計(jì)量給料螺旋機(jī)的優(yōu)化應(yīng)用與實(shí)踐

黃德友

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠, 江西 貴溪 335424）

1 引言

熔煉車間一系統(tǒng)閃速爐精礦給料系統(tǒng)有兩臺(tái)計(jì)量給料螺旋機(jī)（以下簡(jiǎn)稱螺旋機(jī)），是閃速爐的關(guān)鍵設(shè)備，是從芬蘭奧托昆普公司引進(jìn)的成套設(shè)備，雖然是價(jià)格昂貴的進(jìn)口設(shè)備，但改進(jìn)前，存在以下三個(gè)問(wèn)題。

一是關(guān)鍵部件螺旋軸的使用壽命不長(zhǎng)，只能使用三個(gè)月左右，頻繁的更換影響了閃速爐的作業(yè)率，增加了檢修費(fèi)用及備件成本。

二是給料量波動(dòng)較大，影響到了閃速爐爐況從而影響到了許多相應(yīng)的指標(biāo)。

三是為了提高輸送能力提高了電機(jī)轉(zhuǎn)速，使電機(jī)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

本次優(yōu)化的目的，主要是為了解決上述三個(gè)問(wèn)題，一旦產(chǎn)生了效果，對(duì)節(jié)約檢修備件費(fèi)用，穩(wěn)定閃速爐爐況，提高閃速爐滿負(fù)荷作業(yè)率意義重大。

2 螺旋機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 螺旋機(jī)的主要組成

螺旋機(jī)主要由減速機(jī)、螺旋軸、殼體、前后密封蓋、軸承箱、軸承、氣封、攪拌臂、聯(lián)軸器等部件組成。

2.2 螺旋機(jī)工作原理

螺旋機(jī)由單臺(tái)75kW 4P 的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)SEW減速機(jī)，通過(guò)柱銷聯(lián)軸器帶動(dòng)螺旋軸運(yùn)行。為了更好的使電機(jī)散熱在電機(jī)尾部還安裝了一臺(tái)0.25kW的冷卻風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。螺旋軸將干燥的銅精礦均勻的輸送到反應(yīng)塔進(jìn)行燃燒。為防止銅精礦粘結(jié)，在每個(gè)失重倉(cāng)內(nèi)還安裝了一臺(tái)由7.5kW 的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌機(jī)。

3 問(wèn)題分析

螺旋機(jī)設(shè)計(jì)容許的波動(dòng)最大為5t，但實(shí)際運(yùn)行中波動(dòng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了設(shè)計(jì)值，最大值超甚至過(guò)了30t，如圖1 所示，這將嚴(yán)重影響閃速爐爐況。

圖1 螺旋機(jī)給料波動(dòng)圖

圖2 螺旋機(jī)的給料量及電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)圖

電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速［1］為1480 n/min，從圖2 中可以看出電機(jī)是在超負(fù)荷運(yùn)行。

4 螺旋機(jī)給料波動(dòng)的原因及與螺旋軸葉片磨損、電機(jī)超負(fù)荷的關(guān)系

螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速越快螺旋轉(zhuǎn)子磨損［2］越快，因給料螺旋機(jī)殼體內(nèi)壁磨損沒(méi)有規(guī)律，螺旋速度的變化及不同速度下料填充系數(shù)不同，造成殼體內(nèi)壁不規(guī)則，且螺旋軸外徑的磨損不同方向上直徑的變化也不同，所以螺旋螺旋軸的外徑與螺旋殼體內(nèi)經(jīng)的間隙是變化的、無(wú)序的。螺旋軸葉片的磨損，會(huì)造成給料的波動(dòng)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察及分析發(fā)現(xiàn)有以下幾種故障情況也會(huì)引起給料量的較大波動(dòng)［3］。

（1）電氣參數(shù)設(shè)定不合理，如果變頻器參數(shù)設(shè)定不合理；實(shí)際轉(zhuǎn)速高于設(shè)定轉(zhuǎn)速，就會(huì)造成螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定帶來(lái)波動(dòng)。

（2）儀表控制器件WB-930 參數(shù)設(shè)定不對(duì)及計(jì)量稱有問(wèn)題，稱重檢測(cè)有誤就會(huì)造成給料不穩(wěn)定，波動(dòng)就大。

（3）螺旋軸葉片磨損嚴(yán)重，如果螺旋軸葉片磨損較大，也會(huì)影響給料量不穩(wěn)定，葉片高度減小與殼體之間的間隙變大，給料量達(dá)不到要求，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)加快。

圖3 葉片磨損后的螺旋軸

從圖3 可以看出螺旋軸葉片磨損嚴(yán)重。

（4） 螺旋機(jī)給料速度過(guò)高，轉(zhuǎn)速高不僅使系統(tǒng)性能不穩(wěn)定還會(huì)造成螺旋軸葉片磨損加快。如果轉(zhuǎn)速過(guò)高螺旋軸擺動(dòng)就大，與殼體摩擦就大，螺旋軸葉片與殼體之間的間隙就加到，就會(huì)造成給料量的波動(dòng)變大。

5 對(duì)策及措施

結(jié)合給料螺旋機(jī)波動(dòng)發(fā)生的因素，制定降低給料波動(dòng)發(fā)生的對(duì)策及優(yōu)化現(xiàn)有螺旋軸的參數(shù)，并降低螺旋軸的轉(zhuǎn)速。

（1）針對(duì)電氣參數(shù)設(shè)定不合理，采用優(yōu)化變頻器性能及參數(shù)，使變頻器反映靈敏度提高，抗干擾本領(lǐng)提高。快速傳輸給電機(jī)及時(shí)調(diào)整螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速，減少給料量波動(dòng)的時(shí)間。將設(shè)備供電，特別使馬達(dá)電機(jī)及自動(dòng)控制裝置供電通過(guò)UPS 穩(wěn)壓，定期檢查電氣線路及電機(jī)運(yùn)行情況，做好點(diǎn)檢預(yù)防工作。

（2）針對(duì)儀表控制器件稱重有誤問(wèn)題，更換傳感器及校正計(jì)量稱，檢查線路有無(wú)松動(dòng)，螺絲是否松動(dòng)、稱體有無(wú)變形，磨到其他東西?；顒?dòng)部位潤(rùn)滑到位，檢查儀表檢測(cè)裝置是否堵塞，校驗(yàn)儀表等。

（3）針對(duì)螺旋軸葉片磨損嚴(yán)重問(wèn)題，螺旋葉片由原來(lái)8mm 增至10mm，耐磨層厚度由原來(lái)5mm增至7mm，這樣就增加螺旋葉片使用壽命和葉片的強(qiáng)度［4］。優(yōu)化重新制作的螺旋軸在調(diào)整螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)、保證降速后的給料流量前提下，螺旋葉片采用耐磨材質(zhì)，并加焊高耐磨性耐磨層，提高螺旋軸的使用周期。螺旋軸使用壽命保證使用8 個(gè)月以上。

圖4 未優(yōu)化的葉片尺寸

圖5 優(yōu)化后的葉片尺寸

圖6 優(yōu)化前后螺距的尺寸

（4）針對(duì)螺旋機(jī)給料速度過(guò)高帶來(lái)波動(dòng)大問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化［5］。

①如圖5 所示，將螺旋軸中心空心管外徑由原來(lái)326 mm 減至306 mm，這樣可以增加螺旋葉片的容積［6］，就可以降低螺旋軸轉(zhuǎn)速。考慮到螺旋中心空心管外徑減小，強(qiáng)度也會(huì)降低，我們把空心管的壁厚由原來(lái)的13 mm 增至15 mm。

②提高螺旋軸的輸送能力。

原螺旋葉片螺距［7］263mm，增大螺距至303mm（增加40mm）。

表1 優(yōu)化后相應(yīng)轉(zhuǎn)速如下

按給料流量對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速（50Hz 情況下）的系數(shù)，50Hz 狀況下按減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速27RPM

表2 優(yōu)化后給料流量輸出轉(zhuǎn)速系數(shù)

表3 優(yōu)化后流量比和輸出轉(zhuǎn)速比

優(yōu)化后的螺旋軸的實(shí)際給料能力為40～100t/h。在40～100t/h 之間運(yùn)行時(shí)，其電機(jī)—減速機(jī)的輸入功率、輸出功率不超過(guò)原設(shè)計(jì)的額定值，電機(jī)—減速機(jī)輸入、輸出扭矩不超過(guò)原設(shè)計(jì)的額定值，變頻電機(jī)使用頻率控制在50Hz 以內(nèi)

圖7 優(yōu)化后螺旋機(jī)給料波動(dòng)圖

（5）完成改造后的螺旋機(jī)空載運(yùn)行30min 后，電流、溫度、振動(dòng)、噪音等參數(shù)無(wú)異常，在滿負(fù)荷運(yùn)行2h 后各參數(shù)均在合理范圍內(nèi)，螺旋機(jī)給料波動(dòng)成功控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，如圖7 所示。

從圖7 可看出優(yōu)化后的螺旋機(jī)給料量波動(dòng)已經(jīng)很小。

從圖8 中可以看出電機(jī)轉(zhuǎn)速可以控制在1480rpm 以內(nèi)，處于額定范圍之內(nèi)。

圖8 優(yōu)化后螺旋機(jī)的輸送量及電機(jī)轉(zhuǎn)速

6 日常維護(hù)與監(jiān)測(cè)

（1）加強(qiáng)螺旋機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作，做好螺旋軸葉片磨損狀況記錄，定期監(jiān)測(cè)葉片高度。

（2）定期跟蹤螺旋機(jī)給料波動(dòng)情況，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。如波動(dòng)大則螺旋軸葉片磨損或者電器監(jiān)測(cè)有問(wèn)題。

（3）隨時(shí)觀察電機(jī)電流和螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速，如果電流變大、轉(zhuǎn)速過(guò)高，表明螺旋軸葉片磨損。

（4）設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定規(guī)律頻率的聲音，經(jīng)常聽可分辨出運(yùn)行時(shí)的異常聲音。如有噪音，則可以檢查減速機(jī)、軸承、螺旋軸與殼體是否接觸摩擦［8］。

（5）變頻器定期檢螺絲是否松動(dòng)、定期對(duì)變頻器進(jìn)行除塵，檢查變頻器端子排有無(wú)老化、松脫，是否存在短路隱形故障，接地是否良好，確保變頻器運(yùn)行穩(wěn)定［9］。

7 節(jié)能降耗成本分析

計(jì)量螺旋機(jī)經(jīng)過(guò)2017 年年修中優(yōu)化后，不僅解決了螺旋機(jī)給料波動(dòng)和電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行問(wèn)題，而且在節(jié)能降耗成本方面也取得成效。具體節(jié)能情況如表4。

（1） 在電能節(jié)約方面， 對(duì)比2017 年年修優(yōu)化前，2018 年全年用電量減少約30000 度。

（2）在備件數(shù)量節(jié)約方面，優(yōu)化前一年消耗螺旋軸4 根，優(yōu)化后一年消耗1.5 根減少2.5 根。

（3）在檢修費(fèi)用節(jié)約方面， 更換一次螺旋軸費(fèi)用 9727 元。

表4 經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算（按照一年計(jì)算）

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述措施，大大降低了螺旋機(jī)給料量的波動(dòng)、延長(zhǎng)了螺旋軸的使用壽命，使電機(jī)和變頻器不再超負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)節(jié)約檢修備件費(fèi)用，穩(wěn)定閃速爐爐況，提高閃速爐滿負(fù)荷作業(yè)率，其綜合效益特別明顯。