張祥普
(攀鋼集團西昌鋼釩有限公司煤化工廠,四川西昌 615012)
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備的企業(yè)單位。
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。
6.25 m搗固焦爐配套的SCP機雖然裝備精良、技術先進、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,與爐口導向板相撞,造成振動,導致煤餅垮塌。
(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。
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。
按照最初的設計煤餅的形狀,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,要使煤餅能夠順利地進入炭化室,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
4.3.1 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)櫥鶆颍夜┯土客ㄟ^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
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機設備及其焦爐設備的因素。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[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.
[2] 蘇宜春.煉焦工藝學[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1994.