斜式渣滾筒托圈結構優化及支撐固定改進

熊正威

摘要：旨在為煉鋼企業降本增效并實現環保的生產經營目標，本實用技術對渣滾筒前后托圈結構及滾筒支撐裝置進行優化改進，通過采用焊接式前后托圈和整體式鋼結構大底座，極大地提高了渣滾筒設備的穩定性。本文通過本項技術領域、技術背景、本項技術實用新型內容、本項技術附圖說明、本項技術具體實施方式五個部分，較為詳盡地將本項技術進行了闡述與說明。同時，該技術將為渣滾筒進一步設計優化完善提供了極大的參考意義。

關鍵詞：渣滾筒;托圈;支撐裝置;改造

引言：鋼鐵行業屬于國民經濟基礎性性產業，在傳統意義上講，該行業企業的標簽為高能耗、污染重，而這一切已經成為新經濟時代既要確保經濟發展又要確保生態環境這對兒矛盾的焦點問題。為此，節能減排成為鋼鐵行業企業首當其沖且必須認真解決好的主要問題。在此背景下，開發與創新新型技術，以力求降低鋼鐵行業企業高能耗與高污染并安全生產問題迫在眉睫。其中，關于煉鋼企業在轉爐渣滾筒處理技術方面，既往技術革新尚存不足之處。而本項技術創新研發了斜式渣滾筒托圈結構優化及支撐固定改進技術，其核心價值在于可以進一步提升相關設備在生產運行過程中節能減排能力以及降低運行成本、維修便捷與安全生產的能力。

一、本項技術領域

本專利是涉及工業企業生產的工藝和設備技術，適用于鋼鐵企業及其它相應工業領域。本專利項目是屬冶金工藝使用的轉爐渣處理設備技術。主要用于煉鋼工藝的轉爐渣處理技術。

二、本項專利背景技術

為了降低能耗，實現環保生產，煉鋼廠逐步開始使用轉爐渣滾筒處理技術。目前國內較為成熟的傾斜式渣滾筒技術，組成固定渣滾筒的設備主要由傾斜的滾筒和支撐和定位的滾筒前托輪組、后托輪組、止推輪組及驅動開式齒輪組等設備組成，但主要存在以下三點問題：第一點，現有的傾斜式渣滾筒一般選傾斜25°，因設備工藝布置標高位置不同原因，為此需要設計前托輪組、后托輪組、止推輪組及驅動開式齒輪組設備底座是分散布置的，存在部分設備基礎在異常設備沖擊情況下基礎螺栓的松動和基礎損壞;第二點，由于托圈和滾筒采用配合安裝定位方式，在實際的生產使用過程中托圈和滾筒本體會發生相對運動導致磨損和軸向和徑向定位的L形板脫焊使得設備經常需要停機處理;第三點，由于常規的止推輪與后部托圈的配合面為錐面，錐面不與滾筒中心線垂直，導致在托輪定位存在誤差時，轉動的滾筒通過下部托圈的錐面對止推輪有一徑向分力，使得止推輪故障高發，壽命不超過3月。

對此，我們的目的在于針對現有傾斜渣滾筒設備工藝的特點和設備運行中存在的問題，專門研究解決可靠渣滾筒的支撐定位技術，提高生產效率、降低設備故障率、節約維修成本。

本專利技術的傾斜渣滾支撐定位方法實現可靠、安全、實用、維修量小目標，給各冶金鋼鐵廠轉爐渣處理傾斜滾筒的設計和方案選擇提供了參考和借鑒，并有很強的現實應用價值。

三、本項技術實用新型內容

（一）本專利技術主要解決的問題

該項技術聚焦于單腔傾斜布置渣滾筒設備布置分散底座設計，適應了各設備布置相對分散、標高不一致需求，主要問題是：

（1）目前止推輪受到很大的滾筒軸向分力，且由于在渣滾筒實際生產中鋼球及渣不斷隨滾筒旋轉被帶起、備拋下導致的沖擊載荷導致止推輪底座基礎及地腳螺栓受沖擊傾翻力矩的影響不斷被損壞導致長時間的停機處理。

（2）現有的托圈配合固定方式，導致固定的L形板易于脫焊，托圈和滾筒筒體發生相對移動導致托圈和相關部件磨損，維修周期短和費用高。

（3）錐面止推面設計使得止推輪受軸向交變載荷沖擊大，止推輪設備故障高，壽命低。

（二）本專利技術創新解決方案

該項技術的目的是對轉爐傾斜渣滾筒設備技術的設計創新，針對現有的渣滾筒支撐傳動系統進行改造。實現措施簡單，操作方便、維修簡單、運行可靠的目的。其解決問題的方案：

（1）技術一：整體焊接托圈技術

一般傾斜渣滾筒的支撐回轉前后托圈和滾筒本體的連接固定方式是，在滾筒本體的托圈固定部位圓周設置均布的L形板焊接在滾筒支撐筒壁上，圓周加工到設計配合尺寸。待托圈裝配到滾筒上后，在L型板的外側含軸向止擋固定。該方式在實際的生產過程中，由于托圈和滾筒L型板的相對滑動，導致L型板的磨損和脫焊，最終導致托圈的定位失效，故障處理時間長、工作量大。

新設計的渣滾筒本體上的前后托圈采用異種材料焊接工藝使得托圈焊接固定在滾筒本體上。托圈為耐磨鍛件，滾筒筒體為普通結構鋼，將其二者焊接在一需要采用特殊的焊接材料和焊接工藝控制焊接變形和缺陷。另為防止提高托圈位置的強度在托圈圓周方向設計了支撐筋板，防止變形和起到加強作用。后部焊接托圈與小滾筒的焊接結構采用箱型結構。

為考慮前部焊接托圈1、后部焊接托圈5在運行過程中與前部托輪裝配2、后部托輪裝配13和止推輪裝配9的接觸磨損補償和強度剛度穩定性，新方案增加了焊接托圈的徑向厚度和軸向的長度。

（2）技術二：整體旋轉齒圈技術

滾筒驅動的旋轉齒圈布置在后部托圈和下部滾筒的連接面之間，一般由于尺寸大，且由于安裝過程中與托圈干涉，無法整體安裝設計為分體結構。分體齒圈分段位置中間采用高強連接。其連接部分位置突出，由于凈空小，易于下部支撐托輪干涉。

新設計的旋轉大齒圈4，設計為整體結構，其安裝的內圈直徑大于后部托圈外徑5-10mm，便于安裝時從后部托圈位置穿入。齒圈內圈設置支撐臺階與小滾筒3上的安裝法蘭配合實現齒圈的徑向定位。齒圈圓周的固定螺栓6孔設計需考慮加工刀具加工的便利性不與托圈干涉。

該結構的設計有以下優點：第一，對比分體齒圈，該結構與外部的凈空大，設備運行可靠;第二，安裝法蘭定位臺階配合面的設計實現了齒圈的精確定位;第三，該齒圈尺寸設計可實現在線整體齒圈的上下便捷更換，與后部托圈無干涉。

（3）技術三：垂直止推平面技術

由于傾斜滾筒旋轉的徑向支撐主要由與滾筒托圈配合運動的前后兩組托輪支撐定位的。由于托輪在實際生產過程中負載（鋼渣和球）交變的沖擊、托輪的磨損、滾筒的變形及托圈的定位精度，導致滾筒旋轉時存在一定的徑向跳動。由于常規設計止推輪9與配合的后部托圈7為保證接觸線速度一致，需要把托圈和止推輪設置為錐面形式。該配合與傾斜滾筒軸向成一定的斜角，滾筒旋轉過程中的徑向跳動導致止推輪受到一個交變的側向載荷。長期生產導致止推輪本體設備損壞和基礎破壞。

新設計的后部托圈7止推面設計為傾斜滾筒軸向垂直，當滾筒在旋轉過程中因為托輪的定位導致徑向跳動大時，該止推面的徑向位移不會產生對止推輪的側向振動和傾翻力矩。當后部焊接托圈7的止推面為垂直面后，為保持止推面接觸線速度一致，需將止推輪9設計為錐面，且止推輪需設計為傾斜安裝。

為減少止推輪的傾翻力矩，將止推輪座10的調整安裝面設計為與滾筒傾斜軸線方式垂直，這樣傾翻力矩對前段的固定螺栓的抗拉強度就會減小。

（4）技術四：大底支撐座技術

常規設計的傾斜滾筒的支撐、傳動底座采用分體結構，獨立的設備底座和基礎。由于傾斜滾筒設計的角度和長度原因，前托輪和后托輪在高差和平面布置上相差較遠，不適合設計整體底座。而后部托輪支架、傳動齒箱架，止推輪架集中布置在傾斜滾筒的下部，具備大支撐底座設計的條件。

且由于后托輪支座13承受傾斜滾筒大部分重量，其對設備基礎的要求主要為承載，相對傳動齒輪架8和止推輪支座10需要承受較大的傾翻力矩，獨立的基礎使得基礎設計需要考慮巨大的傾翻力矩。而把就近布置三者設計一統一的大支撐底座12，則其原分部承受的傾翻力矩通過連接到達底座的支座螺栓傳遞，而土建基礎主要承受重力和小量的傾翻力矩。該設計使得基礎螺栓和基礎故障損壞的概率為0。

（5）技術五：止推輪為增加傾翻力矩設置垂直面支座

由于傾斜滾筒運轉過程通過止推輪9對止推輪支座10產生較大的傾翻力矩，為減少對前部固定底座螺栓的沖擊，新設計在止推輪支座10后部設置一垂直方向的支撐11，主要承受止推輪支座10的傾翻力矩。該支座作用到現有對應墻面土建預埋鋼板上。該設計進一步增加了止推輪的抗沖擊和傾翻力矩的能力，提高了設備的可靠性。

四、本項技術附圖說明

（一）圖-1：焊接托圈，整體傳動齒圈傾斜式滾筒本體示意圖

圖-1說明：傾斜滾筒本體從入口開式由前焊接托圈1，大滾筒2、小滾筒3、整體齒圈4、后焊接托圈5組成。前焊接托圈1與大滾筒2圓周定位后與大滾筒的錐面板對焊，為控制變形，在托圈1的上下設計了徑向對齊的筋板。大滾筒2和小滾筒3采用法蘭螺栓連接配合組裝。旋轉驅動整體齒圈4固定在小滾筒對應的法蘭上，通過徑向法蘭的配合止口和齒圈的對應內圈定位支撐。后部焊接托圈5與小滾筒3的焊接結構采用箱型結構。

（二）圖-2：傾斜式滾筒支撐定位系統示意圖側視圖

（三）圖-3：傾斜式滾筒支撐定位系統示意圖俯視圖

圖-2、3說明：傾斜式滾筒支撐定位系統主要由滾筒本體4、前托輪裝配2、后托輪裝配13、止推輪裝配9組成。前托輪裝配2左右兩組，安裝在前托輪底座1上，與滾筒本體4上焊接固定的前部焊接托圈3圓周面配合。后托輪裝配13左右兩組，安裝在大底座12上，與滾筒本體4上焊接固定的后部焊接托圈7圓周面配合。前后托輪裝配實現傾斜滾筒的徑向定位作用。止推輪裝配9左右兩組，與后部焊接托圈7垂直端面配合，為保證錐面止推輪與后部焊接托圈7垂直斷面配合，該兩止推輪裝配9成八字形對稱斜向布置。止推輪裝配9安裝在止推輪安裝支座上，為保證調整過程中止推輪中心始終在傾斜滾筒的中心線上，將安裝面設計為與傾斜中心線平行的角度。兩組止推輪裝配9起到軸向定位止推作用。傳動系統由滾筒本體4下部的大傳動齒圈5和驅動齒輪裝配6組成。驅動齒輪轉配6安裝在驅動齒輪安裝支架8上。兩組后部托輪裝配12、兩組止推輪安裝支座9、兩組驅動齒輪安裝支架8共同安裝布置在大底座上。為增強兩止推輪安裝支座9的安裝的抗傾翻力矩的能力，在后部與垂直基礎上設置了止推輪垂直支撐11。

五、本項技術具體實施方式

本技術所述工藝及原理如上圖1所示，下面說明本技術的使用方法。

主要應用在傾斜式渣滾筒及相關類似設備設計、生產、維護。具體有以下特點：

（一）焊接托圈使得滾筒支撐止推前后托圈穩定，免維修

該技術的特點是將傾斜滾筒的前后部托圈的固定方式由配合定位方式改為焊接固定方式，設備設計結構簡單，故障率零。

焊接托圈方案很好的解決傾斜滾筒托圈在生產使用過程中磨損、變形、固定擋塊易于托圈問題以及因為托圈的不固定帶來對傳動齒輪、前后部托輪、止推輪的損壞。焊接滾筒方案的結構和尺寸需要適應傾斜滾筒的需要，同時需要互不干涉。

（二）垂直面止推輪技術使得止推輪不再受運動滾筒徑向定位分力的影響

該技術的特點是基于對現有渣滾筒的止推輪技術的問題，滾筒傾斜定位的過約束。傾斜滾筒的徑向定位由上下布置的兩組托輪完成，止推輪僅僅起到滾筒的軸向定位。當徑向定位存在偏差時，滾筒運行不會造成額外的對止推輪的側向分力。

（三）大底座技術使得止推輪的受力對基礎的影響變為大底座的內部應力

依據渣滾筒下部支撐定位、傳動設備布置集中的條件，新方案考慮設計了集中的大底座結構。該結構使得且下部托輪承受60%以上的滾筒重力（約100噸）對集中在大地座上的其他設備的固定起到加強作用。原分散布置的設備基礎方案中單個基礎在生產中承受較大的傾翻力矩和振動缺陷，經常發生設備基礎易于松動、基礎螺栓疲勞拉斷。大底座技術徹底消除了分散布置的缺點，實現了集中布置整體效果。

結語

綜上所述，本項技術其優勢主要體現在：其一，焊接固定托圈實現托圈的免維護;其二，旋轉齒圈整體方式，實現拆裝方便，設備可靠性高;其三，垂直止推面使得止推輪受到的側向載荷減少，設備可靠性改善;其四，后部托輪支座、傳動齒輪支座、止推輪座設計為大底座方式，可以將滾筒的重力通過后部托輪傳遞給大底座，傳動支架、止推輪底座承受的傾翻力矩可以變化為大底座的內力，根除土建基礎損壞的故障。

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