转底炉支承辊安装技术与结构优化

孙吉才，姜　雷

（莱芜钢铁冶金生态工程技术有限公司，山东　莱芜271105）



生产技术

转底炉支承辊安装技术与结构优化

孙吉才，姜雷

（莱芜钢铁冶金生态工程技术有限公司，山东莱芜271105）

摘要：结合转底炉支承辊结构和布置特点，详细论述了支承辊安装的关键技术，利用设计制作的专用基准模块和精调架来完成精调工作，在圆周和半径方向可以实现最大±5 mm调整，优化的支承辊不仅集成了精调架的功能，还可以在高度上微量变动，实用性更强。

关键词：转底炉；支承辊；安装；全站仪；水准仪

1　前　言

转底炉最早是用来处理钢铁工业产生的粉尘及废弃物，由轧钢用的环形加热炉演变为炼铁工艺设备，现在是煤基直接还原工艺中的核心设备之一。国内转底炉应用在海绵铁及珠铁等生产工艺方面，取得了不少研究应用成果，并向处理钒钛磁铁矿及红土镍矿等有色冶金领域拓展，具有极好的发展潜力。

除中试炉外，现已投入生产的大多是大型化转底炉。作为一种大型回转设备，转底炉一旦建成，其结构和布局将难以改变，其炉底机械的安全稳定运行对整个转底炉至关重要。为此，以炉底机械的重要支撑设备—支承辊为研究对象，以大力提高其安装精度为目标，为其他炉底设备的安装提供强有力支持。

2　炉底机械构成

如图1示，转底炉炉底机械主要包括：炉底上环、炉底下环、内支承辊、外支承辊、定心辊装置和驱动装置等。

图1　转底炉炉底机械示意图

炉底上环和下环是一上下两层的环状钢结构，下环内环有圆弧形定心轨道，外环有一圈销轴齿。定心辊辊面内切于下环定心辊道，向外施加放射状定心力，在一定程度上促使环形炉底上下环围绕炉体中心旋转。驱动装置的小齿轮与下环的销轴齿啮合，驱动下整个炉底转动。

3　支承辊安装

3.1支承辊分布特点

对转底炉来说，其内环和外环各有一圈支承辊，数量从数十件到数百件不等，支撑着数百吨甚至上千吨的炉底，平面布置如图2所示。支承辊安装不正确，偏差大，炉底就极可能跑偏严重，一旦超出了定心辊装置的承受能力，内环缝尺寸A或外环环缝B就可能大大减小，甚至为0，造成炉底与炉墙发生刮碰，严重者就造成整个转底炉报废。因此，保证支承辊的安装质量对转底炉的安全运行至关重要。

图2　转底炉内、外环支承辊平面布置

分布在不同的圆周上的内、外环支承辊，每件支承辊在半径方向和圆周方向的定位完全可以用一个水平面内的极坐标（ρ，θ）来表示，炉子中心O即为极点，0度基准线视为极轴，极径ρ等于辊所在圆周的半径R，极角θ为极径线与0度基准线的夹角。ρ和θ的确定和检测用全站仪可以完成。

3.2支承辊安装要求

内、外环支承辊安装控制项目及允许偏差如下：支承辊的支撑母线标高±0.50 mm，内支承辊直径方向中心距±3.0 mm，外支承辊直径方向中心距±3.0 mm，内、外支承辊圆周方向位置1.0 mm，支承辊的水平度0.20/1 000，图纸另有技术要求的以图纸为准。

3.3土建基础验收

转底炉的基础较为庞大且外形复杂，验收重点是首先确认作为永久基准的炉心基准点和炉子0度基准线，严格按照国家相关规范设置。实践证明，炉心基准点宜采用细十字线形式，并且此中心点上最好能够设置混凝土台架，方便检测。各支承辊设备的基础尺寸要逐一复核，包含基础标高、ρ和θ（包含各螺栓或螺栓孔的相对位置），须符合图纸要求。

3.4支承辊安装

支承辊主要是由辊子、辊座和基座等组成，现在的支承辊多采用圆锥辊。

由表1可知，支承辊安装需控制的项目多，安装精度要求高，安装控制要点有：保证支承辊辊面最上方支撑母线的水平度和标高；保证ρ值，保证θ值，使辊轴中心线指向炉体中心。

支承辊安装要遵循先外环后内环的原则，尤其是第一件支承辊的安装最为关键，因为其他支承辊标高一般是用精密水准仪根据该辊标高来控制，且定心辊和驱动装置标高可参照该支承辊来控制。

本安装均采用无垫铁式安装，顶丝调整。安装时，首先将支承辊基本就位，其中ρ值偏差尽量控制在±5.0 mm及以内，再按以下顺序和方法调整。

3.4.1支承辊水平和标高

圆锥形支承辊最上方母线或者高点并不宜确定，若直接利用上辊面母线来测量水平和标高，安装精度难以保证，应该采取技术措施将弧面转变成平面来测量。为此，需要为内外环支承辊设计和加工一种安装用的专用基准模块，检测标高时要考虑基准块自身厚度的影响。

如图3所示，将基准模块放置在支承辊辊面上方，模块上平面可以同时放置框式水平仪和铟钢尺（可从安装第二件支承辊起用高度尺替代）。调整时，拧动基座下方的顶丝来调整支承辊水平和标高，随时观察水平仪掌握水平状况，同时有人用支设在转底炉基础上的精密水准仪观察高度尺（选某一刻度线或划线器作为固定观察点）来随时掌握支承辊标高，反复调整和检测，直到符合要求。

3.4.2支承辊的极坐标定位

支承辊辊座和基座之间采用螺栓紧固，一般螺栓孔孔径要比螺栓大，理论上底座相对基座的最大调整幅度为二者的差值。支承辊水平和标高调整完后，其基座一般不再变动。

图3　转底炉支承辊安装示意图

对于图3所示类型支承辊，为方便工作，设计制作专用精调架来完成精调工作。精调架由角钢、钢块和调整螺栓组成：4根角钢焊成一方形框架，每边焊接一对中间攻丝的厚40 mm钢板块。调整前要松开辊座和基座间的紧固螺栓，精调架使用方法如图3、图4所示，根据偏斜情况旋拧精调架对应边的螺栓，直至支承辊定位达到最理的状态。具体方法及顺序如下：

图4　精调架使用示意图

1）辊轴中心线θ定位。在早期，国内沿用国外环形加热炉支承辊的设计，采用中空辊轴。安装时要利用随机带来的窥视棒完成［1］，操作难度大，实用性也较差，现多数采用实心辊轴。用全站仪由0度基准线旋转角度θ，通过望远镜观察基准块上平面辊轴方向刻线，调整支承辊直至使此线与镜内十字线竖线完全重合，此时辊轴中心线一定指向炉心。

2）支承辊极径ρ定位。ρ值为辊面中心距炉心距离。将框式水平仪朝向炉心的一面紧贴该刻线，由支设于炉心的全站仪测得至水平仪的距离。旋拧调整螺栓调整支承辊位置，直到测得数等于图纸尺寸R。

3）几点注意事项。

①要准备检测用的基准模块。辊面为圆锥形，有大小头，不易找到其高点和水平，利用此基准模块来辅助安装能消除上述困难。模块朝上侧为光滑平面，其与辊面的支撑母线平行并且垂直于该母线与辊轴中心线所在平面；对面为圆锥弧面，是根据辊子辊面加工的；注意内、外辊所用基准模块不相同。两端台肩内侧与辊子端面紧贴。光滑平面上刻有细长十字中心线，横线为圆周方向，用来检测辊面中心至炉体中心距离ρ，纵线则用来检测支承辊辊轴线极角θ。测量时基准模块的上平面要保证水平。②要分清内、外环支承辊。圆锥形支承辊有大小头之分，内外环支承辊辊面锥形也有不同，安装时不能混淆，最好是制作时就在各个内外环支承辊做好区分标记。一是内环支承辊的锥度大，外环托辊的锥度小；二是内环支承辊数量少，外环支承辊数量多；三是小头均朝向炉子中心。

4　支承辊结构优化

安装实践表明，水平、标高、极径和极角的调整是互相关联的，调整某个参数时别的参数也可能会变动，调整会反复多次。

设备安装一般都要完成粗略就位和精调两步，而关键是在精调环节。越接近基本尺寸时越要精细调整，也就越困难。因此，以方便精调为出发点，从一些细节方面对支承辊结构进行优化，使辊座相对基座小范围移动，并在高度方面也适量调整。

改进后的一种支承辊如图5所示，要使辊座能相对基座小范围移动，以下两种方式都可以实现，任选一种即可。第一种方式是将辊座和基座的各紧固螺栓孔设计成长条形，互相垂直，如辊座长螺栓孔槽为AA方向，基座对应位置的长螺栓孔槽就为BB方向；第二种方式是保持基座螺栓孔不变，将底座的螺栓孔直径增加8～10 mm，但此方式中需在螺母与基座钢板之间增加一小孔径方形垫板，并且在基座四周边焊接有支撑立柱，立柱上配有全丝的调整螺栓，每边两件，这种结构具有精调架的功能；调整时，先松开辊座与基座间的紧固螺栓，拧动支撑立柱上的调节螺栓就可以使辊座在基座上前后及左右短距离移动，最大移动幅度可为±5 mm，并能完成辊轴中心的小角度摆动来修正θ角。

图5　改进后支承辊安装示意图

另外，本支承辊基座的上平面在BB方向是斜面，辊座在该方向左右移动可以使支承辊顶面标高轻微变动，也是本结构的设计特点。

支承辊安装调整到位后，紧固辊座和基座间的连接螺栓，基座上的调整螺栓都要紧顶到辊座上。此类支承辊在多座转底炉上的成功应用实践证明，改进后的支承辊安装调整更加方便，安装精度更容易保证。

5　结　语

转底炉支承辊数量多，安装精度要求高，但只要采取合理的技术方法和措施，利用合理的检测仪器，就能实现支承辊的快速和精确安装，为后续炉底机械的顺利安装创造有利条件。

支承辊设备结构完成针对性的设计优化后，在圆周和半径方向可以实现最大±5 mm调整，并且在高度上也可以微量变动。经21 m和32 m等转底炉的应用实践经验证明，改进后的支承辊实用性更强，保证了安装精度，为转底炉后续设备的安装工作提供了更好的支持。

参考文献：

［1］车桂林.转底炉设备安装过程中的质量控制［J］.安装，2010 （8）：28-29.

Installation Technology and Structure Optimization of the Supporting Roller of Rotary Hearth Furnace

SUN Jicai, JIANG Lei

（Laiwu Steel Metallurgical and Ecological Engineering Technology Co., Ltd., Laiwu 271105, China）

Abstract:Combined with the structure and layout on the supporting roller of rotary hearth furnace，this article discusses in detail the key technology on the support roller installation and adjustment. Using design and machining the benchmark module and fine tuning frame to do fine adjustment, maximum adjustment value that can be achieved in the direction of the circumference and radius is±5 mm. And，the optimized supporting roller in view of the above not only integrates the functions of the fine tuning frame, but also can be changed in height. It has stronger practicability.

Key words:rotary hearth furnace; supporting roller; installation; electronic total station; leveling instrument

中图分类号：TF321

文献标识码：B

文章编号：1004-4620（2016）02-0020-03

收稿日期：2016-03-01

作者简介：孙吉才，男，1971年生，1996年毕业于山东轻工业学院机械设计与制造专业。现为莱芜钢铁冶金生态工程技术有限公司技术部部长、工程师，从事冶金设备设计开发及管理工作。