耿宙

（云南曲煤焦化实业发展有限公司，云南 曲靖 655331）

5.5m捣固焦炉，配套FRC5541型除尘拦焦车，是咸阳四环工业装备公司研发的大型炼焦关键设备，现已在全国广泛使用。该设备运行于焦炉出焦侧的轨道上，作用是将炭化室内推出的红焦，通过车上的导焦栅、刮板机完全接运进熄焦车内，实现接焦和消尘的机械化作业。机车上的炉前刮板机，因接触高温易损坏，且难以修复，最终会造成整个尾焦回收刮板机组无法使用。由此带来人工铲运劳动强度增加、单炉操作时间延长、头尾焦回收不彻底、焦粉二次扬尘污染等问题，一直成为困扰着同行的难题。

1 头尾焦输送装置存在问题

除尘拦焦车，基本上操作安全便捷，只是头尾焦收集装置，作为一个相对独立的运行单元，自投用后很快就成为检修的重点。该单元主要由4条刮板输送机首尾相接组成，起到将摘门和推焦过程中的小粒焦输送到熄焦车厢内的作用。生产中，由于炼焦生产垮焦现象普遍存在，当炉门摘开后部分灼热的焦炭塌下，并堆积在炉前刮板机格栅上和前厢体处。操作人员须及时用水冲灭这些红焦后，才能靠近铲除，然后继续生产。炉前刮板机，在这种工况下，让原来看似坚固的刮板机格栅盖板辐条断裂和大量翘起，大块红焦进入机厢内。前厢体也因变形严重，使刮条在运行中受阻，导致强行拉断链条或因过载损坏减速机、电机。许多公司曾尝试加固或更换铸铁等材料，为此付出很多人力财力，但最终由于效果不佳，只能频繁检修维持，甚至放弃使用。

2 分析原因及解决措施

炉前刮板机，在短时间内，承受温差大、频次高：从常温很快被烘烤到1200℃的高温，再被冷水冲淋降温；经受着升温、降温的骤然变化，金属热胀冷缩下产生交变应力，超过了金属本身及焊接强度，因而很快损坏。掌握变形损坏部位金属材料在使用温度下的变化情况，并重新改进受热部位的结构，满足金属材料在不同温度范围内的形变规律，才能尽量避免温度带来的变形和应力破坏。同时本着科学合理、低成本的原则，实现恶劣工况下刮板机的长周期稳定运行。

2.1 格栅盖板

原格栅盖板每块规格为600 mm×500mm，由φ25×500mm的圆钢，间隔40mm焊接在2根600 mm的5号角钢上，依次铺盖在刮板机上部。出焦过程中，每天约产生头尾焦6t。这些小的焦丁、焦粉、焦油块等杂物，自然从圆钢间距中漏下，然后通过各条刮板机转运至熄焦车内，密封环保地完成机械化运输。但格栅一旦因圆钢受热变形或脱焊损坏，很多大块焦也进入刮板机内，堵塞和超出刮板机运输量后造成无法运行。

圆钢的实际变化计算：

式中：α为线膨胀系数，1/℃；L为膨胀前长度，mm；t为升高的温度，℃；ΔL为膨胀量，mm。

从（1）式得知，500 mm长的圆钢在高温工况下膨胀量为10mm（被冷水喷洒后收缩量也一样）。由此产生的应力，在实际使用中，足以拉断焊缝或拉变形整个格栅。在采用加粗圆钢和加固焊缝的方法后依然如此。新格栅盖板结构考虑伸缩量不是很多，可以让圆钢自由伸缩，自然消除热胀冷缩带来的应力破坏。改进实施中，保持原材料和尺寸不变，盖板的一端依然是圆钢与角钢焊接固定，另一端则增加圆钢卡。将一截角钢反扣，与5号角钢焊接固定，圆钢另一头在角钢卡内被定位，但没焊接。各根圆钢在管卡内实现自由伸缩，改造前、后盖板如图1所示。

图1 格栅盖板改造前后对比图

2.2 刮板机厢（前面）

原厢体采用10mm厚的Q235钢板，焊接成一个400×400mm的凹型厢体。在链轮的带动下，刮板从上到下循环运行。主刮板机总长9.5m，在炭化室出焦时，约有4 m长的厢前板，会被许多红焦堆积烧烤。

从（1）式得知，厢体在4m长的范围内，膨胀量达84.5mm。由此产生的应力，频繁拉断10 mm厚的钢板焊缝，或导致前厢板严重变形，进而造成刮条在运行中卡阻损坏。无论加固加厚钢板，或将材料更换为铸铁板，都不能解决问题。而且，由于厢体是焊接封闭的，不可能再采用自由伸缩式的结构。新的改进是：从结构上，在前厢体受热部位增加一个宽80mm的夹层，中间充水形成水夹套。利用水的沸点最高为100℃的特性，确保前厢板从常温20℃，最高只能升到100℃。此时，在4m厢体的伸缩量仅为5.6mm，产生的应力也很小，不会造成损坏。为避免夹套内水的高温蒸发，在刮板机旁，设计安装高度适合的、容量为1t的补水箱。用φ25的钢管与水夹套连通，利用落差自动补充夹套水，保持水量的恒定。同时，在夹套的最高点，安装一根排气管，可及时排出产生的水蒸汽。改造前、后结构如图2所示。

图2 刮板机厢改造前后对比图

3 效果分析

3.1 经济效益

3.1.1 尾焦回收率

据统计，炼焦生产平均每天产生头尾焦约6t，因人工回收不彻底，每天损失小粒焦在1t以上。刮板机修复后，一年至少多回收365t。按焦产品中最低价格的焦粉850元/t计算，每年可增收365×870=317550元。另外，虽不便计算人工、机车配合耽搁的生产时间，但降低员工的劳动强度和炼焦生产紧张系数也是明显的。

3.1.2 改造成本

改造成本详见表1。

表1 刮板机改造成本一览表

3.1.3 降低检修费用

改造后，每年降低的检修费用详见表2。

表2 每年节省的检修费用

两台拦焦车炉前刮板机改进后，大修周期由3个月延长到2年，检修费用、备件费用大幅降低，为装置的稳定运行提供了可靠的保障，且尾焦回收率100%。因此，本次改造达到了预期的回收目标，彻底解决了原来一周修数次，一个季度大修一次的情况。在全国同类设备中，率先实现了长周期运行，满足了生产操作的需要，并且每年增加的经济效益在40万元以上。

3.2 社会效益

刮板机正常使用后，由于是封闭式的收集运输，产生的焦丁焦粉全部回收，避免了二次扬尘带来的环境污染，减少粉尘对员工的身体危害，降低了员工劳动强度，达到了降本增效、减少环境污染的目的。

4 结语

通过改造，将温度带来的应力破坏，采用改变结构的方式消除。两种新的结构，设计科学合理、简单实用、针对性强，特点是投资小，效果好。生产实践证明，设备运行完全可靠，运行效率也明显提高。本次的改进措施，具有在同工况设备上引用推广的价值。