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(chǎn)能的政策要求，北京首鋼股份有限公司6臺99 m2燒結(jié)機(jī)全部停產(chǎn)。2021年1月16日公司三燒燒結(jié)機(jī)投入生產(chǎn)，目前燒結(jié)工序現(xiàn)有2臺360 m2燒結(jié)機(jī)在線生產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)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(jié)礦約1 150萬t。由于一燒生產(chǎn)線停產(chǎn)，燒結(jié)礦產(chǎn)能形成較大缺口，雖然后續(xù)可通過增加塊礦、球團(tuán)礦的入爐量，但是仍然無法填補(bǔ)燒結(jié)礦的缺口，2021年公司外購燒結(jié)礦22.9萬t。在此背景下，提升燒結(jié)礦產(chǎn)能、減少生產(chǎn)過程中的產(chǎn)量損失就顯得尤為重要。

1 燒結(jié)機(jī)更換臺車產(chǎn)量損失分析

1.1 燒結(jié)機(jī)換臺車必要性及產(chǎn)量損失分析

燒結(jié)機(jī)在日常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會因臺車軸承損壞、蓖條燒損、隔熱件燒損，需要臨時(shí)停產(chǎn)進(jìn)行臺車更換，在更換燒結(jié)機(jī)臺車過程中就會造成產(chǎn)量損失。如果減少更換臺車時(shí)臨時(shí)停產(chǎn)造成的產(chǎn)量損失，就可進(jìn)一步提升燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)效能、減小產(chǎn)能虧口、降低燒結(jié)礦的生產(chǎn)成本[1-2]。

為了減少更換臺車時(shí)的產(chǎn)量損失，對更換臺車的方式以及造成的產(chǎn)量損失進(jìn)行了分析：傳統(tǒng)的燒結(jié)機(jī)更換臺車方式一般在燒結(jié)機(jī)上層靠近機(jī)尾的臺車掰縫的部位進(jìn)行更換，見圖1[3-4]。在更換故障臺車時(shí)，需將臺車轉(zhuǎn)至燒結(jié)機(jī)上層并進(jìn)行“停料”+“停機(jī)”，燒結(jié)機(jī)在更換臺車過程中的產(chǎn)量損失也主要是由“停料”和“停機(jī)”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(jī)；6-尾星輪

1.2 燒結(jié)機(jī)換臺車“停料”產(chǎn)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(yùn)行至燒結(jié)機(jī)機(jī)尾換臺車位置。其中“停料”的產(chǎn)量損失可分成兩部分：一部分是由于故障臺車在機(jī)頭未布料造成的產(chǎn)量損失；另一部分是未布料的臺車從燒結(jié)機(jī)機(jī)頭運(yùn)行至燒結(jié)機(jī)機(jī)尾會造成大量的系統(tǒng)漏風(fēng)，從而對燒結(jié)過程造成產(chǎn)量損失。

以北京首鋼股份有限公司三燒360 m2燒結(jié)機(jī)為例：燒結(jié)臺車為4.5 m×1.5 m，燒結(jié)礦日產(chǎn)約13 000 t，燒結(jié)機(jī)機(jī)速為2 m/s，燒結(jié)機(jī)布料厚度800 mm，燒結(jié)混合料堆比重約為1.65 t/m3，出礦率80%。

單塊燒結(jié)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(jié)機(jī)機(jī)頭運(yùn)行至燒結(jié)機(jī)機(jī)尾會造成大量的系統(tǒng)漏風(fēng)，該部分產(chǎn)量理論計(jì)算相對復(fù)雜，按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)測定三燒360 m2燒結(jié)機(jī)約為90 t。

1.3 燒結(jié)機(jī)換臺車“停機(jī)”產(chǎn)量損失

所謂“停機(jī)”就是在更換臺車過程中需要停止燒結(jié)機(jī)的運(yùn)行，將所需更換的臺車進(jìn)行吊出并吊入修復(fù)好的臺車。在此過程中燒結(jié)機(jī)需要停機(jī)，主抽風(fēng)機(jī)需要壓風(fēng)門操作，故在換臺車過程中燒結(jié)過程中斷，造成了一定的產(chǎn)量損失。傳統(tǒng)更換臺車一般在燒結(jié)機(jī)機(jī)尾靠近機(jī)尾臺車掰縫位置進(jìn)行更換，用時(shí)大約10 min。

按照日產(chǎn)燒結(jié)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(jié)機(jī)換臺車產(chǎn)量損失及改進(jìn)分析

通過以上計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)測定，目前生產(chǎn)過程中每更換一塊臺車產(chǎn)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(chǎn)生大量漏風(fēng)，進(jìn)而造成其周邊臺車參與燒結(jié)的風(fēng)量不足，形成局部燒結(jié)不暢；換臺車時(shí)需要先關(guān)閉主抽風(fēng)機(jī)風(fēng)門，更換完成后需要再次開啟主抽風(fēng)機(jī)風(fēng)門，此過程造成燒結(jié)中斷；以上問題均會造成燒結(jié)返礦增多、從而影響燒結(jié)礦的產(chǎn)量。

經(jīng)過對更換臺車的方式以及造成的產(chǎn)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(jī)”造成的產(chǎn)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(chǎn)量損失，故需要研究免停料更換臺車技術(shù)。

2 免停料更換臺車技術(shù)路線選擇

2.1 燒結(jié)機(jī)更換臺車條件分析

在確定免停料更換臺車技術(shù)路線時(shí)，需要對現(xiàn)行換臺車必要條件進(jìn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行方向運(yùn)動，起重機(jī)難以將其向上吊起。為了保證故障臺車的正常起吊，應(yīng)選擇在靠近掰縫位置進(jìn)行更換。據(jù)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(gè)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(gè)部位具備起吊臺車的條件。

2.2 免停料更換臺車技術(shù)路線選擇

對具備臺車起吊條件的4個(gè)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(jìn)行了對比，情況見表1。

表1 免停料更換臺車技術(shù)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(jié)礦墜落的風(fēng)險(xiǎn)，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(jié)機(jī)主星輪有臺車位置頭部環(huán)境較好，且機(jī)頭更換臺車能夠精確控制臺車位置，便于操作控制，空間結(jié)構(gòu)便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)過對比，在具備免停料更換臺車的技術(shù)路線中，在主星輪有臺車位置進(jìn)行更換技術(shù)路線相對合理。

3 免停料更換臺車方案實(shí)現(xiàn)

3.1 現(xiàn)有研究對比分析

2017年國內(nèi)某設(shè)計(jì)院曾研究在燒結(jié)機(jī)頭部使用上下雙軌模式更換臺車。機(jī)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(jìn)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(guān)閉下部可動外彎道，轉(zhuǎn)動燒結(jié)機(jī)，待臺車缺口位置到達(dá)上部軌道處，打開上部可動外彎道，將備件臺車合入，關(guān)閉上部可動外彎道[8]。

該方案雖然實(shí)現(xiàn)了臺車備件的更換，但具有明顯的缺點(diǎn)：①臺車在下部出彎軌時(shí)，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(diǎn)位置難以精準(zhǔn)控制。如果落點(diǎn)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(shí)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(zhuǎn)過預(yù)期位置，將會造成燒結(jié)機(jī)主星輪空齒。一旦燒結(jié)機(jī)主星輪空齒后，只能將上層臺車吊出，重新進(jìn)行合臺車操作；故障停機(jī)6小時(shí)以上。③彎軌裝置操作復(fù)雜，需要兩次停機(jī)，造成生產(chǎn)中斷時(shí)間長，和普通臺車更換方式相比，經(jīng)濟(jì)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(jìn)行實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。

3.2 免停料更換臺車方案

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

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

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

該方案對比現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢：①在機(jī)頭更換臺車可實(shí)現(xiàn)免停料更換，避免了傳統(tǒng)更換臺車時(shí)“停料”造成的損失。②只需一次停機(jī)即可實(shí)現(xiàn)臺車更換，更換效率高，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。③容錯(cuò)率高，如果更換臺車時(shí)出現(xiàn)停機(jī)超過既定位置的情況，待下個(gè)周期更換即可。

4 應(yīng)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(jié)機(jī)投產(chǎn)，同年9月三燒燒結(jié)機(jī)免停料換臺車技術(shù)在三燒燒結(jié)機(jī)成功應(yīng)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(jié)機(jī)更換臺車均在機(jī)頭彎道位置進(jìn)行更換，該方案年減少燒結(jié)礦損失約2.62萬t，年效益524.49萬元。

該方案燒結(jié)機(jī)主廠房需新增一臺電動單梁懸掛起重機(jī)，該起重機(jī)最大起吊重量16 t，高度5 m，增加投入84 976元，預(yù)計(jì)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(shí)間10分鐘左右，理論測算每次影響產(chǎn)量187.41 t(經(jīng)對二燒燒結(jié)機(jī)實(shí)際統(tǒng)計(jì)影響產(chǎn)量在170～200 t左右，與理論測算大致相同)。統(tǒng)計(jì)2022年1～6月份三燒臺車更換記錄，平均更換時(shí)間是5分鐘，每次更換臺車對產(chǎn)量的影響是41.6 t左右，對比常規(guī)臺車更換，時(shí)間縮短一半，對產(chǎn)量的影響降低了77.8%。每年需更換臺車約180次，燒結(jié)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(jié)語

目前燒結(jié)機(jī)更換均在機(jī)尾上層靠近掰縫處進(jìn)行更換，免停料更換臺車技術(shù)的研發(fā)從根本上改變了燒結(jié)機(jī)換臺車時(shí)必須要“停料”的現(xiàn)狀，解決了傳統(tǒng)的燒結(jié)機(jī)換臺車時(shí)因“停料”造成的產(chǎn)量損失。該技術(shù)在北京首鋼股份有限公司煉鐵作業(yè)部三燒燒結(jié)機(jī)的成功投用及長時(shí)間應(yīng)用，進(jìn)一步驗(yàn)證了該方案的可行性。免停料更換臺車技術(shù)為燒結(jié)行業(yè)提供了一種新的、高效換臺車技術(shù)。