唐永亮

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

螺旋輸送機(jī)是一種連續(xù)的輸送設(shè)備［1］，與其它輸送設(shè)備相比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、易維護(hù)、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。在冶金、電力、煤炭、糧食等需要輸送物料的行業(yè)應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是不宜輸送水分高、粘性大、硬度高的大塊物料，而且螺旋輸送設(shè)備易磨損，屬于易損備件，需定期進(jìn)行更換。螺旋輸送機(jī)的工作原理是通過(guò)螺旋葉片做圓周運(yùn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)槽體內(nèi)的物料前進(jìn)的過(guò)程, 物料通過(guò)皮帶從進(jìn)料口落入槽體, 再由螺旋葉片的推力作用,使物料從卸料端排出。

貴溪冶煉廠備料車(chē)間精礦預(yù)干燥工序螺旋輸送機(jī)，主要用于向回轉(zhuǎn)干燥窯內(nèi)運(yùn)送水分大于10%的銅精礦，是銅精礦物料預(yù)干燥系統(tǒng)中的“咽喉”設(shè)備。因?yàn)檩斔臀锪纤指?、顆粒大、雜物多，所以在構(gòu)造上不同于一般的螺旋輸送設(shè)備，屬于非標(biāo)產(chǎn)品。

2 基本概況

螺旋輸送機(jī)是銅精礦預(yù)干燥工藝的關(guān)鍵設(shè)備之一，共有2臺(tái)，其處理能力為100～130t/h。其工作是由帶有螺旋葉片的傳動(dòng)軸在一半封閉弧形槽體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使工作面的松散銅物料受到螺旋葉片法向推力的作用，其徑向分力和葉片對(duì)媒體的摩擦力［2］，由于物料的自重及對(duì)槽體的摩擦力和開(kāi)放側(cè)物料的作用力的共同作用緣故，在葉片法向推力的軸向分力作用下，物料沿著槽體軸向移動(dòng)，銅物料的輸出位置在螺旋的尾端。螺旋輸送機(jī)由變頻電機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)、萬(wàn)向聯(lián)軸器、支持軸承座、槽體、槽體蓋板、螺旋總成、吊軸承座、水冷半環(huán)等部件組成，通過(guò)DCS控制系統(tǒng)的信號(hào)反饋，根據(jù)干燥回轉(zhuǎn)窯的干燥處理能力對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。螺旋輸送機(jī)工作過(guò)程中，是軸向運(yùn)動(dòng)和以心軸軸心圓的切線方向運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，輸送量的大小取決于軸向速度［3］。水冷槽體傾斜安裝，與水平面呈33°，螺旋總成安裝在水冷槽體內(nèi)，螺旋軸通過(guò)吊軸承座懸掛于水冷槽體蓋板上。驅(qū)動(dòng)裝置水平安裝，通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器傳遞動(dòng)能。設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

1、電機(jī)；2、聯(lián)軸器；3、減速機(jī)；4、萬(wàn)向聯(lián)軸器；5、支撐軸承座；6、螺旋總成；7、槽體；8、吊軸承座；9、蓋板

2.1 螺旋槽體

螺旋輸送機(jī)槽體是為螺旋輸送銅物料的一種容器，總長(zhǎng)5.35m，呈U形水冷式結(jié)構(gòu)，由14mm的鋼板卷制焊接而成。分內(nèi)外兩層，全密封焊接，內(nèi)外層用筋板焊接相連，間距為90mm,內(nèi)外夾層用于儲(chǔ)存冷卻水。為了便于銅精礦的輸送，螺旋運(yùn)輸機(jī)槽體傾斜安裝，與水平面成33°斜角。槽體大部分安裝在熱風(fēng)爐內(nèi)，為了降低爐內(nèi)高溫環(huán)境對(duì)槽體鋼板的影響，槽體通過(guò)循環(huán)水冷卻方式，保證槽體在高溫環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)的性能完整。槽體尾端半圓形支撐座，用于支撐螺旋軸尾部錐軸。

2.2 螺旋總成

螺旋總成由連接軸、螺旋葉片、螺旋葉片軸、吊軸承座組成。螺旋直徑800mm,葉片厚度20mm,螺旋總長(zhǎng)3479mm。為了降低螺旋總成的重量，連接軸與螺旋葉片軸選用厚壁鋼管制作，軸與軸以及軸與聯(lián)軸器裝配處則采用實(shí)心軸。螺旋裝配時(shí)，連接軸與螺旋葉片軸采用過(guò)渡配合，為了防止螺旋葉片軸在運(yùn)行過(guò)程中松脫，在兩軸的裝配處加裝三個(gè)不同方向定位銷(xiāo)加以固定。整個(gè)螺旋軸通過(guò)安裝在連接軸上的兩個(gè)吊軸承座懸掛于槽體蓋板上。螺旋葉片表面堆焊硬質(zhì)合金，并在負(fù)荷段加焊耐磨層，耐磨層采用碳化鎢焊條堆焊，增加螺旋葉片的耐磨性。

2.3 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置由變頻電機(jī)、減速機(jī)和聯(lián)軸器組成。螺旋輸送機(jī)采用的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)能滿足車(chē)間生產(chǎn)中不同工況下的頻繁調(diào)速，又因其具有軟啟動(dòng)功能，能有效改善輸送機(jī)螺旋啟動(dòng)時(shí)的摩擦損傷。因螺旋與驅(qū)動(dòng)裝置存在一定的夾角，萬(wàn)向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特性，能夠使輸入輸出軸不在同一軸線上運(yùn)轉(zhuǎn)，并能夠可靠傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。

3 螺旋輸送機(jī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.1 螺旋輸送機(jī)螺旋預(yù)防檢修率

螺旋輸送機(jī)螺旋預(yù)防檢修率見(jiàn)表1。

表1 螺旋輸送機(jī)2014年-2018年9月預(yù)防檢修率

3.2 螺旋使用情況

螺旋使用情況見(jiàn)表2。

表2 螺旋輸送機(jī)2014年-2018年9月螺旋使用量

3.3 螺旋斷裂情況統(tǒng)計(jì)

螺旋斷裂情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 螺旋輸送機(jī)2014年-2018年9月螺旋斷裂量

3.4 螺旋斷裂前的電流運(yùn)行趨勢(shì)圖

螺旋輸送機(jī)斷裂后，通過(guò)對(duì)DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行電流歷史曲線分析，螺旋輸送機(jī)在斷裂前運(yùn)行電流不正常，異常波動(dòng)。正常運(yùn)行過(guò)程中，螺旋輸送機(jī)的運(yùn)行電流在22～27A中間波動(dòng)。但螺旋斷裂前的電流波動(dòng)最大近10A，從電流的運(yùn)行異常分析出，此時(shí)的螺旋已經(jīng)處于非正常運(yùn)行狀況，螺旋有可能發(fā)生損傷。圖2是螺旋斷裂前90s內(nèi)的電流趨勢(shì)圖。

圖2 螺旋輸送機(jī)運(yùn)行電流趨勢(shì)圖

3.4 螺旋葉片的磨損的影響

螺旋輸送機(jī)的螺旋葉片寬度為160mm,厚度16mm。在運(yùn)行過(guò)程中非常容易磨損，特別是在輸送水分含量低，物料偏干燥的情況下，磨損加劇。通過(guò)不斷的生產(chǎn)實(shí)踐，為了提高螺旋葉片的耐磨性能，加工過(guò)程中對(duì)螺旋葉片進(jìn)行了改進(jìn)。制造過(guò)程中，在螺旋葉片的邊緣上進(jìn)行電弧耐磨堆焊的加工方法，能夠在短時(shí)間內(nèi)更快地改變?nèi)~片表面的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，使得其耐磨性能更好［4］。螺旋葉片堆焊耐磨層能有效減緩葉片的磨損速度，但仍然不能避免葉片磨損給運(yùn)輸機(jī)造成的負(fù)荷增加影響。螺旋葉片不斷磨損，槽體內(nèi)積礦不斷增加，螺旋的推力相應(yīng)減少，輸送能力呈逐漸下降趨勢(shì)。

4 螺旋輸送機(jī)斷裂原因分析

4.1 螺旋軸的制造加工缺陷

螺旋軸焊接要求不達(dá)標(biāo)，會(huì)降低螺旋軸的負(fù)載能力。通過(guò)對(duì)螺旋斷裂的情況分析發(fā)現(xiàn)，螺旋斷裂處多位于螺旋連接軸與螺旋葉片軸的配合處（見(jiàn)圖3）。螺旋連接軸兩端裝配位置是實(shí)心軸，中間空心軸，空心軸鋼管壁厚16mm。實(shí)心軸與空心軸采用過(guò)渡配合，在配合端面打坡口焊接。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，端面焊接深度應(yīng)該達(dá)到管壁厚度的2/3，因此，焊接深度應(yīng)該達(dá)到10mm左右。通過(guò)對(duì)斷裂螺旋斷裂面的測(cè)量，兩軸端面焊接深度約7mm,低于管壁的2/3厚度，焊接深度較淺，降低了螺旋軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。

圖3 螺旋軸斷裂處圖

4.2 槽體積礦對(duì)螺旋的影響

螺旋輸送機(jī)槽體與螺旋葉片存在15mm的間隙，并且隨著螺旋葉片的磨損間隙越來(lái)越大，由于輸送的物料含水量高于10%，銅精礦落入槽體后受重力和螺旋葉片的擠壓，濕度大的銅物料就會(huì)堆積填滿空隙。堆積的銅精礦在高溫環(huán)境下變成硬結(jié)塊，使位于半環(huán)處的螺旋自由端抬高，導(dǎo)致螺旋運(yùn)行負(fù)荷增大。

4.3 安裝時(shí)的中心誤差

由于螺旋總成長(zhǎng)3479mm,且處于懸空狀態(tài)，頭部通過(guò)聯(lián)軸器與支撐軸承座連接，中間兩吊軸承座懸掛于槽體蓋板上，尾部半環(huán)支撐。因其工作范圍位于螺旋中后部，驅(qū)動(dòng)側(cè)位于螺旋軸的頭部，因此，螺旋尾部在槽體半環(huán)處的支撐高度尤其重要。吊軸承座、半環(huán)、支撐軸承座的中心線應(yīng)在同一水平線上。因其輸送距離長(zhǎng)，通過(guò)聯(lián)軸器剛性連接的螺旋軸同軸度很難保證，經(jīng)常會(huì)因?yàn)椴垠w的積礦的影響，使同軸度發(fā)生變化，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的彎矩、剪力［5］。

4.4 物料中雜物量多

螺旋運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送的銅精礦原料礦種復(fù)雜，有地方礦、進(jìn)口礦、渣精礦等。不同礦種的水分含量不同，對(duì)螺旋的磨損也不同。各種礦物中的雜物對(duì)螺旋的正常運(yùn)行造成很大影響。如包裝用的編制袋，硬度高的大塊雜物以及鐵質(zhì)雜物。編織袋會(huì)纏繞在螺旋的半環(huán)上（見(jiàn)圖4），當(dāng)纏繞量過(guò)多時(shí)就會(huì)破壞整個(gè)螺旋的中心，造成螺旋運(yùn)行受阻，運(yùn)行電流增大。大塊雜物和鐵質(zhì)雜物落入槽體內(nèi)則容易造成螺旋卡死或者螺旋斷裂。

4.5 送料端料量過(guò)大超出螺旋輸送能力

螺旋運(yùn)行過(guò)程中，皮帶輸送量過(guò)大時(shí)，大量的物料注入螺旋輸送機(jī)槽體內(nèi), 沒(méi)有考慮螺旋葉片軸能夠承受的最大壓力, 一旦加入的物料非常多超出螺旋葉片軸所能承受的最大壓力就會(huì)使電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行［6］，最終導(dǎo)致停機(jī)或螺旋軸變形彎曲現(xiàn)象。但日常的生產(chǎn)過(guò)程中，由于螺旋輸送的物料品種差異性大，水分的含量也不盡相同，各物料中所混入的雜物大塊或多或少，所以經(jīng)常會(huì)存在料量控制不均勻的現(xiàn)象。

圖4 螺旋軸半環(huán)處編織袋纏繞圖

5 改進(jìn)措施及建議

針對(duì)存在的問(wèn)題，車(chē)間從以下幾方面進(jìn)行了嘗試改進(jìn)：

（1）加大對(duì)螺旋輸送機(jī)進(jìn)口端銅精礦的除雜清理工作，減少雜物或大塊對(duì)螺旋的損傷。具體措施是在螺旋輸送機(jī)前道工序的皮帶上安裝犁式卸料器和電磁鐵，通過(guò)犁式卸料器阻斷精礦大塊的流入，電磁鐵能有效吸附銅物料中的鐵質(zhì)雜物。

（2）加強(qiáng)備品備件的質(zhì)量檢驗(yàn)。及時(shí)與螺旋制造廠家溝通，督促?lài)?yán)格按照設(shè)計(jì)要求焊接加工。并且對(duì)螺旋在使用過(guò)程中容易磨損的現(xiàn)象提出改進(jìn)意見(jiàn)，廠家在螺旋的中后段葉片上增加耐磨層，改進(jìn)耐磨材質(zhì)，簡(jiǎn)化耐磨層分布結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化耐磨層堆焊的工藝、堆焊的材料和堆焊的實(shí)施步驟等方面，進(jìn)一步提高螺旋葉片的耐磨性能和使用壽命。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行螺旋輸送機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化檢修。定期清理螺旋槽體積礦和螺旋軸半環(huán)處的雜物。

（4）加強(qiáng)螺旋輸送機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢與維護(hù)，保持螺旋軸吊軸承座軸套的潤(rùn)滑良好。實(shí)時(shí)監(jiān)控電流運(yùn)行情況，并根據(jù)螺旋輸送機(jī)運(yùn)行電流波動(dòng)趨勢(shì)圖對(duì)加料機(jī)實(shí)施計(jì)劃?rùn)z修。

6 結(jié)束語(yǔ)

螺旋輸送機(jī)作為備料車(chē)間預(yù)干燥工序的“咽喉”設(shè)備，其運(yùn)行的效率直接影響著車(chē)間的生產(chǎn)和銅物料的干燥處理能力，進(jìn)而影響工廠閃速爐的作業(yè)率。車(chē)間通過(guò)對(duì)螺旋非正常斷裂的原因分析，查找原因，提出改進(jìn)措施，延長(zhǎng)螺旋的使用壽命，提高螺旋輸送機(jī)的工作效率，實(shí)現(xiàn)了單根螺旋帶料量不斷突破。