關(guān)爽，何天慶，朱明，張式寶，周智超，祝樹(shù)海

（鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

高爐區(qū)域上料系統(tǒng)、 水渣系統(tǒng)均采用皮帶上料，運(yùn)輸?shù)脑牧霞俺善钒固?、鐵礦石、水渣等，遇到皮帶轉(zhuǎn)向需在轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)置下料斗進(jìn)行中轉(zhuǎn)改向。下料斗是高爐上料、轉(zhuǎn)運(yùn)中重要的生產(chǎn)設(shè)備，主要功能是將運(yùn)送的物料按照設(shè)定好的方向進(jìn)行中轉(zhuǎn)進(jìn)而將其順利送到指定區(qū)域。 下料斗所處的工況環(huán)境較為復(fù)雜，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，輸送物料體量大，且長(zhǎng)時(shí)間受物料的沖刷[1-3]，部分區(qū)域還受高溫、有害氣體、粉塵等不同因素的影響，使用壽命極短。

鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司為了延長(zhǎng)下料斗使用壽命，在設(shè)計(jì)之初全部設(shè)置了內(nèi)置襯板。 自投產(chǎn)以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)先后使用過(guò)16Mn、鑄石、304 白鋼等材質(zhì)的襯板，但或是因?yàn)橐r板自身連接的缺陷造成磨穿脫落劃傷皮帶，影響整個(gè)高爐生產(chǎn)而停用，或是因襯板自身材質(zhì)問(wèn)題造價(jià)極高且使用時(shí)間與自身價(jià)值不成正比，高爐設(shè)備成本增加而停用。 因此，對(duì)高爐下料斗開(kāi)展了長(zhǎng)壽化治理改進(jìn)實(shí)踐，本文對(duì)此做一介紹。

1 存在問(wèn)題

根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)下料斗襯板及母板磨損后剩余材料形狀進(jìn)行分析，具體存在問(wèn)題如下：

（1）合金襯板基本已減薄三分之二以上，沉頭螺栓暴露在料流中，物料的撞擊和料流與襯板的摩擦使螺栓損壞，襯板無(wú)有效連接后與母板分離。

（2）由于大部分脫落均是在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的，部分襯板隨物料進(jìn)入皮帶系統(tǒng)，有些襯板磨損后棱角變得尖銳進(jìn)而劃傷皮帶，影響高爐上料運(yùn)料。

（3）由于母板是由普通的Q235B 型鋼板制作，對(duì)所受撞擊與摩擦抵抗力較弱，下料斗母板沒(méi)有襯板的保護(hù)后直接受料流的撞擊和摩擦，通常三天之內(nèi)就會(huì)磨漏造成大面積漏料，影響上料生產(chǎn)。

2 原因分析

高爐上料系統(tǒng)下料斗磨損原因主要包含兩個(gè)方面：①料流從皮帶高處墜落撞擊襯板或母板造成磨損；②料流在斗壁流淌過(guò)程中與襯板或母板摩擦造成磨損。

下料斗受力分析示意圖見(jiàn)圖1。由圖1 可以看出，皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度越大，料流下墜過(guò)程中水平方向的初始速度越大，進(jìn)而通過(guò)動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)換，料流撞擊襯板或母板的力就越大。下料斗倉(cāng)壁傾斜角越小，料流撞擊倉(cāng)壁的沖擊力（垂直倉(cāng)壁沖擊力）越大，順倉(cāng)壁方向流淌初始力（沿倉(cāng)壁力）越小，料流在倉(cāng)壁停留時(shí)間越長(zhǎng)。同時(shí)，物料自身密度及皮帶距下料斗高度也會(huì)造成從皮帶到倉(cāng)壁勢(shì)能的變化。

圖1 下料斗受力分析示意圖Fig. 1 Schematic Diagram of Stress Analysis of Discharging Hopper

3 改進(jìn)措施

3.1 減小物料的初始動(dòng)能

減小物料的初始動(dòng)能可以降低物料落在襯板上的沖擊力，作用力減小則沖擊荷載變小，進(jìn)而降低對(duì)襯板及母板的損壞。因此，可以通過(guò)調(diào)整皮帶運(yùn)行速度，降低物料水平方向初始動(dòng)能。 同時(shí)，已知重力勢(shì)能公式EP=mgh，由于物料質(zhì)量和重力加速度無(wú)法調(diào)整，可通過(guò)縮小皮帶與下料斗之間的距離，減小物料落在襯板上的勢(shì)能。

3.2 增大倉(cāng)壁傾斜角

為了降低物料下落在襯板表面時(shí)作用在上方的垂直作用力，增加沿倉(cāng)壁方向流淌的初始力，盡量縮短物料與倉(cāng)壁的接觸時(shí)間，進(jìn)而減小物料對(duì)倉(cāng)壁的摩擦作用，采取增大倉(cāng)壁傾斜角措施。

下料斗側(cè)視圖見(jiàn)圖2。 傾斜角過(guò)大，會(huì)使得塊狀物料在斗倉(cāng)壁上跳躍，進(jìn)而對(duì)倉(cāng)壁造成二次動(dòng)能傷害，且傾斜角過(guò)大，也會(huì)造成物料流動(dòng)速度過(guò)快進(jìn)而堆積，或給下方工序造成較大傷害，故角度的適中選取非常重要。

圖2 下料斗側(cè)視圖Fig. 2 Side View of Discharging Hopper

眾所周知，料倉(cāng)壁傾斜度至少要等于或大于物料的休止角，即要大于斜面上方的物料處于沿斜面下滑的臨界狀態(tài)時(shí)與水平面所成的最小角度。 由于現(xiàn)場(chǎng)條件有限，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備能力不足，故采用傾斜試驗(yàn)法對(duì)所涉及的運(yùn)輸物料依次進(jìn)行測(cè)試，求出每種物料近似的休止角，再根據(jù)物料形狀、粒徑、含水率等模擬出每種物料的實(shí)際休止角。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以每次增加3°～5°的進(jìn)度逐漸增大傾斜角，通過(guò)每次試驗(yàn)1 周的設(shè)備觀測(cè)，評(píng)價(jià)得出焦炭、鐵礦、水渣等物料的傾斜角在35°～50°較為適宜。

3.3 調(diào)整襯板、倉(cāng)壁形式

由于物料在高處落到襯板上跳躍的問(wèn)題沒(méi)有因?yàn)榻嵌鹊淖兓玫矫黠@改善，因此考慮調(diào)整襯板、倉(cāng)壁形式以進(jìn)一步解決問(wèn)題。圍繞“如何更改襯板使物料與襯板接觸點(diǎn)較少，怎樣使物料盡量厚的堆積向下流動(dòng)減少與倉(cāng)壁接觸面積，怎樣更改襯板柔性使物料到達(dá)襯板不再有跳躍”三個(gè)問(wèn)題，提出了“料磨料”形式。 下料斗改造后示意圖見(jiàn)圖3。 通過(guò)在母板上敷一層普通鋼板對(duì)母板起到保護(hù)作用，在鋼板上方焊接100～150 mm 高、8 mm 厚肋板，間距200 mm 左右[4]，使物料在運(yùn)輸期間先堆積在肋板之間，后面的物料進(jìn)入漏斗首先接觸停留在斗壁上方的物料，即通過(guò)堆積的物料去保護(hù)斗倉(cāng)壁的母板；再將漏斗調(diào)整為上寬下窄式，隨著物料向下流動(dòng)，物料厚度增大，與斗倉(cāng)接觸面積減小，有效改善對(duì)斗壁模板的磨損。

圖3 下料斗改造后示意圖Fig. 3 Schematic Diagram of Discharging Hopper after Transformation

4 實(shí)施效果

（1）通過(guò)調(diào)整皮帶與下料斗的高度及皮帶運(yùn)行速度，減小了物料的初始作用力和與倉(cāng)壁接觸的時(shí)間，為保護(hù)下料斗創(chuàng)造了外部條件。

（2）取消了襯板的鋪設(shè)，利用切割后的廢舊鋼板，以儲(chǔ)物倉(cāng)的形式分格焊接到倉(cāng)壁上；用所運(yùn)輸?shù)奈锪先〈幸r板，以“料磨料”工況取代料磨襯板工況，相當(dāng)于“襯板”隨時(shí)換新，不再有磨損情況的發(fā)生。

（3）由于肋條滿焊于鋼板上，只有肋條上方與物料接觸，摩擦面積小，使用壽命長(zhǎng)，損壞性小，避免了改進(jìn)前襯板掉落撕裂皮帶的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）由于肋條儲(chǔ)存的堆料松散，避免了物料砸在斗壁上跳躍的情況，且由于物料的掩埋，物料在下流過(guò)程中與肋板接觸面積很小，如顆粒較小的水渣，幾乎可以忽略對(duì)肋板的磨損。

5 效益計(jì)算

高爐上料系統(tǒng)共有下料漏斗13 個(gè)，返焦返礦運(yùn)行漏斗12 個(gè)，水渣運(yùn)輸系統(tǒng)下料漏斗5 個(gè)，溜槽2 個(gè)，下料漏斗規(guī)格不一，受料面積均在4～10 m2。對(duì)改進(jìn)前后，下料斗消耗費(fèi)用進(jìn)行測(cè)算。

（1）改進(jìn)前費(fèi)用

根據(jù)歷年更換襯板維修記錄統(tǒng)計(jì)，下料漏斗受料面積約為192 m2左右，以價(jià)格較便宜但使用周期短的16Mn 鋼板襯板為替換備品計(jì)算，厚20 mm襯板使用周期為一個(gè)月，鋼制襯板年更換量約為360 t，高耐磨16Mn 鋼板價(jià)格約5 500 元/t，故材料年消耗費(fèi)用約為198 萬(wàn)元；人工更換所有襯板一次費(fèi)用約為2 000 元，年人工費(fèi)用約為2.4 萬(wàn)元。 因此，改進(jìn)前下料斗年消耗費(fèi)用約為200.4 萬(wàn)元。

（2）改進(jìn)后費(fèi)用

采用公司廢鋼料廠軋廢的鋼板，廢鋼價(jià)格約為600 元/t，每年更換一次，年消耗鋼板約9 t，年費(fèi)用約為0.54 萬(wàn)元，年人工費(fèi)用約為0.3 萬(wàn)元，下料斗年消耗費(fèi)用約為0.84 萬(wàn)元。

綜合上述計(jì)算，高爐上料系統(tǒng)下料斗改進(jìn)后，年維護(hù)費(fèi)用降低約200 萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司煉鐵廠上料系統(tǒng)下料斗壽命短，襯板和母板磨損嚴(yán)重，通過(guò)采取縮小皮帶與下料斗之間的距離以減小物料初始動(dòng)能，增大倉(cāng)壁傾斜角至35°～50°和調(diào)整襯板、倉(cāng)壁為“料磨料”形式等措施，有效減少了對(duì)下料斗襯板的磨損，降低了襯板掉落撕裂皮帶的風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)了下料斗使用壽命，年維護(hù)費(fèi)用降低約200 萬(wàn)元，值得參考和借鑒。