本钢5号高炉炉顶齿轮箱倾动机构故障分析与维护

作者:金丙库 姜曦       来源: 中国冶金报社        发布时间:2018-01-09



 现代化冶炼技术要求炉顶设备适应高压操作、布料方式灵活,同时具备性能可靠、耐用、维护检修方便的特点。无料钟炉顶设备的快速发展使其功能满足了高炉工艺要求,许多新建或改造后的大中型高炉均采用了无料钟炉顶设备,其应用越来越广泛。本钢5号高炉采用串罐式无料钟炉顶设备,炉顶齿轮箱倾动机构在使用过程中出现齿轮箱倾动电机电流偏高、溜槽达不到上部待机位、溜槽卡死等故障。本文通过实例对齿轮箱倾动机构故障进行分析,并提出解决方法。

高炉炉顶齿轮箱的工作原理及结构特点

高炉炉顶齿轮箱由上部减速机和水冷齿轮箱两部分组成,控制布料溜槽的旋转和倾动机构。上部减速机连接在水冷传动齿轮箱的上面,它带有旋转电机和倾动电机,布料溜槽运动的动力就来自上部减速机。图1为高炉齿轮箱传动结构示意图。

当旋转电机动作而倾动电机制动时,上部齿轮箱行星差动使得上、下回转轴承做同一速度的转动,上回转轴承带动整个旋转体做旋转运动,布料溜槽随之旋转。大齿圈(A15)与倾动减速机上面的小齿轮(E16)之间无相对转动,这样溜槽便只有旋转而无倾动。当倾动电机动作而旋转电机制动时,上回转轴承不动,下回转轴承通过大齿圈(A15)带动倾动减速机上小齿轮(E16),倾动减速机便有了运动和动力的输入,减速机内的蜗轮(E18)蜗杆(E17)带动倾动轴转动,从而驱动布料溜槽改变倾角。当旋转、倾动两个电机同时动作时,由于行星差动原理,上、下回转轴承有速度差,这样也使得大齿圈(A15)与小齿轮(A16)之间有相对运动,从而驱动布料溜槽在旋转的同时改变倾角。

齿轮箱倾动机构故障分析与处理

齿轮箱倾动减速机故障。5号高炉炉顶齿轮箱在2011年进行更换,由PW水冷齿轮箱改为西冶齿轮箱,该齿轮箱为标准型齿轮箱。在该齿轮箱运行过程中,多次出现布料溜槽上倾时倾动电流偏高跳开关和布料溜槽无法到达待机位的故障。

为了保证高炉生产作业,本钢将溜槽的待机位进行调整,待机角度由47°下降为43°,以降低电机负荷。工作人员在对溜槽倾动减速机进行更换润滑油的过程中发现,更换下来的润滑油里边分散着大量铜粉末,初步判断倾动减速机蜗轮磨损。他们在打开倾动减速机检查孔对蜗轮进行检查时发现,两台倾动减速机的蜗轮已严重磨损,在布料溜槽工作范围内的蜗轮齿厚仅为原齿厚的2/5,局部磨损仅剩原齿厚的1/5,蜗杆表面无磨损。

正是蜗轮的严重磨损,造成减速机蜗轮蜗杆无法正确啮合,进而导致布料溜槽抬升至待机位时无法达到设定待机位,电机电流偏高跳开关而被迫不断下调待机角度的情况。

齿轮箱倾动减速机蜗轮磨损故障的应急处理。鉴于齿轮箱倾动减速机蜗轮磨损严重,蜗轮蜗杆已无法正常啮合,如磨损情况持续发展,倾动减速机将无法工作,布料溜槽不能进行倾动操作,对炉顶布料矩阵会造成严重影响,无法进行生产操作。

由于该齿轮箱倾动减速机没有备件且与PW齿轮箱倾动减速机规格型号不同,无法进行互换,备件订购周期需要3个月左右,为了保证布料溜槽的倾动作业,维持高炉正常上料操作,本钢通过对倾动减速机蜗轮磨损情况进行分析,制订倾动减速机应急处理可行性方案。工作人员通过对倾动减速机蜗轮磨损情况分析发现,蜗轮共41齿,已出现磨损的齿数有21个;其余20齿不在布料溜槽工作齿轮啮合范围内,无磨损现象。如果将没有磨损的蜗轮旋转到溜槽倾动工作范围内,将能够保证蜗轮蜗杆正常啮合,溜槽倾动操作将不受影响。

倾动减速机涡轮调整施工过程如下:首先,高炉休风经确认具备操作条件后,将布料溜槽进行拆卸,然后将倾动减速机限位销轴全部拆卸。其次,手动操作溜槽倾动电机,使减速机进行下倾动作,当减速机输出齿轮轴与扇形齿轮脱离开后,继续使用溜槽减速机进行下倾操作。这时需要观察蜗轮旋转位置,当磨损的蜗轮全部脱离溜槽工作范围后,停止倾动减速机运行,将倾动减速机扇形齿轮推入与齿轮轴啮合。该操作一定要保证两台倾动减速机输出齿轮同时与扇形齿轮啮合,如不能同步,将造成布料溜槽悬挂轴角度出现偏差,进而造成布料溜槽无法安装。再其次,角度调整完毕后,将倾动角度调整至工作角度范围内,然后安装定位销,再安装布料溜槽。最后,自动润滑角度调整。由于倾动减速机完好蜗轮齿数为20个,不足总齿数一半,需要在保证正常生产操作的基础上缩小溜槽倾动范围。经分析,将倾动减速机自动润滑角度向上进行调整,既不会对溜槽倾动布料操作造成影响,又缩小溜槽倾动范围,调整后的润滑位角度为7.8°。

倾动减速机采用上述方法调整后,进行溜槽试运转,运行参数均满足生产要求。图2为倾动减速机蜗轮齿调整示意图。

齿轮箱倾动减速机更换。5号高炉炉顶齿轮箱倾动减速机在2014年年修中进行更换,更换过程采用单侧逐台进行更换的方式,即更换完一台减速机后,旋转齿轮箱,将另一台减速机旋转至检修位置进行更换。在倾动减速机更换前,需要进行溜槽及减速机各项数据的检测,为新减速机安装后的调整提供参考,倾动减速机更换安装前后数据对比见表1。

倾动减速机更换作业的注意事项:

一是减速机备品检查。检查倾动减速机外观有无损伤、螺栓紧固情况、密封有无泄漏,盘动输入齿轮以检查减速机旋转是否灵活、有无卡阻现象,将两台减速机扇形齿旋转至55°限位销轴处,以保证减速机安装时悬挂轴的角度一致。

二是减速机找正。减速机安装完毕后,须通过垫铁对减速机进行找正,使减速机水平度、垂直度、齿轮啮合间隙及两台减速机的中心距满足使用要求。

三是减速机试车。减速机安装调整完毕并加注润滑油后,进行减速机无负荷试运转,合格后方可安装布料溜槽进行负荷试运转。

上部减速机倾动电机抱闸故障。2014年1月11日,5号高炉炉顶齿轮箱溜槽上倾到36.7°时停止上倾,电流值达到30A跳开关,手动将溜槽向下倾动,溜槽不动作,继续手动反复上、下倾动溜槽,溜槽可以下倾到31.5°,当溜槽上倾到31.8°时又停止动作,电流值达到30A跳开关。反复动作后,溜槽分别卡在33.8°、39.5°等不同角度。工作人员经现场检查发现,倾动电机电磁制动器吸合的声音异常;拆开电机保护罩后发现,电磁制动器内侧制动盘两个调整螺栓全部折断,外侧制动盘一颗螺栓折断(见图3)。

经分析,电机制动器无法松闸的原因为内侧制动盘两个调整螺栓全部折断致使制动盘受力不均,动作不协调,造成制动盘动作时倾斜,被折断的螺栓端面卡住,导致摩擦片和制动盘无法脱离,电磁制动器仍然处于抱紧状态,电机无法转动,电流达到极限值,造成溜槽无法倾动。工作人员更换制动盘螺栓并进行调整,电机工作正常,故障排除。

综上所述,齿轮箱作为高炉无料钟炉顶上料的核心设备,其安全运行和维护水平决定高炉上料系统的运行稳定性。本钢5号高炉炉顶齿轮箱倾动减速机蜗轮磨损故障在以往设备运行中从未出现,5号高炉炉顶齿轮箱倾动减速机蜗轮磨损应急处理方案为其他高炉进行类似故障分析与维护作业提供了经验和借鉴。

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