負壓風機機殼_我國轉爐除塵現有技術、存在問題及發展方向大型樅

一、　概述

　　我國現有600多座轉爐，年產鋼超過4億噸，絕大多數轉爐除塵采用濕法，是鋼鐵工業節能減排的薄弱環節。主要表現在以下幾點：
1.環保：部分的轉爐達不到、或不能穩定達到排放控制標準100、50、或10毫克/立方米；
2.節水：噸鋼新水0.5立方米，全國年消耗新水~2億立方米，年循環水量超過8000億噸；
3.節能：噸鋼除塵電耗15度，全國年耗電60億度，浪費嚴重；
4.煤氣凈化和崗位衛生：回收煤氣粉塵濃度標準是15毫克/立方米、崗位粉塵濃度標準是5毫克/立方米，一方面有的轉爐達不到；能達到的往往能源消耗和浪費高；
5.煤氣回收利用：轉爐煤氣回收量平均僅50立方米/噸鋼，只有國外、或國內先進水平的50%，并且放散多。與先進水平比，相當于全國每年少回收200億立方米（相當于4億噸動力煤）；
6.蒸汽回收利用：轉爐平均噸鋼回收蒸汽50千克/噸鋼，只有國外、或國內的先進水平的50%，相當于全國每年少回收2000萬噸蒸汽；
可見，研究轉爐除塵的現有技術、弄清楚存在問題和原因、確定正確的改造和發展方向是有意義的。

二、現有技術

經過幾十年的發展，如今我國轉爐除塵現有技術有：
1.最多采用的是OG濕法（1962年）；
2.20多座采用轉爐采用LT干法（1969年）；
3.10多座采用第四代OG濕法（1990年代）；
4.40多座轉爐采用、或確定采用高效節水型塔文半干法（2006年）；
前三者都是從引進吸收開始的，后者是中國技術。不同技術的工藝流程分別如圖所示。


　圖1　傳統OG凈化工程流程


圖2　第四代OG濕法工程流程
　


圖3　LT干法除塵工程流程
　

圖4轉爐半干法高效塔文除塵工程流程

三　存在問題

應該承認，技術的引進和吸收開發，對我國轉爐節能減排、實現負能煉鋼起到了積極的推動作用；但同時也必須清醒地認識到：這些技術都存在問題、或值得改進之處，已經不適應我們鋼鐵工業節能減排新的標準和目標要求。歸納起來，主要問題：
A、所有技術都存在的問題
1.轉爐汽化冷卻煙道出口煙氣900-1000°C的顯熱沒有得到回收利用；
2.顯熱不僅沒有利用，同時平均噸鋼還要消耗0.5噸的新水，全年消耗新水2億噸；
3.吹氧期只有50%的時間回收煤氣，前燒、后燒期的可燃氣體（CO含量≦35%、相當于高爐煤氣熱值）沒有得到利用，全部放散燃燒。
B、OG濕法的問題
傳統的OG濕法雖然也有多種結構形式，進行了多方面的改進，但始終沒有解決兩級文氏管的根本問題。這種技術是在日本發明的，但在日本20年前就已經淘汰，而在我國如今仍然是最廣泛采用的技術。這種技術存在太多的先天性問題，主要的有：
1、高排放：采用傳統OG工程有些可以達到我國現在的100毫克/立方米的排放標準，但實際上有很多因素會導致排放超標；如果把標準提高到50毫克/立方米、或更高，則就沒有能達到的、或需要更高的能源消耗；
2、高耗能：這是由于文氏管的先天性能決定的，風機全壓高達25-28千帕仍然抽不凈，還要配備龐大的高耗能二次除塵；
3、高耗水：按照保守的估算，全國轉爐年循環水8000億噸，這引起多方面的浪費：1）運行費用浪費，平均每年達4000億元，主要是水處理藥劑、電、設備維修費用；2）投資浪費：平均投資25000元/噸水/時；3）能源浪費；
4、高維修：除塵風機等設備頻繁結垢，維修量特別大、并且影響生產；
C、飽和塔文的問題
與傳統的OG濕法相比，飽和塔文（第四代OG濕法）的進步意義在于其取消了一文，改用飽和冷卻塔，使工程阻力有所降低，對緩解排放有幫助，但改進不徹底：其它問題都沒有解決，特別是循環水更多。
D、LT干法的問題
LT干法一直是我國清潔生產推廣技術，因為存在多方面的問題一直進展不快；近幾年隨著國家節能減排、節水力度加大，有加速的趨勢，但因為存在較多的問題仍然還限制著其快速推廣。這些問題包括：
1、環保：最主要的是排放達不到、或不能穩定達到設計的10毫克/立方米，有的甚至比濕法高，導致環保排放和煤氣回收利用都有問題；
2、維修：設備維修量特別大、并且降低轉爐作業率，主要是電除塵器結垢、腐蝕；蒸發冷卻器結垢等，有的廠甚至被迫采用備用整套除塵設備；
3、節水：LT工程的煤氣冷卻仍然采用飽和冷卻，還是有大量的循環水。從這個意義說，LT技術也是半干法，而不是全干法；

四、現有技術的比較

比較不同的除塵技術，首先要從本廠實際考慮，更主要的是要從整個相關工程、而不是局部設備進行綜合比較，比如采用傳統的OG濕法、或新0G法，其單項投資可能少，但加上龐大的水處理工程、比較大的除塵風機、煤氣二次凈化，總投資就要高得多；而運行費用、高耗能、高維修則是更大的問題；
LT干法的方向是正確的，如果不超裝；供氧嚴格按照設計執行；噴槍/電除塵設備/蒸發冷卻塔能有時間允許經常、定期清理，應該能達到設計的排放濃度。LT干法的問題可以確定有操作維修和管理方面的因素，比如選用、或使用不合格的噴槍等，也不能排除先天設計上的一些缺陷，該技術1969年發明成功到現在30多年、我國引進也10多年，其推廣速度不快、全球僅不到100套，應該從某種程度上說明其存在的問題。


　
五、結論和發展方向探討

1、轉爐除塵從濕法向干法發展是大勢所趨；
2、濕法向干法發展不可能在短時期內實現，應該是一個比較長的發展過程；
3、濕法到干法之間應該有幾個過渡階段，這些過渡階段的第一步就是采用高效塔文技術；
4、采用高效塔文設備，與傳統OG法和第四代OG法相比，可以減少50%的循環水量，例如新建、或改造120噸轉爐，每座爐可以減少800萬元以上的水處理設備投資；
5、采用高效塔文設備工程阻力可以減少4-6千帕，這一效果可以從三方面加以利用：
1）可以解決一次煙氣、回收煤氣粉塵濃度高的問題,負壓風機機殼，使排放達到≦50mg/Nm3；
2）如果粉塵排放已經達標，則1）可以調大二文喉口，減少二次除塵風量，輔助采用噴霧等除塵技術，就可以停建、停開、減開高耗能的二次除塵設備；2）調低風機轉速，降低一次電耗；
6、在高溫區可以利用外排水，使轉爐實現新水消耗為零；
7、設備維修量特別少；
8、工程可以很容易地進一步升級改造為干法。

摘要：詳細介紹了大型能量回收透平發電裝置（簡稱TRT）的關鍵零件——大型樅樹型葉根葉片的加工工藝開發過程。根據加工批量、現有設備以及葉片結構，采用了五軸數控+高速銑削的方法，以銑代磨，首次實現了大型樅樹型葉根以及葉頂剃灰槽的加工。
關鍵詞：樅樹型葉根；高速磨削；銑削；五軸數控

0引言
　　近幾年，隨著冶金高爐的大型化，能量回收透平發電裝置（簡稱TRT）也隨之向大型化方向發展。針對這種情況，我公司的研發部門對該裝置的關鍵零件——動葉片采用了應力分布更好的樅樹型葉根。經過艱苦的攻關，終于首次實現了大型TRT樅樹型葉根的加工，掌握了這種葉根的加工工藝，縮短了大型TRT的生產周期。
1結構分析
　　該葉片和汽輪機中的長葉片相似，葉片長約600mm，寬約320mm。樅樹型葉根形狀類似松樹，這種型式的葉根結構復雜，尺寸精度和位置精度要求都很高，粗糙度要求Ra1.6。葉根肩膀中一側平面較長約80mm。有的葉片葉頂還設有剃灰槽結構。這樣的大型葉片一般為模鍛毛坯。上述結構給毛坯鍛造、機加工藝、數控設備、工藝裝備、刀具、夾具工程、工件試切及檢測等各制造環節提出更高的要求。動葉片見圖1。

2　工藝設計
2.1　　葉根的加工工藝
　　在汽輪機葉片專業廠家，這類大型葉片數量相當多，葉根加工工藝一般采取成型銑刀（或線切割）+強力磨的方法。在加工大型樅樹型葉根時，采用專機生產，其葉根工藝流程一般為：澆注低溫合金——葉型定位——粗銑齒型大量——半精銑齒型，留精磨余量（采用專用銑床或線切割、成型銑刀和夾具組合）——精磨齒型（采用強力磨床、成型砂輪、成型砂輪修整器和組合夾具等）。這種加工工藝的特點：先加工好葉根，保證葉根制造精度，再以葉根定位，加工葉型。
　　這種加工工藝的優點：
　　1）　夾具工程剛性好，適合加工大型長葉片，加工一致性好；
　　2）　葉根沒有過長的工藝夾頭，毛坯及粗加工制造難度降低。加工長葉片時，葉根定位準確，夾緊牢靠；
　　3）　適宜大批量生產，效率高。
　　缺點：
　　1）　專用機床多，占用廠房面積大，一次性投入大；
　　2）　專用成型銑刀、成型砂輪、專用夾具規格多。
　　目前我公司的大型TRT樅樹型葉根葉片生產數量較少，也沒有上面提到的強力磨設備，但五軸聯動數控銑床A17[1]和高速銑床HSM800[2]已分別擁有十幾臺,結合葉片結構，考慮采取以銑代磨的方法進行探索。鑒于葉根肩膀一側平面長80mm，沒有刀具有這樣長的側刃來滿足加工需要，因此，采用A17五軸數控+HSM800高速銑床的方法。葉根齒形兩肩膀與主軸非接觸部分由前序A17主軸搬角度銑出，其余與主軸接觸的齒形連續部分由后序HSM800完成，兩者的搭接部位在葉根肩膀下與主軸非接觸處。采用一夾一頂，葉根處設有工藝夾頭，作為定位基準。采用整體硬質合金銑刀加工。其葉根工藝流程：加工葉根工藝夾頭——工藝夾頭定位——外協粗銑齒型大量——半精銑、精銑齒型（采用A17五軸數控+HSM800高速銑床）——切掉工藝夾頭。這種加工工藝的特點：先加工葉型，再加工葉根，保證葉根制造精度質量。尤其高速銑床：高轉速、高進給、小切深[3]，產生較小的切削力，夾具工程剛性較好，精度高，表面質量好[4]，加工一致性好。
　　這種加工工藝的優點：
　　1）　節省大量的成型銑刀、成型砂輪、專用夾具和專用機床的投入；
　　2）　工藝柔性好，高速銑床HSM800屬于通用機床。通過對球頭銑刀進行數控編程來實現各種規格葉根的加工；
　　3）　新產品試制周期較短，工裝較少。
　　缺點：
　　1）　高速銑刀為整體硬質合金，價格較貴，消耗較快；
　　2）　刀具伸出長度不能超過刀具直徑的3倍，因此加工深度受限；
　　3）　葉根部分必須有一定長度的工藝夾頭，夾頭短了，刀柄容易與工裝夾具發生干涉。
2.2　　葉型及葉頂剃灰槽的加工工藝
　　葉型及過渡弧在五軸聯動數控機床A17上進行加工。葉頂剃灰槽的加工考慮到加工部位靠近頂尖，隨著葉型被越切越薄，工件-夾具工程的剛性明顯下降，同時，和高速銑床HSM800相比，A17夾具工程剛性較差[5]；因此，葉頂剃灰槽在高速銑床上完成。
2.3　　工裝的設計
　　為了解決機床設備行程受限并增加工藝工程剛性的問題，在葉片加工時，兩種設備均卸掉了三爪卡盤，設計了直接連接在A軸分度頭上的專用工裝,車間降溫風機，這樣就保證了葉片加工質量。對于葉頂剃灰槽的加工，為防止工件剛性隨著加工深度增加越來越差，進而引起夾刀或刀具振動，設計了在葉型靠近剃灰槽部位的輔助支撐工裝，見圖2~圖4。




3工藝實施
　　加工大型樅樹型葉根及葉頂剃灰槽在我公司屬于首次，因此首先進行了工藝試驗。在兩種設備上，對葉片均采用一夾一頂的裝夾方式。
　　葉根試切開始后，為了避開葉根一側肩膀的長平面，球頭銑刀伸出部分過長，引起振動，進而影響工件精度。于是，選購了抗振加長刀柄，見圖5。

而且降低了葉根夾具的厚度，并將夾具干涉部分銑去，最終解決了振動問題,玻璃鋼負壓風機。
　　在葉根試切中，葉根程序分為粗銑、半精銑和精銑3個工步。分別使用高速球頭銑刀Φ4、Φ6、Φ8及高速立銑刀Φ12。經多次調整高速機床的主軸轉速、進給量和切削深度，最終摸索出較為合適的切削參數，獲得了滿意的葉根尺寸精度、表面質量和加工效率。
　　試切葉頂剃灰槽時，在加工好葉根后，直接在高速銑床上，將A軸旋轉一定角度，使剃灰槽處葉型轉平，同時工裝對葉型進行輔助支撐進行加工。整個葉片試切結束，經檢測，工件滿足圖紙要求。
　　工藝試驗成功后，隨即投入批量生產。至今已完成多臺大型樅樹型葉根動葉的加工，并順利裝配。最終葉片實物見圖6。

4結論
　　根據公司葉片結構和批量加工的特點以及現有的設備，采用了五軸數控A17和高速銑床HSM800相結合的方法，以銑代磨，充分利用現有數控設備的優勢，首次實現了樅樹型葉根以及葉頂剃灰槽的加工。通過采用抗振加長刀柄，解決了高速銑床刀具伸長受限的難題。通過設計新的夾具，卸掉三爪卡盤，輔助支撐葉型，解決了設備行程受限，并增強了夾具工程的剛性和穩定性�？傊�，大型樅樹型葉根葉片的成功加工，使公司葉片的加工水平上了一個新臺階。

參考文獻

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