燒結(jié)機(jī)卸料裝置耐磨性改善

趙軍凱

(河鋼股份有限公司邯鄲分公司 河北邯鄲056015)

1 前言

邯鋼1#435m2燒結(jié)機(jī)是3200m3高爐的配套工程，年產(chǎn)燒結(jié)礦438萬噸，機(jī)尾最大過料量520t/h，平均給料溫度700℃以上。高溫、強(qiáng)沖擊、重載是燒結(jié)機(jī)機(jī)尾工礦環(huán)境的特點(diǎn)，容易造成機(jī)尾導(dǎo)料箱、單輥破碎機(jī)、卸料漏斗等卸料裝置耐磨工作面的磨損、變形、斷裂與損壞，在燒結(jié)生產(chǎn)中，每次檢修都需要投入大量人力、物力對(duì)機(jī)尾漏斗進(jìn)行維護(hù)，這些因素制約著燒結(jié)礦的生產(chǎn)。因此，改善燒結(jié)機(jī)機(jī)尾卸料裝置關(guān)鍵部件耐磨工作面的機(jī)械性能，縮短檢修時(shí)間，提高隨機(jī)作業(yè)率，對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)和維護(hù)有著重要的意義。

本文著重介紹邯鋼1#435m2燒結(jié)機(jī)機(jī)尾導(dǎo)料箱、單輥破碎機(jī)和卸料漏斗等關(guān)鍵部件耐磨性能的改善與提升。

2 問題

2.1 機(jī)尾導(dǎo)料箱問題

機(jī)尾導(dǎo)料箱(簡(jiǎn)稱“導(dǎo)料箱”)安裝于燒結(jié)機(jī)和單輥破碎機(jī)之間，呈階梯式箱體結(jié)構(gòu)布置，起到緩沖燒結(jié)餅下落產(chǎn)生的巨大沖擊力的作用。燒結(jié)礦餅經(jīng)由機(jī)尾導(dǎo)料箱導(dǎo)入單輥破碎機(jī)與單輥篦板之間，再由旋轉(zhuǎn)的錘頭實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦的破碎。主要存在的問題如下：

1)導(dǎo)料箱主要包括底座、進(jìn)料端橫梁、出料端橫梁、斜向階梯導(dǎo)料槽和兩側(cè)襯板(圖1)。在斜向階梯的筋板上安裝耐磨襯板，襯板采用螺栓聯(lián)接固定，由于導(dǎo)料箱工作環(huán)境惡劣，襯板的連接螺栓在高溫、高沖擊作用下容易出現(xiàn)斷裂、失效，導(dǎo)致襯板脫落。一旦脫落的襯板隨燒結(jié)礦進(jìn)入單輥破碎機(jī)與篦板之間，會(huì)造成單輥錘頭損壞或?qū)Я舷湔w移位等嚴(yán)重事故。

圖1 導(dǎo)料箱示意圖

2)導(dǎo)料箱的受料階梯耐磨層和出料端耐磨梁屬易損消耗件，需要定期維護(hù)更換，消耗量大。臺(tái)車翻轉(zhuǎn)時(shí)，燒結(jié)礦餅落差高度約為3～4米，卸落的燒結(jié)餅質(zhì)量可達(dá)5～8噸，在不斷的料流沖擊和高溫腐蝕下，受料階梯和出料端橫梁容易受損變形。當(dāng)變形嚴(yán)重時(shí)，容易發(fā)生出料端橫梁與單輥破碎機(jī)錘頭剮蹭，單輥斷齒和驅(qū)動(dòng)部損壞的重大事故。

3)導(dǎo)料箱兩側(cè)襯板材質(zhì)為Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。當(dāng)溫度達(dá)到600℃以上時(shí)，Q235鋼基本喪失強(qiáng)度和剛度[1]，機(jī)械性能變差，使用壽命短，需要經(jīng)常更換。

2.2 單輥破碎機(jī)問題

單輥破碎機(jī)(簡(jiǎn)稱“破碎機(jī)”)是燒結(jié)生產(chǎn)關(guān)鍵備件之一，由驅(qū)動(dòng)部、單輥轉(zhuǎn)子和單輥篦板體組成，主要作用是破碎從燒結(jié)機(jī)卸出的大塊燒結(jié)礦，以滿足后續(xù)工藝的要求。1#435m2燒結(jié)機(jī)單輥破碎機(jī)采用堆焊耐磨材料與水冷降溫相結(jié)合的方式延長(zhǎng)單輥使用壽命，存在的最突出問題是破碎機(jī)齒冠使用壽命短。在高溫重載的工作環(huán)境中，轉(zhuǎn)子錘頭與高溫高硬度的燒結(jié)礦作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨損的主要形式是高溫狀態(tài)下的磨粒磨損，采用在齒冠上堆焊耐磨材料是提高破碎機(jī)錘頭使用壽命的方法之一。以往使用的堆焊材料為FB-1高鉻抗磨焊，使用情況如下：

FB-1焊條主要化學(xué)成分見表1，堆焊層硬度為HRC50～52。堆焊工藝為：先對(duì)對(duì)焊部位預(yù)熱至300～500℃，然后堆焊J422普通焊條打底，堆焊厚度為10～20mm，最后再連續(xù)堆焊FB-1高鉻抗磨焊條，堆焊層厚度為50～60mm，為防止堆焊層急冷，焊接后用石棉氈覆蓋焊接區(qū)域，保溫十二小時(shí)以上，以消除內(nèi)部應(yīng)力，防止裂紋產(chǎn)生[2]。堆焊修復(fù)過的單輥錘頭平均使用壽命60天以上，低于寶鋼煉鐵廠單輥破碎機(jī)轉(zhuǎn)子錘頭堆焊修復(fù)后使用110天的標(biāo)準(zhǔn)，使用效果不理想。

表1 FB-1焊條的主要化學(xué)成分(%)

2.3 卸料漏斗存在的問題

單輥卸料漏斗(簡(jiǎn)稱“卸料漏斗”)位于單輥破碎機(jī)篦板的下方，破碎后的燒結(jié)礦經(jīng)該漏斗卸料至下一個(gè)流程。卸料漏斗是燒結(jié)生產(chǎn)中機(jī)尾受磨損和沖擊最大的裝置之一，主要存在以下問題：

1)卸料漏斗原設(shè)計(jì)為九級(jí)臺(tái)階由上至下依次排列的階梯斜面，臺(tái)階上焊接橫截面為90mm×90mm，長(zhǎng)100mm的合金方鋼形成耐磨工作面，在實(shí)際生產(chǎn)中，燒結(jié)礦自單輥破碎機(jī)卸下時(shí)落差大，對(duì)耐磨工作面沖擊強(qiáng)度高，容易造成耐磨面的斷裂和磨損，甚至損壞漏斗本體。

2)卸料漏斗耐磨工作面使用材料為普通材質(zhì)合金方鋼，使用中發(fā)現(xiàn)，該合金材料耐熱性能不足，燒結(jié)餅的溫度在700℃～800℃，卸料漏斗長(zhǎng)期處于500℃以上的工作環(huán)境，在高溫沖擊和熱載荷的作用下，容易引起鋼坯表面氧化和腐蝕，導(dǎo)致方鋼磨損、變形，焊縫撕裂、甚至造成階梯底板脫落。

3)合金方鋼與卸料漏斗鋼結(jié)構(gòu)支撐連接形式為焊接，每次更換都需要?jiǎng)佑秒姎夂傅裙ぞ?，維修十分不便，檢修時(shí)間較長(zhǎng)。

3 改進(jìn)措施

2018年1月至3月邯鋼1#435m2燒結(jié)機(jī)年修期間，工程技術(shù)人員總結(jié)過去8年生產(chǎn)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，通過理論分析和試驗(yàn)，對(duì)燒結(jié)機(jī)機(jī)尾關(guān)鍵耐磨部件進(jìn)行升級(jí)改造，以期改善其耐磨性能。

3.1 導(dǎo)料箱改進(jìn)

1)改進(jìn)后的導(dǎo)料箱將進(jìn)料端、出料端和中部工作面由耐磨襯板更換為異型耐磨頂帽(圖2)，耐磨頂帽的上部橫板覆蓋在導(dǎo)料箱的迎料面上，下部榫頭通過T型槽沉頭螺栓與斜向階梯支撐板連接，T型槽沉頭螺栓安裝孔上設(shè)置有保護(hù)帽。改進(jìn)后的導(dǎo)料箱進(jìn)、出料端以及斜向階梯型支撐板的工作面上均覆蓋有耐磨頂帽，斜向階梯導(dǎo)料槽的各級(jí)臺(tái)階可以存料形成料襯，保護(hù)耐磨頂帽，延長(zhǎng)使用壽命[3]；T形槽沉頭螺栓不受燒結(jié)礦的直接沖擊，防止耐磨頂帽因螺栓斷裂而造成脫落。在使用過程中，耐磨頂帽損壞時(shí)，只需將頂帽卸下，更換即可，方便靈活。

圖2 異型耐磨頂帽結(jié)構(gòu)示意圖

2)新設(shè)計(jì)的出料端耐磨梁采用水冷措施，在整體鍛鋼母體的基礎(chǔ)上通水降溫，保證耐磨梁的工作溫度在300℃以下，有效防止耐磨梁因熱負(fù)荷沖擊引起的彎曲變形。

3)升級(jí)導(dǎo)料箱兩側(cè)襯板為NM400高強(qiáng)度耐磨鋼。NM400具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，其耐磨性是Q235鋼的3到5倍[4]，可顯著提升兩側(cè)襯板的耐磨損性。升級(jí)后，兩側(cè)襯板使用壽命由三個(gè)月延長(zhǎng)至一年以上，降低維護(hù)成本。NM400與Q235的機(jī)械性能對(duì)比見表2。

3.2 單輥破碎機(jī)改進(jìn)

堆焊材料和堆焊工藝不過關(guān)是制約單輥轉(zhuǎn)子使用壽命的重要因素，因此，亟需找到一種新的材料和方法來提高堆焊質(zhì)量，以延長(zhǎng)單輥轉(zhuǎn)子使用壽命。

堆焊材料的選用主要考慮高溫下的耐磨性能是否符合要求。經(jīng)參考技術(shù)資料與反復(fù)試驗(yàn)，最終選定了某公司研制的VAUTID-145焊絲(法奧迪145.耐磨耐高溫合金焊絲)，簡(jiǎn)稱V-145，主要化學(xué)成分見表3。

表3 VAUTID-145耐磨耐高溫合金焊絲的主要化學(xué)成分(%)

V-145具有最高級(jí)別的抗磨損性能，在500℃～750℃的使用環(huán)境中，硬度達(dá)到：HRC60～HRC66，沉積率約220%[5]，非常適合單輥破碎機(jī)錘頭的堆焊。使用方法：在錘頭破碎方向側(cè)面焊接邊長(zhǎng)15mm，深40mm的方格，用V-145耐磨耐高溫合金焊絲分兩次堆焊，將方格填滿，確保堆焊過程中不產(chǎn)生氣孔，以免影響堆焊層強(qiáng)度。堆焊后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：堆焊層的含碳量達(dá)6%～7%，含鉻量超過35%，在堆焊層彌散分布著大量六角形的碳化鉻硬質(zhì)相。使用4個(gè)月后測(cè)量堆焊層厚度，磨損量?jī)H為10～15mm，是FB-1焊條堆焊層壽命的2～3倍。

通過堆焊材質(zhì)和堆焊工藝的改進(jìn)，成功地解決了單輥破碎機(jī)齒冠的抗磨損性不足等問題，減少了停機(jī)時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了檢修效率。

3.3 卸料漏斗改進(jìn)

1)將階梯斜面臺(tái)階由九級(jí)改為十級(jí)，增加受料緩沖，使燒結(jié)礦對(duì)卸料漏斗的沖擊速度下降，沖擊強(qiáng)度降低，磨損率也隨之減少。

2)在每級(jí)階梯上安裝L型耐磨塊(圖3)，材質(zhì)為：高鉻鑄鐵(RTCr16)，高鉻鑄鐵在550℃～900℃環(huán)境下具有優(yōu)異的耐熱性、耐磨性和耐腐蝕性，能夠抵擋高溫?zé)Y(jié)礦的沖擊[6]。

圖3 L型耐磨塊結(jié)構(gòu)圖

3)卸料漏斗實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)支撐功能與工作面耐磨功能分離和耐磨塊對(duì)工作面的全覆蓋。由L型耐磨塊組成的臺(tái)階可以形成燒結(jié)礦料襯，由于料襯的保護(hù)，有效隔離了環(huán)境溫度，避免了金屬耐磨塊長(zhǎng)時(shí)間在高溫?zé)嶝?fù)荷工作環(huán)境中發(fā)生氧化和強(qiáng)度降低，耐磨性變差；同時(shí)由于燒結(jié)礦料襯的作用，耐磨工作面的磨損也明顯減少，卸料漏斗壽命顯著延長(zhǎng)。

4)L型耐磨塊與卸料漏斗鋼結(jié)構(gòu)支撐采用沉頭螺栓連接裝配，不直接受燒結(jié)礦沖擊影響，且更換方便，日常檢修即可完成。

4 結(jié)論

2018年4月份，改造完成的燒結(jié)機(jī)機(jī)尾導(dǎo)料箱、單輥破碎機(jī)、卸料漏斗在1#435m2燒結(jié)機(jī)上投入使用，運(yùn)行一年來，未發(fā)生過一起因機(jī)尾耐磨工作面損壞引起的停機(jī)事故。通過檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)料箱、單輥破碎機(jī)和卸料漏斗耐磨工作面的磨損量與變形程度均在合理范圍內(nèi)。此次改造，機(jī)尾導(dǎo)料箱的使用壽命由原來的4～6月提高到1年以上；單輥錘頭的平均壽命由60天延長(zhǎng)至120天左右；卸料漏斗實(shí)現(xiàn)了抗磨損長(zhǎng)壽命工作，檢修周期由40天延長(zhǎng)至180天，檢修時(shí)間由6小時(shí)縮短至2小時(shí)。實(shí)踐證明，工程技術(shù)人員對(duì)燒結(jié)機(jī)機(jī)尾漏斗的改造合理、措施得當(dāng)，達(dá)到了預(yù)期效果。

新的設(shè)計(jì)方案既滿足了生產(chǎn)工藝之要求，亦使燒結(jié)機(jī)機(jī)尾關(guān)鍵部件的耐磨損、抗沖擊性能顯著提升，燒結(jié)機(jī)隨機(jī)作業(yè)率達(dá)到99.8%，對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)降本增效意義重大。