提高烧结机运行可靠性研究与应用

吕同军 李克明 吕明秀

(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司 山东莱芜271104)

提高烧结机运行可靠性研究与应用

吕同军①李克明 吕明秀

(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司 山东莱芜271104)

通过对烧结机机头与机尾密封、布料器、润滑系统、单辊破碎机和主传动等系统进行分析、研究和改造，解决了烧结机漏风严重、布料效率低、设备磨损严重、故障率偏高等影响运行可靠性的问题，降低了设备故障率和烧结能耗，减少了设备维修费用，极大地提高了设备运行可靠性，提升了烧结机产量和质量，创造了可观的经济效益。

烧结机 密封板 布料器 润滑系统 篦板 碟形弹簧

1 前言

烧结机是将混合后含有硫、磷、碳等一系列矿粉的原料进行化学反应，烧结成含铁、碳等的烧结矿，是高炉冶炼的原料。在钢铁厂生产过程中，烧结机是其大型的关键生产设备，生产环境恶劣，温度高，其运行可靠性对整个钢厂的生产效益高低起到至关重要的作用。

2 生产现状

近些年，随着各钢厂产量的提升，烧结机超负荷运转，设备能力明显不足，主要技术性能和运行可靠性下降，突出表现在漏风严重、布料效率低、设备磨损严重等，设备故障率较高，严重制约了烧结机的正常运转，造成烧结矿产量和质量逐步下降、备件消耗和能耗不断增加，增加了烧结机的运行和维修成本。

3 改造方案及实施

通过对烧结机机头与机尾密封、布料器、润滑系统、单辊破碎机和主传动等系统进行分析、研究和试验，对烧结机进行了以下几项改造，大大提高了其运行可靠性。

3.1 机头和机尾密封采用全金属柔性密封装置

原机头、机尾密封为配重式装置，配重式密封装置由于是多块密封板组合，受自身结构的影响，当其中一块出现变形时，会直接影响其他密封板的密封效果，从而导致漏风，这部分漏风约占烧结机总风量的15%以上。

图1 烧结机机头、机尾全金属柔性密封装置

改型后采用全金属柔性密封装置(如图1所示)，其在活动密封盖板下部装有高温压缩弹簧组，使活动盖板能够跟踪台车底板，活动盖板和台车底板保持永久性接触；活动密封盖板全面积上布有高温磁性物质，可以吸附周围的铁粉，使铁粉积聚在密封盖板上，这样台车与密封板之间形成了一个柔性密封层；高温磁性密封板同机体联结采用不锈钢板簧，彻底解决了密封板同机体间存在的缝隙漏风问题；采用分段技术，当台车塌腰变形后，各段也会随变形情况降低高度，保持与台车底框接触面，降低了烧结机机头、机尾漏风。

3.2 将机头六辊布料器链条传动改为全封闭的齿轮箱传动

烧结机头部采用六辊布料方式，六辊布料器结构原来为每三个辊子对应由一台电机驱动，传动方式为链传动，两台电机分别位于辊子两端。由于辊子本身容易出现微小形变导致爬链现象，从而导致链条经常断裂，六辊无法使用。

图2 机头六辊布料器改造后装配图

图3 ZDRH-3000智能集中润滑系统

将链条传动改为全封闭的齿轮箱传动(如图2所示)，根据现场空间设计一个齿轮箱，六根辊子通过半联轴器与齿轮箱输出端连接，六根辊子一套驱动系统，保证了六个辊子的运转同步性，同时输出力矩和稳定性都有了较大的提高，且传动效率提高，将4台电机改用一台7.5kW电机传动，安装维护方便同时节约安装空间；降低六辊转速，由原来的88r/min降低为现在的35r/min，使布料效能显著提高。

3.3 烧结机滑道应用ZDRH-3000智能集中润滑系统

由于烧结机人工操作手动给油，操作麻烦、弊端多，相对于“定时定量”的偏差太大，难以保证设备的正常润滑。滑道上经常处于无油状态，造成滑道与台车弹性滑道产生刚性摩擦，上下滑板形成锯齿状深沟，造成大量漏风。此外，由于缺乏润滑作用，滑板与滑道之间的摩擦阻力增大，时间一长，台车在滑道上就会发生蠕动而起拱，起拱台车上的密封板与弹性滑道之间的间隙将加大，漏风更加严重。

针对此状况，在烧结机滑道与北京中冶华润科技发展有限公司联合开发、应用ZDRH-3000智能集中润滑系统(如图3)。

整个润滑系统共分为3部分，将机头、机尾、中间滑道分开供油。机头机尾各一个管路，有独立电动阀控制。中间滑道又分为8个支路，每个电动阀控制多个(20个左右)油路支点。每个电动阀增设旁路手动阀以备用。

润滑油站实施双路自动供油，实现给油泵自动给油、补油，加油泵定时、定量、自动地对烧结机滑道进行润滑。实现润滑系统在线检测及故障报警。

烧结机润滑系统升级投运后取得了满意的效果，弹性滑道使用寿命由以前的10个月延长到平均使用寿命24个月，固定滑板使用寿命由以前的20个月，延长到平均使用寿命48个月，减少了备件消耗，减少设备检修、维护强度。同时，实现了运行稳定、可靠，定时定量给油，最大限度地减少了油脂浪费；系统根据设备不同点位的作业环境和条件不同，选用不同油脂，控制加油频率和加油量，提高了润滑效果，降低了机械磨损，滑板寿命延长了1倍，漏风率降低了约1.04%，年节约油脂约1/3以上。

3.4 优化小矿槽结构形式

原小矿槽由上、下溜槽过渡连接组成，溜槽四周仓壁安装陶瓷衬板，陶瓷衬板安装易存在凸台，导致积料，且溜槽四角无圆弧过渡，形成一死角，死角粘料严重，直接影响着下溜槽下料量的大小，而且极易造成小矿槽蓬料悬料，造成烧结停机。

改造后的小矿槽结构如图4，小矿槽仓内壁取消陶瓷衬板，改成内贴光滑不锈钢衬板，衬板厚度为12cm，仓壁四个角及泥辊交接部采用圆弧过渡，减少了粘料支撑点，有效降低了衬板更换费用，降低职工的劳动强度，提高烧结矿的产量。

图4 小矿槽仓改造结构图

3.5 改变单辊破碎机篦板结构

单辊破碎机安装在烧结机尾部，为水冷式单齿辊破碎机，由辊轴装配和篦板小车组成，篦板移动小车由篦板和支撑台车组成，篦板位于破碎机正中，始终处于高温地段和受物料磨损强烈的部件。由于篦板长期处于高温状态工作，篦板结构内部为循环水冷却，结构内部和外部温差为800℃，篦板上的合金耐磨层接受外辐射热而产生热膨胀，合金耐磨层与焊接结构件外表面形成热膨胀和外膨胀现象，两结合面间形成相对应力交错，导致合金耐磨硬化层大面积脱落，篦板耐磨性能失效。同时，篦板为普通结构焊接件，长期处于高温状态下工作，导致整体变形，结构焊缝开裂，漏水严重，成为影响烧结机正常运行的故障多发点。另外，齿辊装配与篦板移动台车进行动静啮合，将大块高温烧结矿破碎，在齿辊与蓖板之间的啮合过程中，夹杂着高温烧结矿进行相对运动，形成齿辊和蓖板间的强制磨损，造成篦板两侧磨损严重，结构强度下降而失效。

通过分析、研究与改造，将蓖板分体制造，主体部分选用45#铸造加工件，用以克服烧结矿在齿辊与蓖板之间相互啮合时产生的摩擦力。当烧结矿卡在篦板之间，单辊辊齿在最大扭矩状态下不能与篦板啮合，这时篦板受到最大压力，在这种状态下篦板主体上的应力集中截面能否发生形变是检验篦板结构改造是否成功的关键。通过对篦板主体部分做强度校核，确保了改造后的篦板主体结构适应现场工况条件。同时，篦板上部采用保护帽的结构对篦板进行保护，材质选用Cr25Ni9WMO2Re高合金耐热耐磨铸造件。保护帽全长分为两段，经常接触烧结矿的一段磨损较严重，另一段磨损较轻，根据磨损的情况进行选择性更换某一段，大大降低了备件消耗成本。改造后的组合篦板结构见图5。

图5 组合篦板

经过改造，效果非常好：原来设计篦板为整体结构，必须整体更换，现结构为分体式三件结构，只需要更换磨损严重的前段部分，后段和篦板主体可继续使用，节约了直接备件费用；原篦板更换需要将篦板小车拉出进行篦板拆除或安装，更换一次需要12h，改造后篦板安装不需要将篦板小车拉出，可随时更换，优化了检修周期；原设计篦板采用循环水冷却方式，现结构去除了循环水冷却，减少了一个漏水故障点且节约了水资源；原设计篦板在更换时需要人工10个，现篦板安装只需要4人，节约了劳动力，减少了工人的劳动强度。

3.6 改善传动系统弹性拉压杆受力状况

烧结机主传动形式为挠性传动，其挠性依靠弹性拉压杆的弹性来实现。弹性拉压杆结构如图6，其中蝶形弹簧一般成对安装，蝶形弹簧受力时，外径会增大，内径会减少，这种压缩现象称之为最大压缩外径和最小压缩内径，因此蝶形弹簧在设计制造时，外径和内径分别留有规定的径向伸缩量。

由于蝶形弹簧的安装形式和结构特点，一对蝶形弹簧在受力时会产生径向相对位移，这个径向相对位移使一对蝶形弹簧内径分别以不同方向与拉杆圆柱外表面接触，拉杆对蝶形弹簧实施导向作用。随着蝶形弹簧工作压力的增加，一对蝶形弹簧在径向相对位移的同时，会产生一对相反的水平力，压力增加，水平力增大，分别以不同方向作用在拉杆圆柱外表面上，对拉杆施加剪应力。一对蝶形弹簧每完成一个压缩工作周期都有如此过程，造成拉杆受剪切挤压变形，同时也影响了蝶形弹簧正常工作强度和性能。蝶形弹簧受力产生径向相对位移，在实际工作状态时，一对蝶形弹簧外径接触面不能全部接触，而且是局部接触或单边接触，造成蝶形弹簧局部受力或单边受力，从而造成蝶形弹簧工作强度成倍下降，同时也导致蝶形弹簧扭曲变形并撕裂。在理想状态下，在拉杆的径向受力面上产生一对作用力，大小相等，方向相反。而在实际的单边受力状态下则在不同平面上产生一对大小不等的相反方向的作用力，这就对拉杆形成了剪切力。弹簧每加载和卸载一次对导杆剪切一次，长时间的工作后弹簧和拉杆都受到较大的破坏。

图6 碟形弹簧实际工作图

分析结论认为，造成拉杆损坏、蝶形弹簧撕裂原因是：蝶形弹簧在工作压力状态下产生的径向相对位移导致蝶形弹簧局部受力。

改造方案是在一对蝶形弹簧之间加一垫片，将一对蝶形弹簧隔开，蝶形弹簧的锐角作用在垫片的平面上，与垫片平面全部接触，克服了蝶形弹簧的径向相对位移和局部受力，结构见图7，改变了蝶形弹簧失稳、扭曲变形的状态，提高了蝶形弹簧的强度，经过改进，弹性拉压杆使用寿命由原来8个月提高到了5年。

图7 改进后碟形弹簧安装图

4 应用效果

经改造后，设备性能大幅提高，有效解决了烧结机漏风严重、布料效率低、设备磨损严重、设备故障率偏高等问题，消除了设备隐患，提高设备、备件使用寿命，减少了检修次数和设备维修费用，设备作业率提高了0.3%以上，经济效益显著。

4.1增产效益

改造后莱钢3台265m2烧结机年产量增加(275-252)×3=69万t，每吨烧结矿利润按30元计算，年增效益：69×30=2070万元。

4.2 维修费用节约效益

经统计和分析，烧结机故障停机率由1.68%降低到0.57%，并创出了连续2.5个月无故障的最好纪录，3台265m2烧结机设备维修费每年节约420余万元，烧结能耗每年降低200余万元。

4.3 改造成本

表1 改造前后烧结机技术经济指标水平对比

经统计，全金属柔性密封、六辊布料器齿轮箱、智能集中润滑系统、小矿槽改造、单辊破碎机篦板、蝶形弹簧等改造费用合计348.6万元。

4.4按改造后应用2年计算，改造后创经济效益

(2070+420+200)×2-348.6=5031.4万元

5 结束语

利用现有条件，通过分析、研究，对烧结机进行完善改造，极大提高了烧结机设备运行可靠性，烧结矿产量和质量明显提高，烧结能耗显著下降，为高炉改善经济技术指标创造了良好的原料条件。

[1]杨绍令，田德科等.利用可靠性工程降低烧结机组故障率.钢铁,2006(2).

[2]周炳昌，魏修斌等.烧结机集中润滑智能控制系统的应用.信息技术与信息化，2007(1).

[3]汪用澎.大型烧结设备.北京：冶金工业出版社，1997.

[4]鲁亮.多辊布料器传动系统的问题及改进措施.机械研究与应用，2011(4).

ResearchandApplicationonImprovingtheRunningReliabilityofSinteringMachine

Lü Tongjun Li Keming Lü Mingxiu

(Shandong Iron and Steel Joint Stock Co., Ltd. Laiwu Branch, Laiwu 271104)

The sintering machine head and tail sealing, distributor, lubrication system, single roll crusher and the main transmission system were analyzed and transformed.The influence of operation reliability for the sintering machine such as leakage, low efficiency, serious cloth equipment wear, the high failure rate etc are solved. Reduce the equipment failure rate and energy consumption of sintering, reduce the equipment repair costs, greatly improve the reliability of equipment operation, improve the output and quality of sinter machine, greate considerable economic benefits.

Sintering machine Sealing plate Distributor Lubrication system Grate plate Disc spring

吕同军，男，1973年出生，哈尔滨工业大学机械工程专业毕业，硕士，高级工程师，主要从事冶金设备技术管理工作

TF046.4

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10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.016

2014-05-21)