提高了臺車欄板使用壽命，杜絕了臺車欄板漏風，其性能參數見表1。

表1 預制塊性能參數

3.3 上部煙罩密封改進

煙罩密封采用水密封。水密封裝置本體結構為兩個環型水槽，分別安裝在環冷機內、外臺車欄板上方的臺車兩側壁板及三角梁上。水槽內裝水，上部煙罩底部的密封板直接插入水槽內，形成水密封（見圖3）。

生產過程中，水密封環型水槽隨臺車欄板、回轉框架做圓周運動，煙罩底部密封板靜止不動，消除了以往的煙罩漏風點，避免了大量的熱氣與灰塵從煙罩兩側吹出，即能保護傳動裝置，又能提高環冷機周圍的環境質量，降低崗位人員的清掃工作量。

3.4 傳動系統改進

將摩擦傳動改為銷齒傳動。銷齒傳動作為定軸齒輪傳動的一種特殊形式，適用于低速、重載的機械傳動和粉塵較多、工況惡劣的場合。其中，具有圓柱銷齒的大輪為銷輪，另一個小輪為齒輪［5］。銷輪的輪齒是圓柱銷，與一般齒輪相比，具有結構簡單、加工容易、造價低、拆卸方便等優點。在580 m2環冷機中，銷輪固定在回轉框架上，當電機、硬齒面減速機驅動齒輪時，通過齒輪輪齒與銷輪的圓柱銷嚙合，從而帶動回轉框架做圓周運動。銷齒傳動中，兩輪傳動為定比傳動，而且3 套傳動裝置由電氣連鎖控制，因此整個環冷機回轉框架運轉平穩，且圓柱銷使用壽命長，可在線檢修更換，便于維護。

圖3 煙罩水密封示意圖

3.5 新型臺車改進

取消臺車車輪、卸礦曲軌及卸礦槽內支撐輥輪，消除故障點。環冷機扇形臺車鑄造整體加工，非以往的鉚焊結構，能有效保證臺車內外圈弧面與回轉體內外圈間隙緊湊。臺車由臺車車體、臺車軸和搖臂組成，臺車車體通過軸安裝在回轉框架底部，臺車軸隱藏在三角梁底部一圓弧面結構的內凹槽內，減少了卸礦時物料的磨損和漏料造成的堵塞，降低了臺車受損率，延長了其使用壽命。臺車卸礦后，復位時采用雙復位輪，前低后高，保證臺車復位平穩可靠，提高了生產效率和質量。

4 應用效果

實踐證明，高效節能密封的580 m2環冷機投產使用后，密封效果好，漏風率低，設備運行穩定，有效解決了現場的漏風、粉塵、熱污染等問題，減少了設備維護量。傳統老式環冷機漏風率在30%～40%，該環冷機漏風率保持在5%左右，同等冷卻效果下，可以減少1 臺環冷鼓風機運行，同時噸礦發電量在24 kW·h 左右，與其他鋼廠噸礦發電量22 kW·h相比，節能效果顯著。