首钢高炉冲渣搅笼主轴的技术改进

王海滨 齐立东 王仲民

1.前言

首钢股份高炉渣处理系统采用的是明特法水冲渣技术，该系统的核心设备为搅笼机，目前共计在装八台套。

搅笼主轴作为明特法水冲渣系统中搅笼机的主要部件，工况状态为低速重载，并处于高温、腐蚀环境，发生故障后会对高炉正常生产造成影响，故障原因多为主轴应力集中部位金属疲劳造成的断裂。搅笼主轴长度约12米，由于长期处于低速重载的状态下运行，主轴应力集中部位金属疲劳易导致主轴断裂，且一旦出现故障，若处理不及时，有可能造成高炉减风或停风等较严重的生产事故，造成经济损失。

原搅笼主轴制作工艺较为复杂，且焊接质量控制难度较大，各部焊接缺陷均易导致主轴出现断裂 故障，受限于制作工艺影响备件的制作成本偏高，不利于现场设备综合运行效率的提升。因此搅笼主轴的技术改进成为主要问题。

2.设备情况

2.1 设备性能参数

搅笼机主要有电机、减速机、水上轴头、搅笼主轴及叶片组合、水下轴头和提升机组成。设备技术参数见表1。

表1 搅笼机设备技术参数

2.2 设备运行工艺及环境介绍

高炉生产过程中，水及水渣从渣沟冲入水渣坑后，水渣搅笼机一端伸入水渣坑并与地平倾斜20°。随着搅笼机的转动，螺旋叶片将水渣池底部的水渣向上输送，并通过下料斗落到胶带机上，运输到堆渣场。水则靠重力和机械搅动力双重作用向下回流，经过过滤器后送往蓄水池，从而达到排渣和脱水的目的。搅笼主轴总重约28吨，正常工况下的转速为3r/min，与冲渣水和水渣直接接触，冲渣水温80℃～100℃，水中有较高浓度氯离子、钠离子、钙离子、镁离子等，对主轴及螺旋叶片产生较严重的腐蚀和磨损。见表2。

2.3 搅笼主轴运行情况及存在问题

原搅笼主轴为AH32材质直缝焊管，主轴两侧法兰附带加强圈，备件制作焊接工作量较大，焊接质量控制难度偏高，各部焊接缺陷均易导致主轴薄弱位置出现断裂。现场多次出现的主轴断裂故障，检查金属疲劳故障点位均为法兰连接或直缝焊管的焊接位置。

3.搅笼主轴优化方案

3.1 改进主轴制作材质与连接结构工艺

新型主轴主体采用Q345B无缝钢管，采用锻造扩容技术一体成型。两端法兰采用35CrMo铸造法兰。主轴两端的法兰与主体之间采用激光无缝焊接，焊接前焊口处预热150℃～300℃，所有焊缝符合GB二级标准并进行着色探伤，焊接完成后上车床加工，保证主轴的加工尺寸。主轴主体的内外面喷涂特殊的防腐材料防止锈蚀。见表3、表4。

3.2 主轴承载能力计算

搅笼主轴最大扭转应力：

T-轴传递的扭矩

Wr-抗扭截面系数

轴传递的功率：P=90KW

轴的工作转速：n=3r/min

轴的外径：P=76cm

轴的内径与外径比值：

根据公式计算结论为：

表2 冲渣水重点指标检测情况

表3 主轴制作工艺参数要求

表4 与原主轴材质成分比较

材料的允许扭转应力：τmax =35Mpa

τQ345B <τAH32 <τmax

通过以上计算，证明新型搅笼主轴设计强度符合现场使用条件。

3.3 现场使用情况

2020年4月，在首钢股份2号高炉冲渣现场进行了装用，各部指标均正常，完全满足现场工况使用条件。Q345B材质搅笼主轴制作工艺优化，较大程度上降低了备件的制作成本。

4.结论

通过对高炉冲渣搅笼主轴进行技术改进，从材质和结构形式上进行了优化，同时优化了备件制作工艺，减少了制作过程中的焊接工作量，降低了由于焊接缺陷产生的备件质量问题，消除了设备隐患；并较大程度上降低了备件的采购价格，降低了设备运行成本。上线安装后，整体运行正常，满足现场工况，保证了现场设备的稳定运行，为高炉生产的长期顺稳奠定了基础。

参考文献略