陳建平,師 驊,喬 棟,喻 鵬,胡萬強(qiáng)

(武漢鋼鐵有限公司設(shè)備管理部,湖北 武漢 430083)

1 高爐布料裝置簡介

高爐爐頂布料裝置(見圖1)是冶煉生產(chǎn)中的核心設(shè)備[1],由上部齒輪箱(動(dòng)力來源)、傳動(dòng)齒輪箱和布料溜槽組成,旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和傾動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)布料溜槽同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下傾動(dòng),保障了高爐上料的連續(xù)性和布料的均勻性,更有利于高爐的冶煉順行。齒輪箱工作環(huán)境比較惡劣,冶煉過程中的荒煤氣存在高溫和粉塵的特性,因此,傳動(dòng)齒輪箱采用冷卻板和氮?dú)鈮褐频姆绞礁綦x高溫和粉塵,保護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。齒輪箱為進(jìn)口設(shè)備,價(jià)格比較昂貴,且更換比較復(fù)雜,更換工期長,如果維護(hù)不到位,提前損壞會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,因此需加強(qiáng)對(duì)齒輪箱的維護(hù)。

圖1 高爐爐頂布料裝置

2 齒輪箱旋轉(zhuǎn)電流波動(dòng)異常現(xiàn)象

武鋼4#高爐布料裝置正常工況下旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)電流會(huì)維持在12 A左右,但自2022年6月開始,偶然會(huì)出現(xiàn)電流陡然增大的情況,頻繁時(shí)每周會(huì)出現(xiàn)多次,絕大多數(shù)電流會(huì)超過38 A,最大可到50 A,導(dǎo)致過流開關(guān)跳閘,布料停止,影響高爐生產(chǎn)。跳停后,崗位人員將開關(guān)復(fù)位,切換至500 r/min轉(zhuǎn)速,反向點(diǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)后,如過流開關(guān)不跳,可轉(zhuǎn)至1 500 r/min正常生產(chǎn)。

3 故障原因排查及處理

鑒于故障是偶發(fā)、非持續(xù)的,只能待高爐休風(fēng)后進(jìn)入齒輪箱內(nèi)部排查原因。4#高爐于2022年10月12日休風(fēng),專業(yè)技術(shù)人員結(jié)合傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部構(gòu)造(見圖2),從以下幾個(gè)方面展開對(duì)旋轉(zhuǎn)電流陡增故障的分析與排查。

圖2 傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.1 齒輪箱機(jī)械傳動(dòng)部分檢查及處理

(1)旋轉(zhuǎn)體各部件,如傾動(dòng)齒圈與傾動(dòng)支撐座(圖2傾動(dòng)齒圈處)、旋轉(zhuǎn)齒圈和旋轉(zhuǎn)支座(圖2旋轉(zhuǎn)齒圈處)、傾動(dòng)大齒輪與傾動(dòng)齒圈(圖2傾動(dòng)大齒輪處)、旋轉(zhuǎn)體上部與下部(圖2旋轉(zhuǎn)體上下部連接處)等均采用螺栓連接。螺栓松動(dòng)、斷裂等失效狀況均可導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)體整體或部分下垂,與下水槽產(chǎn)生摩擦卡阻。處理方法是打開齒輪箱檢修人孔門,檢修人員對(duì)螺栓緊固情況進(jìn)行檢查確認(rèn),未發(fā)現(xiàn)螺栓松動(dòng)情況。

(2)旋轉(zhuǎn)齒輪副磨損量大、斷齒或回轉(zhuǎn)軸承損壞也會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)電流陡增。處理方法是在人孔門打開的情況下,通過盤動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī),對(duì)齒輪及其嚙合面進(jìn)行目視檢查;啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī),利用聽音棒檢查齒輪傳動(dòng)情況。經(jīng)排查未發(fā)現(xiàn)齒輪副嚙合異常。

3.2 齒輪箱結(jié)構(gòu)卡阻檢查及處理

(1)考慮到4#高爐處于爐役后期,高爐錐臺(tái)襯板出現(xiàn)過部分損壞的情況,錐臺(tái)殼體受局部高溫的影響,爐頂鋼圈有變形的現(xiàn)象,水平度已超出允許值2 mm,鋼圈變形可能會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪箱旋轉(zhuǎn)體(圖2粉紅色部分)與中心喉管摩擦,從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電流陡增。處理方法是將布料溜槽抬至適宜高度,搭設(shè)跳板,檢修人員掛設(shè)防墜器進(jìn)入高爐內(nèi)部,從下往上觀察間隙和摩擦情況。未發(fā)現(xiàn)摩擦卡阻點(diǎn)。

(2)經(jīng)過以上方法的排查后,基本可以排除機(jī)械傳動(dòng)故障及外部結(jié)構(gòu)對(duì)旋轉(zhuǎn)體的卡阻。將故障點(diǎn)鎖定到下水槽邊緣與密封壓板,查找下水槽邊緣與密封壓板之間是否存在摩擦,因?yàn)樵撎庨g隙很小(3 mm左右)。依次拆除殼體壓板、防塵板、密封壓板,發(fā)現(xiàn)密封壓板有1/4周長出現(xiàn)3 mm左右凹槽,經(jīng)判定為密封壓板與水槽邊緣摩擦所致。為何此處存在摩擦呢?專業(yè)技術(shù)人員通過旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)電流歷史曲線(見圖3)發(fā)現(xiàn),電流與爐頂上升管溫度(以下簡稱頂溫)之間存在線性關(guān)聯(lián),旋轉(zhuǎn)電流波動(dòng)升高時(shí),頂溫也在上升;頂溫下降時(shí),電流值隨之降低,說明爐頂溫度影響著電流波動(dòng),應(yīng)考慮此處存在熱膨脹導(dǎo)致的間隙變小的問題。

圖3 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)電流歷史曲線

根據(jù)金屬的熱膨脹特性[2],金屬材料的熱膨脹現(xiàn)象是其物理性質(zhì)的體現(xiàn),主要表現(xiàn)為金屬在高溫環(huán)境下發(fā)生的形態(tài)改變,其產(chǎn)生機(jī)理主要是金屬在高溫環(huán)境下發(fā)生了原子的運(yùn)動(dòng),而原子的運(yùn)動(dòng)帶來了空間位置的變化,體現(xiàn)在宏觀上就是金屬形態(tài)體積的擴(kuò)大。

根據(jù)熱膨脹線性計(jì)算公式L2=L1×[1+a(t2-t1)],結(jié)合水冷板尺寸及高爐頂溫變化,計(jì)算膨脹后長度L2。其中L1為水冷板原長度,為700 mm;a為膨脹系數(shù),取材質(zhì)為碳鋼,20～600 ℃區(qū)間,a=13.5×10-6℃-1;t2為升高后的溫度,t2=500 ℃;t1為升溫前溫度,t1=200 ℃。計(jì)算得到膨脹后長度L2=702.856 mm。從計(jì)算結(jié)果可以看出,在頂溫升高到500 ℃時(shí),水冷板熱膨脹2.856 mm,導(dǎo)致該位置基本無間隙。高爐頂溫升高的原因?yàn)闋t內(nèi)爐料出現(xiàn)管道,管道出現(xiàn)時(shí)頂壓也會(huì)隨之波動(dòng),布料溜槽在頂壓的沖擊下會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng),旋轉(zhuǎn)體偏離中心位置,在無間隙的情況下密封壓板與水槽邊緣摩擦加劇,出現(xiàn)卡阻并跳電的現(xiàn)象。為何只存在1/4圓周的摩擦而非整圈?齒輪箱有8塊水冷板(見圖4),其中4塊為垂直設(shè)置,4塊為水平設(shè)置,上水槽的水流經(jīng)8塊水冷板后匯入下水槽。通過打壓發(fā)現(xiàn),2塊相連著垂直設(shè)置的水冷板嚴(yán)重堵塞,已無冷卻功能,堵塞的水冷板正好處于磨損密封壓條的上方,占據(jù)密封壓條1/4圈的長度。故障原因明確后,消除故障的關(guān)鍵是疏通堵塞的水冷板,解決冷卻問題。水冷板堵塞原因?yàn)槔鋮s水水垢所致,使用水泵將草酸壓入水冷板水道中進(jìn)行沖洗。遺憾的是由于堵塞過于嚴(yán)重,且水道在水冷板中呈180°回轉(zhuǎn)蛇形布置,根本無法疏通。經(jīng)測算后,檢修人員決定將該摩擦處的密封壓條加3 mm墊片進(jìn)行抬高,避免再與水槽邊緣摩擦,經(jīng)試車及后續(xù)使用觀察,故障問題得以解決。但由于水冷板未疏通,該處始終存在隱患,徹底解決需要更換水冷板,在線更換水冷板成本較高,對(duì)于處于爐役后期的高爐來說已無必要。

圖4 傳動(dòng)齒輪箱水冷系統(tǒng)

4 齒輪箱維護(hù)事項(xiàng)

(1)針對(duì)3.1中所述的維護(hù)事項(xiàng),要確保齒輪及軸承的使用壽命,良好的潤滑是關(guān)鍵,要保障齒輪箱的11個(gè)自動(dòng)潤滑點(diǎn)(含上部齒輪箱3個(gè))油路暢通,按維護(hù)規(guī)程每8 min自動(dòng)潤滑一次。保障傾動(dòng)裝置的4臺(tái)干油潤滑泵工作良好,采用耐高溫潤滑脂。休風(fēng)時(shí)開人孔門對(duì)潤滑情況進(jìn)行檢查,定期取油脂進(jìn)行化驗(yàn),同時(shí)對(duì)各部位螺栓進(jìn)行檢查緊固,有缺失或損壞的螺栓要及時(shí)進(jìn)行更換,防止故障擴(kuò)大。

(2)針對(duì)3.2所述的維護(hù)事項(xiàng),除了安裝齒輪箱時(shí)將爐頂鋼圈的水平度找正到標(biāo)準(zhǔn)值以下,在使用過程中應(yīng)加強(qiáng)爐頂錐臺(tái)襯板的維護(hù),確保頂溫升高時(shí)不會(huì)對(duì)錐臺(tái)產(chǎn)生影響,進(jìn)而保護(hù)爐頂鋼圈的水平度。另外要確保水冷板水道暢通,每隔半年要利用草酸對(duì)水道進(jìn)行沖洗。制作一套由泵、管道、壓力表、快速接頭組成的清洗裝置,清洗時(shí)直接與水道的管路對(duì)接,進(jìn)行帶壓沖洗。如果把沖洗水直接打入上水槽,靠重力作用流經(jīng)水道進(jìn)行沖洗,沖洗效果會(huì)大打折扣。帶壓沖洗既可以保證清洗效果,且每次清洗都可以對(duì)管路的通暢情況進(jìn)行確認(rèn),避免長期不通,管道越堵越實(shí),最終釀成本文所述的難以逆轉(zhuǎn)的故障。

5 結(jié)語

高爐爐頂水冷齒輪箱是高爐連續(xù)生產(chǎn)的核心設(shè)備,生產(chǎn)中對(duì)水冷齒輪箱溫度及電流的控制至關(guān)重要,是保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。因此要加強(qiáng)齒輪箱機(jī)械傳動(dòng)部位的潤滑、緊固工作,另外還需重點(diǎn)關(guān)注齒輪箱的水冷系統(tǒng),特別是要保障水冷板的通暢,防止因水冷系統(tǒng)故障導(dǎo)致的事故擴(kuò)大。