轉(zhuǎn)底爐支承輥安裝技術(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

孫吉才，姜　雷

（萊蕪鋼鐵冶金生態(tài)工程技術(shù)有限公司，山東　萊蕪271105）

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生產(chǎn)技術(shù)

轉(zhuǎn)底爐支承輥安裝技術(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

孫吉才，姜雷

（萊蕪鋼鐵冶金生態(tài)工程技術(shù)有限公司，山東萊蕪271105）

摘要：結(jié)合轉(zhuǎn)底爐支承輥結(jié)構(gòu)和布置特點(diǎn)，詳細(xì)論述了支承輥安裝的關(guān)鍵技術(shù)，利用設(shè)計(jì)制作的專用基準(zhǔn)模塊和精調(diào)架來(lái)完成精調(diào)工作，在圓周和半徑方向可以實(shí)現(xiàn)最大±5 mm調(diào)整，優(yōu)化的支承輥不僅集成了精調(diào)架的功能，還可以在高度上微量變動(dòng)，實(shí)用性更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)底爐；支承輥；安裝；全站儀；水準(zhǔn)儀

1　前　言

轉(zhuǎn)底爐最早是用來(lái)處理鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的粉塵及廢棄物，由軋鋼用的環(huán)形加熱爐演變?yōu)闊掕F工藝設(shè)備，現(xiàn)在是煤基直接還原工藝中的核心設(shè)備之一。國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)底爐應(yīng)用在海綿鐵及珠鐵等生產(chǎn)工藝方面，取得了不少研究應(yīng)用成果，并向處理釩鈦磁鐵礦及紅土鎳礦等有色冶金領(lǐng)域拓展，具有極好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

除中試爐外，現(xiàn)已投入生產(chǎn)的大多是大型化轉(zhuǎn)底爐。作為一種大型回轉(zhuǎn)設(shè)備，轉(zhuǎn)底爐一旦建成，其結(jié)構(gòu)和布局將難以改變，其爐底機(jī)械的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)底爐至關(guān)重要。為此，以爐底機(jī)械的重要支撐設(shè)備—支承輥為研究對(duì)象，以大力提高其安裝精度為目標(biāo)，為其他爐底設(shè)備的安裝提供強(qiáng)有力支持。

2　爐底機(jī)械構(gòu)成

如圖1示，轉(zhuǎn)底爐爐底機(jī)械主要包括：爐底上環(huán)、爐底下環(huán)、內(nèi)支承輥、外支承輥、定心輥裝置和驅(qū)動(dòng)裝置等。

圖1　轉(zhuǎn)底爐爐底機(jī)械示意圖

爐底上環(huán)和下環(huán)是一上下兩層的環(huán)狀鋼結(jié)構(gòu)，下環(huán)內(nèi)環(huán)有圓弧形定心軌道，外環(huán)有一圈銷軸齒。定心輥輥面內(nèi)切于下環(huán)定心輥道，向外施加放射狀定心力，在一定程度上促使環(huán)形爐底上下環(huán)圍繞爐體中心旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)裝置的小齒輪與下環(huán)的銷軸齒嚙合，驅(qū)動(dòng)下整個(gè)爐底轉(zhuǎn)動(dòng)。

3　支承輥安裝

3.1支承輥分布特點(diǎn)

對(duì)轉(zhuǎn)底爐來(lái)說(shuō)，其內(nèi)環(huán)和外環(huán)各有一圈支承輥，數(shù)量從數(shù)十件到數(shù)百件不等，支撐著數(shù)百噸甚至上千噸的爐底，平面布置如圖2所示。支承輥安裝不正確，偏差大，爐底就極可能跑偏嚴(yán)重，一旦超出了定心輥裝置的承受能力，內(nèi)環(huán)縫尺寸A或外環(huán)環(huán)縫B就可能大大減小，甚至為0，造成爐底與爐墻發(fā)生刮碰，嚴(yán)重者就造成整個(gè)轉(zhuǎn)底爐報(bào)廢。因此，保證支承輥的安裝質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)底爐的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

圖2　轉(zhuǎn)底爐內(nèi)、外環(huán)支承輥平面布置

分布在不同的圓周上的內(nèi)、外環(huán)支承輥，每件支承輥在半徑方向和圓周方向的定位完全可以用一個(gè)水平面內(nèi)的極坐標(biāo)（ρ，θ）來(lái)表示，爐子中心O即為極點(diǎn)，0度基準(zhǔn)線視為極軸，極徑ρ等于輥所在圓周的半徑R，極角θ為極徑線與0度基準(zhǔn)線的夾角。ρ和θ的確定和檢測(cè)用全站儀可以完成。

3.2支承輥安裝要求

內(nèi)、外環(huán)支承輥安裝控制項(xiàng)目及允許偏差如下：支承輥的支撐母線標(biāo)高±0.50 mm，內(nèi)支承輥直徑方向中心距±3.0 mm，外支承輥直徑方向中心距±3.0 mm，內(nèi)、外支承輥圓周方向位置1.0 mm，支承輥的水平度0.20/1 000，圖紙另有技術(shù)要求的以圖紙為準(zhǔn)。

3.3土建基礎(chǔ)驗(yàn)收

轉(zhuǎn)底爐的基礎(chǔ)較為龐大且外形復(fù)雜，驗(yàn)收重點(diǎn)是首先確認(rèn)作為永久基準(zhǔn)的爐心基準(zhǔn)點(diǎn)和爐子0度基準(zhǔn)線，嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范設(shè)置。實(shí)踐證明，爐心基準(zhǔn)點(diǎn)宜采用細(xì)十字線形式，并且此中心點(diǎn)上最好能夠設(shè)置混凝土臺(tái)架，方便檢測(cè)。各支承輥設(shè)備的基礎(chǔ)尺寸要逐一復(fù)核，包含基礎(chǔ)標(biāo)高、ρ和θ（包含各螺栓或螺栓孔的相對(duì)位置），須符合圖紙要求。

3.4支承輥安裝

支承輥主要是由輥?zhàn)?、輥?zhàn)突冉M成，現(xiàn)在的支承輥多采用圓錐輥。

由表1可知，支承輥安裝需控制的項(xiàng)目多，安裝精度要求高，安裝控制要點(diǎn)有：保證支承輥輥面最上方支撐母線的水平度和標(biāo)高；保證ρ值，保證θ值，使輥軸中心線指向爐體中心。

支承輥安裝要遵循先外環(huán)后內(nèi)環(huán)的原則，尤其是第一件支承輥的安裝最為關(guān)鍵，因?yàn)槠渌С休仒?biāo)高一般是用精密水準(zhǔn)儀根據(jù)該輥標(biāo)高來(lái)控制，且定心輥和驅(qū)動(dòng)裝置標(biāo)高可參照該支承輥來(lái)控制。

本安裝均采用無(wú)墊鐵式安裝，頂絲調(diào)整。安裝時(shí)，首先將支承輥基本就位，其中ρ值偏差盡量控制在±5.0 mm及以內(nèi)，再按以下順序和方法調(diào)整。

3.4.1支承輥水平和標(biāo)高

圓錐形支承輥?zhàn)钌戏侥妇€或者高點(diǎn)并不宜確定，若直接利用上輥面母線來(lái)測(cè)量水平和標(biāo)高，安裝精度難以保證，應(yīng)該采取技術(shù)措施將弧面轉(zhuǎn)變成平面來(lái)測(cè)量。為此，需要為內(nèi)外環(huán)支承輥設(shè)計(jì)和加工一種安裝用的專用基準(zhǔn)模塊，檢測(cè)標(biāo)高時(shí)要考慮基準(zhǔn)塊自身厚度的影響。

如圖3所示，將基準(zhǔn)模塊放置在支承輥輥面上方，模塊上平面可以同時(shí)放置框式水平儀和銦鋼尺（可從安裝第二件支承輥起用高度尺替代）。調(diào)整時(shí)，擰動(dòng)基座下方的頂絲來(lái)調(diào)整支承輥水平和標(biāo)高，隨時(shí)觀察水平儀掌握水平狀況，同時(shí)有人用支設(shè)在轉(zhuǎn)底爐基礎(chǔ)上的精密水準(zhǔn)儀觀察高度尺（選某一刻度線或劃線器作為固定觀察點(diǎn)）來(lái)隨時(shí)掌握支承輥標(biāo)高，反復(fù)調(diào)整和檢測(cè)，直到符合要求。

3.4.2支承輥的極坐標(biāo)定位

支承輥輥?zhàn)突g采用螺栓緊固，一般螺栓孔孔徑要比螺栓大，理論上底座相對(duì)基座的最大調(diào)整幅度為二者的差值。支承輥水平和標(biāo)高調(diào)整完后，其基座一般不再變動(dòng)。

圖3　轉(zhuǎn)底爐支承輥安裝示意圖

對(duì)于圖3所示類型支承輥，為方便工作，設(shè)計(jì)制作專用精調(diào)架來(lái)完成精調(diào)工作。精調(diào)架由角鋼、鋼塊和調(diào)整螺栓組成：4根角鋼焊成一方形框架，每邊焊接一對(duì)中間攻絲的厚40 mm鋼板塊。調(diào)整前要松開輥?zhàn)突g的緊固螺栓，精調(diào)架使用方法如圖3、圖4所示，根據(jù)偏斜情況旋擰精調(diào)架對(duì)應(yīng)邊的螺栓，直至支承輥定位達(dá)到最理的狀態(tài)。具體方法及順序如下：

圖4　精調(diào)架使用示意圖

1）輥軸中心線θ定位。在早期，國(guó)內(nèi)沿用國(guó)外環(huán)形加熱爐支承輥的設(shè)計(jì)，采用中空輥軸。安裝時(shí)要利用隨機(jī)帶來(lái)的窺視棒完成［1］，操作難度大，實(shí)用性也較差，現(xiàn)多數(shù)采用實(shí)心輥軸。用全站儀由0度基準(zhǔn)線旋轉(zhuǎn)角度θ，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察基準(zhǔn)塊上平面輥軸方向刻線，調(diào)整支承輥直至使此線與鏡內(nèi)十字線豎線完全重合，此時(shí)輥軸中心線一定指向爐心。

2）支承輥極徑ρ定位。ρ值為輥面中心距爐心距離。將框式水平儀朝向爐心的一面緊貼該刻線，由支設(shè)于爐心的全站儀測(cè)得至水平儀的距離。旋擰調(diào)整螺栓調(diào)整支承輥位置，直到測(cè)得數(shù)等于圖紙尺寸R。

3）幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

①要準(zhǔn)備檢測(cè)用的基準(zhǔn)模塊。輥面為圓錐形，有大小頭，不易找到其高點(diǎn)和水平，利用此基準(zhǔn)模塊來(lái)輔助安裝能消除上述困難。模塊朝上側(cè)為光滑平面，其與輥面的支撐母線平行并且垂直于該母線與輥軸中心線所在平面；對(duì)面為圓錐弧面，是根據(jù)輥?zhàn)虞伱婕庸さ模蛔⒁鈨?nèi)、外輥所用基準(zhǔn)模塊不相同。兩端臺(tái)肩內(nèi)側(cè)與輥?zhàn)佣嗣婢o貼。光滑平面上刻有細(xì)長(zhǎng)十字中心線，橫線為圓周方向，用來(lái)檢測(cè)輥面中心至爐體中心距離ρ，縱線則用來(lái)檢測(cè)支承輥輥軸線極角θ。測(cè)量時(shí)基準(zhǔn)模塊的上平面要保證水平。②要分清內(nèi)、外環(huán)支承輥。圓錐形支承輥有大小頭之分，內(nèi)外環(huán)支承輥輥面錐形也有不同，安裝時(shí)不能混淆，最好是制作時(shí)就在各個(gè)內(nèi)外環(huán)支承輥?zhàn)龊脜^(qū)分標(biāo)記。一是內(nèi)環(huán)支承輥的錐度大，外環(huán)托輥的錐度?。欢莾?nèi)環(huán)支承輥數(shù)量少，外環(huán)支承輥數(shù)量多；三是小頭均朝向爐子中心。

4　支承輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化

安裝實(shí)踐表明，水平、標(biāo)高、極徑和極角的調(diào)整是互相關(guān)聯(lián)的，調(diào)整某個(gè)參數(shù)時(shí)別的參數(shù)也可能會(huì)變動(dòng)，調(diào)整會(huì)反復(fù)多次。

設(shè)備安裝一般都要完成粗略就位和精調(diào)兩步，而關(guān)鍵是在精調(diào)環(huán)節(jié)。越接近基本尺寸時(shí)越要精細(xì)調(diào)整，也就越困難。因此，以方便精調(diào)為出發(fā)點(diǎn)，從一些細(xì)節(jié)方面對(duì)支承輥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使輥?zhàn)鄬?duì)基座小范圍移動(dòng)，并在高度方面也適量調(diào)整。

改進(jìn)后的一種支承輥如圖5所示，要使輥?zhàn)芟鄬?duì)基座小范圍移動(dòng)，以下兩種方式都可以實(shí)現(xiàn)，任選一種即可。第一種方式是將輥?zhàn)突母骶o固螺栓孔設(shè)計(jì)成長(zhǎng)條形，互相垂直，如輥?zhàn)L(zhǎng)螺栓孔槽為AA方向，基座對(duì)應(yīng)位置的長(zhǎng)螺栓孔槽就為BB方向；第二種方式是保持基座螺栓孔不變，將底座的螺栓孔直徑增加8～10 mm，但此方式中需在螺母與基座鋼板之間增加一小孔徑方形墊板，并且在基座四周邊焊接有支撐立柱，立柱上配有全絲的調(diào)整螺栓，每邊兩件，這種結(jié)構(gòu)具有精調(diào)架的功能；調(diào)整時(shí)，先松開輥?zhàn)c基座間的緊固螺栓，擰動(dòng)支撐立柱上的調(diào)節(jié)螺栓就可以使輥?zhàn)诨锨昂蠹白笥叶叹嚯x移動(dòng)，最大移動(dòng)幅度可為±5 mm，并能完成輥軸中心的小角度擺動(dòng)來(lái)修正θ角。

圖5　改進(jìn)后支承輥安裝示意圖

另外，本支承輥基座的上平面在BB方向是斜面，輥?zhàn)谠摲较蜃笥乙苿?dòng)可以使支承輥?lái)斆鏄?biāo)高輕微變動(dòng)，也是本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

支承輥安裝調(diào)整到位后，緊固輥?zhàn)突g的連接螺栓，基座上的調(diào)整螺栓都要緊頂?shù)捷佔(zhàn)?。此類支承輥在多座轉(zhuǎn)底爐上的成功應(yīng)用實(shí)踐證明，改進(jìn)后的支承輥安裝調(diào)整更加方便，安裝精度更容易保證。

5　結(jié)　語(yǔ)

轉(zhuǎn)底爐支承輥數(shù)量多，安裝精度要求高，但只要采取合理的技術(shù)方法和措施，利用合理的檢測(cè)儀器，就能實(shí)現(xiàn)支承輥的快速和精確安裝，為后續(xù)爐底機(jī)械的順利安裝創(chuàng)造有利條件。

支承輥設(shè)備結(jié)構(gòu)完成針對(duì)性的設(shè)計(jì)優(yōu)化后，在圓周和半徑方向可以實(shí)現(xiàn)最大±5 mm調(diào)整，并且在高度上也可以微量變動(dòng)。經(jīng)21 m和32 m等轉(zhuǎn)底爐的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，改進(jìn)后的支承輥實(shí)用性更強(qiáng)，保證了安裝精度，為轉(zhuǎn)底爐后續(xù)設(shè)備的安裝工作提供了更好的支持。

參考文獻(xiàn)：

［1］車桂林.轉(zhuǎn)底爐設(shè)備安裝過(guò)程中的質(zhì)量控制［J］.安裝，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

中圖分類號(hào)：TF321

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-4620（2016）02-0020-03

收稿日期：2016-03-01

作者簡(jiǎn)介：孫吉才，男，1971年生，1996年畢業(yè)于山東輕工業(yè)學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)?，F(xiàn)為萊蕪鋼鐵冶金生態(tài)工程技術(shù)有限公司技術(shù)部部長(zhǎng)、工程師，從事冶金設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)及管理工作。