396 m2 环冷机节能改造和应用实践

方首明，韦俊东，张 帅，何碧达，冯 雄

（柳州钢铁股份有限公司烧结厂，广西柳州 545001）

0 引言

鼓风式环冷机是对红热烧结矿进行冷却的重要设备，其密封性能与冷却效果密切相关。近年来，随着国内各大钢铁企业节能环保意识的逐步增强，对烧结环冷机的冷却效能和环保要求也越来越高[1]。为改善老式环冷机橡胶式密封结构密封性差、粉尘外泄等问题，选择将环冷机由橡胶式密封改为水槽式密封结构[2-4]。

柳钢烧结厂396 m2烧结环冷机于2010 年7 月投用，经过近12 年的运行，设备老化、劣化严重，旋转框架整体变形下挠，环冷机风箱及台车的动静密封橡胶磨损致使漏风严重，影响冷却效能，且存在粉尘外泄问题，不符合超低排放标准，使与之配套的余热发电机组无法发挥最大效能[5]。因此，柳钢烧结决定将老式环冷机改造为新型的上、下双层液密封式环冷机，并对设备结构进行优化。

1 环冷机原理与构造

给矿漏斗将单辊破碎机破碎后的红热烧结矿均布在环冷机台车上，在驱动装置的作用下，所有台车跟随环冷机旋转框架绕其旋转中心做回转运动。同时，环布在环冷机四周的鼓风机将冷风从台车底部的风箱和风道鼓入台车篦条间隙，使布在台车篦条上的红热烧结矿充分冷却，同时将热交换后的热废气送至余热发电系统，达到冷却烧结矿和余热发电的双重目标。

环冷机由驱动装置、旋转框架、环形轨道、台车体装配、上、下水密封装置、支撑辊、风箱装置、鼓风系统、保温罩等部件，以及支撑骨架、给料漏斗、卸矿漏斗、热风管道系统等附件构成。其中，驱动装置由销齿传动替代了摩擦式传动。旋转框架和台车体装配构成了环冷机回转体，旋转框架下方安装固定有环形轨道，搭设在内环和外环共100 组支撑辊顶部，用于承载整个回转体做环形运动。台车体为偏心结构形式，通过其内、外两侧的转轴衔接在旋转框架内部，台车的内转轴端部设计为摇臂辊结构。该辊臂一端通过键联接在台车内转轴上，另一端设有辊轮，在回转体压轨的下沿做周期性曲线运动，即在冷却段使各部台车保持水平姿态随旋转框架做环形运动，在卸矿漏斗上方依靠台车本体偏心结构和重力作用，进行自动卸矿与复位，达到将热烧结矿周期性转运和冷却的目的。

2 改造内容及施工工艺技术分析

2.1 主要改造内容

将老式的橡胶密封+摩擦传动式396 m2环冷机改造成新型的液密封+销齿传动式的球团式环冷机。对原有水平轨道包括支撑梁在内的部分整体改造，利旧原土建基础、立柱、框架、高温段保温罩、风箱与风道、鼓风系统以及热风管道等。

拆除旧冷环机本体、低温段保温罩、卸矿漏斗、给矿漏斗、散料运输小车装置、驱动装置等约800 t。更换和改造工程设备总重约1200 t，主要设备有驱动装置、回转体装配、环冷机低温段保温罩装配、中心测量装置、给矿漏斗、卸矿漏斗、支撑辊装配、压轨装配、侧挡辊装配、环形散料小车及轨道等。

2.2 改造施工流程

环冷机改造施工流程如图1 所示。

图1 改造施工流程

2.3 施工工艺技术分析

为减少大修停机的时间成本，本次改造施工通过优化工序，依据“优化施工次序、优化横向工作、优化纵向工作”思想，结合环冷机自身结构与功能特性，采用科学合理的安装施工工艺，大幅缩短了停机改造周期。

2.3.1 线下整体预拼接技术

考虑到台车与框架上线就位后需组配、焊接、配钻的工作量大，耗时较多。为缩短此工序的耗时，可将停机时间尽可能转移到线下。依据整体模块化的思路，要求供货厂家在制造过程中预先把新环冷机回转体拼装组圆，将台车按模块划分并按次序进行编号，共75 部结构一致的台车以3 部台车为1 个模块的方式进行调整、焊接，可分为25 个模块。待各个模块组配、焊接、配钻等精细加工完成后，再按所划分的模块拆解成25 份发货至改造现场，从而缩短现场在线安装调整的时间。在改造施工时，按前期线下预组装的25 个模块在大修现场依次复原。由于预拼装就已调整好旋转框架及台车体的配合精度，因此可以大幅减少施工周期。

2.3.2 定点分段拆除技术

为避免大型汽车吊频繁调整位置，加快旧设备的拆除吊离，提高施工效率，减少吊装机械工作台班，可采取定点拆除吊装的方式。结合环冷机的结构特性，把台车、n 形保温罩等能移动的部件转移至指定位置进行拆除、吊运。同时按照整体拆分与单元合并的思路，将旧环冷机72 部台车划分为24 个单元，每3 部台车为1 个单元整体进行拆卸和吊出，可以大幅减少拆卸数量与吊出次数，拆除时间节省近2/3，施工效率大大提高。具体做法为：在环冷机北面定点架好1 台100 t 汽车吊，同时在回转体北面框架上安装1 台10 t 卷扬机，按顺时针方向把旧台车依次拉到吊装区域，按所划分的24 个单元进行割除并吊离现场。

2.3.3 分段顶升平移技术

环冷机上方的给矿漏斗区域为高空，且四周空间狭窄，整体拆、装比较困难，使用顶升平移和分段逐级拆装技术，即将给矿漏斗分段拆除与倒运、逐级就位与安装的顶升平移方法，解决了给矿漏斗拆装的难题，优化了转运过程。具体为：在漏斗口下方用2 根50 kg 轨道搭设导轨与转运平台，导轨连接至汽车吊吊装区域，运送小车可在导轨上来回移动。拆除旧给矿漏斗时，在给矿漏斗内部每隔1.5 m 用角钢搭设临时拆除平台，从给矿漏斗底部分段、分块逐步拆除，依次通过运送小车清理出现场。回装时，把新给矿漏斗分成3 段，逐一放置到运送小车上倒运至安装漏斗口，同时在给矿漏斗正上方楼板大梁处安装4 个10 t手拉葫芦，把给矿漏斗吊离运送小车，逐一就位后安装支撑牛脚固定。

2.3.4 定点分段安装技术

与定点分段拆除技术类似，安装回转体时将线下预拼接好的25 组台车及框架等可移动的部件放在指定位置吊装，通过平轨逐一转移到同一位置进行安装和调整。由于环冷机n 形保温罩较多，且预先在线下制作好，还要浇注3 个面的耐火材料，直接吊装和拼接、焊接施工难度较大。结合定点分段安装技术，本次利用已安装完成的台车框架倒运n 形罩的方法，通过定点吊装与逐段转运的方式逐一更换n 形罩，降低安装难度，提高安装效率，节约大型吊车及人力的投入成本。

3 改造的关键点控制

3.1 中心点及基准线复核

检查清理环冷机中心装置，复核各立柱半径，找出设备安装中心线和标高线。根据烧结环冷机现场布局情况，环冷机基准点与中心线的校核可按如下步骤进行：

（1）因为环冷机纵向中心线与烧结机纵向中心线重合，可按照烧结机原有中心点进行复核及对基准线进行校核。

（2）环冷机横向中心线以环冷机原有的中心线标桩为基准，以烧结机横向中心线（机尾轴向中心线）进行复测校核。

（3）环冷机的纵、横向中心线为正交垂直，故在上述两线测放后可据此进行复核，两中心线交点即为环冷机的中心点（台车工作的旋转中心）。

（4）为了便于设备安装过程中找正，可将纵、横向中心线投放到相应内环立柱基础内侧，但必须定期进行复核。

（5）确定中心测量装置，作为控制环冷机设备安装中心线的基准。

3.2 支撑辊安装与调校

在安装支撑辊前，必须对▽4.7 m 平面支撑梁，尤其是其底部横梁的标高进行复测，其标高偏差尽量取负值。在水平轨支撑梁的支撑点处，用全站仪测定实际标高并记录，再根据各点偏差值，选择相应厚度的调整垫片组预先安置在▽4.7 m 支撑梁底部的横梁上，再根据出厂标记分段顺序吊装和固定支撑梁。支撑梁安装允许偏差为：梁顶面标高允许偏差±1 mm，全长范围内各点标高差≤2 mm。

该环冷机共设计有内环和外环各50 个支撑辊，安装支撑辊时，利用全站仪测量仪器、通过增减垫片数量，来调整该100 个支撑辊的上表面在同一水平面内，安装后支撑辊轴向误差±1 mm，径向误差±1 mm，平面度误差±1 mm。

测定后紧固螺杆，再次校核、调校，用制图软件标出测量后支撑辊安装的圆心距与标高偏差数据，保证内环和外环各支撑辊顶点所在的同心圆半径及标高偏差在±1 mm 内，以满足安装要求（图2）。

图2 支撑辊顶点所在的同心圆半径及标高偏差

环冷机回转中径为Φ42 000 mm，图中黑点为支撑辊中心顶点，同一水平面内，内环支撑辊中心顶点所在同心圆半径标准值为18 700 mm，外环支撑辊中心顶点所在同心圆半径标准为23 300 mm，内外环支撑辊顶点标高标准值为5760 mm，其中H、R、h、r 后数字为测算的偏差值，H 与R 代表外环，h 与r 代表内环，如H-0.5 表示外环支撑辊标高比标准值小0.25 mm，r1 表示内环支撑辊半径比标准值大1 mm。

3.3 侧挡辊安装

为限制回转体框架的水平方向移动，在机架支柱上加装了内环26 组（共52 个）侧挡辊，外环26 个侧挡辊。原则上，现场安装时，内环侧挡辊与侧轨间隙应满足3～5 mm，且内环侧挡辊安装时径向误差应保持在±1 mm 之间。在空载盘车时，尽量调整内环侧挡辊底部的垫片厚度，使辊面与侧轨的最小间隙满足3～5 mm。开机热负荷生产时，驱动力和热膨胀会影响环冷机的工作状态，需在环冷机运行稳定后进一步调整内环侧挡轮。对于外环侧挡辊，尽量保证其辊面与台车回转框架间隙在6 mm左右。

3.4 回转体安装

采用前述的定点分段安装技术，将回转体25 组台车与旋转框架按预拼装的联接标记，依次吊放在安装平台上，周向调整各台车框架的位置，以保证各个台车框架的间隙周向均布，再用扭矩扳手逐块紧固各台车框架间的联接螺栓。需要注意的是，在安装过程中，需试运转回转体，检查和调整链销、侧轨在旋转时的圆度，其中链销（检测辊套外表面、但不计辊套与销轴间隙）在回转时的圆跳动误差只在传动链轮啮合处到各点进行检测，所有链销回转时跳动误差允差≤1 mm。

3.5 密封装置安装

采用上、下双层水密封技术，分内环上、下水密封，以及外环上、下水密封，通过在水槽中注入水达到阻风密封作用。其中下部水密封装置固定在环冷机机架上，通过安装在台车下部的不锈钢挡风板跟随台车沿着水槽中间做回转运动，实现下部回转体与环冷机风道的密封；上部水密封装置安装在台车栏板顶部，跟随台车做回转运动，通过保温罩外侧底部固定的不锈钢挡风板实现上部台车栏板与保温罩的密封。需要注意的是，上部水槽易因受热而膨胀开裂，应在内、外环上水槽均匀分布U 形不锈钢波纹补偿器。

3.6 驱动装置安装

采用链轮—链销（销齿）传动型式代替传统环冷机摩擦轮—摩擦板传动型式，驱动装置包含电机、定扭矩联轴器、减速机、万向联轴器、链轮以及均匀安装在旋转框架上的链销等部分。安装时，根据基点和回转部分中链销的回转中心确定驱动装置安装的基准，传动轴与做销齿用的链销安装中心距可通过传动轴轴承座的长孔来调整，安装中心距按图纸要求，调整时应保证两开式齿轮的正确啮合，啮合齿面的接触斑点应满足高度>40%、长度>55%，且安装后传动链轮与作销齿用的链销套筒啮合处线接触率应>75%。

4 改造后运行监控

4.1 跑偏监控

环冷机绕回转中心运行一周，要经历被动受矿—回转冷却—翻转卸矿3 个阶段，此过程是动态变化的，且其受热温度在70～700 ℃之间变化，由于上料量的不同，其所受载荷也不同，回转体易跑偏，因此需要在复产初期对其不同工况进行测试、监控与调整，必要时对侧挡辊与侧轨的间隙进行调整。

在环冷机内环26 组侧挡辊相应位置周向分布52 个固定检测点，分别在空载、正常生产（调整前）两个工况下，测量固定检测点相对于旋转框架某一固定基点的变化趋势，以此判断环冷机的跑偏情况。测量结果如表1 所示。

表1 环冷机跑偏检测结果 mm

表1 中空载运行（冷态）数据为2022 年8 月19 日检测，正常生产（调整前）数据为2022 年8 月26 日检测，正常生产（调整后）数据为2022 年9 月9 日检测。

借助EXCEL 雷达图（图3），分析发现：由于新环冷机回转体框架结构强度较高，冷态下空载运行时环冷机无明显跑偏现象。正常生产运行一周后，再次检测环冷机跑偏情况（调整前），发现在热负荷的影响下，环冷机回转体整体从一段（1#～12#）向三段（27#～38#）跑偏，外环三段大部分侧挡轮都与回转体侧轨接触，跑偏量在5～15 mm 之间。经分析，在靠近驱动部位处（15#～18#、39#～42#），受驱动链轮的作用，该区域跑偏状况变化不大。而在相对两侧驱动部位连线的垂直线方向上，环冷机在卸矿区接受烧结热矿（约600～700 ℃）后，回转体框架受热膨胀，在其回转直径方向上跑偏，表现为从一段向三段整体跑偏。

图3 环冷机跑偏趋势

4.2 优化措施及效果

根据前述回转体框架跑偏情况，利用2022 年9 月初产线停机消缺的时间，把内环2#～12#处11 个侧挡轮向侧轨方向垫5 mm，调整后跑偏检测结果见表1，对比图3 可以发现环冷机跑偏情况得到进一步缓解。回转体框架运转是动态变化的，因此在日常维护中，加强跑偏状态监测的关键在于控制其跑偏趋势，及时采取调整措施。

5 结论

采用科学合理的安装工艺，克服了环冷机拆、装工作量大、施工难度大、现场空间狭小等难题，大幅缩短了停机改造时间。提出新型环冷机支撑辊、侧挡辊、旋转框架以及液密封等关键部位的改造要点，确保改造后一次性试车成功。上、下双层环形水密封技术的投用，解决了传统橡胶密封漏风严重的问题，提升环冷设备冷却效能，大幅降低电能消耗，同时提高环冷余热利用率，余热发电量大幅上升。改造后，设备电耗降低1.55 kW·h/t，余热发电量提高9.59 kW·h/t。