劉偉林，李 勤

(中核二七二鈾業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 衡陽 421004)

0 引 言

鈾純化煅燒爐是鈾純化生產(chǎn)線煅燒工序主要設(shè)備，其作用是將來自上一工序的物料加熱煅燒，生產(chǎn)最終產(chǎn)品。煅燒爐中煅燒爐管與進(jìn)出料裝置通過動密封進(jìn)行連接，由于生產(chǎn)工藝要求爐內(nèi)系統(tǒng)為微正壓，故進(jìn)出料端密封的好壞是煅燒轉(zhuǎn)爐能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。目前國內(nèi)外常見的動密封方式有填料密封、機(jī)械密封、迷宮密封、氣氛保護(hù)動態(tài)密封等[1-4]。我國鈾純化煅燒爐爐管進(jìn)出料口采用了盤根加黑色黃油進(jìn)行密封。由于爐管內(nèi)溫度長期保持在800～900 ℃之間，爐內(nèi)物質(zhì)為粉料，設(shè)備運(yùn)行幾天后出現(xiàn)密封失效的問題，導(dǎo)致爐氣和放射性產(chǎn)品粉塵泄漏，從而增加了維修維護(hù)工作量，影響了生產(chǎn)環(huán)境和工人的身體健康。針對上述問題，筆者對原煅燒爐管密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，對原密封方式失效的原因進(jìn)行了分析和總結(jié)，并在總結(jié)普通工業(yè)用回轉(zhuǎn)爐密封方式的基礎(chǔ)上，對鈾純化煅燒爐管進(jìn)行了改進(jìn)和應(yīng)用驗(yàn)證[5-7]。

1 傳統(tǒng)密封方式

1.1 傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)

出料端的傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)示意圖1.爐管 2.鏈輪 3.法蘭壓盤 4.盤根和黃油 5.卸料風(fēng)箱

爐管出料端部分伸進(jìn)卸料風(fēng)箱內(nèi)，盤根和黑色黃油填充在爐管出料端外表面和卸料風(fēng)箱的連接處，用于壓緊盤根的法蘭壓盤與風(fēng)箱連接盤通過螺栓連接，爐管圓柱外表面與卸料風(fēng)箱端頭之間的空隙通過石墨盤根加黑色黃油密封。

1.2 密封失效原因分析

盤根密封的原理主要取決于迷宮效應(yīng)。軸在微觀情況下表面非常不平整，軸和盤根之間存在像迷宮一樣微小的間隙，帶壓介質(zhì)在迷宮中被多次截流，從而達(dá)到密封的作用。盤根密封主要在離心泵、活塞泵、壓縮機(jī)等液體密封中使用[8-10]。由于鈾純化煅燒爐爐管內(nèi)物質(zhì)為高溫粉末狀物質(zhì)，采用盤根加黑色耐溫黃油進(jìn)行密封頻繁失效的原因主要如下：

(1) 黑色黃油變硬導(dǎo)致盤根發(fā)生干摩擦。爐管內(nèi)溫度長期保持在800～900 ℃之間，黃油在長期高溫烘烤下，容易變硬。因未及時補(bǔ)充黃油，爐管與盤根直接接觸，發(fā)生干摩擦，導(dǎo)致盤根與爐管之間出現(xiàn)縫隙。爐管內(nèi)粉塵和爐氣從縫隙內(nèi)泄漏。

(2) 粉末狀顆粒進(jìn)入盤根處加速盤根磨損。在爐管內(nèi)微正壓的作用下，粉末物料進(jìn)入盤根和爐管之間，因?yàn)闋t管一直保持轉(zhuǎn)動，在粉末的加入后，加快了對盤根的磨損，長期磨損后，物料也會出現(xiàn)泄漏。

(3) 爐管與連接套管未對中，導(dǎo)致盤根出現(xiàn)偏磨。由于爐管與連接套管未絕對對中，這樣就導(dǎo)致爐管偏磨連接套管內(nèi)盤根，使盤根的使用周期大大減少。爐管上下受交變應(yīng)力導(dǎo)致的慣性擺動，來回?cái)D壓盤根，造成粉料物料泄漏。

2 改進(jìn)后密封裝置

2.1 密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于進(jìn)出料端密封的好壞是煅燒轉(zhuǎn)爐能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵，在爐管的進(jìn)出料端分別設(shè)計(jì)了一套密封裝置。改進(jìn)后的重錘式自補(bǔ)償動密封裝置總體示意圖如圖2所示。

圖2 重錘式自補(bǔ)償動密封裝置總體示意圖1,20.軌道輪架 2,19.軌道 3,18.進(jìn)卸料風(fēng)箱 4,16.鋼絲繩 5,17.重錘 6,15.滾輪 7,14.進(jìn)出料端錐面靜環(huán) 8,13.進(jìn)出料端石墨密封環(huán) 9,12.進(jìn)出料端錐面動環(huán) 10.鏈輪 11.爐管

該密封裝置主要由密封機(jī)構(gòu)和重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)兩部分構(gòu)成。進(jìn)料端密封機(jī)構(gòu)由錐面靜環(huán)7、石墨環(huán)8、錐面動環(huán)9構(gòu)成，進(jìn)料端重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由重錘5、滾輪6、鋼絲繩4以及其他附加構(gòu)成；出料端密封機(jī)構(gòu)由錐面靜環(huán)12、石墨環(huán)13、錐面動環(huán)14構(gòu)成，出料端重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由重錘17、滾輪15、鋼絲繩16以及其他附加構(gòu)成。

(1) 進(jìn)料端密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爐管進(jìn)料端密封機(jī)構(gòu)布置在進(jìn)料風(fēng)箱3和爐管11進(jìn)料端之間，進(jìn)料端密封結(jié)構(gòu)中錐面靜環(huán)7與進(jìn)料風(fēng)箱3右端面法蘭通過螺栓連接，進(jìn)料端錐面動環(huán)9與煅燒爐爐管11的進(jìn)料端法蘭通過螺栓連接，進(jìn)料端石墨環(huán)8安裝在進(jìn)料端錐面靜環(huán)7、進(jìn)料端錐面動環(huán)9之間。

進(jìn)料端重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中進(jìn)料風(fēng)箱3與軌道輪架1固定連接，重錘5與進(jìn)料風(fēng)箱通過鋼絲繩4連接，在重錘5的作用下，進(jìn)料端密封機(jī)構(gòu)中的錐面靜環(huán)7隨軌道輪架1和進(jìn)料風(fēng)箱一起在軌道2上可向右移動。

(2) 出料端密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爐管出料端密封機(jī)構(gòu)布置在爐管11出料端和卸料風(fēng)箱18之間，出料端料端錐面靜環(huán)14與卸料風(fēng)箱18左端面法蘭通過螺栓連接，出料端錐面動環(huán)12與煅燒爐爐管11的出料端法蘭通過螺栓連接，出料端石墨環(huán)13安裝在出料端錐面靜環(huán)14、出料端錐面動環(huán)12之間。

出料端重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中卸料風(fēng)箱18與軌道輪架20固定連接，重錘17與卸料風(fēng)箱通過鋼絲繩16連接，在重錘17的作用下，出料端密封機(jī)構(gòu)中的錐面靜環(huán)14隨軌道輪架20和卸料風(fēng)箱13一起在軌道19上可向左移動。

進(jìn)、出料端采用動、靜錐面配以石墨密封環(huán)進(jìn)行動密封，利用靜環(huán)處所附的重錘對石墨密封環(huán)的磨損予以補(bǔ)償。

2.2 密封裝置的材質(zhì)選擇

由于進(jìn)出料端溫度長期維持在300 ℃以上，爐管內(nèi)保持微正壓，重錘式自補(bǔ)償動密封結(jié)構(gòu)中的錐面動環(huán)和靜環(huán)采用耐高溫、耐腐蝕不銹鋼材料。爐管轉(zhuǎn)動過程中，爐管兩端錐面動環(huán)與其接觸的石墨密封環(huán)具有相對轉(zhuǎn)動，因此，連接錐面動、靜環(huán)的石墨密封環(huán)采用耐高溫、耐磨的浸漬樹脂石墨材料。

2.3 密封裝置工作原理

如圖2所示，物料通過煅燒爐進(jìn)料電機(jī)及進(jìn)料裝置從進(jìn)料風(fēng)箱推入爐管內(nèi)。爐管通過外部電機(jī)及鏈條帶動鏈輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為0.5～5 r/min，進(jìn)入爐管內(nèi)的物料經(jīng)過三個階段的煅燒后形成的產(chǎn)品從爐管出料端推出，進(jìn)入卸料風(fēng)箱。

(1) 進(jìn)料端密封裝置的工作原理 煅燒爐剛開始使用時，爐管11與進(jìn)料風(fēng)箱3之間的密封直接通過不銹鋼錐面靜環(huán)7、石墨密封環(huán)8和錐面不銹鋼動環(huán)9形成的密閉腔室實(shí)現(xiàn)，確保爐管內(nèi)爐氣和粉末物料無法從爐管11與進(jìn)料風(fēng)箱3之間泄漏。隨著煅燒爐運(yùn)行時間的增長，由于與爐管11連接的進(jìn)料端不銹鋼錐面動環(huán)9和進(jìn)料端石墨密封環(huán)8有相對轉(zhuǎn)動，錐面動環(huán)9在轉(zhuǎn)動的過程中會磨損石墨密封環(huán)8，形成縫隙。此時，連接在進(jìn)料風(fēng)箱右端的不銹鋼錐面靜環(huán)7會在重錘5的拉力作用下向錐面動環(huán)9方向移動，實(shí)時彌補(bǔ)錐面動環(huán)9和被磨損石墨環(huán)8之間的縫隙，確保爐管11內(nèi)物料與外界始終是隔絕的。

(2) 出料端密封裝置的工作原理 同樣，煅燒爐剛開始使用時，爐管11與卸料風(fēng)箱18之間的密封直接通過不銹鋼錐面靜環(huán)14、石墨密封環(huán)13和錐面不銹鋼動環(huán)12形成的密閉腔室實(shí)現(xiàn)，確保爐管內(nèi)爐氣和粉末物料無法從爐管11與卸料風(fēng)箱18之間泄漏。隨著煅燒爐運(yùn)行時間的增長，由于與爐管11連接的出料端不銹鋼錐面動環(huán)12和出料端石墨密封環(huán)13有相對轉(zhuǎn)動，錐面動環(huán)12在轉(zhuǎn)動的過程中會磨損石墨密封環(huán)13，形成縫隙。此時，連接在卸料風(fēng)箱左端的不銹鋼錐面靜環(huán)14會在重錘17的拉力作用下向錐面動環(huán)12方向移動，實(shí)時彌補(bǔ)錐面動環(huán)12和被磨損石墨環(huán)13之間的縫隙，確保爐管11內(nèi)物料與外界始終是隔絕的。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

將改進(jìn)后的密封裝置應(yīng)用于鈾純化煅燒爐管進(jìn)出料端進(jìn)行試驗(yàn)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列。

表1 改進(jìn)后密封裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

原始狀態(tài)下，動、靜環(huán)之間的距離為35 mm，經(jīng)過一段時間運(yùn)行試驗(yàn)，觀察到爐管進(jìn)、出料端浸漬石墨密封環(huán)有一定的磨損，當(dāng)因磨損可能出現(xiàn)縫隙時，在150 kg重錘的作用下，錐面靜環(huán)實(shí)時向動環(huán)方向移動，對縫隙進(jìn)行了實(shí)時補(bǔ)償，確保了生產(chǎn)過程中爐管進(jìn)、出料端的密封，未見爐管內(nèi)爐氣和產(chǎn)品粉塵泄漏，如圖3所示。因此可以證明改進(jìn)后的密封裝置密封性能良好，能滿足生產(chǎn)要求。

圖3 運(yùn)行過程中密封部分實(shí)物圖

4 結(jié) 語

針對傳統(tǒng)煅燒爐爐管密封結(jié)構(gòu)較差，導(dǎo)致維修維護(hù)工作量大，影響生產(chǎn)環(huán)境和工人的身體健康的現(xiàn)狀，改進(jìn)了鈾純化煅燒爐管的密封結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)并制造了一種重錘式自補(bǔ)償動密封裝置，爐管進(jìn)、出料端采用動、靜錐面配以石墨密封環(huán)進(jìn)行動密封，利用靜環(huán)處所附的重錘對石墨密封環(huán)的磨損予以補(bǔ)償。通過應(yīng)用證明，改進(jìn)后的密封裝置改善了密封效果，延長了密封件的使用壽命，該密封方式取代了傳統(tǒng)煅燒爐爐管進(jìn)出料端盤根密封方式，解決了由于密封件材質(zhì)問題及過高的工作溫度，致使?fàn)t管密封效果差的問題，提高了產(chǎn)品收率，改善了現(xiàn)場環(huán)境、杜絕了粉塵對員工身體健康造成影響。