張志軍

1.前言

安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司煉鐵廠3號(hào)高爐于2013年3月19日投產(chǎn)，該高爐爐容4747m3，采用并罐無(wú)料鐘爐頂。齒輪箱是罐式爐頂?shù)暮诵脑O(shè)備由齒輪箱與行星減速機(jī)兩部分組成，其零部件加工工藝復(fù)雜、裝配精度高，在高壓、高溫、重負(fù)荷、多粉塵的爐內(nèi)工作，高爐生產(chǎn)所用的物料都是由齒輪箱控制布料，可實(shí)現(xiàn)多種布料模型。因此，齒輪箱能否安全穩(wěn)定長(zhǎng)壽命的運(yùn)轉(zhuǎn)，直接關(guān)系到高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)。然而齒輪箱溫度的控制是保證齒輪箱內(nèi)部精密零件安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障之一。

2.齒輪箱水冷原理

齒輪箱水冷系統(tǒng)的作用是降低齒輪箱體內(nèi)部設(shè)備環(huán)境溫度，保證箱體內(nèi)部設(shè)備始終小于70℃的工作環(huán)境，齒輪箱的冷卻采用凈循環(huán)水的冷卻方式，冷卻回水回流至接受罐，通過(guò)泵加壓后經(jīng)自清洗過(guò)濾器過(guò)濾、板式換熱器冷卻送至爐頂齒輪箱循環(huán)使用。齒輪箱設(shè)計(jì)冷卻水量25m3/h，最低水流量10m3/h，正常水流量16m3/h；供水壓力0.44MPa，溫度＜35℃。板式換熱器二冷水量為28m3/h。系統(tǒng)補(bǔ)水及事故用水取自中壓凈環(huán)水系統(tǒng)的供水管（見(jiàn)圖1）。

3.存在問(wèn)題

爐頂齒輪箱的冷卻是開(kāi)放式水循環(huán)冷卻及氮?dú)饫鋮s，使用中壓凈環(huán)水，由于安鋼所處地理位置，安陽(yáng)地區(qū)的水質(zhì)硬度偏高，總硬度大于450mg/L。在水垢形成機(jī)理中，溫度和流速對(duì)水垢形成影響最大，凈化水中大量的鈣、鎂、鈉等離子，受熱后析出，使得齒輪箱內(nèi)部的蛇形水冷板管線及上下水槽結(jié)垢。

圖1 攻關(guān)前水冷原理圖

為保護(hù)高爐生產(chǎn)，不能讓循環(huán)水漏入爐內(nèi)，必須減小循環(huán)水流量，降低了流速。但流速的大小影響管壁已經(jīng)沉積垢層的剝離率，又會(huì)造成結(jié)垢越快的惡性循環(huán)。加上高爐生產(chǎn)特性不能及時(shí)疏通處理，使齒輪箱內(nèi)部的蛇形水冷板管線結(jié)垢越發(fā)嚴(yán)重，雖然檢修期間都會(huì)對(duì)水冷板進(jìn)行酸洗疏通。但在長(zhǎng)期累積過(guò)程中，下部2塊水冷板堵死，已無(wú)法疏通，側(cè)板有一塊雖然通過(guò)管道開(kāi)孔疏通后，但也多次堵死，使循環(huán)水從上水槽溢流，影響了齒輪箱大齒圈的干油潤(rùn)滑效果，并造成旋轉(zhuǎn)體及下部底盤的噴涂料基本脫落，齒輪箱下部局部破損。因此，只能通過(guò)加大氮?dú)饬繉?duì)齒輪箱內(nèi)密封并降溫。不過(guò)，在爐況不順的情況下，如頂溫高于250度，還是會(huì)造成旋轉(zhuǎn)體熱膨脹，表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)電流高，形成卡阻，造成停機(jī)保護(hù)。齒輪箱運(yùn)行的好壞直接影響了高爐生產(chǎn)的安全，特別是在高爐爐況出現(xiàn)波動(dòng)、爐內(nèi)氣流不穩(wěn)定的時(shí)候，其影響更加明顯，因此在2018年7月年修時(shí)決定對(duì)齒輪箱進(jìn)行更換。

4.改造方案

4.1 水冷管系增裝在線加酸裝置

根據(jù)上述水冷原理，設(shè)計(jì)一套在線加酸裝置。在線加酸裝置安裝在圖1齒輪箱7與調(diào)壓水箱1之間圖1的均壓管12部位（見(jiàn)圖2）。

圖2 加酸裝置原理圖

4.1.1 在線加酸工藝流程

根據(jù)加酸裝置原理圖（圖2）可知，在線加酸流程為：①關(guān)閉球閥6、9，打開(kāi)球閥2；②自配酸液（配比附后）從錐形漏斗1加至儲(chǔ)酸罐4；③關(guān)閉球閥2，打開(kāi)均壓閥6、9，酸液自儲(chǔ)酸罐4進(jìn)入調(diào)壓水箱1。若繼續(xù)加酸，可按順序重復(fù)上述①-③動(dòng)作。

4.1.2 配酸及加酸方案步驟

①配酸：10%氨基磺酸，將200Kg氨基磺酸及0.8M3水置入提前制作的耐酸耐腐蝕水箱內(nèi)充分混合獲得20%酸溶液；②關(guān)停圖1齒輪箱水冷泵3，關(guān)閉回水總閥9和均壓球閥10，關(guān)閉圖2中加酸水箱下部DN50球閥6，打開(kāi)圖1中調(diào)壓水箱底部2個(gè)排污閥AB（排放結(jié)束時(shí)關(guān)閉）；③打開(kāi)圖2中回水總閥10和均壓球閥9，調(diào)壓水箱補(bǔ)水至1米水位；④根據(jù)上述步驟將加酸流程將新配制的20%酸溶液逐步加入調(diào)壓水箱；⑤啟動(dòng)水泵酸液循環(huán)6-8小時(shí)；⑥重新執(zhí)行上第2項(xiàng)操作進(jìn)行排酸。⑦重新執(zhí)行上第③項(xiàng)操作調(diào)壓水箱補(bǔ)水至正常水位；⑧啟動(dòng)水泵，移交生產(chǎn)。

4.2 軟水改造

對(duì)3號(hào)高爐齒輪箱改造軟水接管位置的選擇有3處：①高爐44米標(biāo)高的冷卻壁回水總管位置（軟水壓力為0.18MPa，溫度在44℃）；②高爐27米標(biāo)高風(fēng)口中套及直吹管的進(jìn)水總管下部的排污閥處（軟水壓力為1.1MPa，溫度在41℃）；③高爐21米標(biāo)高風(fēng)口小套軟水總管處（軟水壓力為1.5MPa，溫度在59℃）。

齒輪箱接受罐冷卻水選取重要指標(biāo)之一為來(lái)水溫度，所以首要考慮27米標(biāo)高處供水點(diǎn)為最低溫度點(diǎn)；第二指標(biāo)為壓力，由于齒輪箱接收罐的壓力約等于高爐爐內(nèi)壓力在250KPa。27米標(biāo)高供水點(diǎn)壓力為1100KPa遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于爐內(nèi)壓力，可以自動(dòng)向齒輪箱接收罐補(bǔ)水。因此選擇從27米標(biāo)高風(fēng)口中套及直吹管的進(jìn)水總管下部的排污閥接管路引到齒輪箱水冷站接受罐的氣動(dòng)補(bǔ)水閥前端。

原系統(tǒng)中的凈環(huán)水管道不做改動(dòng)，使軟水管道與凈環(huán)水管道并聯(lián)在一起，作為應(yīng)急使用。為防止軟水系統(tǒng)壓力及新增軟水管道發(fā)生異常，如工業(yè)水及爐內(nèi)煤氣倒串到軟水系統(tǒng)中，因此在新增系統(tǒng)中加入止回閥。針對(duì)爐頂溫度偏高的問(wèn)題，技術(shù)人員可優(yōu)化爐內(nèi)操作，降低爐頂溫度，改變爐頂打水溫度，在原當(dāng)爐頂溫度大于250℃時(shí)向爐內(nèi)打水，調(diào)整爐頂溫度至大于230℃，從而有效地防止?fàn)t頂溫度過(guò)高，也可以采取改變爐頂布料制度及優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)等多方措施降低頂溫。

通過(guò)對(duì)比，決定采用軟水改造的方案，既操作方便，又不改變?cè)性O(shè)計(jì)構(gòu)造，充分利用了備用系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（見(jiàn)圖3）。

圖3 改造后工藝流程圖

表1 安陽(yáng)3號(hào)高爐齒輪箱改造前后水及氮?dú)庀那昂髮?duì)比 m3/h

5.改造前后的效果及效益

5.1 工作環(huán)境對(duì)比

2018年7月份，3號(hào)高爐年修時(shí)對(duì)齒輪箱改造及工藝措施改進(jìn)，爐頂溫度基本降至150℃以下，極大改善了齒輪箱的外部工作環(huán)境。由于齒輪箱設(shè)備要求氮?dú)饬髁孔畹鸵鬄?00m3/h，因此對(duì)齒輪箱溫度適當(dāng)降低氮?dú)饬髁浚?jīng)過(guò)改造后的1個(gè)多月運(yùn)行，現(xiàn)在氮?dú)饬髁恳严陆档?000m3/h，齒輪箱箱體的溫度也控制在38℃。8月份，3號(hào)高爐的指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化，日產(chǎn)達(dá)10000噸以上。

5.2 水汽消耗對(duì)比

3號(hào)高爐齒輪箱改造前后水及氮?dú)庀膶?duì)比見(jiàn)表1。

5.3 年預(yù)期效益計(jì)算

酸洗成本每年按照4次檢修計(jì)算20000*4=80000元；氮?dú)獬杀窘档?00m3/h，按年節(jié)約氮?dú)獬杀緸?00*24*365*0.21元=367920元；工業(yè)水年消耗1*24*365*2元=17520元，軟水年消耗1*365*9=3285元，冷卻水年節(jié)約17520-3285=14235元。年節(jié)約成本總計(jì)約為462155元。

6.結(jié)束語(yǔ)

齒輪箱的冷卻水水質(zhì)直接影響其在線使用壽命，通過(guò)改變水質(zhì)，即使能源介質(zhì)的投入降低，又使齒輪箱冷卻效果明顯改善，同時(shí)節(jié)約了設(shè)備維護(hù)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得推廣借鑒。