非柔性补偿器在烧结机上的应用实践

姜林

（河钢股份有限公司邯钢公司，河北 邯郸 056009）

烧结机风箱支管是烧结机风箱与大烟道之间的连接管，烧结机风箱、风箱支管和大烟道共同构成烧结机的风道系统（如图1 所示）。风箱支管由弯头、补偿器和直管三部分组成，弯头一端与烧结机风箱连接，另一端与补偿器连接；直管一端与补偿器连接，另一端与大烟道连接。由于风道系统两端的烧结机风箱和大烟道固定安装，烧结机风箱和大烟道的热膨胀量均由安装于弯头与直管之间的补偿器得以补偿。正常生产情况下，由于烧结机各组风箱温度差异大（65 ～450℃）和烧结机体型大（长约90 米、宽约5.5 米（以400m2级烧结机为例）），烧结机各组风箱热膨胀量较大，且此热膨胀量为空间不规则位移量。采用常规柔性补偿器（柔性金属波纹管式补偿器），难以满足补偿量要求和长寿命周期运行的要求。为了解决以上补偿器存在的问题，采用一种非柔性补偿器替代常规柔性补偿器，以满足生产要求。

图1 烧结机风道系统横向结构示意图

1 补偿器受力分析

如图2 所示：烧结机风箱一端（机头）为固定端，另一端（机尾）为自由膨胀端。烧结机风箱受热膨胀（主要考虑线膨胀），沿纵向中心线从机头向机尾移动，移动位移为ΔL1；大烟道一端（机头）固定，另一端（机尾）为自由膨胀端。大烟道受热膨胀（主要考虑线膨胀），沿纵向中心线从机头向机尾移动，移动位移为ΔL2。根据线膨胀计算公式：

式中，ΔL 为热膨胀位移；α 为线膨胀系数；Δt 为温升；L 为物体长度。

烧结机风箱材质和大烟道材质相同，即两者线膨胀系数α 相同；大烟道约180℃，小于烧结机风箱温升约450℃；大烟道受热长度和烧结机风箱受热长度可视为相同。综上所述，烧结机风箱膨胀位移ΔL1大于大烟道膨胀位移ΔL2。两个位移不同，产生水平力F1，F1为作用域补偿器水平方向上的剪切力。

图2 烧结机风道系统纵向结构示意图

由图1 可知，由于自身受热膨胀，弯头对补偿器产生向下的作用力F2和斜向下F3；直管受热膨胀，对补偿器产生向上作用力F4，F1、F2、F3、F4随着温度的变化而不断改变。

图3 补偿器受力分析图

如图3 所示，F11和F12是F1的分力。高温环境下，补偿器长期受到交变力F1、F2、F3、F4的作用，致使补偿器金属波纹管撕裂、损坏。

2 非金属补偿器补偿原理及补偿方法

2.1 非柔性补偿器补偿原理

补偿器受热膨胀在任一（瞬时）空间位置，均与三维坐标上的坐标值一一对应。建立数学模型，即：

式中，m、n、k 为在x、y、z 坐标轴上的热膨胀系数；a 为常数，风箱支管上选取研究点到坐标原点的位移。

式中，s（t）为风箱支管研究点随环境温度变化的热膨胀量（位移），mx 为研究点沿x 轴的移动值，ny 为研究点沿y 轴的移动值，kz 为研究点沿z 轴的移动值。从式中看出，风箱支管热膨胀量s（t）对应装置在三维坐标轴移动mx、ny、kz。

2.2 非柔性补偿器补偿方法

图4 非柔性补偿器结构示意图

如图4 所示，下降管能够在铅锤方向自由伸缩，滑环能够在基座上水平任意方向自由移动。补偿器的热膨胀位移（空间任意方向），可以通过补偿器的水平滑移装置和铅垂伸缩装置之间移动而得到补偿，补偿器的水平滑移装置在水平面沿x 坐标轴滑移和沿z 坐标轴滑移，能够补偿烧结机风箱支管热膨胀量在x 轴、z 轴上的分解量；补偿器的伸缩装置在铅垂方向沿y 烧结机风箱支管热膨胀量在y 轴上的分解量，生产中，烧结机风箱支管受热膨胀产生位移时，补偿器的水平滑移装置和铅垂伸缩装置同时作用使热膨胀量得到补偿。

3 应用效果

通过非柔性补偿器的水平滑移装置和铅垂伸缩装置的组合作用，使空间任意方向的热膨胀量都能够得到很好的补偿。非柔性补偿器各组件均为钢质结构，适应温度较高的生产环境而不影响其寿命，且在有限的安装空间内能够实现较大的热膨胀量的补偿，制造成本低、检修及修补方便，使用寿命为常规补偿器的2.5 倍。

4 结语

经过长期应用来看，非柔性补偿器能够满足烧结机热膨胀量，且很好地适应高温环境。但因补偿器水平滑移装置和铅锤伸缩装置相对移动频繁，应用过程中需要定期对密封材料进行检修、更换。密封材料失效将导致水平滑移装置和铅锤伸缩装置相对运动面密封不严，造成系统漏风。