首鋼高爐沖渣攪籠主軸的技術(shù)改進(jìn)

王海濱 齊立東 王仲民

1.前言

首鋼股份高爐渣處理系統(tǒng)采用的是明特法水沖渣技術(shù)，該系統(tǒng)的核心設(shè)備為攪籠機(jī)，目前共計(jì)在裝八臺(tái)套。

攪籠主軸作為明特法水沖渣系統(tǒng)中攪籠機(jī)的主要部件，工況狀態(tài)為低速重載，并處于高溫、腐蝕環(huán)境，發(fā)生故障后會(huì)對(duì)高爐正常生產(chǎn)造成影響，故障原因多為主軸應(yīng)力集中部位金屬疲勞造成的斷裂。攪籠主軸長(zhǎng)度約12米，由于長(zhǎng)期處于低速重載的狀態(tài)下運(yùn)行，主軸應(yīng)力集中部位金屬疲勞易導(dǎo)致主軸斷裂，且一旦出現(xiàn)故障，若處理不及時(shí)，有可能造成高爐減風(fēng)或停風(fēng)等較嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，造成經(jīng)濟(jì)損失。

原攪籠主軸制作工藝較為復(fù)雜，且焊接質(zhì)量控制難度較大，各部焊接缺陷均易導(dǎo)致主軸出現(xiàn)斷裂 故障，受限于制作工藝影響備件的制作成本偏高，不利于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備綜合運(yùn)行效率的提升。因此攪籠主軸的技術(shù)改進(jìn)成為主要問(wèn)題。

2.設(shè)備情況

2.1 設(shè)備性能參數(shù)

攪籠機(jī)主要有電機(jī)、減速機(jī)、水上軸頭、攪籠主軸及葉片組合、水下軸頭和提升機(jī)組成。設(shè)備技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 攪籠機(jī)設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2.2 設(shè)備運(yùn)行工藝及環(huán)境介紹

高爐生產(chǎn)過(guò)程中，水及水渣從渣溝沖入水渣坑后，水渣攪籠機(jī)一端伸入水渣坑并與地平傾斜20°。隨著攪籠機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋葉片將水渣池底部的水渣向上輸送，并通過(guò)下料斗落到膠帶機(jī)上，運(yùn)輸?shù)蕉言鼒?chǎng)。水則靠重力和機(jī)械攪動(dòng)力雙重作用向下回流，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后送往蓄水池，從而達(dá)到排渣和脫水的目的。攪籠主軸總重約28噸，正常工況下的轉(zhuǎn)速為3r/min，與沖渣水和水渣直接接觸，沖渣水溫80℃～100℃，水中有較高濃度氯離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子等，對(duì)主軸及螺旋葉片產(chǎn)生較嚴(yán)重的腐蝕和磨損。見(jiàn)表2。

2.3 攪籠主軸運(yùn)行情況及存在問(wèn)題

原攪籠主軸為AH32材質(zhì)直縫焊管，主軸兩側(cè)法蘭附帶加強(qiáng)圈，備件制作焊接工作量較大，焊接質(zhì)量控制難度偏高，各部焊接缺陷均易導(dǎo)致主軸薄弱位置出現(xiàn)斷裂?，F(xiàn)場(chǎng)多次出現(xiàn)的主軸斷裂故障，檢查金屬疲勞故障點(diǎn)位均為法蘭連接或直縫焊管的焊接位置。

3.攪籠主軸優(yōu)化方案

3.1 改進(jìn)主軸制作材質(zhì)與連接結(jié)構(gòu)工藝

新型主軸主體采用Q345B無(wú)縫鋼管，采用鍛造擴(kuò)容技術(shù)一體成型。兩端法蘭采用35CrMo鑄造法蘭。主軸兩端的法蘭與主體之間采用激光無(wú)縫焊接，焊接前焊口處預(yù)熱150℃～300℃，所有焊縫符合GB二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行著色探傷，焊接完成后上車(chē)床加工，保證主軸的加工尺寸。主軸主體的內(nèi)外面噴涂特殊的防腐材料防止銹蝕。見(jiàn)表3、表4。

3.2 主軸承載能力計(jì)算

攪籠主軸最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：

T-軸傳遞的扭矩

Wr-抗扭截面系數(shù)

軸傳遞的功率：P=90KW

軸的工作轉(zhuǎn)速：n=3r/min

軸的外徑：P=76cm

軸的內(nèi)徑與外徑比值：

根據(jù)公式計(jì)算結(jié)論為：

表2 沖渣水重點(diǎn)指標(biāo)檢測(cè)情況

表3 主軸制作工藝參數(shù)要求

表4 與原主軸材質(zhì)成分比較

材料的允許扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：τmax =35Mpa

τQ345B <τAH32 <τmax

通過(guò)以上計(jì)算，證明新型攪籠主軸設(shè)計(jì)強(qiáng)度符合現(xiàn)場(chǎng)使用條件。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)使用情況

2020年4月，在首鋼股份2號(hào)高爐沖渣現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了裝用，各部指標(biāo)均正常，完全滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工況使用條件。Q345B材質(zhì)攪籠主軸制作工藝優(yōu)化，較大程度上降低了備件的制作成本。

4.結(jié)論

通過(guò)對(duì)高爐沖渣攪籠主軸進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式上進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)優(yōu)化了備件制作工藝，減少了制作過(guò)程中的焊接工作量，降低了由于焊接缺陷產(chǎn)生的備件質(zhì)量問(wèn)題，消除了設(shè)備隱患；并較大程度上降低了備件的采購(gòu)價(jià)格，降低了設(shè)備運(yùn)行成本。上線安裝后，整體運(yùn)行正常，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工況，保證了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，為高爐生產(chǎn)的長(zhǎng)期順?lè)€(wěn)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)略