方首明，韋俊東，張 帥，何碧達(dá)，馮 雄

（柳州鋼鐵股份有限公司燒結(jié)廠，廣西柳州 545001）

0 引言

鼓風(fēng)式環(huán)冷機(jī)是對紅熱燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻的重要設(shè)備，其密封性能與冷卻效果密切相關(guān)。近年來，隨著國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)節(jié)能環(huán)保意識的逐步增強(qiáng)，對燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的冷卻效能和環(huán)保要求也越來越高[1]。為改善老式環(huán)冷機(jī)橡膠式密封結(jié)構(gòu)密封性差、粉塵外泄等問題，選擇將環(huán)冷機(jī)由橡膠式密封改為水槽式密封結(jié)構(gòu)[2-4]。

柳鋼燒結(jié)廠396 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)于2010 年7 月投用，經(jīng)過近12 年的運(yùn)行，設(shè)備老化、劣化嚴(yán)重，旋轉(zhuǎn)框架整體變形下?lián)?，環(huán)冷機(jī)風(fēng)箱及臺車的動靜密封橡膠磨損致使漏風(fēng)嚴(yán)重，影響冷卻效能，且存在粉塵外泄問題，不符合超低排放標(biāo)準(zhǔn)，使與之配套的余熱發(fā)電機(jī)組無法發(fā)揮最大效能[5]。因此，柳鋼燒結(jié)決定將老式環(huán)冷機(jī)改造為新型的上、下雙層液密封式環(huán)冷機(jī)，并對設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1 環(huán)冷機(jī)原理與構(gòu)造

給礦漏斗將單輥破碎機(jī)破碎后的紅熱燒結(jié)礦均布在環(huán)冷機(jī)臺車上，在驅(qū)動裝置的作用下，所有臺車跟隨環(huán)冷機(jī)旋轉(zhuǎn)框架繞其旋轉(zhuǎn)中心做回轉(zhuǎn)運(yùn)動。同時，環(huán)布在環(huán)冷機(jī)四周的鼓風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)從臺車底部的風(fēng)箱和風(fēng)道鼓入臺車篦條間隙，使布在臺車篦條上的紅熱燒結(jié)礦充分冷卻，同時將熱交換后的熱廢氣送至余熱發(fā)電系統(tǒng)，達(dá)到冷卻燒結(jié)礦和余熱發(fā)電的雙重目標(biāo)。

環(huán)冷機(jī)由驅(qū)動裝置、旋轉(zhuǎn)框架、環(huán)形軌道、臺車體裝配、上、下水密封裝置、支撐輥、風(fēng)箱裝置、鼓風(fēng)系統(tǒng)、保溫罩等部件，以及支撐骨架、給料漏斗、卸礦漏斗、熱風(fēng)管道系統(tǒng)等附件構(gòu)成。其中，驅(qū)動裝置由銷齒傳動替代了摩擦式傳動。旋轉(zhuǎn)框架和臺車體裝配構(gòu)成了環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體，旋轉(zhuǎn)框架下方安裝固定有環(huán)形軌道，搭設(shè)在內(nèi)環(huán)和外環(huán)共100 組支撐輥頂部，用于承載整個回轉(zhuǎn)體做環(huán)形運(yùn)動。臺車體為偏心結(jié)構(gòu)形式，通過其內(nèi)、外兩側(cè)的轉(zhuǎn)軸銜接在旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)部，臺車的內(nèi)轉(zhuǎn)軸端部設(shè)計(jì)為搖臂輥結(jié)構(gòu)。該輥臂一端通過鍵聯(lián)接在臺車內(nèi)轉(zhuǎn)軸上，另一端設(shè)有輥輪，在回轉(zhuǎn)體壓軌的下沿做周期性曲線運(yùn)動，即在冷卻段使各部臺車保持水平姿態(tài)隨旋轉(zhuǎn)框架做環(huán)形運(yùn)動，在卸礦漏斗上方依靠臺車本體偏心結(jié)構(gòu)和重力作用，進(jìn)行自動卸礦與復(fù)位，達(dá)到將熱燒結(jié)礦周期性轉(zhuǎn)運(yùn)和冷卻的目的。

2 改造內(nèi)容及施工工藝技術(shù)分析

2.1 主要改造內(nèi)容

將老式的橡膠密封+摩擦傳動式396 m2環(huán)冷機(jī)改造成新型的液密封+銷齒傳動式的球團(tuán)式環(huán)冷機(jī)。對原有水平軌道包括支撐梁在內(nèi)的部分整體改造，利舊原土建基礎(chǔ)、立柱、框架、高溫段保溫罩、風(fēng)箱與風(fēng)道、鼓風(fēng)系統(tǒng)以及熱風(fēng)管道等。

拆除舊冷環(huán)機(jī)本體、低溫段保溫罩、卸礦漏斗、給礦漏斗、散料運(yùn)輸小車裝置、驅(qū)動裝置等約800 t。更換和改造工程設(shè)備總重約1200 t，主要設(shè)備有驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)體裝配、環(huán)冷機(jī)低溫段保溫罩裝配、中心測量裝置、給礦漏斗、卸礦漏斗、支撐輥裝配、壓軌裝配、側(cè)擋輥裝配、環(huán)形散料小車及軌道等。

2.2 改造施工流程

環(huán)冷機(jī)改造施工流程如圖1 所示。

圖1 改造施工流程

2.3 施工工藝技術(shù)分析

為減少大修停機(jī)的時間成本，本次改造施工通過優(yōu)化工序，依據(jù)“優(yōu)化施工次序、優(yōu)化橫向工作、優(yōu)化縱向工作”思想，結(jié)合環(huán)冷機(jī)自身結(jié)構(gòu)與功能特性，采用科學(xué)合理的安裝施工工藝，大幅縮短了停機(jī)改造周期。

2.3.1 線下整體預(yù)拼接技術(shù)

考慮到臺車與框架上線就位后需組配、焊接、配鉆的工作量大，耗時較多。為縮短此工序的耗時，可將停機(jī)時間盡可能轉(zhuǎn)移到線下。依據(jù)整體模塊化的思路，要求供貨廠家在制造過程中預(yù)先把新環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體拼裝組圓，將臺車按模塊劃分并按次序進(jìn)行編號，共75 部結(jié)構(gòu)一致的臺車以3 部臺車為1 個模塊的方式進(jìn)行調(diào)整、焊接，可分為25 個模塊。待各個模塊組配、焊接、配鉆等精細(xì)加工完成后，再按所劃分的模塊拆解成25 份發(fā)貨至改造現(xiàn)場，從而縮短現(xiàn)場在線安裝調(diào)整的時間。在改造施工時，按前期線下預(yù)組裝的25 個模塊在大修現(xiàn)場依次復(fù)原。由于預(yù)拼裝就已調(diào)整好旋轉(zhuǎn)框架及臺車體的配合精度，因此可以大幅減少施工周期。

2.3.2 定點(diǎn)分段拆除技術(shù)

為避免大型汽車吊頻繁調(diào)整位置，加快舊設(shè)備的拆除吊離，提高施工效率，減少吊裝機(jī)械工作臺班，可采取定點(diǎn)拆除吊裝的方式。結(jié)合環(huán)冷機(jī)的結(jié)構(gòu)特性，把臺車、n 形保溫罩等能移動的部件轉(zhuǎn)移至指定位置進(jìn)行拆除、吊運(yùn)。同時按照整體拆分與單元合并的思路，將舊環(huán)冷機(jī)72 部臺車劃分為24 個單元，每3 部臺車為1 個單元整體進(jìn)行拆卸和吊出，可以大幅減少拆卸數(shù)量與吊出次數(shù)，拆除時間節(jié)省近2/3，施工效率大大提高。具體做法為：在環(huán)冷機(jī)北面定點(diǎn)架好1 臺100 t 汽車吊，同時在回轉(zhuǎn)體北面框架上安裝1 臺10 t 卷揚(yáng)機(jī)，按順時針方向把舊臺車依次拉到吊裝區(qū)域，按所劃分的24 個單元進(jìn)行割除并吊離現(xiàn)場。

2.3.3 分段頂升平移技術(shù)

環(huán)冷機(jī)上方的給礦漏斗區(qū)域?yàn)楦呖?，且四周空間狹窄，整體拆、裝比較困難，使用頂升平移和分段逐級拆裝技術(shù)，即將給礦漏斗分段拆除與倒運(yùn)、逐級就位與安裝的頂升平移方法，解決了給礦漏斗拆裝的難題，優(yōu)化了轉(zhuǎn)運(yùn)過程。具體為：在漏斗口下方用2 根50 kg 軌道搭設(shè)導(dǎo)軌與轉(zhuǎn)運(yùn)平臺，導(dǎo)軌連接至汽車吊吊裝區(qū)域，運(yùn)送小車可在導(dǎo)軌上來回移動。拆除舊給礦漏斗時，在給礦漏斗內(nèi)部每隔1.5 m 用角鋼搭設(shè)臨時拆除平臺，從給礦漏斗底部分段、分塊逐步拆除，依次通過運(yùn)送小車清理出現(xiàn)場?；匮b時，把新給礦漏斗分成3 段，逐一放置到運(yùn)送小車上倒運(yùn)至安裝漏斗口，同時在給礦漏斗正上方樓板大梁處安裝4 個10 t手拉葫蘆，把給礦漏斗吊離運(yùn)送小車，逐一就位后安裝支撐牛腳固定。

2.3.4 定點(diǎn)分段安裝技術(shù)

與定點(diǎn)分段拆除技術(shù)類似，安裝回轉(zhuǎn)體時將線下預(yù)拼接好的25 組臺車及框架等可移動的部件放在指定位置吊裝，通過平軌逐一轉(zhuǎn)移到同一位置進(jìn)行安裝和調(diào)整。由于環(huán)冷機(jī)n 形保溫罩較多，且預(yù)先在線下制作好，還要澆注3 個面的耐火材料，直接吊裝和拼接、焊接施工難度較大。結(jié)合定點(diǎn)分段安裝技術(shù)，本次利用已安裝完成的臺車框架倒運(yùn)n 形罩的方法，通過定點(diǎn)吊裝與逐段轉(zhuǎn)運(yùn)的方式逐一更換n 形罩，降低安裝難度，提高安裝效率，節(jié)約大型吊車及人力的投入成本。

3 改造的關(guān)鍵點(diǎn)控制

3.1 中心點(diǎn)及基準(zhǔn)線復(fù)核

檢查清理環(huán)冷機(jī)中心裝置，復(fù)核各立柱半徑，找出設(shè)備安裝中心線和標(biāo)高線。根據(jù)燒結(jié)環(huán)冷機(jī)現(xiàn)場布局情況，環(huán)冷機(jī)基準(zhǔn)點(diǎn)與中心線的校核可按如下步驟進(jìn)行：

（1）因?yàn)榄h(huán)冷機(jī)縱向中心線與燒結(jié)機(jī)縱向中心線重合，可按照燒結(jié)機(jī)原有中心點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核及對基準(zhǔn)線進(jìn)行校核。

（2）環(huán)冷機(jī)橫向中心線以環(huán)冷機(jī)原有的中心線標(biāo)樁為基準(zhǔn)，以燒結(jié)機(jī)橫向中心線（機(jī)尾軸向中心線）進(jìn)行復(fù)測校核。

（3）環(huán)冷機(jī)的縱、橫向中心線為正交垂直，故在上述兩線測放后可據(jù)此進(jìn)行復(fù)核，兩中心線交點(diǎn)即為環(huán)冷機(jī)的中心點(diǎn)（臺車工作的旋轉(zhuǎn)中心）。

（4）為了便于設(shè)備安裝過程中找正，可將縱、橫向中心線投放到相應(yīng)內(nèi)環(huán)立柱基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)，但必須定期進(jìn)行復(fù)核。

（5）確定中心測量裝置，作為控制環(huán)冷機(jī)設(shè)備安裝中心線的基準(zhǔn)。

3.2 支撐輥安裝與調(diào)校

在安裝支撐輥前，必須對▽4.7 m 平面支撐梁，尤其是其底部橫梁的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，其標(biāo)高偏差盡量取負(fù)值。在水平軌支撐梁的支撐點(diǎn)處，用全站儀測定實(shí)際標(biāo)高并記錄，再根據(jù)各點(diǎn)偏差值，選擇相應(yīng)厚度的調(diào)整墊片組預(yù)先安置在▽4.7 m 支撐梁底部的橫梁上，再根據(jù)出廠標(biāo)記分段順序吊裝和固定支撐梁。支撐梁安裝允許偏差為：梁頂面標(biāo)高允許偏差±1 mm，全長范圍內(nèi)各點(diǎn)標(biāo)高差≤2 mm。

該環(huán)冷機(jī)共設(shè)計(jì)有內(nèi)環(huán)和外環(huán)各50 個支撐輥，安裝支撐輥時，利用全站儀測量儀器、通過增減墊片數(shù)量，來調(diào)整該100 個支撐輥的上表面在同一水平面內(nèi)，安裝后支撐輥軸向誤差±1 mm，徑向誤差±1 mm，平面度誤差±1 mm。

測定后緊固螺桿，再次校核、調(diào)校，用制圖軟件標(biāo)出測量后支撐輥安裝的圓心距與標(biāo)高偏差數(shù)據(jù)，保證內(nèi)環(huán)和外環(huán)各支撐輥頂點(diǎn)所在的同心圓半徑及標(biāo)高偏差在±1 mm 內(nèi)，以滿足安裝要求（圖2）。

圖2 支撐輥頂點(diǎn)所在的同心圓半徑及標(biāo)高偏差

環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)中徑為Φ42 000 mm，圖中黑點(diǎn)為支撐輥中心頂點(diǎn)，同一水平面內(nèi)，內(nèi)環(huán)支撐輥中心頂點(diǎn)所在同心圓半徑標(biāo)準(zhǔn)值為18 700 mm，外環(huán)支撐輥中心頂點(diǎn)所在同心圓半徑標(biāo)準(zhǔn)為23 300 mm，內(nèi)外環(huán)支撐輥頂點(diǎn)標(biāo)高標(biāo)準(zhǔn)值為5760 mm，其中H、R、h、r 后數(shù)字為測算的偏差值，H 與R 代表外環(huán)，h 與r 代表內(nèi)環(huán)，如H-0.5 表示外環(huán)支撐輥標(biāo)高比標(biāo)準(zhǔn)值小0.25 mm，r1 表示內(nèi)環(huán)支撐輥半徑比標(biāo)準(zhǔn)值大1 mm。

3.3 側(cè)擋輥安裝

為限制回轉(zhuǎn)體框架的水平方向移動，在機(jī)架支柱上加裝了內(nèi)環(huán)26 組（共52 個）側(cè)擋輥，外環(huán)26 個側(cè)擋輥。原則上，現(xiàn)場安裝時，內(nèi)環(huán)側(cè)擋輥與側(cè)軌間隙應(yīng)滿足3～5 mm，且內(nèi)環(huán)側(cè)擋輥安裝時徑向誤差應(yīng)保持在±1 mm 之間。在空載盤車時，盡量調(diào)整內(nèi)環(huán)側(cè)擋輥底部的墊片厚度，使輥面與側(cè)軌的最小間隙滿足3～5 mm。開機(jī)熱負(fù)荷生產(chǎn)時，驅(qū)動力和熱膨脹會影響環(huán)冷機(jī)的工作狀態(tài)，需在環(huán)冷機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)一步調(diào)整內(nèi)環(huán)側(cè)擋輪。對于外環(huán)側(cè)擋輥，盡量保證其輥面與臺車回轉(zhuǎn)框架間隙在6 mm左右。

3.4 回轉(zhuǎn)體安裝

采用前述的定點(diǎn)分段安裝技術(shù)，將回轉(zhuǎn)體25 組臺車與旋轉(zhuǎn)框架按預(yù)拼裝的聯(lián)接標(biāo)記，依次吊放在安裝平臺上，周向調(diào)整各臺車框架的位置，以保證各個臺車框架的間隙周向均布，再用扭矩扳手逐塊緊固各臺車框架間的聯(lián)接螺栓。需要注意的是，在安裝過程中，需試運(yùn)轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)體，檢查和調(diào)整鏈銷、側(cè)軌在旋轉(zhuǎn)時的圓度，其中鏈銷（檢測輥套外表面、但不計(jì)輥套與銷軸間隙）在回轉(zhuǎn)時的圓跳動誤差只在傳動鏈輪嚙合處到各點(diǎn)進(jìn)行檢測，所有鏈銷回轉(zhuǎn)時跳動誤差允差≤1 mm。

3.5 密封裝置安裝

采用上、下雙層水密封技術(shù)，分內(nèi)環(huán)上、下水密封，以及外環(huán)上、下水密封，通過在水槽中注入水達(dá)到阻風(fēng)密封作用。其中下部水密封裝置固定在環(huán)冷機(jī)機(jī)架上，通過安裝在臺車下部的不銹鋼擋風(fēng)板跟隨臺車沿著水槽中間做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)下部回轉(zhuǎn)體與環(huán)冷機(jī)風(fēng)道的密封；上部水密封裝置安裝在臺車欄板頂部，跟隨臺車做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過保溫罩外側(cè)底部固定的不銹鋼擋風(fēng)板實(shí)現(xiàn)上部臺車欄板與保溫罩的密封。需要注意的是，上部水槽易因受熱而膨脹開裂，應(yīng)在內(nèi)、外環(huán)上水槽均勻分布U 形不銹鋼波紋補(bǔ)償器。

3.6 驅(qū)動裝置安裝

采用鏈輪—鏈銷（銷齒）傳動型式代替?zhèn)鹘y(tǒng)環(huán)冷機(jī)摩擦輪—摩擦板傳動型式，驅(qū)動裝置包含電機(jī)、定扭矩聯(lián)軸器、減速機(jī)、萬向聯(lián)軸器、鏈輪以及均勻安裝在旋轉(zhuǎn)框架上的鏈銷等部分。安裝時，根據(jù)基點(diǎn)和回轉(zhuǎn)部分中鏈銷的回轉(zhuǎn)中心確定驅(qū)動裝置安裝的基準(zhǔn)，傳動軸與做銷齒用的鏈銷安裝中心距可通過傳動軸軸承座的長孔來調(diào)整，安裝中心距按圖紙要求，調(diào)整時應(yīng)保證兩開式齒輪的正確嚙合，嚙合齒面的接觸斑點(diǎn)應(yīng)滿足高度>40%、長度>55%，且安裝后傳動鏈輪與作銷齒用的鏈銷套筒嚙合處線接觸率應(yīng)>75%。

4 改造后運(yùn)行監(jiān)控

4.1 跑偏監(jiān)控

環(huán)冷機(jī)繞回轉(zhuǎn)中心運(yùn)行一周，要經(jīng)歷被動受礦—回轉(zhuǎn)冷卻—翻轉(zhuǎn)卸礦3 個階段，此過程是動態(tài)變化的，且其受熱溫度在70～700 ℃之間變化，由于上料量的不同，其所受載荷也不同，回轉(zhuǎn)體易跑偏，因此需要在復(fù)產(chǎn)初期對其不同工況進(jìn)行測試、監(jiān)控與調(diào)整，必要時對側(cè)擋輥與側(cè)軌的間隙進(jìn)行調(diào)整。

在環(huán)冷機(jī)內(nèi)環(huán)26 組側(cè)擋輥相應(yīng)位置周向分布52 個固定檢測點(diǎn)，分別在空載、正常生產(chǎn)（調(diào)整前）兩個工況下，測量固定檢測點(diǎn)相對于旋轉(zhuǎn)框架某一固定基點(diǎn)的變化趨勢，以此判斷環(huán)冷機(jī)的跑偏情況。測量結(jié)果如表1 所示。

表1 環(huán)冷機(jī)跑偏檢測結(jié)果 mm

表1 中空載運(yùn)行（冷態(tài)）數(shù)據(jù)為2022 年8 月19 日檢測，正常生產(chǎn)（調(diào)整前）數(shù)據(jù)為2022 年8 月26 日檢測，正常生產(chǎn)（調(diào)整后）數(shù)據(jù)為2022 年9 月9 日檢測。

借助EXCEL 雷達(dá)圖（圖3），分析發(fā)現(xiàn)：由于新環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，冷態(tài)下空載運(yùn)行時環(huán)冷機(jī)無明顯跑偏現(xiàn)象。正常生產(chǎn)運(yùn)行一周后，再次檢測環(huán)冷機(jī)跑偏情況（調(diào)整前），發(fā)現(xiàn)在熱負(fù)荷的影響下，環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體整體從一段（1#～12#）向三段（27#～38#）跑偏，外環(huán)三段大部分側(cè)擋輪都與回轉(zhuǎn)體側(cè)軌接觸，跑偏量在5～15 mm 之間。經(jīng)分析，在靠近驅(qū)動部位處（15#～18#、39#～42#），受驅(qū)動鏈輪的作用，該區(qū)域跑偏狀況變化不大。而在相對兩側(cè)驅(qū)動部位連線的垂直線方向上，環(huán)冷機(jī)在卸礦區(qū)接受燒結(jié)熱礦（約600～700 ℃）后，回轉(zhuǎn)體框架受熱膨脹，在其回轉(zhuǎn)直徑方向上跑偏，表現(xiàn)為從一段向三段整體跑偏。

圖3 環(huán)冷機(jī)跑偏趨勢

4.2 優(yōu)化措施及效果

根據(jù)前述回轉(zhuǎn)體框架跑偏情況，利用2022 年9 月初產(chǎn)線停機(jī)消缺的時間，把內(nèi)環(huán)2#～12#處11 個側(cè)擋輪向側(cè)軌方向墊5 mm，調(diào)整后跑偏檢測結(jié)果見表1，對比圖3 可以發(fā)現(xiàn)環(huán)冷機(jī)跑偏情況得到進(jìn)一步緩解?；剞D(zhuǎn)體框架運(yùn)轉(zhuǎn)是動態(tài)變化的，因此在日常維護(hù)中，加強(qiáng)跑偏狀態(tài)監(jiān)測的關(guān)鍵在于控制其跑偏趨勢，及時采取調(diào)整措施。

5 結(jié)論

采用科學(xué)合理的安裝工藝，克服了環(huán)冷機(jī)拆、裝工作量大、施工難度大、現(xiàn)場空間狹小等難題，大幅縮短了停機(jī)改造時間。提出新型環(huán)冷機(jī)支撐輥、側(cè)擋輥、旋轉(zhuǎn)框架以及液密封等關(guān)鍵部位的改造要點(diǎn)，確保改造后一次性試車成功。上、下雙層環(huán)形水密封技術(shù)的投用，解決了傳統(tǒng)橡膠密封漏風(fēng)嚴(yán)重的問題，提升環(huán)冷設(shè)備冷卻效能，大幅降低電能消耗，同時提高環(huán)冷余熱利用率，余熱發(fā)電量大幅上升。改造后，設(shè)備電耗降低1.55 kW·h/t，余熱發(fā)電量提高9.59 kW·h/t。