高溫水冷螺旋輸送機(jī)改造

萬付建

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 271104）

0 引言

直接還原轉(zhuǎn)底爐煉鐵是一種以煤炭和熱風(fēng)為基礎(chǔ)的直接還原技術(shù)工藝，它將含碳球團(tuán)在固態(tài)條件下，經(jīng)轉(zhuǎn)底爐高溫焙燒直接還原成具有較高金屬化率的金屬鐵。轉(zhuǎn)底爐結(jié)構(gòu)來源于軋鋼用的環(huán)形加熱爐。某轉(zhuǎn)底爐煉鐵生產(chǎn)線配套選用高溫水冷螺旋輸送機(jī)，將經(jīng)轉(zhuǎn)底爐焙燒還原的高溫金屬鐵球連續(xù)快速卸出爐底。由于處于高溫金屬顆粒摩擦惡劣環(huán)境，螺旋軸及葉片中空水冷設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等，葉片耐磨性差，螺旋軸彎曲變形，嚴(yán)重制約整條產(chǎn)線的產(chǎn)量。為此，對(duì)其進(jìn)行改造優(yōu)化。

1 結(jié)構(gòu)介紹及工作概況

RD-7-719 型高溫水冷螺旋輸送機(jī)是轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝核心設(shè)備之一，由螺旋體、軸承座、萬向接手、減速機(jī)、電機(jī)、冷卻水旋轉(zhuǎn)接頭、可調(diào)高度的底座及支架所組成。螺旋體是獨(dú)立部件，通過法蘭與兩側(cè)相聯(lián)，采用雙套管通水冷卻結(jié)構(gòu)。螺旋葉片為中空水冷結(jié)構(gòu)，采用不銹鋼焊接而成，其工作面堆焊硬質(zhì)合金，堆焊層硬度HRC60。軸承座中軸承采用雙列調(diào)心球面滾子軸承，以補(bǔ)償由于高溫引起的變形以及安裝、制造過程中產(chǎn)生的誤差。結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 高溫水冷螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)

表1 高溫水冷螺旋輸送機(jī)技術(shù)性能參數(shù)

2 改造前狀況

高溫水冷螺旋輸送機(jī)使用性能極其不穩(wěn)定，達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)的產(chǎn)能要求，主要存在以下問題。

2.1 螺旋軸彎曲變形，與爐底出現(xiàn)單面碰底

由于處于高溫金屬團(tuán)礦輸送特殊工況，螺旋軸跨度相對(duì)較大，雖然設(shè)計(jì)雙套管水冷結(jié)構(gòu)，但運(yùn)行時(shí)水壓力、流量不足，軸套內(nèi)空間大，造成冷卻水在軸套內(nèi)滯留，出現(xiàn)死水，降低了冷卻效果，螺旋體在高溫影響下強(qiáng)度下降，出現(xiàn)高溫變形，致使與爐底的縫隙變小，觸碰損傷爐底耐火磚，磨損加劇。

2.2 螺旋葉片耐磨材料崩裂，葉片扭曲開裂、漏水

葉片設(shè)計(jì)注重耐磨性，堆焊的硬質(zhì)合計(jì)塑性較差。中空結(jié)構(gòu)葉片內(nèi)冷卻水流動(dòng)性差，冷卻效果大大降低，葉片不銹鋼母體高溫?zé)崤蛎浖觿?，堆焊的硬質(zhì)合金出現(xiàn)開裂、崩裂。在金屬團(tuán)礦的摩擦力作用下，葉片不銹鋼母體扭曲變形，與螺旋軸連接處開裂、漏水。

3 改造方案

3.1 改造思路

（1）結(jié)構(gòu)改造。改造后，螺旋體、螺旋葉片的抗高溫變形的能力增強(qiáng)，提高設(shè)備使用壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性。

（2）耐磨材料選取。耐磨材料性能應(yīng)在注重耐磨性的條件下，適當(dāng)提高塑性，兼顧耐磨性和塑性。

（3）調(diào)試?yán)鋮s水壓力與流速，增強(qiáng)冷卻效果。

3.2 雙套管水冷結(jié)構(gòu)改造

為防止螺旋軸內(nèi)的冷卻水形成死水，改造螺旋軸雙套管水冷結(jié)構(gòu)。將支撐板沿螺旋軸圓周方向設(shè)置開口。在螺旋軸冷卻水壓力0.8 MPa 的條件下，通過支撐板開口方向不同的組合，改變冷卻水流向，改善水流方式，防止冷卻水回水形成死水，增強(qiáng)螺旋軸冷卻效果。加長(zhǎng)螺旋軸傳動(dòng)端軸承座的冷卻孔長(zhǎng)度，改善軸承座的冷卻效果。改造后的內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)如圖2 所示。改造后，冷卻效果得到了顯著增強(qiáng)，改善了高溫帶來的綜合影響。

圖2 高溫水冷螺旋輸送機(jī)內(nèi)部冷卻示意

3.3 螺旋葉片結(jié)構(gòu)改造

對(duì)螺旋葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。改造后的葉片為實(shí)心結(jié)構(gòu)，采用耐高溫、耐磨的合金材料鑄造而成。螺旋葉片與螺旋軸分體設(shè)計(jì)，采用多段焊接組成，即每條完整螺旋葉片由多塊短葉片組成，兩短葉片間留有適當(dāng)縫隙，消除熱脹冷縮內(nèi)應(yīng)力的影響。

3.4 堆焊合金材料改進(jìn)

因處于高溫、強(qiáng)磨損環(huán)境，螺旋軸與葉片堆焊合金材料應(yīng)具備耐磨、耐高溫、加工性能好、焊接性能好等特點(diǎn)。能夠確保在8001000溫度環(huán)境下，組織無大變化和耐磨性陡降，綜合考慮，選用ZG3Cr25Ni5MO2W3Co2Re 作為堆焊合金材料。螺旋軸工作面外圓與葉片表面的合金層堆焊厚度不小于3 mm。為增強(qiáng)細(xì)長(zhǎng)空心主軸的抗彎強(qiáng)度和鋼度，螺旋軸母體采用2Cr5Mo鋼。采用新合金材料的高溫水冷輸送機(jī)，耐磨性、強(qiáng)度等均大大提升。

4 改造效果

通過改造，高溫水冷螺旋輸送冷卻效果得到了顯著提高，提高了螺旋軸的抗彎曲強(qiáng)度，避免因彎曲變形造成的單面碰底現(xiàn)象，堆焊材料的崩裂也得到了大大改善，使用壽命為原來的5 倍以上，大大降低了設(shè)備維修費(fèi)用，提高了金屬團(tuán)礦的產(chǎn)量。

5 結(jié)束語

上述改造措施實(shí)施后，高溫水冷螺旋輸送機(jī)的穩(wěn)定性得到大幅提高，可供同類設(shè)備改造做為參考。但限于研究條件，螺旋軸冷卻水壓力與流量調(diào)試難以記錄掌握，參考時(shí)應(yīng)注重考慮冷卻水壓力和流量等因素。