麦尔兹双膛石灰竖窑卸料平台液压缸外移改造

2016-11-22卢晓辉

工业炉 2016年4期

关键词：窑炉液压缸迷宫

卢晓辉，李　磊

（柳州钢铁股份有限公司转炉炼钢厂，广西柳州545002）

麦尔兹双膛石灰竖窑卸料平台液压缸外移改造

卢晓辉，李磊

（柳州钢铁股份有限公司转炉炼钢厂，广西柳州545002）

对卸料平台液压缸进行外移安装，从而提高液压缸使用寿命，降低更换液压缸频率和备件及维修成本，促进窑炉生产稳定运行。

麦尔兹窑；卸料平台；迷宫密封

麦尔兹双膛石灰竖窑每个膛具备一个卸料平台机构。卸料平台为窑炉重要的出料系统，窑内所有的物料都堆积在平台上部。其结构分成四个扇面，且每两个相对的扇面连接成一对。每对出料平台底部由大托辊支撑，两个液压缸进行驱动，做直线往复运动。两对出料盘呈90°对角，在出料时，物料受自身重力影响，从扇形面边缘掉落至卸料闸板机构封闭的小料斗内，实现出料。液压缸直接安装在炉壳上，液压缸活塞杆伸入窑内通过一组驱动杆与卸料平台连接（见图1）。

图1　卸料平台结构示意图

由于柳钢麦尔兹窑所使用的转炉煤气热值偏低，石料粒度不均匀，造成部分物料夹生，灰温偏高，使窑炉卸料平台温度达到近250℃。停窑期间，液压缸由于无冷却风进行冷却，工作环境温度将更高。卸料平台液压缸由于长期在高温、高压、粉尘恶劣的环境下工作，活塞杆的密封圈寿命不高，容易产生液压缸泄漏，甚至导致卸料平台内部着火，严重影响生产安全。卸料平台液压缸密封圈更换的检修环境属于高温、狭窄区域，不利于维修工进行检修。对2014～2015年卸料平台液压缸故障进行统计，发现平均每月需要更换3组卸料平台液压缸，造成维修人力、备件成本较高，影响生产稳定。为降低维修成本，需对该处设备进行攻关。

1　设计方案

由于液压缸固定安装在炉壳上，导致窑炉温度将直接传导到液压缸上，再通过液压油使整个液压系统温度上升。故方案组设计考虑将卸料平台液压缸进行外移，即在原安装液压缸的位置上，设计安装一个驱动轴与炉壳内的卸料平台钢结构进行连接，同时要确保驱动轴达到炉壳密封要求。

常见的液压缸密封结构有O型圈密封、填料密封和迷宫密封。该部位的密封介质为高温含粉尘气体，压力20 kPa，温度150～250℃，同时由于驱动轴做轴向往复运动，所以该密封装置还应实现动密封。结合以上实际情况，考虑使用迷宫密封的方式。

迷宫密封的工作原理：在轴的周围依次排列着许多环形密封齿，当气体经过每一个密封齿时，气流经间隙高速进入环形腔体后，突然膨胀而产生强烈的漩涡，使气流的大部分能量转化为热量而散失，焓值恢复到接近于间隙前的值。这时压力逐级下降，而达到密封的效果，其结构见图2。

图2　密封结构原理图

迷宫密封多数运用在风机轴与机壳的密封，轴与机壳之间等相对转动的部位。要实现轴与机壳的轴向运动密封，必须保证轴与密封套之间不直接接触，否则轴与密封套之间的摩擦将导致密封套的损坏、泄漏。单个密封圈在该部位的使用要求都无法满足所有的条件，必须采取有针对性的密封系统设计，新设计的驱动轴密封系统如图3所示。

图3　新设计的驱动轴密封系统示意图

（1）主密封：使用迷宫密封，密封性能良好。

（2）副密封：驱动轴使用防尘圈进行密封，防止粉尘进入密封系统。

（3）导向元件：采用活塞杆导向带作为驱动杆的导向元件，具有良好的耐磨性，保障驱动轴与迷宫密封套的间隙。

2　密封套部件结构尺寸计算

2.1驱动轴迷宫密封组设计

迷宫密封的设计原则：（1）轴的直径越小越好，由于轴需与卸料平台内原组件连接且承受轴向推力，故驱动轴的设计与液压缸轴径相近，采用Φ80 mm。（2）尺寸齿与转轴间隙尽量小，孔与轴采用间隙配合，故孔的加工尺寸为Φ80.6D9，轴的尺寸为Φ80H7；（3）密封齿尽量薄，保持尖角，为便于加工，选择齿厚度为3 mm，倒角45°；（4）齿与齿之间要有足够距离，两齿之间的膨胀空腔越大越好，两齿间隙选择6 mm；（5）泄漏量与齿数为倒数关系，迷宫密封运用在光轴时的泄漏系数更大，所以密封齿的数目越多越好。但实际上过多的增加密封齿将导致轴向尺寸过大，由于安装位置的限制，需要将密封套长度控制在160 mm内，故根据齿宽与齿间间隙倒推齿数应为10齿。

2.2导向带与防尘圈结构设计

迷宫密封的设计中轴与齿之间是间隙配合，迷宫密封套安装在炉壳上，轴需与密封套之间若产生金属与金属的硬摩擦，轴的使用寿命将大大降低，所以必须设计一种方法防止轴与迷宫密封之间不形成摩擦。参考液压缸的密封设计，使用液压缸导向元件对轴进行支撑导向，有效解决了轴与密封套之间的间隙问题。

（1）导向带

导向带可按任意长度选择，材料为聚四氟乙烯并添加了铜粉，具有高承载、低磨损、摩擦力小的特点；在低速和大径向负载时，无爬行现象；安装尺寸简单，简单的沟槽设计有效避免滑动表面金属接触（见图4）。

（2）防尘圈

功能是防止灰尘、污物、沙粒进入密封套内，保护导向元件，延长密封件的工作寿命（见图5）。

图4　导向带　

图5　防尘圈

2.3密封套与液压缸安装设计

（1）密封套在原液压缸安装位置进行安装，使用8颗螺杆固定，密封套须便于安装与拆卸更换。

（2）液压缸安装后必须保障卸料平台、驱动轴及液压缸的安装水平，支架需保证一定的刚度。

安装使用后的情况如图6、图7所示。

3　　结语

（1）该项目于2015年2月在1#麦尔兹窑上安装并投入使用，至2016年4月已成功使用13个月，驱动轴表面出现不少小于1 mm深的划痕，但密封效果良好，使用寿命能够达到一年以上。

（2）该项改造每套装置的成本约2 500元，使用寿命超出一年，后期更换成本1 500元。该项目改造完成后，卸料平台液压缸漏油的故障能够彻底解决，降低液压油温度，提高整个液压系统的液压缸寿命，降低窑炉故障。通过液压缸外移后，检修液压缸能够在不进窑炉内部的情况下完成，降低了维修工的作业危险和强度。

（3）该项目的成功实施，在降低维修成本的同时，还能够稳定生产，提高窑炉产量，进一步降低窑炉热耗和生产成本，提升整体效益。

Outward Shift Modification of Discharge Table Hydraulic Cylinder in Mearz Double Hearth Lime Shaft Kiln

LU Xiaohui，LI Lei
（Converter Plant of Liugang Iron and Steel Co.，Ltd，Liuzhou 545002，China）

By outward shift modification for the hydraulic cylinder of discharge table，the service life of the hydraulic cylinder was improved，the frequency of the replacement of the hydraulic cylinder and the costs of spare parts and maintenance are reduced，and which promoted the stable operation of the kiln production.

Mearz kiln；discharge table；labyrinth seal