球团厂竖炉齿辊卸料机技术改造总结资料汇编201907.doc

球团厂竖炉齿辊卸料机技术改造总结资料汇编201907 在对其结构及存在的问题进行分析后，采取了三种改进方案并予以实施。 使用结果表明，三种改进方案均取得了成功，齿辊使用寿命都能达两年以上，其降本增产效益每年可达300万元以上。 关键词齿辊卸料器改造结构材质效益1.2概述齿辊卸料机作为冶金行业竖炉球团生产的关键设备，其作用是将竖炉内的大块破碎，并不断往下排料，保证炉内畅通顺行。 我公司于xx年建成第一座4m?竖炉，其齿辊卸料器设计为三动二静，动齿辊结构为整体式，材质为45铸钢。 xx年3月建成第二座10m?竖炉，设计院应我们业主单位的要求，将卸料器齿辊全部设计为动齿辊(8根)，其结构改为分体式。 但从使用情况来看，二者均存在问题，效果不太理想，甚至严重影响了生产，其使用寿命通常不足8个月。 因此，寻求一种高效、长寿的齿辊成了我公司亟待解决的课题。 从xx年9月至年底，我公司通过招标的形式，与国内几家供应商共同研制，生产了三种不同结构的齿辊。 自xx年1月15日投入使用后，效果显著，预计使用寿命可达到24个月以上，保证了生产的顺畅，同时大大降低了备件消耗和生产成本。 1.3原齿辊存在的缺陷及分析我厂最早采用的齿辊为整体铸造，齿辊中心通水冷却，其结构见图1。 由于材质为45钢铸件，在炉内高温下耐磨性很差，不到半年齿尖即被磨平，加之铸造缺陷，极易发生漏水现象，并造成以下危害漏水造成炉内温度降低、粉末增多、风机叶轮粘泥破坏平衡、炉内下跑风、甚至结瘤等；齿尖磨损造成相邻齿辊间间隙增大，部分大块得不到有效破碎。 第二座竖炉对齿辊结构进行了改进，采用分体式，分主轴和齿套两大部分，套与轴之间用双键联结，主轴为通孔，用循环水冷却，如图2所示。 其材质主轴选用45钢锻件；齿套选用ZG40Cr25Ni20，熔模铸造。 该结构齿辊自xx年3月投运以来，齿辊套的耐磨性与耐高温性能均良好，但连续出现开裂脱落现象，造成竖炉下部漏斗被脱落的齿套堵塞而无法排料，严重影响了生产。 分析其原因，主要是卸料机齿辊套在设计和制造加工上存在较大缺陷，其内部存在大量气孔、夹渣，组织疏松，当生产过程中不断受炉内高温料层及大块挤压后，严重的铸造缺陷便引起强度和韧性大大降低，以致齿套开裂脱落。 检查开裂的齿套发现，裂纹均出现在应力集中的键槽处。 1.4改进措施齿辊卸料机漏水及齿辊套开裂问题在国内球团厂普遍存在，我们在充分分析其原因后，有针对性地对齿辊套进行了改造。 整体思路是采用分体式结构，仍按图2型式装配，主轴通水冷却，保证在高温下不弯曲变形；齿套采用耐高温及耐磨材质，其核心改造部分是保证齿套不开裂。 在设备制造时，我们通过公开招标，选定了江苏联兴成套设备制造有限公司作为合作单位，并与其签订了使用寿命大于16个月的技术协议。 供需双方在技术上充分协商，根据经久耐用又经济实惠的原则，采用三种方案制造并投入实用。 结果证明，三种齿辊套使用19个月后，均未出现开裂掉落现象，效果均良好，预计寿命可达两年以上。 1.4.1方案一齿套结构如图3所示，材质仍选用ZG40Cr25Ni20，铸造加工成形。 为了保证使用效果，供需双方进行充分交流后，决定在铸造上采取以下方式进行控制 (1)为了提高结构致密性，在齿套内放置冷铁，并设置保温冒口，以避免内部组织疏松并消除齿根部应力。 (2)为了细化晶粒，增加高熔点化合物成核核心，在浇注前加入适量的稀土元素以及W、Mo、Ti等合金元素1，使其在高温凝固时先形成WC等析出相，细化晶粒，造成弥散强化以消除粗大组织，同时降低C含量，提高高温延伸率。 (3)尽量降低S、P含量。 为此，设置了陶瓷过滤网，控制原材料中的硫化物含量，并加入某些元素使夹杂物从条状变为颗粒状，以提高其高温强度和韧性。 (4)铸造完毕，作固溶处理，在急冷急热下若不产生裂变，即作为成品，反之若有轻度裂纹产生，则重新回炉熔化再浇注。 另外，考虑到热膨胀因素，将单个齿套轴向长度由314mm改为310mm。 1.4.2方案二齿套结构及外形尺寸仍按图3制造，但材质选用1Cr18Ni9i钢锭，先锻打成毛坯，然后机加工成齿形，见图4。 齿辊套齿型布置由直齿分布改为斜齿分布，键槽与齿根不平行，以避免应力集中，齿套的强度也大为提高。 1.4.3方案三选用与方案一相同的材质(ZG40Cr25Ni20)，但结构尺寸按图5制造。 将齿辊套的宽度减小，即将齿辊套的每一圈齿形做成一个单片的齿辊套；铸造过程基本按方案一的步骤保证质量；装配时，原每根齿辊由5个齿套变为20个齿套，其使用功能不受任何影响。 该方案的优点在于，即使遇到齿套开裂脱落，掉落的齿套也会因体积较小而随炉料排出，不会在卸料漏斗处造成卡堵。 1.5三种方案比较上述三种齿辊于xx年元月15日投入使用(两座竖炉均用)，效果显著，至xx年8月排空炉料进行检查，均未发现齿套有任何裂纹，其磨损量也在35mm左右。 此时齿辊已使用19个月，由此推算，其使用寿命可达24个月以上，改造非常成功。 但三种齿辊也各有优劣就单根齿辊而言，第一种方案成本相对较低(因浇注次数、机加工次数都少)，但铸造过程要求特别严格，因齿套宽度较厚(310mm)，内部产生气孔的可能性较大，出现废品的几率也较高；第二种方案成本相对较高，机加工费用大，且锻件毛坯加工后近23变成了废料。 其优势在于它是锻件，强度高，是三种方案中寿命最长的一种；第三种方案成本居中，优点是齿套宽度较薄(78.5mm)，故浇注时质量容易掌握，内部产生气孔的可能性较低，出现废品的几率不大。 其缺点是浇注次数、加工次数较多。 从性价比来看，我们偏向于第一种方案。 1.6经济效益估算改造后至今，两座竖炉的齿辊卸料机运行正常，状态良好，大大提高了设备作业率，使困扰多年的生产瓶颈得到了彻底解决。 其经济效益估算如下 (1)我厂两座竖炉共有11根齿辊，单根采购费用为14.3万元，原齿辊寿命为8个月，现达到两年，每年节约直接成本为14.311=157.3万元。 (2)节约设备检修费用10万元年。 (3)挽回产量损失，产值达135万元。 改造前由于齿辊开裂经常造成堵料导致竖炉停产，每年非计划停产达120小时以上，累计损失产量=75th120h=9000t，产值9000150元t=135万元。 (4)减少了辅助备件更换，每年节约的费用也在10万元以上。 以上几项相加，本改造创造的年总价值至少在312万元以上。 1.7结论改造后的齿辊完全解决了我公司最突出的设备问题，为球团生产提供了可靠的设备基础。 使用近两年来，得到了公司各级管理人员及广大职工的一致好评，同时也创造了较好的经济效益。 该改造项目已获得xx年度本公司技术改进一等奖，希望我们的经验能为全国各兄弟单位提供参考和借鉴。 1.8参考文献1成大先主编.机械设计手册M.北京化学工业出版社.xx.1.2马钢球团厂竖炉齿辊卸料机的齿辊密封刘莹(安徽工业大学，安徽马鞍山243000)2.1摘要讨论了马钢球团厂2#竖炉齿辊卸料机齿辊密封形式。 仅在轴向设置了填料密封，并对填料密封采用强制润滑，对填料密封箱通水冷却。 关键词齿辊卸料机；齿辊密封；迷宫密封；填料密封TH136A1002-2333 (xx)05-0072-02马钢球团厂2#竖炉齿辊卸料机安装在竖炉下，其作用是破碎经竖炉焙烧过的大块球团，用来作为炼铁用的原料。 马钢1#竖炉工程于1999年建成，投产以来齿辊卸料机齿辊密封存在着严重的泄漏，密封元件经常损坏，检修频繁，导致检修及备件费用的增加，影响了生产连续稳定的运行。 针对上述情况，在设计2#竖炉齿辊卸料机时对齿辊密封进行了改进，取得了显著的效果。 从2000年10月投产至今，齿辊卸料机齿辊密封使用良好，彻底解决了泄漏的问题。 2.21#竖炉齿辊的密封形式1#竖炉齿辊采用的是复合密封，即径向为径向迷宫加填料密封、轴向为填料密封，并开有油孔定期向迷宫内加油(见图1)。 众所周知，迷宫密封是靠迷宫槽之间的微小间隙给泄漏的介质造成阻尼，通过多级迷宫槽逐步减小泄漏介质的压力，当泄漏介质的压力小于大气压力时则起到了密封作用。 而填料密封(又称盘根密封)不是因填料同旋转轴紧密贴合阻止内部流体泄出，而是通过填料与旋转轴之间紧密贴合形成的一层很微薄的环隙，环隙里充满着润滑油，这层润滑油称之为润滑膜，它起着润滑和密封作用。 2.3密封介质和环境齿辊卸料机齿辊密封是用来阻止竖炉内烟气外泄的一种特殊密封方式，竖炉烟气夹杂着微小的球团颗粒，且烟气温度高达700800。 图1改进前的竖炉密封结构1.竖炉外壳，2.定环，3.定位环，4.动环，5.压盖一，6.压盖二，7.齿辊轴图2改进后的竖炉密封结构1.齿辊轴，2.竖炉外壳，3.填料箱，4.定位环，5.水管，6.隔环，7.填料，8.压盖2.41#竖炉齿辊密封存在的问题 (1)安装困难，安装精度得不到保证根据工艺配置要求，齿辊卸料机需要和竖炉安装在一起，而竖炉外壳又是焊接件，本身制造误差就较大。 定环是通过12个螺栓同竖炉外壳连接的，定环既要同竖炉外壳连接又要套上齿辊轴，还要同动环保持迷宫密封所需要的适当间隙。 因此安装很困难，不是卡死就是间隙过大，设备之间的合理安装精度得不到保证，误差较大。 而对迷宫密封而言，安装精度是很重要的。 (2)定环和动环以及定位环易损坏迷宫式结构复杂，由于安装精度得不到保证，定环和动环以及定位环之间存在着较大的间隙，夹杂着球团颗粒的烟气沿着齿辊轴通过定环和定位环之间的间隙进入到迷宫腔内，由于迷宫通道曲折狭窄，进入腔内的颗粒很难排出，而球团颗粒的硬度较高，硬质颗粒造成摩擦表面擦伤，使得各密封环面出现拉痕，磨损所造成的表面破坏以及高温环境，进一步增大了材料的摩擦系数，磨损严重时造成密封失效烟气泄漏。 (3)加油次数频繁定环直接同竖炉外壳接触，温度很高，又没有采取冷却措施，为了保证润滑密封每天至少需加34次油。 (4)填料易损坏、齿辊轴磨损严重、传动效率下降填料密封处在高温的环境中，而且密封的又是带有球团颗粒的烟气，密封处良好的润滑条件难以保证，齿辊轴磨损严重，传动效率下降，填料很快干燥而最终失效，常常几天就要更换填料。 (5)密封形式复杂，检修困难要拆卸密封件，首先需将齿辊轴的轴承座拆卸后，才能将密封件逐个拆下。 由于竖炉齿辊轴有几吨重需要动用吊车，增加了检修时间和费用。 2.52#竖炉齿辊卸料机齿辊密封的改进分析认为，就其齿辊密封部位的工作要求而言，原设计采用的密封结构形式不合理。 迷宫密封加工困难，安装精度不能保证，填料密封得不到润滑。 导致在高温且夹杂着球团颗粒环境下工作的密封件就会很快失效。 改进如图2。 (1)合理设计密封结构填料密封压盖设计成剖分式，使得检修装卸填料无须动用吊车，很方便。 (2)对填料密封强制润滑填料密封所用材料的特点是材料内部组织有着较大的空隙，空隙由润滑剂添满，润滑油膜的就靠它的补给，使用一段时间后重新将填料压盖螺母拧紧一些，以使填料内的润滑剂被挤压出，形成新的润滑油膜。 由于齿辊填料密封处温度较高，润滑剂很快就损失殆尽，密封部位的摩擦热不能及时传导出来，结果热量积蓄，温度升高造成填料干燥而失效。 因此在新设计中我们在填料箱中开了油孔，通过在径向和轴向都开有油孔的隔环将润滑油有效地打入到填料中，通过定期加油使填料密封具有良好的润滑性能，保证了密封长期稳定的运行，同时使密封具有较低的摩擦功耗和摩擦速率，延长了填料的使用寿命。 (3)填料密封箱通水冷却填料密封面长，摩擦面积大、散热条件差，温度高润滑油运动粘度下降。 填料常常因缺乏必要的润滑和冷却而烧坏，通过对填料箱通水冷却，降低填料密封处的温度。 从而改善润滑环境，提高填料的使用寿命。 2.6使用效果1)由于采用了水冷填料密封箱和强制润滑，润滑效果大为改善，齿辊的使用寿命提高了1.5倍，填料的使用寿命成倍延长。 年节约备件1万元。 2)结构简单、填料更换方便，无须动用行车。 3)节能效果显著，油耗降低，由平均每天至少加润滑油34次降为每周加润滑油一次。 4)由于取消了迷宫密封，减少了制造备件成本和检修费用。 5)密封效果好，消除了烟气的泄漏。 3济钢球团竖炉新型复合齿辊的研制与应用郭林(济南钢铁集团机械设备制造厂技术质量部，山东济南250101)我厂为总公司球团厂生产的竖炉齿辊，使用寿命低，早期漏水，主要问题是齿辊的辊身部位在铸造过程中组织不致密，内部有缩松、缩孔、气孔、夹杂等缺陷。 虽然后期焊补能够打住压，但使用后很快就磨透表皮焊补层，导致齿辊漏水，影响球团厂正常生产。 3.1产品结构特征齿辊的结构为三段式，两头为锻造轴，中间辊身部位为铸造件，通过加工、装配、焊接组成整体齿辊。 材质为ZG45，整体重量为4212kg，其中，辊身部位重2190kg，结构如图3所示。 中间段辊身是工作部位，整个辊身全部在竖炉封闭高温环境下工作。 辊身的铸造质量，就决定了整个齿辊寿命的长短。 图3齿辊结构3.2原工艺及存在的问题竖炉齿辊的辊身原铸造工艺为平做立浇、水口底返顶接，是诸多铸造方案中较为合理的工艺。 但因齿辊结构特殊，形不成顺序凝固，导致铸件产生缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷，所以铸件致密性问题不能从根本上解决。 3.3工艺方案改进在辊身内铸入离心铸造钢套，并将钢套延伸到辊身端面，再将轴头热镶入钢套内，轴头与钢套外侧开坡口焊接，形成复合型齿辊。 这样可以保证冷却系统的耐压性能，提高齿辊的使用寿命。 技术难点1)离心钢套厚度的选择太薄，钢套与辊身铸造同心度要求高，工艺难度大，同心保证不好时加工过程中易车透钢套，失去密封性能;太厚，辊身铸造时易开裂。 2)钢套与辊身为机械结合，高温工作时间长了有窜动的风险。 措施如下钢套外预先焊接定位圆钢(图 4、错误!未找到引用源。 )，然后将钢套铸入辊身，可以防止辊身与钢套之间窜动。 图4钢套定位图5齿辊复合铸造工艺结构3.4工艺方案仿真模拟与优化由于齿辊的制造关键问题就是辊身的铸造问题，保证钢套与辊身较好的熔合，选择合理壁厚的钢套以及钢套铸入铸型时的温度是技术重点。 通过对齿辊整体结构的铸造工艺分析，最后确定两种方案，并分别进行仿真模拟实验。 方案1钢套壁厚上下一样，都采用25mm(图6)，两端在钢套外表面分别均布焊接4根20mm圆钢，钢套预热温度为300，通过计算冒口高度为500mm，冒口下部为600mm，上部为700mm。 浇口采用底返顶接，浇注温度为1550，进行凝固模拟，模拟结果如图7所示。 从模拟结果看出，中间有缩松。 方案2钢套壁厚分台阶设计(图8)，底部340mm长度范围壁厚设计为35mm，上部壁厚采用25mm，两端在钢套外表面分别均布焊接4根20mm圆钢，钢套预热温度为300，其余条件不变，模拟凝固结果如图9所示。 从模拟结果可以看出，铸件辊身部位没有缩孔、缩松等缺陷出现。 图6方案1钢套图7方案1模拟结果图8方案2钢套图9方案2模拟结果3.5结论按方案2试生产4件，表面质量较好，没有出现裂纹、夹砂等铸造缺陷。 加工装配焊接后打压，无漏水现象发生，钢套与辊身熔合良好。 我厂生产的第一批复合齿辊于xx年10月应用到总公司球团厂3号竖炉上，到现在已经使用了2年多，没有发生漏水、弯曲、断裂现象。 4碳素铸钢的牌号、性能和用途种类与钢号钢号用途举例一般工程用碳素钢ZG200-400ZG15良好的塑性、韧性、焊接性能，用于受力不大、要求高韧性的零件。 ZG230-450ZG25一定强度和较好韧性、焊接性能，用于受力不大、要求高韧性的零件。 ZG270-500ZG35较高的强韧性，用于受力较大且有一定韧性的零件，如连杆、曲轴。 ZG310-570ZG45较高的强度，较低的韧性，用于载荷较高的零件，如大齿轮、制动轮。 ZG340-640ZG55较高的强度、硬度和耐磨性，用于齿轮、棘轮、联轴器、叉头等。 种类与钢号钢号用途举例焊接结构用碳素钢铸钢ZG200-400H ZG15由于含碳量偏下限，故焊接性能优良，其用途基本同于ZG200-400/ZG230-450和ZG270-500ZG230-450H ZG20由于含碳量偏下限，故焊接性能优良，其用途基本同于ZG200-400/ZG230-450和ZG270-500ZG275-485H ZG25由于含碳量偏下限，故焊接性能优良，其用途基本同于ZG200-400/ZG230-450和ZG270-5005竖炉齿辊卸料器的改造方式齿辊卸料机作为冶金行业竖炉球团生产的关键设备，其作用是将竖炉内的大块破碎，并不断往下排料，保证炉内畅通顺行。 我公司于xx年建成第一座4m?竖炉，其齿辊卸料器设计为三动二静，动齿辊结构为整体式，材质为45铸钢。 xx