烧结环冷鼓风机转子叶片裂纹修复的研究与应用

高志强，刘 帅，冯 帆，张进坤

（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照 276800）

0 引言

山东钢铁集团日照有限公司2#500 m2新型烧结环冷机于2019 年3 月投入生产，承担着2#5100 m3高炉的烧结矿供应任务，设备每年可生产558.6 万吨冷烧结矿。该烧结环冷机创新采用水密封的结构设计形式来实现环冷机回转体与外框架之间的动密封，解决了鼓风机鼓入的冷却风易泄漏和烧结矿粉尘易外泄的问题，最大限度发挥鼓风机对热烧结矿的目标冷却效果，从而满足高炉对于高质量烧结矿的生产需求（图1）。

图1 环冷鼓风机

1 环冷鼓风机的工作原理

环冷机通过给料溜槽将烧结机生产的热烧结矿均匀布在回转体的台车上，台车在传动装置的驱动下绕回转中心随回转体做旋转运动的同时在其下部由鼓风机鼓入冷却风，与烧结矿充分热交换后将热烧结矿携带的热量带走，从而实现对烧结矿循环冷却的工艺目的。

环冷机整体采用6 台双吸双支撑式鼓风机进行冷却作业（型号为VZ73V-2240F/F02），鼓风机沿环冷机外圈呈均匀分布。鼓风机由南通大通宝富风机有限公司负责设计、制造，由山东省冶金设计院股份有限公司负责安装。鼓风机由风机本体、进出口补偿器、传动装置、电机、电控系统、仪控系统等组成，风机叶片采用机翼形结构进行设计，设备可通过电动调节门+变频调速的方式来调节鼓风风量的大小，最高每小时可输出风量为500 000 m3/h（图2）。

图2 环冷鼓风机轴承座分布示意

2 环冷鼓风机的工作现状

自环冷鼓风机投入生产以来，设备整体运行平稳，对热烧结矿冷却效果良好，基本达到了目标冷却设计要求，点检人员从日常动态保养以及定期设备停机静态检修两方面切实保障设备的平稳运转。

在2020 年12 月，设备实时振动监控系统检测到4#鼓风机的5#、7#轴承出现异常振动，水平振动速度约为7.8 mm/s和7.2 mm/s（该风机轴承的最大允许振动速度均方根值小于4.6 mm/s），考虑到环冷机正在生产作业，点检人员无法由观察孔进入风机咽道内进行检查、处理且设备计划停机检修日期临近，作业区决定关闭该环冷鼓风机，暂时由其他5 台环冷鼓风机进行鼓风冷却作业，于12 月25 日设备停机检修期间进行处理。停机检修期间，点检人员发现4#环冷鼓风机沿叶片半径方向出现裂纹（图3）。

图3 受损叶片

考虑到厂内当前无该型号的叶片备件，联系厂家制作同型号的叶片到安装完成最快需要6个月且生产任务重，为了在最短时间内恢复鼓风机运行，满足高炉对烧结矿的正常生产作业需求。经综合考虑，决定采用焊接法对受损叶片进行抢救性修复。

3 环冷鼓风机叶片裂痕修复过程

（1）清理和检测叶片。在修复前，先用清洗剂清除叶片附着的积灰，并用渗透剂对叶片进行探伤以确定裂缝的长度、走向和数量，检测表明风机叶片无其他损伤。

（2）打磨叶片裂缝。为方便后续焊接，提高焊接强度，采用手持式电动砂轮机沿裂缝方向进行打磨，直至打磨露出叶片本体金属光泽（图4）。

图4 裂缝打磨

（3）焊接叶片裂缝。选用KB450 耐磨焊丝对风机叶片的损伤部位沿叶片喇叭口方向依次焊补（图5），并及时进行锤击，以消除焊接应力，避免叶片变形，确保焊缝处无气孔、裂纹等焊接缺陷。

图5 叶片焊补

（4）新上叶片衬板。考虑到环冷鼓风机工况恶劣，且叶片裂缝面积大，为提高叶片裂缝处的连接强度，增加设备的强度裕量，特选取高强度的耐磨衬板通过螺栓连接和焊接的方式置于裂缝两侧，耐磨衬板及焊接成型图分别如图6 和图7 所示。

图6 耐磨衬板

图7 增加叶片衬板

（5）二次打磨。焊后完成后，用手持式电动砂轮机对焊接区进行二次打磨，将焊接区域打磨直至表面平整，确保无任何焊接缺陷。

（6）叶片动平衡测试，主要依据为平衡原理。

4 叶片动平衡测试

叶片动平衡测试主要分为4 个

（1）平衡原理：对于修复后的叶片，由于增加了焊条和衬板，改变了叶片原有的质量分布，导致叶片产生一个不平衡的集中质量，在工作转速下，不平衡质量将引起叶片产生一个不平衡的振动矢量（其振幅和相位为一个定值），当增加试重后与原有的重量在相同的转速下，叶片将产生一个新的振动矢量，则平衡掉振动矢量，需再次增加的配重为：

具体计算过程详见图8。

图8 确定校正质量

（2）选用北京盛智振通振动测试仪BSZ600A 为振动分析系统，选取速度传感器对5#、7#两处的轴承座进行振动测量，选取激光位移传感器测量叶片的不平衡相位（图9）。

图9 振动分析系统

（3）经计算，新上耐磨衬板、螺栓以及焊条的质量约为3566 g，考虑到在风机的额定转速下，直接采用测振仪测量5#、7#两点轴承的振动数据存在安全隐患，为此首先在叶片焊接处的180°对称位置先预焊接一个质量为3500 g 的耐磨平衡配重（图10）。

图10 平衡配重

（4）经测试，大修后的风机启动一次成功（图11）。测试结果如图12所示：5#、7#两点的水平轴承振动速度分别为0.82 mm/s、0.85 mm/s，垂直轴承振动速度分别为0.95 mm/s、0.97 mm/s，均小于该风机轴承的最大允许振动速度均方根值（最大为4.6 mm/s）；且现场对两轴承座实时监测设备运行的西马力实时振动监控系统测得的5#、7#两点的实时水平振动速度值分别为0.85 mm/s 和0.86 mm/s。数据同样表明，该风机的轴系振动达到优秀水平，不需要进行二次增加配重来修正叶片不平衡质量。

图11 现场测试

图12 5#、7#点水平振动测试结果

5 修复成果

此次4 环冷鼓风机风机叶片抢救性修复，实际工期历时24 h，刷新了我国同类别风机叶片的修复纪录，环冷鼓风机叶片裂纹的成功修复，消除了设备的重大安全隐患，为机组可靠、平稳运行提供了必要的保证。且经修复后的环冷鼓风机为公司节约了近30 万元的备件采购费用，满足了公司对设备管理降本增效的相关要求；同时该环冷鼓风机的高效、高质量的修复，满足了高炉对冷烧结矿的生产需求，确保2#高炉平稳生产，保障日照有限公司整个生产作业链的顺利进行，具有重要意义。