首鋼高爐沖渣攪籠主軸的技術改進

王海濱 齊立東 王仲民

1.前言

首鋼股份高爐渣處理系統采用的是明特法水沖渣技術，該系統的核心設備為攪籠機，目前共計在裝八臺套。

攪籠主軸作為明特法水沖渣系統中攪籠機的主要部件，工況狀態為低速重載，并處于高溫、腐蝕環境，發生故障后會對高爐正常生產造成影響，故障原因多為主軸應力集中部位金屬疲勞造成的斷裂。攪籠主軸長度約12米，由于長期處于低速重載的狀態下運行，主軸應力集中部位金屬疲勞易導致主軸斷裂，且一旦出現故障，若處理不及時，有可能造成高爐減風或停風等較嚴重的生產事故，造成經濟損失。

原攪籠主軸制作工藝較為復雜，且焊接質量控制難度較大，各部焊接缺陷均易導致主軸出現斷裂 故障，受限于制作工藝影響備件的制作成本偏高，不利于現場設備綜合運行效率的提升。因此攪籠主軸的技術改進成為主要問題。

2.設備情況

2.1 設備性能參數

攪籠機主要有電機、減速機、水上軸頭、攪籠主軸及葉片組合、水下軸頭和提升機組成。設備技術參數見表1。

表1 攪籠機設備技術參數

2.2 設備運行工藝及環境介紹

高爐生產過程中，水及水渣從渣溝沖入水渣坑后，水渣攪籠機一端伸入水渣坑并與地平傾斜20°。隨著攪籠機的轉動，螺旋葉片將水渣池底部的水渣向上輸送，并通過下料斗落到膠帶機上，運輸到堆渣場。水則靠重力和機械攪動力雙重作用向下回流，經過過濾器后送往蓄水池，從而達到排渣和脫水的目的。攪籠主軸總重約28噸，正常工況下的轉速為3r/min，與沖渣水和水渣直接接觸，沖渣水溫80℃～100℃，水中有較高濃度氯離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子等，對主軸及螺旋葉片產生較嚴重的腐蝕和磨損。見表2。

2.3 攪籠主軸運行情況及存在問題

原攪籠主軸為AH32材質直縫焊管，主軸兩側法蘭附帶加強圈，備件制作焊接工作量較大，焊接質量控制難度偏高，各部焊接缺陷均易導致主軸薄弱位置出現斷裂。現場多次出現的主軸斷裂故障，檢查金屬疲勞故障點位均為法蘭連接或直縫焊管的焊接位置。

3.攪籠主軸優化方案

3.1 改進主軸制作材質與連接結構工藝

新型主軸主體采用Q345B無縫鋼管，采用鍛造擴容技術一體成型。兩端法蘭采用35CrMo鑄造法蘭。主軸兩端的法蘭與主體之間采用激光無縫焊接，焊接前焊口處預熱150℃～300℃，所有焊縫符合GB二級標準并進行著色探傷，焊接完成后上車床加工，保證主軸的加工尺寸。主軸主體的內外面噴涂特殊的防腐材料防止銹蝕。見表3、表4。

3.2 主軸承載能力計算

攪籠主軸最大扭轉應力：

T-軸傳遞的扭矩

Wr-抗扭截面系數

軸傳遞的功率：P=90KW

軸的工作轉速：n=3r/min

軸的外徑：P=76cm

軸的內徑與外徑比值：

根據公式計算結論為：

表2 沖渣水重點指標檢測情況

表3 主軸制作工藝參數要求

表4 與原主軸材質成分比較

材料的允許扭轉應力：τmax =35Mpa

τQ345B <τAH32 <τmax

通過以上計算，證明新型攪籠主軸設計強度符合現場使用條件。

3.3 現場使用情況

2020年4月，在首鋼股份2號高爐沖渣現場進行了裝用，各部指標均正常，完全滿足現場工況使用條件。Q345B材質攪籠主軸制作工藝優化，較大程度上降低了備件的制作成本。

4.結論

通過對高爐沖渣攪籠主軸進行技術改進，從材質和結構形式上進行了優化，同時優化了備件制作工藝，減少了制作過程中的焊接工作量，降低了由于焊接缺陷產生的備件質量問題，消除了設備隱患；并較大程度上降低了備件的采購價格，降低了設備運行成本。上線安裝后，整體運行正常，滿足現場工況，保證了現場設備的穩定運行，為高爐生產的長期順穩奠定了基礎。

參考文獻略