燒結機免停料換臺車技術研發(fā)與應用

王二林

(北京首鋼股份有限公司，河北 唐山 064400)

0 引言

2021年1月按照國家及唐山地區(qū)的環(huán)保及淘汰落后產能的政策要求，北京首鋼股份有限公司6臺99 m2燒結機全部停產。2021年1月16日公司三燒燒結機投入生產，目前燒結工序現(xiàn)有2臺360 m2燒結機在線生產，設計產能740萬t/a；現(xiàn)有3座高爐，其中2座2 650 m3高爐、1座4 000 m3高爐，年需燒結礦約1 150萬t。由于一燒生產線停產，燒結礦產能形成較大缺口，雖然后續(xù)可通過增加塊礦、球團礦的入爐量，但是仍然無法填補燒結礦的缺口，2021年公司外購燒結礦22.9萬t。在此背景下，提升燒結礦產能、減少生產過程中的產量損失就顯得尤為重要。

1 燒結機更換臺車產量損失分析

1.1 燒結機換臺車必要性及產量損失分析

燒結機在日常運轉過程中會因臺車軸承損壞、蓖條燒損、隔熱件燒損，需要臨時停產進行臺車更換，在更換燒結機臺車過程中就會造成產量損失。如果減少更換臺車時臨時停產造成的產量損失，就可進一步提升燒結機的生產效能、減小產能虧口、降低燒結礦的生產成本[1-2]。

為了減少更換臺車時的產量損失，對更換臺車的方式以及造成的產量損失進行了分析：傳統(tǒng)的燒結機更換臺車方式一般在燒結機上層靠近機尾的臺車掰縫的部位進行更換，見圖1[3-4]。在更換故障臺車時，需將臺車轉至燒結機上層并進行“停料”+“停機”，燒結機在更換臺車過程中的產量損失也主要是由“停料”和“停機”兩部分組成。

1-主星輪；2-軌道；3-正常臺車；4-故障臺車；5-橋式起重機；6-尾星輪

1.2 燒結機換臺車“停料”產量損失

所謂“停料”就是要在故障臺車上停止布料，并將該臺車運行至燒結機機尾換臺車位置。其中“停料”的產量損失可分成兩部分：一部分是由于故障臺車在機頭未布料造成的產量損失；另一部分是未布料的臺車從燒結機機頭運行至燒結機機尾會造成大量的系統(tǒng)漏風，從而對燒結過程造成產量損失。

以北京首鋼股份有限公司三燒360 m2燒結機為例：燒結臺車為4.5 m×1.5 m，燒結礦日產約13 000 t，燒結機機速為2 m/s，燒結機布料厚度800 mm，燒結混合料堆比重約為1.65 t/m3，出礦率80%。

單塊燒結臺車不布料的損失為4.5×1.5×0.8×1.65×80%=7.128 t

因未布料的臺車從燒結機機頭運行至燒結機機尾會造成大量的系統(tǒng)漏風，該部分產量理論計算相對復雜，按照實際經驗測定三燒360 m2燒結機約為90 t。

1.3 燒結機換臺車“停機”產量損失

所謂“停機”就是在更換臺車過程中需要停止燒結機的運行，將所需更換的臺車進行吊出并吊入修復好的臺車。在此過程中燒結機需要停機，主抽風機需要壓風門操作，故在換臺車過程中燒結過程中斷，造成了一定的產量損失。傳統(tǒng)更換臺車一般在燒結機機尾靠近機尾臺車掰縫位置進行更換，用時大約10 min。

按照日產燒結礦13 000 t，更換一塊臺車損失為13 000÷24÷60×10=90.278 t

1.4 燒結機換臺車產量損失及改進分析

通過以上計算及經驗測定，目前生產過程中每更換一塊臺車產量損失為7.128+90+90.278=187.41 t。

傳統(tǒng)更換臺車方式，由于故障臺車無法布料，該臺車處產生大量漏風，進而造成其周邊臺車參與燒結的風量不足，形成局部燒結不暢；換臺車時需要先關閉主抽風機風門，更換完成后需要再次開啟主抽風機風門，此過程造成燒結中斷；以上問題均會造成燒結返礦增多、從而影響燒結礦的產量。

經過對更換臺車的方式以及造成的產量損失研究，在更換臺車過程中需要將故障臺車吊出、新臺車吊入，所以“停機”造成的產量損失難以避免。如果在臺車未布料前完成更換就可以避免“停料”造成的產量損失，故需要研究免停料更換臺車技術。

2 免停料更換臺車技術路線選擇

2.1 燒結機更換臺車條件分析

在確定免停料更換臺車技術路線時，需要對現(xiàn)行換臺車必要條件進行研究：以臺車體為研究對象，如圖2所示正常在上層軌道運行的臺車受到后部臺車的推力F以及前部臺車與軌道摩擦力形成的反向推力Nf，臺車自身重力W，軌道對其車輪A、B支撐力NA、NB，臺車處于平衡狀態(tài)，故可正常向前運動。

圖2 正常臺車受力分析

通過分析得知，臺車2受到后部臺車1的推力F以及前部臺車3與軌道摩擦力形成的反向推力Nf。。臺車2僅能沿運行方向運動，起重機難以將其向上吊起。為了保證故障臺車的正常起吊，應選擇在靠近掰縫位置進行更換。據此分析，能夠符合故障臺車不受到前后臺車作用力的部位共有4個部位：上層靠近掰縫位置、下層靠近掰縫位置、主星輪、尾星輪，這4個部位具備起吊臺車的條件。

2.2 免停料更換臺車技術路線選擇

對具備臺車起吊條件的4個部位，對在該位置更換臺車是否停料條件、起吊條件優(yōu)劣、空間要求高低進行了對比，情況見表1。

表1 免停料更換臺車技術路線對比表

通過對比分析，具備免停料條件的有下層靠近掰縫位置、主星輪有臺車位置、尾星輪有臺車位置。其中尾星輪有臺車位置溫度高、粉塵大，有大塊的燒結礦墜落的風險，起吊條件差。下層靠近掰縫位置需要橫向或向下移出臺車，對空間要求較高。燒結機主星輪有臺車位置頭部環(huán)境較好，且機頭更換臺車能夠精確控制臺車位置，便于操作控制，空間結構便于實現(xiàn)等優(yōu)點。

經過對比，在具備免停料更換臺車的技術路線中，在主星輪有臺車位置進行更換技術路線相對合理。

3 免停料更換臺車方案實現(xiàn)

3.1 現(xiàn)有研究對比分析

2017年國內某設計院曾研究在燒結機頭部使用上下雙軌模式更換臺車。機頭外彎道分為上、下部可動外彎道和中部固定外彎道三部分。臺車進入頭部星輪后，在下部彎軌處頭輪推動故障臺車到合適位置，打開下部可動外彎道將故障臺車推出，然后關閉下部可動外彎道，轉動燒結機，待臺車缺口位置到達上部軌道處，打開上部可動外彎道，將備件臺車合入，關閉上部可動外彎道[8]。

該方案雖然實現(xiàn)了臺車備件的更換，但具有明顯的缺點：①臺車在下部出彎軌時，臺車受自重影響會有短暫墜落的過程。臺車自重較大，對彎軌的損傷明顯，且臺車落點位置難以精準控制。如果落點偏差過大，容易造成故障臺車無法取出。②該過程中臺車定位操作要求精度高、實現(xiàn)困難，且一旦誤操作，損失巨大。如果一旦出現(xiàn)空齒的主星輪轉過預期位置，將會造成燒結機主星輪空齒。一旦燒結機主星輪空齒后，只能將上層臺車吊出，重新進行合臺車操作；故障停機6小時以上。③彎軌裝置操作復雜，需要兩次停機，造成生產中斷時間長，和普通臺車更換方式相比，經濟和操作效益沒有優(yōu)勢。

由于該方案存在較大缺陷，故僅停留在理論探索階段并未進行實際工業(yè)應用。

3.2 免停料更換臺車方案

為安全、可靠地實現(xiàn)免停料換臺車技術，研究出一種在主星輪上部10-11點鐘方向更換的方案[5-6]。

如圖3，該方案由十部分構成。實施過程為：機頭外側彎軌分成分體式機頭彎軌固定部分、分體式機頭彎軌移動部分兩部分。正常生產過程中可使用彎軌鎖緊裝置，將分體式機頭彎軌固定部分和分體式機頭彎軌移動部分鎖緊成為一體。需要更換燒結機臺車時，可將彎軌鎖緊裝置打開，移開分體式機頭彎軌移動部分，使用電動單梁吊將燒結機臺車吊出進行更換。更換完成后將分體式機頭彎軌移動部分移回原位，鎖緊彎軌鎖緊裝置，使分體式機頭彎軌固定部分、分體式機頭彎軌移動部分變?yōu)橐惑w，保證燒結機正常運行。

1-電動單梁吊；2-分體式機頭彎軌固定部分；3-分體式機頭彎軌移動部分；4-彎軌鎖緊裝置；5-燒結機臺車；6-主星輪；7-尾星輪；8-機尾彎道；9-上軌道；10-下軌道

該方案對比現(xiàn)有技術優(yōu)勢：①在機頭更換臺車可實現(xiàn)免停料更換，避免了傳統(tǒng)更換臺車時“停料”造成的損失。②只需一次停機即可實現(xiàn)臺車更換，更換效率高，具有較高的經濟效益。③容錯率高，如果更換臺車時出現(xiàn)停機超過既定位置的情況，待下個周期更換即可。

4 應用情況

2021年1月北京首鋼股份有限公司煉鐵作業(yè)部三燒燒結機投產，同年9月三燒燒結機免停料換臺車技術在三燒燒結機成功應用，見圖4。

圖4 免停料更換臺車現(xiàn)場操作圖

目前三燒燒結機更換臺車均在機頭彎道位置進行更換，該方案年減少燒結礦損失約2.62萬t，年效益524.49萬元。

該方案燒結機主廠房需新增一臺電動單梁懸掛起重機，該起重機最大起吊重量16 t，高度5 m，增加投入84 976元，預計壽命20年，年折合成本為84 976÷20=4 248.8元/年。常規(guī)更換臺車，時間10分鐘左右，理論測算每次影響產量187.41 t(經對二燒燒結機實際統(tǒng)計影響產量在170～200 t左右，與理論測算大致相同)。統(tǒng)計2022年1～6月份三燒臺車更換記錄，平均更換時間是5分鐘，每次更換臺車對產量的影響是41.6 t左右，對比常規(guī)臺車更換，時間縮短一半，對產量的影響降低了77.8%。每年需更換臺車約180次，燒結礦加工效益按照200元/t測算，采用免停料換臺車方式與傳統(tǒng)換臺車方式相比，其年效益為：(187.41-41.6)×180×200-4 248.8=524.49萬元。

5 結語

目前燒結機更換均在機尾上層靠近掰縫處進行更換，免停料更換臺車技術的研發(fā)從根本上改變了燒結機換臺車時必須要“停料”的現(xiàn)狀，解決了傳統(tǒng)的燒結機換臺車時因“停料”造成的產量損失。該技術在北京首鋼股份有限公司煉鐵作業(yè)部三燒燒結機的成功投用及長時間應用，進一步驗證了該方案的可行性。免停料更換臺車技術為燒結行業(yè)提供了一種新的、高效換臺車技術。