高炉布料器的主要故障分析与维护

  介绍了布料器的结构和工作原理，阐述了布料器使用与维护要点，根据承钢布料器出现的故障进行分析总结，提出改进方法。
    布料器是无钟炉顶的关键设备，其功能是驱动并控制布料溜槽绕高炉中心线的旋转和倾动，以完成高炉不同的布料要求。承钢炼铁厂3#、4#高炉容积为2500立的钒钛冶炼大高炉，炉顶布料器采用包钢BGⅢ型布料器，旋转采用机械传动，倾斜为液压传动，布料器的冷却采用开式循环水加氮气实现。润滑由自动润滑系统完成；可以实现环形布料、扇形布料、定点布料等多种布料方式，满足高炉使用要求。
    布料器的结构组成与各部分功能
    2.1.布料器的结构组成
    包钢BGIII型布料器，其主要由布料器外壳，布料溜槽，溜槽托架，托圈，溜槽曲臂，上、下回转支撑，喉管，β电机，波纹管，各种管道（水管、液压管、氮气管）等组成。
    2.2.布料器各部分主要功能
    布料器外壳主要是起到密封高炉炉顶煤气的作用，同时是布料器各部件的支撑体。
    布料溜槽也叫旋转溜槽，它主要是把料罐内的原料、燃料按照一定的方式，在炉内合理的布料作用。
    溜槽托架主要是悬挂溜槽，使溜槽能够在溜槽托架上，绕高炉中心线旋转，也可以上下摆动，还可以旋转和摆动同时进行。
    托圈主要功能是使溜槽能够上下摆动，同时用于放置回转支撑。
    溜槽曲臂的作用主要是通过托圈的上下移动，带动曲臂动作，从而实现溜槽的上下摆动。
    β电机主要是带动齿轮旋转，从而带动溜槽旋转。
    液压缸的作用主要是提升托圈，从而带动曲柄动作使溜槽角度产生变化，进行高炉布料。
    中心喉管的作用主要是使原料通过，落到高炉溜槽上。
    高炉上料流程与布料器工作原理
    3.1.高炉炉顶上料流程
    主要是通过主上料皮带把原料、燃料输送到炉顶受料斗中，通过挡料阀的开启把受料斗中的料，分流到下面的两个并列料罐中，再通过料流阀的调节作用，使料进入下密封阀箱中，最后，料通过布料器的中心喉管流到溜槽上，从而实现高炉上料的过程。
    3.2.布料器工作原理
    BGIII型布料器，主要包括主传动与副传动，二者既可独立运动，也可合成运动。
    主传动： 传动链：立式交流电动机一摆线针轮减速机一直齿小齿轮一上部回转支承一耳轴转套一溜槽（旋转）。
    副传动：传动链：直线油缸一托圈一下部回转支承一钢圈一曲柄一耳轴一溜槽（倾动）。其中溜槽摆动角度10°至45°。
    也就是说布料器布料时，β电机启动旋转，带动上回转支撑的外齿圈旋转，外齿圈旋转带动溜槽旋转；布料器上的3个液压油缸的伸缩动作，带动布料器托圈上下移动，托圈移动带动溜槽曲臂动作，从而溜槽的角度在10°至45之间变化，达到在炉体内不同部位布料的效果。
    布料器的使用与维护
    4.1.布料器的使用
    炉顶煤气温度应控制在150~~350℃，最高600℃，持续时间不超过30min。
    溜槽转速nβ=8.12rpm，基本工作制度为连续运行，以便避免启、制动带来的惯性冲击载荷对机构的不利影响。高炉操作需要定点布料时，应明确指出定点布料车数、料种、方向角及布料角度的改变要求。操作人员即可按此要求临时改用手动工作制操作。（β角误差≯5°，α角在布料时由大逐渐变小）将该料罐中的料布入炉内。
    α角正常工作油压不应小于10MPa，当液压系统工作压力过低时，其运动将出现异常。
    β角的传动电机功率7.5kw,额定电流15A，工作电流～8A，必须稳定，发现波动，立即通知车间机、电专职工程师或车间主任，进行检查处理。
    气密箱内以水冷却（压力不小于0.8MPa），工作温度一般情况≤65℃，特殊情况70℃，也可短期运行，但必须加强检查。采取临时措施，防止机构运行失常。
    密封箱通氮气，防止炉内脏煤气串入，氮气耗量正常情况不大于200m3/h,密封箱内压力应略高于炉喉煤气压力，其压差为~0.001MPa,当临时停止供氮气时，设备仍可继续工作，但操作人员须立即关闭供氮阀门并通知相关人员，防止出现意外。
    为防止布料溜槽与齿轮偏磨，每月应改变一次β角顺逆转方向。
    4.2.布料器的维护
    维护人员必须按检查制度要求进行检查,并填写记录。
    检查中发现的问题能够处理的要及时处理,没条件处理的要向上级汇报。
    每周一、三、五检查直线油缸系统、β角传动系统、信号传递系统、布料器各法兰人孔密封、布料器内温度、进回水情况等。
    清扫规定：布料器密封箱上盖每月吹扫一次，保证上盖无杂物。
    维护记录：岗位操作人员要将本班的设备运行情况写入岗位设备交接班记录中，维护人员要认真填写检查记录。
    布料器的主要故障与改进
    5.1.β角驱动大轴承的故障
    轴承在使用一定的时期之后其滚子及外圈都会出现不同程度的磨损，轴承间隙随磨损而变大，磨损程度较大(本体较小)的轴承滚子会卡在其它管子与轴承外圈之间使大齿轮或双联齿轮都不能转动造成布料器无法正常工作。在轴承磨损前期气密箱内部就会出现异音，因此在高炉检修期间一定要打开布料器人孔，在β角转动时进行仔细检查分辨，以便能及时发现轴承故障，提前做好准备工作。
    5.2.溜槽倾动曲臂及连杆故障
    布料器α角传动装置实现溜槽倾动，其中间传动的曲臂及连杆断裂也是布料器经常出现的较重大故障，因两部件均在布料器内部，一旦断裂，布料器将陷入瘫痪状态，高炉必须休风4-6小时才能处理。出现曲臂或连杆断裂的故障原因大都是部件自身材料种类的选用或加工处理方法或配合精度出现问题。
    2011年1月我厂3#高炉溜槽角度由35度向10度转换过程中，旋转机构（β角）电机电流突然升至35A，随即电机因电流超高停止。经现场检查后未发现异常情况，后又重新启动电机。电机再次启动后，岗位人员听见布料器内发出两声异响，而后消失，布料器α角传动角度值停止不动作。随即高炉休风，经对布料器内部检查发现，布料器α角传动曲臂均在花键配合处断裂为3段，其中一花键轴键齿缺损4/5。因曲臂断裂，造成溜槽角度无法调整，布料器无法进行多环布料。后来经过对断裂曲臂的鉴定分析，得知断裂曲臂材质为ZG45。观察曲臂断面，发现铸造颗粒粗大，没有进行热处理，存在铸造内应力。而曲臂花键处加工面为应力集中区，花键套在交变载荷作用下产生疲劳断裂，曲臂设计存在缺陷。由于曲臂花键套与花键轴加工精度差，造成花键轴与花键套装配精度差。经现场检测，花键轴键齿与花键套齿侧间隙最大处达1mm。当曲臂运动时，花键轴与花键套产生运动冲击，产生疲劳以致造成花键套断裂。
    因此在日常检查时要重点检查布料器异音情况，高炉休风停机检修时要进入布料器内部仔细检查布料器各部件的磨损情况。并建议生产厂家对布料器曲臂进行受力载荷分析，同时对不合理处进行改造。
    5.3.布料溜槽的常见故障
    布料器溜槽最常见的故障就是磨漏。布料溜槽的正常使用寿命一般为8—10个月。磨漏是指溜槽上的耐磨倒刺衬板以及溜槽本体的严重磨损，以溜槽接料点为中心，半径大小不一的孔洞。出现较大的孔洞后就会影响高炉的正常布料，引起炉况波动。较大的孔洞出现可以通过炉内摄像观察到。一旦发现溜槽磨漏之后应立即更换，如果不及时更换导致孔洞越来越大，料流直接冲刷到溜槽托架上，造成溜槽托架磨损，严重的结果会使溜槽掉入高炉内。严格来说发现溜槽出现孔洞再进行更换已经属于设备病态作业。在对溜槽进行检查时如果发现溜槽内倒刺衬板已经磨损掉，就应该及时更换溜槽。
    2011年4月底定修，在对我厂某高炉溜槽检查时发现溜槽衬板已经完全磨掉，当时由于备件不到位而没有更换新溜槽。再到6月初检查该溜槽时发现溜槽接料点处已经磨漏，孔洞直径将近400mm。由此可以推测出，在溜槽衬板完全磨掉之后，溜槽本体在料流冲击下最长经过两周时间就会磨漏。更换溜槽时间一般需要4—5小时。更换溜槽时应将α角角度调整到50°左右为最佳角度，如果角度过大，安装时较难挂钩；而如果角度过小，则在溜槽拆下时不易摘脱。在休风时间不能够满足更换溜槽时，也可以对溜槽进行补焊处理，在接料点处或磨漏的孔洞处补焊圆钢或较厚的耐磨钢板。
    布料溜槽的衬板耐磨性能至关重要，新的耐磨材料和工艺将会是溜槽性能提升的研究方向，目前我厂使用的方法是对衬板采取用硬质合金补焊层来增加其耐磨性。资料显示，对溜槽内衬表面进行碳化镀钨处理将有效增加溜槽使用寿命，可达18个月之久。
    5.4.气密箱迷宫密封间隙过小
    布料器安装在炉顶钢圈之上，受到炉喉处高温煤气的加热，同时受到炉喉料面处的高温热源辐射，还有布料器内部转动所产生的热量，这样的高温环境会使部分部件产生热涨。如果气密箱迷宫密封间隙过小的话，这种热涨就会引起转动部分与固定部分相互干涉，产生一定的阻力，导致β角电机电流过大而跳闸。因此在设计迷宫密封时应考虑到布料器所处高温环境带来的影响。同时要求我们的高炉操作人员一定要注意对高炉顶温的控制。

    布料器是炉顶设备的重要组成部分，承担着高炉布料的重任，布料器的稳定、高效运行对高炉生产至关重要；本文只对布料器的典型故障进行分析，提出改进方法，同时总结出在布料器的日常维护保养中需要注意的细节问题。炼铁高炉炉顶布料器的未来发展，如何提高使用寿命、优化设计结构、降低生产成本、易于维护保养、稳定其工作性能等一系列问题，还需要我们炼铁设备行业各位同仁来进行不断的科学探索和研究。