大型高爐氣密箱故障分析及解決方案

趙 波，張振存，古 晉

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司煉鐵部，河北唐山 063200）

0 引言

首鋼京唐公司煉鐵廠一期2 座高爐爐頂采用水冷氣密箱，于2009年開始試車投產(chǎn)運(yùn)行。高爐爐頂氣密箱作為上料的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響高爐爐內(nèi)的正常運(yùn)行，因此，氣密箱運(yùn)行管理作為設(shè)備管理的重中之重。結(jié)合10年生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)檢修實(shí)踐，對(duì)高爐氣密箱故障原因進(jìn)行分析歸納，總結(jié)減少和消除故障的方法、措施，提高設(shè)備維護(hù)水平和應(yīng)急處理能力，進(jìn)一步降低設(shè)備故障率。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 氣密箱工作概況

水冷氣密箱安裝在爐頂鋼圈上，位于高爐爐頂裝料設(shè)備的最下部，其內(nèi)部懸掛的布料溜槽在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下通過一系列齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)。水冷氣密箱直接受高爐爐溫的高熱影響，正常情況爐頂溫度200～350，事故狀態(tài)下達(dá)到600甚至更高。為了保護(hù)本設(shè)備的正常工作，在其內(nèi)部布置有水冷裝置，冷卻水從設(shè)備受熱表面流過，通過熱交換將設(shè)備受熱面的熱量帶走，保障水冷氣密箱內(nèi)的溫度在允許范圍（70以下）。

1.2 氣密箱構(gòu)成及工作原理

水冷氣密箱由內(nèi)部齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、水冷氣密箱本體、傾動(dòng)減速機(jī)三大部件組成。其中，水冷氣密箱上部的行星差動(dòng)減速機(jī)，是水冷氣密箱內(nèi)部齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入端，驅(qū)動(dòng)布料溜槽的旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)。

（1）行星差動(dòng)減速器連接在水冷氣密箱殼體的上面，它帶有兩個(gè)電機(jī)，即旋轉(zhuǎn)電機(jī)和傾動(dòng)電機(jī)，布料溜槽運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力就來自行星差動(dòng)減速器。行星差動(dòng)減速器輸出端兩個(gè)小齒輪與水冷氣密箱本體內(nèi)的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支承互相嚙合，兩個(gè)回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈與水冷氣密箱殼體固定，外圈可轉(zhuǎn)動(dòng)。氣密箱內(nèi)部所有旋轉(zhuǎn)體均連接在上回轉(zhuǎn)支承的外圈上。在下回轉(zhuǎn)支承的下部連接有一大齒圈，大齒圈與下回轉(zhuǎn)支承的外圈連接在一起。這樣，旋轉(zhuǎn)電機(jī)和傾動(dòng)電機(jī)可分別或同時(shí)將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過行星差動(dòng)減速器傳至水冷氣密箱本體內(nèi)的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支承。

（2）傾動(dòng)減速機(jī)左右各一個(gè)安裝在水冷氣密箱內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)圓筒上，傾動(dòng)減速機(jī)上的小齒輪與水冷氣密箱內(nèi)部大齒圈嚙合，傾動(dòng)減速機(jī)的輸出軸上懸掛布料溜槽動(dòng)臂，最終實(shí)現(xiàn)布料溜槽的傾動(dòng)。

2 主要故障原因分析

2.1 主要故障原因及處理措施

造成氣密箱卡阻故障的主要原因包括以下5 個(gè)方面。

（1）爐頂溫度過高，導(dǎo)致固定體（下水槽）與旋轉(zhuǎn)體之間的間隙脹死，氣密箱旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)卡頓甚至卡死，電機(jī)電流異常。處理措施：控制智能潤(rùn)滑裝置，連續(xù)供潤(rùn)滑油；檢查水冷系統(tǒng)（進(jìn)出水流量、進(jìn)出水溫度等）。進(jìn)出水溫差大于25時(shí)即為異常情況，需采取增加氣密箱冷卻水量、氮?dú)饬炕驙t頂打水等降溫措施。

（2）回轉(zhuǎn)支承故障。氣密箱回轉(zhuǎn)支承出現(xiàn)異常聲音，需要檢查回轉(zhuǎn)支承的緊固情況，如果緊固無問題，則應(yīng)是軸承部件有損壞。一般的處理措施：視故障嚴(yán)重情況，安排高爐停風(fēng)檢修更換氣密箱，或?qū)⒐收蠚饷芟浞祻S檢修。

（3）行星差動(dòng)減速器故障。對(duì)于這類故障的處理措施是：檢查并調(diào)節(jié)電磁制動(dòng)；檢查潤(rùn)滑油，加熱或換油。現(xiàn)場(chǎng)無法檢修時(shí)應(yīng)送專業(yè)廠檢修。

（4）高爐內(nèi)爐料過高。這一問題處理措施就是，嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行爐內(nèi)降料面操作。

（5）電氣自動(dòng)化故障。故障原因是電機(jī)損壞或電氣自動(dòng)化控制元件、線路老化損壞；相應(yīng)的處理措施就是更換損壞的電氣自動(dòng)化控制元件、線路。

2.2 故障統(tǒng)計(jì)分析

氣密箱設(shè)備的故障主要有旋轉(zhuǎn)或傾動(dòng)困難、卡阻，相關(guān)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

由表1 可以看出，造成氣密箱旋轉(zhuǎn)或傾動(dòng)困難、卡阻故障，爐頂溫度過高是主要原因，電氣自動(dòng)化故障是次要原因。為了解決爐頂溫度過高引發(fā)的問題，需要從兩方面著手：一是優(yōu)化爐內(nèi)操作，嚴(yán)格控制頂溫和減少異常氣流次數(shù)；二是加強(qiáng)氣密箱自身冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。

3 氣密箱冷卻水流量不足案例分析及解決方案

2018年，2#高爐多次發(fā)生的角運(yùn)行堵轉(zhuǎn)、卡阻現(xiàn)象，檢查甘油潤(rùn)滑、稀油潤(rùn)滑都處于正常狀態(tài)，分析判斷與氣密箱水量過小有直接關(guān)系。目前氣密箱用水量低于設(shè)計(jì)值，主要是考慮水量加大后，擔(dān)心氣密箱向爐內(nèi)漏水。進(jìn)一步判斷，氣密箱本體漏水的可能性不大，漏水應(yīng)該是回水管路堵塞，造成供水量大于回水量，造成在U 形密封部位溢出、漏入爐內(nèi)。

無料鐘爐頂設(shè)備氣密箱采用開路高壓凈環(huán)工業(yè)水系統(tǒng)，在實(shí)際使用的過程中，無法增大冷卻水量，提高冷卻強(qiáng)度。目前實(shí)際運(yùn)行時(shí)，最高水量約8 t/h，繼續(xù)增加水量則容易出現(xiàn)類似水封“擊穿”的現(xiàn)象，從管道頂部設(shè)置的排氣管向外噴濺。為了應(yīng)對(duì)爐頂溫度較高的生產(chǎn)問題，提出加強(qiáng)無料鐘爐頂布料器冷卻能力的要求，解決增加水量而不發(fā)生噴濺問題。

3.1 原因分析

通過無料鐘爐頂出廠前的通水試驗(yàn)得知，當(dāng)冷卻水量達(dá)到30 t/h 時(shí)，設(shè)備的出水口才會(huì)出現(xiàn)滿管現(xiàn)象，因此可知在8 t/h的情況下，DN100 排水管內(nèi)部的介質(zhì)為氣—水混合流。由于爐頂設(shè)備安裝位置較高，管內(nèi)流體在重力的作用下加速向下流動(dòng)，從而形成攜帶大量氣泡的水流。由于在DN100 的排水管內(nèi)無法將攜帶的氣體“回流”至爐頂設(shè)備，而是順流經(jīng)過位于地面的煤氣水封底部，進(jìn)入水封段水管，造成水封的有效高度降低。同時(shí)，隨著壓力降低，攜帶的氣體形成間斷的氣塞，經(jīng)頂部的排氣管向外噴濺。

由以上分析可知，問題的主要原因是在水流下降的過程中無法將攜帶的氣體“回流”爐頂，因此改造方案要解決氣體的回流問題，從而保障水封的有效高度、減少水流攜帶的氣體，避免噴濺現(xiàn)象。

3.2 解決方案

基于上述原因的分析，提出以下改造解決方案（圖1）。

（1）將排水環(huán)管、排水管的直徑由DN100 修改為DN150，提高水流在下降過程中的氣—水分離效果，促進(jìn)氣體“回流”。

（2）流量計(jì)的位置改到水流的上升段，從而確保管道內(nèi)部為滿管水流，提高測(cè)量精度，相應(yīng)熱電阻的位置也移動(dòng)到此位置。

（3）將爐臺(tái)上的排水斗移至+42.800 m 平臺(tái)，減少管道豎直段的長(zhǎng)度，從而降低“虹吸”現(xiàn)象，確保排水連續(xù)、順暢。

經(jīng)過上述改造，可以減少水流攜帶的氣體，保障水封有效高度，并且改善排水斗部位水流間斷的現(xiàn)象。

3.3 實(shí)施效果

2018年底，結(jié)合檢修，完成對(duì)2#高爐的改造工作。經(jīng)過試驗(yàn)，原最高供水量約為8 t/h，繼續(xù)增加水量則容易出現(xiàn)類似水封“擊穿”的現(xiàn)象，從管道頂部設(shè)置的排氣管向外噴濺。改造后，最高供水量提升到11 t/h，未出現(xiàn)過水封“擊穿”的現(xiàn)象，表明還有一定向上調(diào)節(jié)空間。改造后運(yùn)行至今未再出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，氣密箱傾動(dòng)及旋轉(zhuǎn)電機(jī)電流峰值下降30%左右。氮?dú)庥昧棵黠@降低，得益于水流在改造后的回水管道下降過程中氣體“回流”效果加強(qiáng)，減少了氮?dú)獾耐馀畔摹?/p>

4 故障處理及應(yīng)急措施

（1）如果氣密箱為新?lián)Q備件，運(yùn)行初期，生產(chǎn)利用非布料時(shí)間對(duì)角、角反復(fù)動(dòng)作，重點(diǎn)對(duì)卡頓角度進(jìn)行設(shè)備磨合。

（2）保證氣密箱冷卻水流量；關(guān)注氣密箱水封，水封擊穿及時(shí)處理；對(duì)氣密箱氮?dú)鈮毫M(jìn)行調(diào)整，提高氮?dú)鈮毫Α?/p>

（4）增加備用驅(qū)動(dòng)電機(jī)，應(yīng)急卡阻狀況進(jìn)行雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

（6）設(shè)備維護(hù)單位進(jìn)行爐頂特護(hù)，故障狀態(tài)及時(shí)處理，縮短反映時(shí)間。

（7）爐內(nèi)控制頂溫，盡量避免管道及爐頂長(zhǎng)時(shí)間高溫。

（8）關(guān)注氣密箱供回水管路堵塞情況，在檢修時(shí)對(duì)供回水管道進(jìn)行定期清洗。

（9）根據(jù)不同季節(jié)、爐頂溫度、氣密箱溫度、高爐停送風(fēng)情況，調(diào)整供水與氮?dú)庥昧浚诒ＷC冷卻、密封效果的同時(shí)，避免氣密箱向爐內(nèi)漏水。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐和維護(hù)檢修摸索，積累了豐富操作和設(shè)備維護(hù)檢修經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)氣密箱傾動(dòng)（角）及旋轉(zhuǎn)（角）動(dòng)作卡阻問題，提前采取有效措施，減少卡阻故障發(fā)生次數(shù)或?qū)⒐收蠒r(shí)間壓縮至最短，保障高爐正常生產(chǎn)。