烧结水密封环冷机运行问题及优化检修技术研讨
 
 摘要
 
水密封环冷机是现代钢铁烧结工艺中的核心冷却设备，凭借低漏风率、节能环保等优势逐渐取代传统橡胶密封与金属密封环冷机。然而，在长期连续运行工况下，受早期设计局限、恶劣工作环境及维护保障不足等多重因素影响，水密封环冷机逐渐暴露出水槽腐蚀、栏板炸裂、卸料故障、管路堵塞等一系列突出问题，严重影响生产稳定与设备安全。本文基于水密封环冷机的技术原理与工程应用现状，系统分析了设备典型故障的类型划分与成因机理，提出了涵盖关键部件材质升级、密封结构优化设计、清淤装置研发及维护规程标准化在内的综合检修优化体系，并结合邯钢、莱钢、酒钢、榆钢等企业的改造实践数据验证了优化方案的有效性。在现代工程科技与新型工业化的时代背景下，钢铁行业对设备运行的可靠性、经济性与环保性提出了更高要求。研究表明，经系统优化后设备漏风率可降低至5%以下，冷却风机工作耗电量降低20%～40%，吨矿产汽量提升12%以上，为企业降本增效与清洁生产提供了可靠的技术支撑。
 
关键词：水密封环冷机；烧结工艺；漏风治理；检修技术；结构优化
 
 
 1 引言
 
烧结矿是高炉炼铁的主要原料，其冷却工序是烧结生产的末端环节，也是影响烧结矿质量和余热回收效率的关键步骤。环冷机作为烧结矿冷却的主体设备，其密封性能直接决定了冷却风机的能耗水平、烧结矿的冷却效果以及余热发电的经济效益。传统环冷机普遍采用橡胶密封、裙片密封或弹性金属密封方式，随着使用过程中密封件的磨损、变形及损伤，密封效果逐步恶化，综合漏风率往往超过30%，严重时甚至达50%以上。漏风不仅造成冷却风机电耗的巨大浪费，还导致现场扬尘严重、余热回收效率低下，吨矿发电量长期低于15 kW·h，已无法满足日益严格的节能环保要求。
 
水密封技术作为一种新型密封方案，以水为密封介质，通过在环形水槽中形成水位差来抵消环冷机内部冷却风机的风压，从而实现气密性密封。与传统密封方式相比，水密封具有密封件无磨损、结构简单、工作可靠、维护方便等显著优势。基于此，邯钢、莱钢、首钢长钢、东方润安等多家钢铁企业相继实施了环冷机水密封改造，取得了良好的应用效果。
 
然而，水密封环冷机在长期连续运行过程中，受早期设计不完善、工况条件恶劣及维护检修不到位等因素影响，设备运行问题逐步暴露，制约了其效能的最大化发挥。因此，系统梳理水密封环冷机的典型运行问题，研究针对性的优化检修技术，对于保障设备长周期稳定运行、降低运维成本具有重要意义。
 
 2 水密封环冷机的结构与工作原理
 
 2.1 设备基本结构
 
水密封环冷机主要由回转框架、台车、环形水槽、密封插板、鼓风系统及传动装置等部分组成。环形水槽分为上密封水槽和下密封水槽，分别布置于环冷机的上部与下部。台车底部设有密封插板（或称刮板），该插板插入水槽的液面以下，利用水作为密封介质将环冷机内部带压空气与外部大气有效隔开。
 
水密封系统通常采用“上密封水槽—联通管—下密封水槽—污泥池”的闭环循环模式。上密封水槽中的水通过联通管自流至下密封水槽，经沉淀池沉淀后由循环泵送回上密封水槽，形成循环回路。部分改造项目还在水密封内侧增设了一组橡胶密封——高温段采用耐温氟橡胶，低温段采用硅橡胶——以有效避免散料及细灰进入水槽内部。
 
 2.2 密封原理
 
水密封环冷机的密封原理基于流体力学中的液封机制。当环冷机内部鼓风机送风时，风箱内形成正压。密封插板两侧因风压作用产生水位差，这一水位差产生的静水压力与风压相互抵消，从而达到密封冷却的目的。在理想状态下，水密封可基本杜绝漏风，其密封效果远优于传统的包容式机械密封。
 
从动密封机理来看，水密封涉及气、液两相动态平衡问题。环冷机回转框架在运行过程中持续转动，密封插板相对水槽做圆周运动，如何在动态条件下维持稳定的水位差和密封效果，是水密封技术的关键所在。
 
 3 典型运行问题及成因分析
 
 3.1 水槽腐蚀与磨损
 
水槽腐蚀是水密封环冷机最为普遍的运行问题之一。环形水槽长期浸泡在水中，同时承受烧结矿粉尘的冲刷磨损和水中溶解性物质的化学腐蚀。下部密封水槽腐蚀磨损严重时，基础水封功能将完全失效。水槽壁厚减薄、局部穿孔等问题一旦出现，不仅导致密封性能急剧下降，还可能引发漏水事故，影响环冷机周边设备的安全运行。
 
水槽腐蚀的成因可归纳为三个方面：其一，烧结矿冷却过程中产生的含硫、含氯酸性气体部分溶于密封水，形成腐蚀性介质；其二，循环水中夹带的矿粉颗粒对水槽内壁产生磨粒磨损；其三，早期设计的水槽材质耐腐蚀性能不足，难以适应长期恶劣工况。
 
 3.2 栏板炸裂与变形
 
栏板炸裂是影响环冷机运行稳定性的又一突出问题。由于烧结矿温度高达近1000℃，经破碎后进入环冷机时仍带有大量余热。台车栏板在高温烧结矿的热传导作用下产生显著的热膨胀，而不同部位受热不均导致变形量不一致。在长期冷热交替循环中，栏板浇注料因养护、干燥及热处理制度执行不到位而出现炸裂、局部剥落。栏板变形后，台车与栏板之间的密封间隙增大，热废气从此泄漏，不仅降低了余热回收效率，还导致回转体周围粉尘量增大，造成环境污染。
 
 3.3 水槽积料与管路堵塞
 
水槽积料是水密封环冷机运行中最常见的维护难题。烧结矿在冷却和卸料过程中产生的大量粉尘和细颗粒物料，部分会落入上密封水槽，形成淤泥沉积。随着运行时间的延长，上密封水槽积料淤泥逐渐增多，不仅占据水槽有效容积，影响密封水位，还容易外溢至台车运行区域。上下水槽联通管频繁堵塞，导致循环水流通不畅，密封效果恶化。岗位人员不得不频繁前往观察平台进行人工疏通，而在设备运转状态下调节阀门和疏通管道存在较大的安全风险。
 
风箱内部同样存在积料问题。鼓风时，积料被吹起后严重损坏橡胶密封，部分烧结矿甚至被吹入下水槽，进一步加剧了下水槽积料堵塞。
 
 3.4 卸料故障与台车跑偏
 
环冷机卸料端是故障的高发区域。台车在卸料曲轨处自动翻转卸料时，若翻转不到位或卡滞，将导致卸料不彻底，残留的烧结矿随台车返回冷却区，影响冷却效果和设备正常运行。同时，环冷机周向温度梯度导致装料台车产生不均匀的热变形，严重时引起环冷机跑偏、卡轨等故障。台车上部水密封槽断水造成部分台车段回转框架长时间受热变形，是导致跑偏的重要原因之一。
 
 3.5 冬季防冻问题
 
对于北方地区的钢铁企业，水密封环冷机的冬季防冻是一个不可回避的技术难题。密封水在低温环境下结冰后体积膨胀，可能胀裂水槽和管路；冰层还会阻碍密封插板的正常运动，严重时导致设备卡停。传统解决方案往往需要额外增加伴热装置或保温措施，这既增加了设备投资，也提高了运行能耗。
 
 4 优化检修技术体系
 
 4.1 关键部件材质升级
 
针对水槽腐蚀问题，优化检修的首要措施是升级水槽材质。在邯钢邯宝炼铁厂的改造实践中，下水槽侧壁进行了加强处理，有效保证了水槽的垂直度及圆度。插板（刮板）增加竖向筋板并加装铁块，提高了耐磨性和使用寿命。东方润安集团在新型全能水密封环冷机改造中，采用压制成型的不锈钢水槽，所有钢板采用激光数控下料和钻孔工艺，在保证水槽圆度和精度的同时，显著提高了水槽的耐腐蚀性能。
 
对于栏板炸裂问题，优化方向包括采用预制砖砌筑替代现场整体浇筑，以解决养护、干燥及热处理制度执行不到位引起的浇注料炸裂问题；在栏板结构设计上考虑热膨胀补偿，减少冷热交替产生的热应力集中。
 
 4.2 密封结构优化设计
 
密封结构的优化是提升水密封环冷机性能的核心环节。在邯钢邯宝炼铁厂的改造实践中，下部密封采用橡胶机械密封与水槽相结合的形式——高温段使用耐温氟橡胶，低温段使用硅橡胶——有效降低了散料及细灰进入水槽内部的可能性。上部密封采用机械密封（不锈钢丝刷）加水槽形式，并考虑冷热交替工况加装胶膜带。在余热发电取热段结束位置的风道上增加一组隔断密封装置，防止余热发电的回鼓热风与三段风机的冷风相互窜风，提高了余热回收效率。
 
莱钢烧结生产原环冷机通过传动系统改型、台车改进、烟罩上部水密封及弹性滑道密封等多项技术措施的系统集成，使环冷机漏风率保持在5%左右。
 
 4.3 清淤装置研发与应用
 
水槽积料清理是水密封环冷机日常维护中工作量最大、安全风险最高的环节。近年来，行业内围绕这一问题开展了大量技术创新。
 
酒钢炼铁厂烧结设备保障作业区研发的虹吸清料装置颇具代表性。该装置借助高度差形成的自然压强，无需额外动力即可将上密封水槽内的含泥流体顺利引入下密封槽。装置固定在循环注水管旁，可借助水流压力对淤泥进行搅拌；虹吸管进水端与槽底保持安全距离，有效避免了堵塞。装置中部与补水管连接形成动力驱动，实现了“免维护+不停机疏通”的双重效果。
 
此外，液密封环冷机新型流体循环装置通过在密封槽固定电动搅拌器、其后安装虹吸管引入下密封槽，利用原有循环泵实现密封流体循环，延长了设备使用周期，大幅降低了设备故障率和维修费用。环冷机上水封槽在线清料工具、液密封式环冷机水槽在线自动清淤装置等专利技术也相继问世，为水槽清淤提供了多样化解决方案。
 
 4.4 维护规程标准化
 
除硬件改造外，维护规程的标准化同样是优化检修体系的重要组成部分。水密封环冷机的维护规程应涵盖以下关键内容：
 
日常巡检方面，应建立水位监测制度，确保上下密封水槽水位维持在设定范围内；定期检查密封插板的磨损状况，及时发现插板变形或过度磨损；观察水槽内淤泥沉积情况，安排周期性清淤作业。
 
计划检修方面，应结合烧结机日常停机检修窗口期集中实施密封系统检修。检修内容应包括水槽壁厚检测与补焊、密封插板更换、橡胶密封件检查与更换、联通管路疏通等。对于北方企业，冬季来临前应完成防冻设施的专项检查与维护。
 
备件管理方面，应建立关键备件（不锈钢水槽段、密封插板、耐温橡胶密封件等）的库存预警机制，确保检修物资及时供应。
 
 5 改造效果与数据分析
 
多家钢铁企业的改造实践验证了上述优化检修技术的有效性。
 
邯钢邯宝炼铁厂2台360 m²烧结工艺配置的415 m²环冷机，原配套5台710 kW环冷鼓风机，风量450 000 m³/h。因漏风严重，除冬季少数时段外，5台风机全开仍难以满足生产需要。经水密封改造后，基本杜绝了漏风情况，维护费用显著降低。
 
东方润安集团新型全能水密封环冷机投运后，漏风率降低至3%以下，冷却风机工作耗电量同比降低20%。余热回收方面，高温烟气温度近500℃，吨矿产汽量同比增加12%。
 
榆钢烧结环冷机改造项目投入运行后，环冷鼓风机由改造前的5台全开减少至3台常开（其中一台变频调整），吨烧结矿发电量提高5 kW·h/t，冷却烧结矿的吨矿耗电量较改造前降低2.5 kW·h/t。
 
转臂式液密封环冷机技术在日照钢铁示范工程项目中得以应用，漏风率由30%～40%下降至5%以下，烧结吨矿耗电量从7.1 kW·h下降到3.55 kW·h、吨矿余热发电量从13 kW·h提高到18 kW·h，余热利用效率提升至60%，年节约标准煤1.17万吨，年减排CO₂ 3.24万吨。冷却风机总装机容量降低50%以上。
 
上述数据表明，系统化的优化检修技术能够显著提升水密封环冷机的运行效能，在节能降耗、余热回收和清洁生产方面带来可观的经济效益与环境效益。
 
 6 结论
 
（1）水密封环冷机在长期连续运行中面临水槽腐蚀磨损、栏板炸裂变形、水槽积料堵塞、卸料故障及冬季防冻等多类典型问题。这些问题相互关联、互为因果，需要从系统层面加以综合治理。
 
（2）关键部件材质升级是解决水槽腐蚀和栏板炸裂的基础性措施。不锈钢水槽的应用、插板耐磨性的提升以及预制砖砌筑工艺的推广，有效延长了设备关键部位的使用寿命。
 
（3）密封结构的多重化设计——水密封与橡胶机械密封的组合应用——显著降低了漏风率。实践表明，经系统优化后环冷机漏风率可控制在5%以下，较传统密封方式降低80%以上。
 
（4）虹吸清料装置等在线清淤技术的研发应用，实现了水槽积料的“免维护+不停机”清理，大幅降低了岗位人员的劳动强度和安全风险。
 
（5）综合检修优化体系的实施可带来显著的节能降耗效果：冷却风机工作耗电量降低20%～40%，吨矿产汽量增加12%以上，为企业降本增效与清洁生产提供了可靠的技术支撑。
 
 
 参考文献
 
[1] 袁冬根, 宫金辉, 张仲勋. 烧结水密封环冷机运行问题及优化检修技术研讨[J]. 冶金与材料, 2026(7).
 
[2] 路伟. 环冷机水密封改造：技术创新助力节能降耗与清洁生产[J]. 金属世界, 2026(1): 99-103. DOI: 10.3969/j.issn.1000-6826.2024.06.1101.
 
[3] 高效节能密封环冷机在莱钢烧结生产中的应用[J]. 山东冶金, 2021(1).
 
[4] 首钢长钢5号烧结环冷机密封改造实践[J]. 山西冶金, 2023(8).
 
[5] 新型高效烧结环冷机密封创新技术[J]. 冶金与材料, 2025(3).