蒸汽烘干机筒体工艺设计与实践

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摘要：根据蒸汽烘干机筒体部件结构，对φ4.44m×11.8m筒体部件的卷制、焊接、组装和机加工等工艺进行合理设计。为了实现支承架组装和筒体机加工等工序，应用现有的切割、卷制、焊接及机加工等设备，设计制作专用工装。应用结果表明，筒体部件质量可满足标准和图样要求，保证了蒸汽烘干机的安装和高效运行。

关键词：蒸汽烘干机；筒体；支承架；焊接；组装；机加工蒸

汽烘干机是一种高效回转式间接干燥设备，与传统气流干燥相比，它具有工艺简单、热效率高、环保条件好、便于操作及维护管理等优点[1]，在冶金、选矿、建材和化工等工业中得到广泛应用。它由筒体部件、换热管组、进料、出料、托轮挡轮装置、驱动装置及蒸汽分配装置等部分组成。筒体外圆有2个轮带安装面，2个轮带间有传动大齿圈连接法兰，筒体一端有进料端板法兰连接面，另一端焊有出料短节，出料短节外圆有出料罩密封法兰，出料短节周向有多个出料孔；筒体内焊有多组支承架，支承架为多组侧面带半圆槽支撑臂与环形夹板组成，并由螺栓连接，各半圆槽与出料短节两端腹板上孔对应同轴，供同圆心分布的通汽管支承；筒体内壁有不锈钢板衬层，衬层与筒体焊接采用塞焊方式连接，因此，筒体部件的制造质量直接影响蒸汽烘干机各零部件的安装和设备的高效使用。

1筒体关键部件的制造工艺

以φ4.44m×11.8m蒸汽烘干机筒体部件为例进行分析，筒体部件结构如图1所示。

1.1筒节卷制

(1)备料根据筒体展开及工艺要求，与钢厂订制所需规格的钢板，材料进厂后应进行化学成分及力学性能检验，保证钢板表面平整，并符合图样设计标准。(2)钢板清理卷制前清除板材上的金属屑、油污和杂物，或进行喷丸处理。(3)切割下料综合考虑钢板的材质、板厚及经济性等因素，选择筒体所需规格的钢板，法兰、腹板等少数零件的钢板用氧-乙块火焰自动切割机切割下料。(4)焊接坡口加工筒体由多个筒节用不同厚度钢板卷制焊接而成，在各筒节卷制前，用氧-乙块火焰自动切割机切割筒节纵焊缝坡口，如图2(a)、(b)所示为不同板厚纵焊缝坡口形式。筒节环焊缝坡口加工在筒节卷制成圆后进行，用两组车削筒节的支承架支撑筒节内圆两端，由支承架上周向分布的数组调节螺栓校正筒节外圆与支承架轴心位置，然后在筒节车削落地车床上由两顶尖夹紧进行车削。为保证筒体焊接后长度，按经验公式计算筒节加工预留焊接收缩余量[2]，经验公式为：(5)筒节卷制成形将已加工坡口的各筒节钢板分别在70×3200型三辊卷板机上卷制，卷板时钢板必须放正，保证两侧边与辊床的辊子轴线垂直，端线与辊子平行。滚弯时使用行车密切配合，先将筒体卷制成腰形，要求筒节纵向合口在腰形平直自然状态对接，进行点焊并按工艺要求完成筒节纵向焊缝焊接。然后在三辊卷板上进行筒节圆度处理，用超过2m的弧形样板检测筒节曲率，滚圆时尽可能地减少滚制遍数，以减少筒体的碾长量[2]。

1.2筒体焊接

(1)焊接方法筒体焊接分为环焊缝和纵焊缝，筒体在交变载荷下运转，全部采用连续焊缝埋弧焊进行焊接。(2)焊接材料选择筒体所用材料Q235-B，采用手工电弧焊。焊接材料选用E43系列焊条，焊条直径为5mm，定位焊时选择J422焊条；埋弧焊焊接材料选用H08A焊丝与HJ431焊剂匹配，焊丝直径为5mm。(3)焊接工艺参数的选择①手工电弧焊焊接工艺参数：焊条J422直径5mm，焊接电流200~270A，电弧电压16~25V；②埋弧焊的工艺参数：焊接时电流取550~680A，电弧电压30~38V，焊接速度30~35cm/min。(4)焊接坡口形式焊接筒体时有环焊缝和纵焊缝两种，其中环焊缝有不同板厚之间的焊接，焊接坡口有如图2几种形式。(5)焊接顺序和焊接层数筒体的焊接采用分部件焊接的方法，先分别进行各节筒体纵焊缝焊接，再进行筒节之间的环焊缝的焊接连接。由于筒体受力最大且处在交变应力下工作，为减少应力集中，筒体相邻段节间的纵向焊缝应沿圆周错开，且错开距离不得小于600mm[3]。为了保证筒体圆度及直径尺寸，选用同步对称立焊法将两筒节连接，立焊之前两筒节采用8组周向分布的调节装置，如图3所示。圆周调节两筒节对接不同心度，然后两焊工在筒体对称两侧位置用同样的焊接电流和焊接速度施焊，每次焊接筒体周长的1/12后，转一次方向，焊接顺序如图4所示。依次将筒体各节焊接连接，将立焊连接的筒体放置在水平翻转台上，再进行环焊缝自动埋弧焊，不对称X型环焊缝焊接为先外后内顺序，如图5所示，外侧盖面层前一层焊缝应控制在筒体外表面1~2.5mm，焊缝层间清理采用砂轮打磨，背面使用碳弧气刨清根，并用砂轮打磨干净。(6)检验当焊缝采用射线探伤时，焊缝质量应高于GB3323《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》的Ⅲ级；当采用超声波探伤时，焊缝质量应高于GB11345《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》中的Ⅱ级[3]。

1.3焊后热处理

为了消除筒体焊接后内应力，可将其放置到大型退火炉中进行整体退火，其炉温为580±20℃，保温时间3h。

1.4出料短节端腹板90-φ100mm孔加工

出料短节两端腹板上各有90-φ100mm孔，分5组周向分布，腹板相距700mm，两腹板上孔与后续筒体内组装的支承架上半圆槽对应同轴，如图1所示。其加工工序为：①先在两端腹板组焊前加工各孔再与筒节组焊，该方法加工设备要求不高，但焊接定位工装复杂；②先组焊后加工孔，该方法不需焊接工装，但加工时占地大，需大型加工设备。根据制造要求和现有设备条件其加工工艺，出料短节与筒体焊接连接经退火处理，出料短节端置于TKA6920型数控落地铣镗床工作台上，另端支放在机床工作台外，以筒体外圆校正固定，筒体轴线为基准，按腹板上孔应与腹板拼接焊缝错开，其边缘距离焊缝不小于75mm[3]，算出腹板上90-φ100mm孔相对坐标值，利用机床镗铣头装夹特制加长钻、镗杆，分别对出料短节两腹板上孔按序一次加工至要求。

1.5支承架制作与安装

支承架由2个不锈钢圆环夹板和5个周向均布的支撑臂分别用4组螺栓和2组定位螺栓连接而成。其中筒体进料端有1/2长度上的支撑臂外部包不锈钢片，支撑臂径向侧面带半圆槽，为保证加热管在筒体旋转工作时能承受物料冲击，支承架在筒体内轴向1m左右布置，与筒体焊接连接。每一组换热管组件均可单独从进料端抽出，要求组装后的支承架上弧形槽与筒体出料短节端板上孔对应，其圆柱度公差为φ1mm。1.5.1圆环夹板、支撑臂及不锈钢片等制作(1)圆环夹板材质为不锈钢采用水切割下料，车床车削端面及内外圆，加工中心加工与支撑臂连接接合面及连接螺栓孔。(2)支撑臂材质为Q235-B用氧-乙块火焰自动切割机下料，加工中心加工其侧面半圆槽、定位导杆孔及连接螺栓孔。(3)支撑臂外部不锈钢片支撑臂侧面带半圆槽不锈钢片采用水切割加工，半圆槽不锈钢弧板采用压力成形。(4)支撑臂外侧不锈钢片焊接要求半圆槽弧板和支撑臂半圆槽紧密贴合，每组支撑臂焊后形状一致。1.5.2支撑臂与圆环夹板组装(1)支承架组装工装按照5个周向均布的支撑臂上每组2个定位导杆孔位置，在厚钢板加工10个定位销孔，配装10根专用定位销，钢板中央开一工艺孔，用于支撑臂与圆环夹板螺栓连接，支撑臂与圆环夹板组装专用工装如图6所示。(2)超胎装配在工装上依次放置圆环夹板、支撑臂及圆环夹板，支撑臂与定位销配合定位，每个支撑臂与圆环夹板用4组螺栓连接预紧，校正圆环夹板位置，配作各支撑臂与圆环夹板铰制孔，定位螺栓连接，紧固所有螺栓螺母，用3件工艺连接杆和5组螺栓螺母与各支撑臂外端导杆孔连接，支撑臂相互稳固(工艺连接杆待支承架在筒体内安装焊接后缷去)，支承架缷模，转入筒内安装工序。1.5.3支承架安装焊接筒体内有10组支承架，轴向1m左右不等距分布，每组支承架质量约1t，侧面半圆槽与筒体出料短节两端腹板上孔对应同轴，支撑臂与筒体焊接固定。(1)两根长槽钢作为工作平台主骨架兼作导轨，制作手推小车，小车带有滚轮并配有手动液压缸的升降与夹紧装置。(2)将筒体在翻转台上水平就位，工作平台一端放置到筒体内，利用出料短节内腹板上孔进行连接，另一端在筒体外支承，调节工作平台水平，小车置于工作平台导轨上，用行车将组装的支承架吊放在小车上固定，推动小车至筒体内相应位置；用两根φ100mm长钢管作为支承架安装定位导杆，由出料短节两腹板孔依次伸进筒体一定长度，以钢管管壁与支撑臂半圆槽接触作为新装支承架就位基准，微调液压缸校正支承架轴向与径向位置，点焊支撑臂与筒体各连接板，然后加固焊接至要求，以此法从内到外依次安装焊接10组支承架。

2筒体的加工

筒体上2个轮带安装面φ4560mm，中心相距5300mm，圆柱度误差0.5mm，轮带安装面、进料端法兰连接面和出端短节外圆φ4500mm密封面，与出端短节端板上φ1800mm止口同轴度误差0.5mm。筒体加工工艺如下。(1)先采用经纬仪对主轴和尾座顶尖进行校准，保证同轴度要求，然后调整主轴线与滑板中心线的平行度公差，保证平行度要求。(2)用工字钢和钢板焊接制作米字架作为筒体机加工进料端支承，如图7所示。米字架径向与筒体进料端内壁焊接连接，米字架中部焊接的钢板与落地机床尾座顶针过渡轴法兰螺栓连接；出料短节外端板φ1800mm止口与双法兰过渡轴配合，螺栓紧固连接。(3)将安装好夹具筒体部件固定在落地车床上，并找正固牢。(4)采用双刀架同时对筒体两轮带安装面及两端连接法兰面多处进行加工[4]。(5)加工完成并经检验确认合格后，方可卸装筒体。(6)出料短节出料比内宽度600mm左右，其外圆周向分布5个400mm宽、形状为长腰型出料孔，卷制圆筒前切割开孔对钢板卷制成圆，以及用开孔的出料短节作加工支承进行筒体机加工，对卷制和加工精度有影响，故出料短节外圆开孔安排在筒体机加工后进行。其加工工艺为：①筒体放置在翻转台上，按图划线并气割5个出料孔；②利用管磨机磨门孔加工专用机床铣削筒体出料短节外圆上5个长腰型出料孔周边。

3结语

蒸汽烘干机筒体部件经过切割下料、卷制成型、焊接、组装连接和机械加工等工艺设计，并运用支承架组装、筒体机加工等专用工装，应用现有的切割、焊接用机加工等设备制作，保证了筒体部件各工序的完成，筒体部件尺寸和形位精度等均达到标准和图样要求。参照该工艺方案已生产多种规格筒体部件，产品在铜陵和株州等多家对进入闪速熔炼炉中的铜精矿进行干燥，得到用户好评，为企业创造了较好的经济效益。

参考文献

[1]王学良．铜精矿蒸气干燥机设计分析[J]．有色冶金设计与研究，1999(2)：12-15.

[2]李家森．大型回转焙烧窑筒体制造精度控制技术[J]．有色矿冶，2010，26(4)：49-51.

[3]国家建筑材料工业机械标准化委员会．JC/T335—2006水泥工业用回转烘干机[S]．北京：中国标准出版社，2006.

[4]贲道春，王复光，周步高，等．小落地车床切削管磨机筒体的问题与对策[J]．机械设计与制造，2015(4)：171-173.

作者：杨增旺 单位：江苏鹏飞集团股份有限公司