高温水冷螺旋输送机改造

万付建

（莱芜钢铁集团有限公司，山东济南 271104）

0 引言

直接还原转底炉炼铁是一种以煤炭和热风为基础的直接还原技术工艺，它将含碳球团在固态条件下，经转底炉高温焙烧直接还原成具有较高金属化率的金属铁。转底炉结构来源于轧钢用的环形加热炉。某转底炉炼铁生产线配套选用高温水冷螺旋输送机，将经转底炉焙烧还原的高温金属铁球连续快速卸出炉底。由于处于高温金属颗粒摩擦恶劣环境，螺旋轴及叶片中空水冷设计结构等，叶片耐磨性差，螺旋轴弯曲变形，严重制约整条产线的产量。为此，对其进行改造优化。

1 结构介绍及工作概况

RD-7-719 型高温水冷螺旋输送机是转底炉炼铁工艺核心设备之一，由螺旋体、轴承座、万向接手、减速机、电机、冷却水旋转接头、可调高度的底座及支架所组成。螺旋体是独立部件，通过法兰与两侧相联，采用双套管通水冷却结构。螺旋叶片为中空水冷结构，采用不锈钢焊接而成，其工作面堆焊硬质合金，堆焊层硬度HRC60。轴承座中轴承采用双列调心球面滚子轴承，以补偿由于高温引起的变形以及安装、制造过程中产生的误差。结构如图1 所示。

图1 高温水冷螺旋输送机机构

表1 高温水冷螺旋输送机技术性能参数

2 改造前状况

高温水冷螺旋输送机使用性能极其不稳定，达不到设计时的产能要求，主要存在以下问题。

2.1 螺旋轴弯曲变形，与炉底出现单面碰底

由于处于高温金属团矿输送特殊工况，螺旋轴跨度相对较大，虽然设计双套管水冷结构，但运行时水压力、流量不足，轴套内空间大，造成冷却水在轴套内滞留，出现死水，降低了冷却效果，螺旋体在高温影响下强度下降，出现高温变形，致使与炉底的缝隙变小，触碰损伤炉底耐火砖，磨损加剧。

2.2 螺旋叶片耐磨材料崩裂，叶片扭曲开裂、漏水

叶片设计注重耐磨性，堆焊的硬质合计塑性较差。中空结构叶片内冷却水流动性差，冷却效果大大降低，叶片不锈钢母体高温热膨胀加剧，堆焊的硬质合金出现开裂、崩裂。在金属团矿的摩擦力作用下，叶片不锈钢母体扭曲变形，与螺旋轴连接处开裂、漏水。

3 改造方案

3.1 改造思路

（1）结构改造。改造后，螺旋体、螺旋叶片的抗高温变形的能力增强，提高设备使用寿命和运行稳定性。

（2）耐磨材料选取。耐磨材料性能应在注重耐磨性的条件下，适当提高塑性，兼顾耐磨性和塑性。

（3）调试冷却水压力与流速，增强冷却效果。

3.2 双套管水冷结构改造

为防止螺旋轴内的冷却水形成死水，改造螺旋轴双套管水冷结构。将支撑板沿螺旋轴圆周方向设置开口。在螺旋轴冷却水压力0.8 MPa 的条件下，通过支撑板开口方向不同的组合，改变冷却水流向，改善水流方式，防止冷却水回水形成死水，增强螺旋轴冷却效果。加长螺旋轴传动端轴承座的冷却孔长度，改善轴承座的冷却效果。改造后的内部冷却结构如图2 所示。改造后，冷却效果得到了显著增强，改善了高温带来的综合影响。

图2 高温水冷螺旋输送机内部冷却示意

3.3 螺旋叶片结构改造

对螺旋叶片结构进行重新设计。改造后的叶片为实心结构，采用耐高温、耐磨的合金材料铸造而成。螺旋叶片与螺旋轴分体设计，采用多段焊接组成，即每条完整螺旋叶片由多块短叶片组成，两短叶片间留有适当缝隙，消除热胀冷缩内应力的影响。

3.4 堆焊合金材料改进

因处于高温、强磨损环境，螺旋轴与叶片堆焊合金材料应具备耐磨、耐高温、加工性能好、焊接性能好等特点。能够确保在8001000温度环境下，组织无大变化和耐磨性陡降，综合考虑，选用ZG3Cr25Ni5MO2W3Co2Re 作为堆焊合金材料。螺旋轴工作面外圆与叶片表面的合金层堆焊厚度不小于3 mm。为增强细长空心主轴的抗弯强度和钢度，螺旋轴母体采用2Cr5Mo钢。采用新合金材料的高温水冷输送机，耐磨性、强度等均大大提升。

4 改造效果

通过改造，高温水冷螺旋输送冷却效果得到了显著提高，提高了螺旋轴的抗弯曲强度，避免因弯曲变形造成的单面碰底现象，堆焊材料的崩裂也得到了大大改善，使用寿命为原来的5 倍以上，大大降低了设备维修费用，提高了金属团矿的产量。

5 结束语

上述改造措施实施后，高温水冷螺旋输送机的稳定性得到大幅提高，可供同类设备改造做为参考。但限于研究条件，螺旋轴冷却水压力与流量调试难以记录掌握，参考时应注重考虑冷却水压力和流量等因素。