斜式渣滚筒托圈结构优化及支撑固定改进

熊正威

摘要：旨在为炼钢企业降本增效并实现环保的生产经营目标，本实用技术对渣滚筒前后托圈结构及滚筒支撑装置进行优化改进，通过采用焊接式前后托圈和整体式钢结构大底座，极大地提高了渣滚筒设备的稳定性。本文通过本项技术领域、技术背景、本项技术实用新型内容、本项技术附图说明、本项技术具体实施方式五个部分，较为详尽地将本项技术进行了阐述与说明。同时，该技术将为渣滚筒进一步设计优化完善提供了极大的参考意义。

关键词：渣滚筒;托圈;支撑装置;改造

引言：钢铁行业属于国民经济基础性性产业，在传统意义上讲，该行业企业的标签为高能耗、污染重，而这一切已经成为新经济时代既要确保经济发展又要确保生态环境这对儿矛盾的焦点问题。为此，节能减排成为钢铁行业企业首当其冲且必须认真解决好的主要问题。在此背景下，开发与创新新型技术，以力求降低钢铁行业企业高能耗与高污染并安全生产问题迫在眉睫。其中，关于炼钢企业在转炉渣滚筒处理技术方面，既往技术革新尚存不足之处。而本项技术创新研发了斜式渣滚筒托圈结构优化及支撑固定改进技术，其核心价值在于可以进一步提升相关设备在生产运行过程中节能减排能力以及降低运行成本、维修便捷与安全生产的能力。

一、本项技术领域

本专利是涉及工业企业生产的工艺和设备技术，适用于钢铁企业及其它相应工业领域。本专利项目是属冶金工艺使用的转炉渣处理设备技术。主要用于炼钢工艺的转炉渣处理技术。

二、本项专利背景技术

为了降低能耗，实现环保生产，炼钢厂逐步开始使用转炉渣滚筒处理技术。目前国内较为成熟的倾斜式渣滚筒技术，组成固定渣滚筒的设备主要由倾斜的滚筒和支撑和定位的滚筒前托轮组、后托轮组、止推轮组及驱动开式齿轮组等设备组成，但主要存在以下三点问题：第一点，现有的倾斜式渣滚筒一般选倾斜25°，因设备工艺布置标高位置不同原因，为此需要设计前托轮组、后托轮组、止推轮组及驱动开式齿轮组设备底座是分散布置的，存在部分设备基础在异常设备冲击情况下基础螺栓的松动和基础损坏;第二点，由于托圈和滚筒采用配合安装定位方式，在实际的生产使用过程中托圈和滚筒本体会发生相对运动导致磨损和轴向和径向定位的L形板脱焊使得设备经常需要停机处理;第三点，由于常规的止推轮与后部托圈的配合面为锥面，锥面不与滚筒中心线垂直，导致在托轮定位存在误差时，转动的滚筒通过下部托圈的锥面对止推轮有一径向分力，使得止推轮故障高发，寿命不超过3月。

对此，我们的目的在于针对现有倾斜渣滚筒设备工艺的特点和设备运行中存在的问题，专门研究解决可靠渣滚筒的支撑定位技术，提高生产效率、降低设备故障率、节约维修成本。

本专利技术的倾斜渣滚支撑定位方法实现可靠、安全、实用、维修量小目标，给各冶金钢铁厂转炉渣处理倾斜滚筒的设计和方案选择提供了参考和借鉴，并有很强的现实应用价值。

三、本项技术实用新型内容

（一）本专利技术主要解决的问题

该项技术聚焦于单腔倾斜布置渣滚筒设备布置分散底座设计，适应了各设备布置相对分散、标高不一致需求，主要问题是：

（1）目前止推轮受到很大的滚筒轴向分力，且由于在渣滚筒实际生产中钢球及渣不断随滚筒旋转被带起、备抛下导致的冲击载荷导致止推轮底座基础及地脚螺栓受冲击倾翻力矩的影响不断被损坏导致长时间的停机处理。

（2）现有的托圈配合固定方式，导致固定的L形板易于脱焊，托圈和滚筒筒体发生相对移动导致托圈和相关部件磨损，维修周期短和费用高。

（3）锥面止推面设计使得止推轮受轴向交变载荷冲击大，止推轮设备故障高，寿命低。

（二）本专利技术创新解决方案

该项技术的目的是对转炉倾斜渣滚筒设备技术的设计创新，针对现有的渣滚筒支撑传动系统进行改造。实现措施简单，操作方便、维修简单、运行可靠的目的。其解决问题的方案：

（1）技术一：整体焊接托圈技术

一般倾斜渣滚筒的支撑回转前后托圈和滚筒本体的连接固定方式是，在滚筒本体的托圈固定部位圆周设置均布的L形板焊接在滚筒支撑筒壁上，圆周加工到设计配合尺寸。待托圈装配到滚筒上后，在L型板的外侧含轴向止挡固定。该方式在实际的生产过程中，由于托圈和滚筒L型板的相对滑动，导致L型板的磨损和脱焊，最终导致托圈的定位失效，故障处理时间长、工作量大。

新设计的渣滚筒本体上的前后托圈采用异种材料焊接工艺使得托圈焊接固定在滚筒本体上。托圈为耐磨锻件，滚筒筒体为普通结构钢，将其二者焊接在一需要采用特殊的焊接材料和焊接工艺控制焊接变形和缺陷。另为防止提高托圈位置的强度在托圈圆周方向设计了支撑筋板，防止变形和起到加强作用。后部焊接托圈与小滚筒的焊接结构采用箱型结构。

為考虑前部焊接托圈1、后部焊接托圈5在运行过程中与前部托轮装配2、后部托轮装配13和止推轮装配9的接触磨损补偿和强度刚度稳定性，新方案增加了焊接托圈的径向厚度和轴向的长度。

（2）技术二：整体旋转齿圈技术

滚筒驱动的旋转齿圈布置在后部托圈和下部滚筒的连接面之间，一般由于尺寸大，且由于安装过程中与托圈干涉，无法整体安装设计为分体结构。分体齿圈分段位置中间采用高强连接。其连接部分位置突出，由于净空小，易于下部支撑托轮干涉。

新设计的旋转大齿圈4，设计为整体结构，其安装的内圈直径大于后部托圈外径5-10mm，便于安装时从后部托圈位置穿入。齿圈内圈设置支撑台阶与小滚筒3上的安装法兰配合实现齿圈的径向定位。齿圈圆周的固定螺栓6孔设计需考虑加工刀具加工的便利性不与托圈干涉。

该结构的设计有以下优点：第一，对比分体齿圈，该结构与外部的净空大，设备运行可靠;第二，安装法兰定位台阶配合面的设计实现了齿圈的精确定位;第三，该齿圈尺寸设计可实现在线整体齿圈的上下便捷更换，与后部托圈无干涉。

（3）技术三：垂直止推平面技術

由于倾斜滚筒旋转的径向支撑主要由与滚筒托圈配合运动的前后两组托轮支撑定位的。由于托轮在实际生产过程中负载（钢渣和球）交变的冲击、托轮的磨损、滚筒的变形及托圈的定位精度，导致滚筒旋转时存在一定的径向跳动。由于常规设计止推轮9与配合的后部托圈7为保证接触线速度一致，需要把托圈和止推轮设置为锥面形式。该配合与倾斜滚筒轴向成一定的斜角，滚筒旋转过程中的径向跳动导致止推轮受到一个交变的侧向载荷。长期生产导致止推轮本体设备损坏和基础破坏。

新设计的后部托圈7止推面设计为倾斜滚筒轴向垂直，当滚筒在旋转过程中因为托轮的定位导致径向跳动大时，该止推面的径向位移不会产生对止推轮的侧向振动和倾翻力矩。当后部焊接托圈7的止推面为垂直面后，为保持止推面接触线速度一致，需将止推轮9设计为锥面，且止推轮需设计为倾斜安装。

为减少止推轮的倾翻力矩，将止推轮座10的调整安装面设计为与滚筒倾斜轴线方式垂直，这样倾翻力矩对前段的固定螺栓的抗拉强度就会减小。

（4）技术四：大底支撑座技术

常规设计的倾斜滚筒的支撑、传动底座采用分体结构，独立的设备底座和基础。由于倾斜滚筒设计的角度和长度原因，前托轮和后托轮在高差和平面布置上相差较远，不适合设计整体底座。而后部托轮支架、传动齿箱架，止推轮架集中布置在倾斜滚筒的下部，具备大支撑底座设计的条件。

且由于后托轮支座13承受倾斜滚筒大部分重量，其对设备基础的要求主要为承载，相对传动齿轮架8和止推轮支座10需要承受较大的倾翻力矩，独立的基础使得基础设计需要考虑巨大的倾翻力矩。而把就近布置三者设计一统一的大支撑底座12，则其原分部承受的倾翻力矩通过连接到达底座的支座螺栓传递，而土建基础主要承受重力和小量的倾翻力矩。该设计使得基础螺栓和基础故障损坏的概率为0。

（5）技术五：止推轮为增加倾翻力矩设置垂直面支座

由于倾斜滚筒运转过程通过止推轮9对止推轮支座10产生较大的倾翻力矩，为减少对前部固定底座螺栓的冲击，新设计在止推轮支座10后部设置一垂直方向的支撑11，主要承受止推轮支座10的倾翻力矩。该支座作用到现有对应墙面土建预埋钢板上。该设计进一步增加了止推轮的抗冲击和倾翻力矩的能力，提高了设备的可靠性。

四、本项技术附图说明

（一）图-1：焊接托圈，整体传动齿圈倾斜式滚筒本体示意图

图-1说明：倾斜滚筒本体从入口开式由前焊接托圈1，大滚筒2、小滚筒3、整体齿圈4、后焊接托圈5组成。前焊接托圈1与大滚筒2圆周定位后与大滚筒的锥面板对焊，为控制变形，在托圈1的上下设计了径向对齐的筋板。大滚筒2和小滚筒3采用法兰螺栓连接配合组装。旋转驱动整体齿圈4固定在小滚筒对应的法兰上，通过径向法兰的配合止口和齿圈的对应内圈定位支撑。后部焊接托圈5与小滚筒3的焊接结构采用箱型结构。

（二）图-2：倾斜式滚筒支撑定位系统示意图侧视图

（三）图-3：倾斜式滚筒支撑定位系统示意图俯视图

图-2、3说明：倾斜式滚筒支撑定位系统主要由滚筒本体4、前托轮装配2、后托轮装配13、止推轮装配9组成。前托轮装配2左右两组，安装在前托轮底座1上，与滚筒本体4上焊接固定的前部焊接托圈3圆周面配合。后托轮装配13左右两组，安装在大底座12上，与滚筒本体4上焊接固定的后部焊接托圈7圆周面配合。前后托轮装配实现倾斜滚筒的径向定位作用。止推轮装配9左右两组，与后部焊接托圈7垂直端面配合，为保证锥面止推轮与后部焊接托圈7垂直断面配合，该两止推轮装配9成八字形对称斜向布置。止推轮装配9安装在止推轮安装支座上，为保证调整过程中止推轮中心始终在倾斜滚筒的中心线上，将安装面设计为与倾斜中心线平行的角度。两组止推轮装配9起到轴向定位止推作用。传动系统由滚筒本体4下部的大传动齿圈5和驱动齿轮装配6组成。驱动齿轮转配6安装在驱动齿轮安装支架8上。两组后部托轮装配12、两组止推轮安装支座9、两组驱动齿轮安装支架8共同安装布置在大底座上。为增强两止推轮安装支座9的安装的抗倾翻力矩的能力，在后部与垂直基础上设置了止推轮垂直支撑11。

五、本项技术具体实施方式

本技术所述工艺及原理如上图1所示，下面说明本技术的使用方法。

主要应用在倾斜式渣滚筒及相关类似设备设计、生产、维护。具体有以下特点：

（一）焊接托圈使得滚筒支撑止推前后托圈稳定，免维修

该技术的特点是将倾斜滚筒的前后部托圈的固定方式由配合定位方式改为焊接固定方式，设备设计结构简单，故障率零。

焊接托圈方案很好的解决倾斜滚筒托圈在生产使用过程中磨损、变形、固定挡块易于托圈问题以及因为托圈的不固定带来对传动齿轮、前后部托轮、止推轮的损坏。焊接滚筒方案的结构和尺寸需要适应倾斜滚筒的需要，同时需要互不干涉。

（二）垂直面止推轮技术使得止推轮不再受运动滚筒径向定位分力的影响

该技术的特点是基于对现有渣滚筒的止推轮技术的问题，滚筒倾斜定位的过约束。倾斜滚筒的径向定位由上下布置的两组托轮完成，止推轮仅仅起到滚筒的轴向定位。当径向定位存在偏差时，滚筒运行不会造成额外的对止推轮的侧向分力。

（三）大底座技术使得止推轮的受力对基础的影响变为大底座的内部应力

依据渣滚筒下部支撑定位、传动设备布置集中的条件，新方案考虑设计了集中的大底座结构。该结构使得且下部托轮承受60%以上的滚筒重力（约100吨）对集中在大地座上的其他设备的固定起到加强作用。原分散布置的设备基础方案中单个基础在生产中承受较大的倾翻力矩和振动缺陷，经常发生设备基础易于松动、基础螺栓疲劳拉断。大底座技术彻底消除了分散布置的缺点，实现了集中布置整体效果。

结语

综上所述，本项技术其优势主要体现在：其一，焊接固定托圈实现托圈的免维护;其二，旋转齿圈整体方式，实现拆装方便，设备可靠性高;其三，垂直止推面使得止推轮受到的侧向载荷减少，设备可靠性改善;其四，后部托轮支座、传动齿轮支座、止推轮座设计为大底座方式，可以将滚筒的重力通过后部托轮传递给大底座，传动支架、止推轮底座承受的倾翻力矩可以变化为大底座的内力，根除土建基础损坏的故障。

参考文献：

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