攔焦車爐前刮板機高溫穩定運行技術改造

耿宙

（云南曲煤焦化實業發展有限公司，云南 曲靖 655331）

5.5m搗固焦爐，配套FRC5541型除塵攔焦車，是咸陽四環工業裝備公司研發的大型煉焦關鍵設備，現已在全國廣泛使用。該設備運行于焦爐出焦側的軌道上，作用是將炭化室內推出的紅焦，通過車上的導焦柵、刮板機完全接運進熄焦車內，實現接焦和消塵的機械化作業。機車上的爐前刮板機，因接觸高溫易損壞，且難以修復，最終會造成整個尾焦回收刮板機組無法使用。由此帶來人工鏟運勞動強度增加、單爐操作時間延長、頭尾焦回收不徹底、焦粉二次揚塵污染等問題，一直成為困擾著同行的難題。

1 頭尾焦輸送裝置存在問題

除塵攔焦車，基本上操作安全便捷，只是頭尾焦收集裝置，作為一個相對獨立的運行單元，自投用后很快就成為檢修的重點。該單元主要由4條刮板輸送機首尾相接組成，起到將摘門和推焦過程中的小粒焦輸送到熄焦車廂內的作用。生產中，由于煉焦生產垮焦現象普遍存在，當爐門摘開后部分灼熱的焦炭塌下，并堆積在爐前刮板機格柵上和前廂體處。操作人員須及時用水沖滅這些紅焦后，才能靠近鏟除，然后繼續生產。爐前刮板機，在這種工況下，讓原來看似堅固的刮板機格柵蓋板輻條斷裂和大量翹起，大塊紅焦進入機廂內。前廂體也因變形嚴重，使刮條在運行中受阻，導致強行拉斷鏈條或因過載損壞減速機、電機。許多公司曾嘗試加固或更換鑄鐵等材料，為此付出很多人力財力，但最終由于效果不佳，只能頻繁檢修維持，甚至放棄使用。

2 分析原因及解決措施

爐前刮板機，在短時間內，承受溫差大、頻次高：從常溫很快被烘烤到1200℃的高溫，再被冷水沖淋降溫；經受著升溫、降溫的驟然變化，金屬熱脹冷縮下產生交變應力，超過了金屬本身及焊接強度，因而很快損壞。掌握變形損壞部位金屬材料在使用溫度下的變化情況，并重新改進受熱部位的結構，滿足金屬材料在不同溫度范圍內的形變規律，才能盡量避免溫度帶來的變形和應力破壞。同時本著科學合理、低成本的原則，實現惡劣工況下刮板機的長周期穩定運行。

2.1 格柵蓋板

原格柵蓋板每塊規格為600 mm×500mm，由φ25×500mm的圓鋼，間隔40mm焊接在2根600 mm的5號角鋼上，依次鋪蓋在刮板機上部。出焦過程中，每天約產生頭尾焦6t。這些小的焦丁、焦粉、焦油塊等雜物，自然從圓鋼間距中漏下，然后通過各條刮板機轉運至熄焦車內，密封環保地完成機械化運輸。但格柵一旦因圓鋼受熱變形或脫焊損壞，很多大塊焦也進入刮板機內，堵塞和超出刮板機運輸量后造成無法運行。

圓鋼的實際變化計算：

式中：α為線膨脹系數，1/℃；L為膨脹前長度，mm；t為升高的溫度，℃；ΔL為膨脹量，mm。

從（1）式得知，500 mm長的圓鋼在高溫工況下膨脹量為10mm（被冷水噴灑后收縮量也一樣）。由此產生的應力，在實際使用中，足以拉斷焊縫或拉變形整個格柵。在采用加粗圓鋼和加固焊縫的方法后依然如此。新格柵蓋板結構考慮伸縮量不是很多，可以讓圓鋼自由伸縮，自然消除熱脹冷縮帶來的應力破壞。改進實施中，保持原材料和尺寸不變，蓋板的一端依然是圓鋼與角鋼焊接固定，另一端則增加圓鋼卡。將一截角鋼反扣，與5號角鋼焊接固定，圓鋼另一頭在角鋼卡內被定位，但沒焊接。各根圓鋼在管卡內實現自由伸縮，改造前、后蓋板如圖1所示。

圖1 格柵蓋板改造前后對比圖

2.2 刮板機廂（前面）

原廂體采用10mm厚的Q235鋼板，焊接成一個400×400mm的凹型廂體。在鏈輪的帶動下，刮板從上到下循環運行。主刮板機總長9.5m，在炭化室出焦時，約有4 m長的廂前板，會被許多紅焦堆積燒烤。

從（1）式得知，廂體在4m長的范圍內，膨脹量達84.5mm。由此產生的應力，頻繁拉斷10 mm厚的鋼板焊縫，或導致前廂板嚴重變形，進而造成刮條在運行中卡阻損壞。無論加固加厚鋼板，或將材料更換為鑄鐵板，都不能解決問題。而且，由于廂體是焊接封閉的，不可能再采用自由伸縮式的結構。新的改進是：從結構上，在前廂體受熱部位增加一個寬80mm的夾層，中間充水形成水夾套。利用水的沸點最高為100℃的特性，確保前廂板從常溫20℃，最高只能升到100℃。此時，在4m廂體的伸縮量僅為5.6mm，產生的應力也很小，不會造成損壞。為避免夾套內水的高溫蒸發，在刮板機旁，設計安裝高度適合的、容量為1t的補水箱。用φ25的鋼管與水夾套連通，利用落差自動補充夾套水，保持水量的恒定。同時，在夾套的最高點，安裝一根排氣管，可及時排出產生的水蒸汽。改造前、后結構如圖2所示。

圖2 刮板機廂改造前后對比圖

3 效果分析

3.1 經濟效益

3.1.1 尾焦回收率

據統計，煉焦生產平均每天產生頭尾焦約6t，因人工回收不徹底，每天損失小粒焦在1t以上。刮板機修復后，一年至少多回收365t。按焦產品中最低價格的焦粉850元/t計算，每年可增收365×870=317550元。另外，雖不便計算人工、機車配合耽擱的生產時間，但降低員工的勞動強度和煉焦生產緊張系數也是明顯的。

3.1.2 改造成本

改造成本詳見表1。

表1 刮板機改造成本一覽表

3.1.3 降低檢修費用

改造后，每年降低的檢修費用詳見表2。

表2 每年節省的檢修費用

兩臺攔焦車爐前刮板機改進后，大修周期由3個月延長到2年，檢修費用、備件費用大幅降低，為裝置的穩定運行提供了可靠的保障，且尾焦回收率100%。因此，本次改造達到了預期的回收目標，徹底解決了原來一周修數次，一個季度大修一次的情況。在全國同類設備中，率先實現了長周期運行，滿足了生產操作的需要，并且每年增加的經濟效益在40萬元以上。

3.2 社會效益

刮板機正常使用后，由于是封閉式的收集運輸，產生的焦丁焦粉全部回收，避免了二次揚塵帶來的環境污染，減少粉塵對員工的身體危害，降低了員工勞動強度，達到了降本增效、減少環境污染的目的。

4 結語

通過改造，將溫度帶來的應力破壞，采用改變結構的方式消除。兩種新的結構，設計科學合理、簡單實用、針對性強，特點是投資小，效果好。生產實踐證明，設備運行完全可靠，運行效率也明顯提高。本次的改進措施，具有在同工況設備上引用推廣的價值。