倪樹奇1 ，李軼楠2
( 1. 凌源鋼鐵股份有限公司，遼寧 朝陽 122500;
2. 中冶北方 ( 大連) 工程技術有限公司，遼寧 大連 116600)
摘 要: 結合凌源鋼鐵股份有限公司第二煉鐵廠 1#燒結機 280m2 環冷機的升級改造情況，闡述了新型多功能高效燒結環冷機的技術和結構特點，說明了該新型燒結環冷機技術在改造工程中有著良好的應用效果。
關鍵詞: 燒結環冷機; 升級改造; 結構特點
0 引言
凌源鋼鐵股份有限公司第二煉鐵廠 1#燒結機 280 m2 環冷機已運行多年，存在臺車跑偏、設備老化、密封破損等諸多問題，導致設備漏風率高、散料外泄嚴重、燒結礦冷卻效果差、余熱利用率低。為解決上述問題，同時積極響應國家對于鋼鐵行業綠色、低碳、智能化的發展要求，煉鐵廠在 2022 年對該環冷機進行了升級改造，采用了近年來得到廣泛推廣和應用的新型多功能高效燒結環冷機技術。
1 技術簡介
多功能高效燒結環冷機具有高效冷卻、高效余熱利用、低漏風率、運行節電、可靠性高、 自動化程度高等特點。此次環冷機升級改造本著高效、低耗、優質、經濟、實用、環保的設計理念，采用先進實用、成熟可靠、節能環保、優質、經濟的工藝技術和設備，裝備技術水平高。此外，在環冷機參數選擇及尺寸設計上，充分考慮了對于后續余熱深度利用和環冷機煙氣凈化排放工程的適用性，同時采用節能、清潔生產技術，合理利用能源，改善勞動條件，提高生產效率。
在自動化控制方面，對環冷機設備進行智能化升級，可實現無人值守。通過儀表檢測各密封位置水位，實現高低水位報警，自動補水; 各類閥門均采用電動或氣動，實現主控室或機旁控制，無需操作人員手動開閉; 使用多個熱電偶及相應的溫度檢測模塊，實時監控環冷機溫度場，改善原有環冷機只能根據排礦溫度來調整運行參數的檢測滯后狀況，且溫度場數據也能為后續環冷煙氣零排放工程提供調試、運行依據; 設備的關鍵部位如卸料處安全裝置、未卸料檢測裝置、傳動裝置等處均設置檢測開關，在檢測到故障時停機，并與系統實現連鎖; 同時，設置高清工業攝像頭，主動大屏顯示，實時監控設備運行狀態。
2 升級改造內容
改造前的 1#燒結機環冷機處理量 630 ～ 650 t /h，給料溫度 650 ～ 800 ℃，環冷機中徑 33 m，臺車數量 66 臺，臺車寬度 3. 5 m，欄板高度 1. 6m，料層厚度 1. 5 m，有效冷卻面積 280 m2 ，給料溫度 650 ～ 800 ℃，運行一周約 60 min。該環冷機于 2017 年末燒結機大修后，2018 年 1 月重新投入使用。
改造后的 1#燒結機環冷機中徑保持 33 m 不變，臺車數量 64 臺，臺車寬度 3. 2 m ，欄板高度 1. 6 m，料層厚度 1. 5 m，有效冷卻面積為280 m2 ，運行一周的正常冷卻時間約 60 min，傳動形式為 2 套銷齒傳動。
改造設計主要針對原環冷機水平軌墊梁以上部分，包括: 傳動裝置、回轉體裝配、壓軌裝配、支承輥裝配、側擋輥、密封裝置、卸料處安全裝置、給礦漏斗、罩子裝配、卸礦處密封罩和內外環走臺等。
3 環冷機結構特點
3. 1 傳動裝置
環冷機傳動形式為 2 套新式銷齒傳動。常規的銷齒傳動形式為電機 － 聯軸器 － 直交軸減速機 － 開式齒輪 － 齒輪銷輪形式，齒輪與環冷機機架間為硬連接，齒輪位置固定，無移動及調整空間。環冷機回轉體直徑尺寸、尤其是銷輪直徑尺寸較大，在制造加工及安裝過程中，尺寸精度會受到影響，產生一定的誤差; 實際生產過程中，由于燒結礦溫度較高，環冷機回轉體受熱膨脹，且受到周期性的冷 － 熱變化; 設備經過較長時間運行后，回轉體由于受力、磨損等因素影響，不可避免的產生形變; 受到以上因素的影響，銷輪會偏離正確嚙合位置。
回轉體以環冷機中心為圓心，做圓周運動，以上不利因素同樣會影響運行軌跡的精度，使回轉體產生偏移。銷輪偏離正確嚙合位置會放大非切向力，加劇回轉體偏移。回轉體慣性較大，在偏移過程中，會對齒輪產生較大的沖擊，加大齒輪、銷輪間的接觸應力及齒輪的彎曲應力，長期在非正確嚙合狀態下運行，會加快齒輪、銷輪的磨損，縮短部件壽命，增加設備運行成本。齒輪的非彈性固定形式，還會惡化齒輪軸的受力狀態，軸易發生疲勞失效; 當回轉體銷輪對齒輪的沖擊較大時，會產生較大的瞬時沖擊荷載，可能導致斷軸的故障。原有傳動結構齒輪軸與開始齒輪也為硬連接，齒輪軸受較大沖擊及疲勞載荷，還會影響開式齒輪的傳動精度，產生振動現象，進而導致開式齒輪及減速機出現運行故障，影響正常生產。
改造設計所采用的傳動形式為電機 － 定扭矩聯軸器 － 直交軸減速機 － 萬向聯軸器 － 齒輪銷輪形式。電機與減速機之間設置定扭矩聯軸器，根據電機及負載端實際情況，設定扭矩限定值。當回轉體銷齒傳動、減速機等負載端發生卡阻等故障，負荷超過限定值時，定扭矩聯軸器打滑，防止電機過載。減速機與齒輪軸之間采用萬向聯軸節連接，齒輪軸軸承座與機架間用多組板簧形式彈性連接，齒輪徑向位置及板簧高度可調。初始冷態安裝時，齒輪與銷輪間留一定的熱膨脹量，以抵消熱負荷生產時的回轉體膨脹。當銷輪因變形、熱脹等原因偏離冷態正確嚙合位置時，齒輪隨著銷輪的位置軸向移動，自適應的改變嚙合位置，減小了齒輪與銷輪之間的沖擊。同時，由于板簧高度可調，可根據實際生產情況，調整板簧高度及板簧數量，進而改變齒輪彈性連接的支撐力及齒輪安裝位置，改善齒輪與銷輪之間的受力狀態。由于在齒輪軸及減速機間安裝了萬向聯軸器，齒輪軸受力狀態也得到了改善，同時減輕了齒輪軸受力對減速機輸出軸的影響。
改造后的傳動裝置規避了原結構的不利影響，并在實際應用中取得了良好的運行效果，且齒輪與銷輪磨損情況有較大改善。銷齒傳動結構見圖1。
3. 2 回轉體裝配
回轉體裝配采用通軸 + 關節軸承 + 剖分式軸座 結 構，包 括: 回 轉 框 架、臺 車 體、篦 板、欄板和輥臂等，其制造精度高，臺車翻轉更加靈活可靠。
回轉框架和臺車體均采用焊接結構，剛度大、變形小，臺車采用扇形裝配式結構。臺車篦板采用百葉窗結構，更加有利于透風和排除散料，在保證良好透風效果的同時不堵料; 臺車篦板平整，縫隙均勻; 卸料過程中，受物料沖刷磨損部位采取防磨措施，使臺車本體得到有效保護。
軌道采用起重機鋼軌，同時采用冷彎技術并采取措施消除內應力。軌道接口處采用斜口對接并安裝軌道夾板，軌道運行方向后部設置防竄擋塊，軌道限位處加工止裂孔，兩側均勻分布焊接防徑向位移擋塊，軌道與回轉框之間不加墊。軌道螺栓配扣緊螺母，螺栓安裝方向為自上至下。
優化軌道布置，預留跑偏量，環冷機熱負荷后可自動找正，可有效減少環冷機的跑偏。
臺車欄板保溫采用不低于 140 mm 厚的硅酸鋁纖維氈進行內保溫。欄板內部由多個欄板內襯拼接而成，起到保護纖維氈以及承載燒結礦的作用，可有效杜絕漏風漏料。改造后的回轉體裝配結構見圖 2。
3. 3 壓軌裝配
壓軌為對應改造后的回轉體裝配結構而新增加的結構，在環冷機運行過程中，壓軌工作面與回轉體輥臂接觸，輥臂輪與工作面滾動摩擦。因此，壓軌磨工作面采用高強度耐磨鋼， 防止工作面過快磨損。工作面曲線為采用特殊設計，使臺車可在冷卻段保持水平，在卸料段翻轉卸料并復位。
3. 4 支承輥
支承輥同為對應改造后的回轉體裝配結構而新增加的結構，對回轉體裝配起到支承的作用，采用高規格耐磨鑄鋼材質，數量為 92 個。在機架平面梁上對應每處新增支承輥的位置，分別加裝支撐牛腿來進行加固。支承輥在設計階段已考慮到定位問題，便于日后檢修和更換。 支承輥結構見圖 3。
3. 5 側擋輥
在環冷機周向設置多個側擋輥，分別安裝在環冷機上部機架內圈立柱的內側，以限制回轉體的徑向跑偏。側擋輥輥輪表面采用淬火熱處理工藝，以增強耐磨性能。側擋輥下部配有調整墊片組，用于現場安裝時將輥輪與側軌水平中心面調整到同一水平面上。
3. 6 密封裝置
風箱與回轉框架之間的密封 ( 下密封) 采用水密封形式。水密封槽內側采用橡膠輔助密封 ( 高溫段氟橡膠，低溫段硅橡膠) ; 在卸礦區域水槽內側采用可更換耐磨襯板結構; 密封結構優化了筋板的外形; 通過數控下料的橫筋保證水槽圓度，通過豎筋保證垂直度; 在安裝過程中二次找正垂直度并現場矯形，以精確控制運輸和安裝中產生的變形。
上罩與欄板之間的密封 ( 上密封) 采用水密封加防塵不銹鋼刷形式，可有效降低欄板與上罩之間的漏風率，防塵不銹鋼刷可減少粉塵進入水槽。水槽設有多個膨脹節，可消除因熱脹冷縮而產生的結構變形; 在水槽結構中的內、外側板和底板對接處，采用交錯分布焊縫，以防止焊縫變形開裂。
上、下密封水槽均設有液位計，可實現遠程監測和高、低液位自動報警。同時增加自動加水控制閥，可實現遠程控制或根據水位情況自動控制。同時，還設有便于觀察位置和檢修處理的平臺。
在排水排污方面，對于容易發生積灰的端部密封位置，設有專用沉降箱，便于及時清理積灰，避免由于積灰過多，影響設備正常運行。
3. 7 卸料處安全裝置
為適應改造后的環冷機回轉體裝配結構，新增臺車卸料處的復位裝置與安全裝置。在臺車不能正常翻轉時，可實現自動限位報警停機; 同時在卸料處加裝攝像頭，對臺車卸料狀態進行實時的遠程監控。
3. 8 罩子裝配
環冷機罩子裝配全部采用門型密封罩，一、二段罩子設有內保溫，內部固定龜甲網加硅酸鋁纖維氈及耐熱噴涂料; 保持原有高溫段罩子上部接口高度不變，并按改造后環冷機的集氣趨勢設計; 所有罩子均改為支撐式結構，高溫段罩子配有支撐橫梁，罩子內部采用圓管 ( 不銹鋼材質) 支撐，以防止罩子變形塌陷; 在環冷機 4 個冷卻段的煙罩內安裝有熱電偶，觀察煙氣溫度以便控制環冷機冷卻風機的開度。
在卸礦處設置未卸料檢測裝置，在環冷機未完全卸料時，發出警報并停機，防止由此引起的設備故障。
4 結語
通過對凌源鋼鐵股份有限公司第二煉鐵廠 1#燒結機 280 m2 環冷機的升級改造，環冷機設備整體性能和智能化水平均得到了有效提升，綜合漏風率大幅降低至 5% 以下。在保證正常冷卻能力的前提下，冷卻風機工作耗電量得到有效降低，噸燒結礦平均發電量有效增加，現場粉塵顯著減少，操作環境得到了極大的改善。環冷機回轉體跑偏傾向減少，設備運行平穩，故障率明顯降低。環冷機設備改造后的效果明顯，取得了經濟效益和環境效益的雙重提升。