影響SCP機搗固煤餅的穩(wěn)定因素分析

張祥普

(攀鋼集團西昌鋼釩有限公司煤化工廠，四川西昌 615012)

1 引言

攀鋼西昌6.25 m搗固焦爐是國內(nèi)首家大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)建成投產(chǎn)的大型搗固焦爐，攀鋼集團煤化工廠也是繼唐山佳華之后的第二家擁有如此大型、如此高水平的搗固焦爐設(shè)備的企業(yè)單位。

2 6．25 m搗固焦爐使用的SCP機簡介

SCP機是Stamping-Charging-Pushing machine的縮寫，即搗固、裝煤、推焦一體機，可在車上同時完成搗固、推焦、裝煤過程。全長26 m，高 26 m，寬 34.9 m，總重量約 1250 t，裝機容量1250 kW。

SCP機工作于焦爐機側(cè)，搗固操作時，由帶式輸送機往SCP機煤斗給煤，煤料通過搖動給料器將煤送入搗固煤箱內(nèi)，同時煤料由搗固機的偏心輪拋起的搗固錘夯實，搗固成煤餅，再由裝煤裝置將搗固成形的煤餅從機側(cè)送入炭化室。上料裝置采用伸縮皮帶與小車，利用多錘固定式搗固將煤隨時供給移動的搗固裝煤。在搗固煤餅的過程中，搗固裝煤推焦機的其它操作不受搗固操作影響，有效地提高了機車工作效率。

SCP機采用車載PLC控制系統(tǒng)完成所有主要功能，同時在焦爐機械設(shè)備遠程中心PLC系統(tǒng)的監(jiān)控下運行?？蓪崿F(xiàn)全自動、半自動、單步操作以及現(xiàn)場手動操作，具有很高的自動化控制水平。且具有全自動控制、全自動一次對位(精度達到±5 mm)和爐門自動記憶等技術(shù)。

3 SCP機搗固煤餅的不穩(wěn)定表現(xiàn)及影響煤餅穩(wěn)定性的因素

6．25 m搗固焦爐配套的SCP機雖然裝備精良、技術(shù)先進、作業(yè)效率高。但SCP機裝煤過程中要求煤餅不倒塌或是不能出現(xiàn)局部缺角倒塌現(xiàn)象。這就是煤餅的穩(wěn)定性，煤餅的穩(wěn)定性用塌餅率來統(tǒng)計。

在實際生產(chǎn)過程煤餅穩(wěn)定性受到各地氣候、煤質(zhì)、水分細度等多種因素的影響。生產(chǎn)初期煤餅經(jīng)常出現(xiàn)垮塌，尤其是極端天氣的情況下。因此搗固焦爐煤餅穩(wěn)定性差是搗固焦爐的最大的弱點之一。自投產(chǎn)以來，主要表現(xiàn)為以下幾種情況。

(1)搗固完成后，在煤餅裝入炭化室之前，一打開活動壁，煤餅就下沉、塌陷，在推送煤餅的過程中出現(xiàn)坍塌。這種現(xiàn)象出現(xiàn)主要是煤餅的抗壓強度不夠造成的，可能是由于水分超標，水分含量大于12%造成的，搗固成型后煤餅下部承受整個煤餅重量的強度降低，也容易造成裝爐過程中垮塌?；蚴敲猴灥膿v固功不足，導(dǎo)致堆積密度與堆積強度達不到要求。

(2)在裝煤過程中煤餅出現(xiàn)裂紋，裂紋方向垂直于托煤底板，一般出現(xiàn)位置為距煤餅前端3～4 m處。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是配合煤搗固后的抗拉強度不夠。裝煤過程中由于裝煤傳動主要是由鏈條傳動，運行不如皮帶或是齒輪傳動平穩(wěn)，在裝煤過程中就會有一定的爬移現(xiàn)象。所以煤餅必須具備一定的抗拉強度，否則就會出現(xiàn)裂紋，嚴重的就會造成前半部分煤餅垮塌，后半部分也無法裝入炭化室。造成煤餅抗拉強度不夠的原因主要有:

①配合煤水分不夠。6.25 m搗固焦爐對配合煤水分要求較高，一般要求在10%至12%之間。如果水分含量低于10%，煤質(zhì)的粘度較差，成型后的煤餅由于粘度較差，相互之間的粘結(jié)性能差，成型后的煤餅抗拉強度不夠。

②配合煤細度差不達標。6.25 m搗固焦爐對配合煤細度要求很高，通過長期的實驗和經(jīng)驗總結(jié)，配合煤細度要求配合煤中，粒度小于等于3mm的占88%～92%時，煤餅成型效果較好。配合煤的細度過小，煤餅成型就需要更多的搗固功才能保證煤餅成型，就目前的搗固結(jié)構(gòu)，就容易造成煤粒之間的粘結(jié)性差，煤餅松散，穩(wěn)定性差;如果配合煤細度過高，就會造成煤的堆積密度和抗壓強度降低，也會造成煤餅塌陷。

③托煤底板剛度不夠時也會造成煤餅開裂。當裝煤時，托煤底板伸出過程中，在煤餅壓力的作用下會出現(xiàn)向下彎曲。當彎曲程度超出一定范圍時，煤餅剪力會超出煤餅本身的抗剪能力，這時就會出現(xiàn)煤餅拉裂。

(3)在裝煤過程中，煤餅前部分垮塌或是缺角;在整個裝煤過程中，煤餅部分垮塌或是缺角是最常見的塌餅想象。經(jīng)過多方面的觀察和經(jīng)驗總結(jié)，主要有以下幾種原因可能導(dǎo)致部分垮塌或是缺角。

①首先是搗固功不足，搗固功不足可能導(dǎo)致煤餅的成型能力差，在裝煤過程中，稍微遇到振動就會造成垮餅現(xiàn)象。

②其次是托煤底板潤滑不良，托煤底板在滑道上滑行，如果出現(xiàn)潤滑不良，托煤底板在裝煤過程中就會出現(xiàn)爬移和振動，也會造成煤餅垮塌。

③再次可能是托煤底板導(dǎo)向板磨損，托煤底板在裝煤過程中不能與炭化室中心線對齊，托煤底板撞到爐墻造成振動而垮餅。

④最后就是托煤底板滑道磨損，或是托煤底板前支撐面磨損，造成托煤底板進入炭化室門口時，與爐口導(dǎo)向板相撞，造成振動，導(dǎo)致煤餅垮塌。

(4)裝煤過程中，煤餅不能全部裝到位。這種情況經(jīng)常出現(xiàn)，而且越到最后裝煤電流越高。發(fā)生這種情況的主要原因有兩種:一種是焦爐炭化室底部有較多的碎焦炭，這種碎焦炭會在炭化室的焦側(cè)端堆積，抵住前行的托煤底板和煤餅造成裝煤不到位;另一種情況就是炭化室結(jié)石墨。所謂的石墨是煤炭在高溫條件下?lián)]發(fā)物在爐墻的結(jié)晶物，由于其硬度較大，大量的結(jié)晶物累積而成的石墨會阻礙煤餅進入炭化室，造成裝煤阻力增加，電流增大，同時伴隨煤餅的垮塌。

4 SCP機搗固煤餅的優(yōu)化

4．1 搗固功優(yōu)化

搗固功是指搗固機上的搗固錘作用在煤餅上的機械功(能)，搗固一般以搗固單位功表示，公式為:

其中:As——搗固單位功，J/kg;

A——搗固功，J;

Q——煤餅的重量，kg。

根據(jù)6.25 m搗固焦爐的工藝參數(shù)計算，搗固功的公式可以記作:

其中:As—— 搗固單位功，J/kg;

投產(chǎn)初期，攀鋼西昌公司6．25米搗固焦爐單孔操作時間僅15 min，其中搗固時間約10 min。后經(jīng)不斷優(yōu)化，將搗固時間降至8分12秒，實現(xiàn)了設(shè)計初期的目標。所以投產(chǎn)初期，搗固單位功:

優(yōu)化后的搗固功更加合理，能滿足攀鋼西昌鋼釩煤化工廠6.25 m搗固焦爐的正常使用，且能更好地改善煤餅的抗剪強度和堆積密度，有利于煤餅的成型和SCP機的裝煤，提高煤餅的穩(wěn)定性，同時可以有效地減少能量消耗。

4．2 改善煤餅形狀，提高煤餅受力性能

按照最初的設(shè)計煤餅的形狀，側(cè)面是一個等腰梯形，橫斷面也是一個等腰梯形，如圖1所示。

圖1 最初煤餅形狀示意

煤餅的高寬比約13∶1，高寬比較大，要使煤餅?zāi)軌蝽樌剡M入炭化室，所以6.25米搗固焦爐對煤餅的穩(wěn)定性要求較高。為滿足煤餅具有良好的穩(wěn)定性，煤餅形狀設(shè)計成棱臺形狀，煤餅上下厚度差b2=b1，上下煤餅長度差L2－L1≈32 mm，煤餅高度范圍h在5.5～6 m。煤餅的上下厚度差可以通過調(diào)節(jié)活動壁和固定臂支座的墊板得到，上下煤餅長度差可以通過調(diào)節(jié)后擋板的前傾角度和前擋板的角度得到。

后經(jīng)不斷完善，將煤側(cè)面的餅的形狀變成一個有肩臺的等腰梯形，煤餅上下厚度差b2－b1≈12 mm，上下煤餅長度差L2－L1≈32 mm，同時將縱向截面也成了梯形，有利于中心下移，這樣就可以更好地改善煤餅的受力狀況，避免缺角，提高裝煤成功率，改善煤餅的穩(wěn)定性。具體如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前后煤餅形狀示意

4．3 改善設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能和設(shè)備運行的穩(wěn)定性

4．3．1 改善托煤底板的潤滑狀態(tài)

SCP機托煤底板潤滑系統(tǒng)原采用集中潤滑兩臺潤滑泵分別向托煤底板兩側(cè)滑道供油，在使用過程中如果發(fā)生一臺損壞，就會出現(xiàn)單邊供油的不良現(xiàn)象，出現(xiàn)托煤底板跑偏，造成煤餅垮塌。更換潤滑泵恢復(fù)時間較長，也易影響生產(chǎn)操作時間。為此特改造為使用一臺潤滑泵及增加一個分配器，一臺油泵同時向托煤底板兩側(cè)滑道均勻供油，另一臺泵做備用。一旦在線使用的泵發(fā)生故障，可以將泵出油口管道快速接頭拔下，直接安裝到備用泵上，崗位人員五分鐘之內(nèi)自己都可恢復(fù)生產(chǎn)，且可節(jié)約大量的油脂費用。托煤底板潤滑系統(tǒng)改造前后原理對比如圖3所示。

圖3 托煤底板潤滑系統(tǒng)改造前后原理對比

改進后的托煤底板潤滑可以通過一臺氣動潤滑泵對托煤底板的兩側(cè)進行同時供油，供油量通過分配器平均分配到托煤底板兩側(cè)滑道，使?jié)櫥鶆?，而且供油量通過多次優(yōu)化，從最初的每臺車每月10桶減少到現(xiàn)在的每月4桶。以下是托煤底板潤滑程序控制圖4所示。

圖4 SCP機托煤底板潤滑時間控制

從上圖可以看出，經(jīng)多次優(yōu)化后的托煤底板的潤滑時間比原來的減少了三分之二，為西昌鋼釩煤化工廠的降本增效作出了貢獻。

4．3．2 推焦頭增加石墨清掃裝置

推焦過程中余留的焦炭和炭化室在焦炭結(jié)焦過程中生成大量的石墨，在推焦時如果不能及時有效并完全清除干凈的話，在裝煤過程中，石墨會阻礙煤餅前行，造成煤餅垮塌。所以在推焦桿上增加頂部刮刀及側(cè)刮刀。頂部刮刀可以有效清除炭化室頂部堆積的大量石墨，同時可以阻止焦炭從推焦桿上翻的焦炭的數(shù)量，頂部刮刀安裝高度220 mm，寬度480 mm，安裝后使推焦桿總高度達到6.12 m。側(cè)刮刀能夠有效清除炭化室上部兩側(cè)堆積的石墨塊，同時對側(cè)滑靴增加保護板，減少爐墻對側(cè)滑靴的磨損，側(cè)刮刀凸出推焦桿兩邊各20 mm，安裝后使推焦桿總寬度達到480 mm，側(cè)刮刀只安裝推焦桿5米以上部位。5米以下部分因是焦炭區(qū)，不會造成石墨積累，所以不用安裝。推焦桿刮刀安裝效果圖如圖5所示。

圖5 推焦桿刮刀安裝效果

5 結(jié)論

影響6.25米搗固焦爐的SCP機煤餅成型因素較多，除了煤質(zhì)、水分含量、細度等問題外，主要考慮搗固功選擇的合理性，其次考慮煤餅自身的結(jié)構(gòu)和受力情況，再次考慮SCP機設(shè)備及其焦爐設(shè)備的因素。通過以上所涉及到的問題，基本上能解釋大部分垮餅原因，當然許多時候造成垮餅的都是多種因素共同影響的結(jié)果。

就攀鋼西昌鋼釩現(xiàn)有6.25米搗固焦爐SCP機而言，搗固功一般在550 kJ/kg比較合適，且成兩端較低的帶肩臺梯形的煤餅自身受力較好，適合該類型的焦爐生產(chǎn)。其次還要積極查找裝煤過程影響煤餅穩(wěn)定的因素，通過不斷改進設(shè)備存在的缺陷，不斷完善裝煤質(zhì)量。

［1］ 朱良均．搗固煉焦技術(shù)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1992．

［2］ 蘇宜春．煉焦工藝學(xué)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1994．