高爐布料溜槽襯板固定方式探討

蘭大偉 孟翠娥

(秦皇島秦冶重工有限公司 河北秦皇島066318)

在高爐煉鐵中，高爐無料鐘爐頂設備中布料溜槽的作用是將各種爐料(燒結礦、塊礦、球團、焦炭、焦丁)按預先制定的布料方式布到高爐爐喉內，2600m3級高爐，布料溜槽每天的過料量達1.5萬t，爐料下落時對布料溜槽的沖擊和磨損使得溜槽襯板磨穿、脫落，嚴重影響了布料溜槽的壽命，直接影響高爐生產。

1 常見布料溜槽的破壞形式

布料溜槽的破壞形式有:①襯板碎裂，見圖1;②襯板脫落，溜槽本體磨穿，見圖2;③襯板磨穿，見圖3;④溜槽燒損，見圖4;⑤料流沖刷使壓板磨損、壓板脫落，而使溜槽襯板變形伸向一邊，見圖5、6。

襯板的耐磨性和抗沖擊性是布料溜槽長壽命的保證。經過多年實踐發(fā)現(xiàn)，在保證了溜槽襯板以上性能的前提下，襯板與布料溜槽本體的固定方式是制約溜槽壽命的關鍵。

圖2 溜槽襯板脫落且本體磨穿

圖3 溜槽襯板局部磨穿

圖4 溜槽整體燒損

圖5 溜槽壓板脫落

圖6 襯板向一側伸出

2 目前布料溜槽襯板的固定方式

通常的設計中，采用壓板和緊固件將襯板固定在溜槽本體上，見圖7，壓板與襯板之間預留膨脹縫2～3mm。

圖7 襯板通常固定方式

優(yōu)點:簡單易行。

缺點:布料溜槽在高爐運行時，隨著爐頂溫度升高，溜槽本體和襯板發(fā)生熱漲，但熱漲后變形不一致，緊固螺栓受剪切損壞，壓板脫落，導致襯板下落，溜槽本體很快磨穿。

受剪切原因:各塊襯板之間有間隙，在落料時，一些粉狀料從間隙進入襯板下面，在襯板受熱膨脹時，襯板下部上拱，兩翼上伸，剪斷螺栓。

對以上固定方式，采用SOLIDWORKS分析，對溜槽襯板和本體加載邊界條件，在襯板單邊固定的情況下，襯板一邊在Y方向上與本體的最大相對位移達到32.21mm，若平均到雙側，則每邊相對位移達16.1mm，見圖8。

圖8 襯板與本體變形量分析

在制造和使用中往往中間不是固定的，僅在襯板兩上端面加壓板固定，襯板與本體間相對位移較大(圖8)。

為控制襯板與本體的相對位移量，采取將溜槽本體與襯板在中部沿軸線方向固定的方式，加載相同的邊界條件，用SOLIDWORKS進行位移分析，得出Y向位移圖，見圖9。

從圖9中可以看出，在襯板與本體沿軸線方向相對固定的情況下，襯板與本體上端最大Y向位移僅有0.6mm。與圖7中的固定方式對比，大大減少了相對位移。

圖9 襯板沿軸向固定時的變形量分析

3 幾種可能的固定方式分析

3.1 柱銷固定方式

在襯板和溜槽本體之間的軸向中線上用一列柱銷聯(lián)接。溜槽本體開沿軸線方向的橢圓長孔，留出本體的軸向熱漲量空間，見圖10。

優(yōu)點:襯板與溜槽本體受熱膨脹時，襯板與溜槽本體始終不分離，襯板沿軸線固定向兩翼伸出，伸出量得到控制，中間柱銷不受剪切;沿軸線伸長時，橢圓孔給出熱漲量空間，柱銷依然不受剪切。

缺點:柱銷頭部必須做耐磨處理。

圖10 柱銷固定方式

3.2 塞焊固定方式

在溜槽本體上打孔，襯板與溜槽本體之間在軸線方向塞焊，見圖11。

優(yōu)點:操作性好，適用于沖擊性不大，常溫場合，如受料斗、翻板閥。

缺點:溜槽本體和襯板高溫時膨脹量不一致，容易使焊點開焊。不適宜作高爐布料溜槽襯板的固定。

圖11 塞焊固定方式

3.3 臍銷壓板固定方式

在襯板的背面做出臍銷，直接插入溜槽本體的孔中。見圖12。

優(yōu)點:結構簡單，可靠，襯板變形與溜槽本體不受熱漲量限制。襯板更換方便。更適合鑄造襯板的固定。

缺點:臍銷與襯板一體式結構，襯板制作不方便?？刹捎媚氫N插焊形式解決，但焊角尺寸受限制。可用于鑄造襯板。

3.4 柱銷壓板固定方式(見圖13)

柱銷與壓板組合使用，壓板與襯板之間留有一定間隙，增加安全系數，即使固定壓板的螺栓剪斷，壓板脫落后襯板也不會脫落。適合于任何襯板的固定。

圖12 臍銷壓板固定方式

圖13 柱銷壓板固定方式

3.5 塞焊壓板固定方式(見圖14)

優(yōu)點:集壓板固定方式和點焊固定方式的優(yōu)點。

缺點:溜槽本體和襯板高溫時膨脹量不一致，容易使焊點開焊。不適宜作高爐布料溜槽襯板的固定。

圖14 塞焊壓板固定方式

3.6 壓板卡槽固定方式(見圖15)

優(yōu)點:在溜槽本體上開卡槽，壓板與襯板之間留有間隙，把原先螺栓受剪切改為凸臺受剪切。提高了抗剪切能力，襯板不容易脫落。

缺點:溜槽本體加工費用高。不能夠阻止襯板的上翹及兩側熱漲伸出，壓板與襯板之間必須留足夠的間隙。

圖15 壓板卡槽固定方式

4 結論

通過加強布料溜槽襯板固定的可靠性，可以大幅度提高布料溜槽的使用壽命，結合實際情況，選用軸線方向固定方式，這樣即可避免襯板上翹，造成襯板與溜槽本體產生大的間隙，又能控制襯板受熱后單方向產生大的變形;同時在設計制作中，在壓板與襯板之間預留間隙，有效地控制襯板變形引起的剪切力對緊固件的影響(如圖12、13，即使襯板被磨穿也不脫落)，大大提高了抗熱變形能力，防止螺栓剪斷、襯板脫落，延長了布料溜槽的使用壽命，并在實際應用中得到證實。

［1］錢濱江等.簡明傳熱手冊.北京:高等教育出版社，1983.

［2］孫建勇.硬質合金耐磨襯板在煉鐵高爐中的應用.冶金設備，2010(3).

［3］劉越等.高爐溜槽襯板研究和應用現(xiàn)狀.鑄造，2009(58).

［4］華成.無料鐘爐頂布料溜槽的綜合分析.冶金設備，2010(6).

［5］魏圓良等.高爐布料溜槽硬質合金襯板的研制.金屬加工(熱加工)，2013(10).