酒钢2×8 m2球团竖炉齿辊密封改造

关键词 竖炉齿辊 密封装置 传动系统 技术改造 经济效益

1 前 言

酒钢1号、2号竖炉分别于2004年6月20日及10月10日建成投产，两座竖炉设计能力为年产酸性球团矿80万t。投产初期，由于迷宫式齿辊密封装置设计不合理，出现了跑风、喷料现象，严重时每天喷出的球团料达40～50 t，给球团生产造成了不利影响。2005年8月2号竖炉年修时，我厂对齿辊密封实施了较大改造，用盘式密封取代了原来的迷宫式密封，并对齿辊传动方式、油缸支座、干油润滑系统及液压站进行了相应的改造，运行一年后效果明显。后又于2006年8月在1号竖炉实施了同样的改造，两座竖炉改造后，至今再未出现过跑风喷料现象，其检修周期延长三倍以上，为生产顺行和技术经济指标的改善创造了良好的设备条件。

2 原齿辊密封装置漏风、喷料情况及原因分析

2．1漏风、喷料情况

由于密封装置磨损，齿辊两端密封与齿辊轴之间的缝隙开始冒风喷灰，并逐步发展为喷吹球团料，由最初一天喷出4～5 t，逐步发展到40～50 t，大大增加了工人的劳动强度。同时，喷出的球团料经常将齿辊摇臂极限的电缆烧坏，并将齿辊传动的液压缸和油管埋住，导致极限失灵、液压缸无法正常工作。而且由于齿辊跑风，造成冷却风大量流失，降低了烘干床上生球的干燥效果，严重影响了球团矿的产量和质量。

2．2漏风、喷料原因分析

1)齿辊与炉体密封结构不合理，

齿辊与炉体密封原设计为迷宫式密封，密封距离短。其径向密封由密封环(一)、密封环(二)及润滑装置组成；轴向密封采用22×22mm石棉盘根为填料，轴端用压盖压紧(见图1)。由于密封装置与齿辊有间隙，炉内的高压热风及球团粉尘易进入密封装置内造成磨损；加之润滑脂被高压热风长时间烘烤后会变软，甚至着火，造成润滑不足，齿辊密封的内部填料在高温缺油状态下迅速老化变质，在齿辊轴旋转过程中迅速磨损，使密封装置出现空隙，开始跑风漏料。另外，密封装置的材质选择不当，耐磨性差，密封环磨损严重，甚至遭到破坏，也加剧了密封装置与齿辊轴之间的跑风喷料，严重时粒径大于10mm的球团也能从炉内喷出。

2)齿辊传动方式不合理

齿辊是在两个液压油缸的作用下，带动摇臂在一定的范围内做摆动。由于原设计齿辊摇臂摆动角度在 33．6°至一23．5°之间，液压缸行程为400 mm，摇臂始终在57°范围内摆动，这种传动方式一方面使齿辊上表面长期处在高温环境下，再加上自重和料柱压力的作用，很容易产生下挠变形，导致支撑轴承座磨损不均匀，增大齿辊密封装置的间隙，产生漏风。另一方面这种传动方式只能使润滑油润滑到轴瓦 33．6°至一23．5°之间，在其余范围润滑油则顺着密封盖流走，长期缺油状态也造成齿辊密封装置磨损不均匀，加剧了漏风。

3)油缸支座设计不合理

齿辊油缸支座由于设计受力不合理，螺栓选型偏小，投产期间即出现油缸支座基础螺栓多次被拉断或连根拔起，支座经常松动摆位。

4)干油润滑系统及液压站设计不合理

齿辊干油润滑系统包括迷宫密封的润滑、轴承座的润滑和摇臂销轴、棘轮棘爪的润滑。原设计两台齿辊配三台干油泵打油，两用一备。由于齿辊喷灰、漏料，现场环境十分恶劣，润滑脂中灰尘、杂物较多，造成干油泵故障频繁，影响了润滑系统的正常运行。液压站设计工作压力为6～10M Pa，有7台15 kW电动机和7台CBZ2063齿轮泵，通过7个电液换向阀和1 4个液压缸运行，实现7根齿辊的摆动。因设计油路复杂、接头多、换向频繁，泄漏点较多，造成整个润滑密封系统故障频繁，齿辊运转率低且运转不正常，时开时停，对竖炉炉况造成很大影响，也加速了齿辊的磨损，并增加了设备成本费用。

3 改造措施

3．1 齿辊密封部位的改造

取消原迷宫式密封结构，改为盘式密封，加长了密封距离(见图2)。在齿辊辊轴上安装3个动环和2个定环，有效防止粉尘在高压作用下沿齿辊轴吹出，并于辊径处采用4道20×20的特制金属盘根密封。盘根由高纯石墨和碳纤维挤压成型内芯，外覆盖金属加强网及碳纤维外套，由石墨进行表面润滑，使其具有良好的抗挤压、耐高温性能。压盖设计为对开式，便于更换盘根以及调整盘根与轴的密封间隙。动、静密封环之间有1mm的间隙并充以高压润滑脂。同时，在密封环上方加装减压、耐磨保护环，将原来直接作用到齿辊密封环上的炉内球料的垂直压力和物料向下运动时的直接摩擦力转移到安装在密封环正上方的保护环上，消除了炉内物料运动对齿辊密封装置的磨损。

3．2齿辊传动方式改造

齿辊传动方式采用棘轮棘爪结构，通过改造齿辊摇臂，利用连杆摆动棘爪棘轮，实现了摇臂由57摆动到步进式360°转动。这样，一方面使齿辊的运转同步，摆幅一致，避免了下料不均匀；另一方面这种传动方式也能有效地解决齿辊上下表面受热不均匀的问题，防止齿辊下挠变形而影响密封；再则这种传动方式保证了齿辊的均匀润滑。改造前后摇臂示意图见图3、图4。

3．3油缸支座改造

油缸支座原设计有4根M 24螺栓，通过应力计算，决定采用M30螺栓，并在支座后增加钢座以抵抗横向推力。基础螺栓的处理方法是：先将原混凝土基础凿开150mm，露出预埋螺栓，将螺栓割除100m m后，再将余下螺杆开坡口，用M 30螺栓对接焊牢，在两侧焊加强筋，然后用环氧树脂二次灌浆。这样，增加了摆架运行的平稳性，使得各齿辊受力均匀，排料稳定，有效防止了摆杆、销轴变形，减小了棘爪、铜套磨损，液压缸及液压元件的使用寿命也会明显提高，故障将大幅度减少。

螺栓应力计算如下：

由于螺栓受到轴向拉伸和压缩，因此应满足的条件是：

σ＝S／A≤〔σ〕

式中：σ—螺栓横截面上的工作应力

S一横截面上的轴力

A一横截面面积

〔σ〕一材料的许用应力(螺栓的许用应力为60 M Pa)

S＝(28 ×π／4 ×d2)／4

＝(28 ×3．1 4／4 × 852)／4

＝3970 1．4 N

d液压杆直径85 mm

A≥S／〔σ〕=39701．4／60＝66 1．69 mm²

A＝π／4×d²

故 d≥(4 × 66 1．69／3．14)－2＝29 mm

因此选用M30螺栓4根。

3．4干油润滑系统及液压站改造

润滑系统采用4台电动油泵，每台齿辊一用一备，有效地保证了齿辊的润滑。液压站改由7台变量柱塞泵替代齿轮泵，电机功率由15kW。加大到22．5 k W，通过一个电磁换向系统带动两个油缸工作来实现7根齿辊的转动，使故障率大大降低。

4 改造效果

该改造方案经论证后，于2005年8月在2号竖炉年修时实施。2#齿辊运行一年后效果明显，然后又在l号炉上推广(2006年8月3日1号竖炉年修时实施)。

从2006年8月l 3日1号竖炉年修结束开炉恢复生产至2007年8月27日开始年修，使用了12个月37．1 4天。其间采用了每3个月定期更换一次填料和定时打油保证良好润滑的维护方法，1#齿辊密封在此期间从未出现过跑风漏料的问题，运行平稳可靠。2007年8月27日由于导风墙问题进行年修时，从拆下的齿辊密封和齿辊轴来看，只有轻度磨损。2号竖炉从2006年12月10日年修改造完后，到目前齿辊已正常运转12个月以上，没有出现过跑风漏料的现象，与过去3～4个月就要检修一次相比，检修周期提高三倍以上。

由于齿辊密封装置的成功改造，使竖炉作业率达到了96％以上，不但延长了齿辊的使用寿命和竖炉的年修周期，而且，消除了喷吹料对齿辊运转电气设备和液压设备的影响，使齿辊故障率大大降低。齿辊的稳定运行，又保证了炉内物料的正常运动，为竖炉球团产质量提高提供了保障。同时也大大减轻了岗位工人的劳动强度，消除了竖炉生产中的重大安全隐患，保证了安全生产的实现。另外还降低了设备的维修费用，据统计仅节省齿辊、密封装置及石棉盘根、摇臂等备件，每年可降低消耗220万元。