劉 勇（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

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具有雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板的研究

劉 勇
（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

摘 要：臺(tái)車(chē)欄板是燒結(jié)機(jī)的主要部件之一，為了克服當(dāng)前燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板壽命低、易變形開(kāi)裂等問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的臺(tái)車(chē)欄板。該臺(tái)車(chē)欄板分為外側(cè)的欄板本體和內(nèi)側(cè)的隔離板，可有效降低欄板熱應(yīng)力水平，明顯提高欄板的壽命，對(duì)鋼鐵廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均具有重要意義。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；臺(tái)車(chē)欄板；雙層結(jié)構(gòu)；長(zhǎng)孔；膨脹縫

1　引言

在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，燒結(jié)工序作為給煉鐵高爐提供原料的重要環(huán)節(jié)，有著不可替代的作用，用燒結(jié)法生產(chǎn)燒結(jié)礦不僅解決了粉礦煉鐵問(wèn)題，同時(shí)還改善了含鐵原料的冶金性能，使高爐生產(chǎn)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益均得到明顯提高。目前國(guó)內(nèi)外燒結(jié)生產(chǎn)中被普遍應(yīng)用的燒結(jié)設(shè)備是帶式燒結(jié)機(jī)，它提供了煉鐵高爐生產(chǎn)所需的絕大多數(shù)優(yōu)質(zhì)人造富礦。帶式燒結(jié)機(jī)是鋼鐵冶金燒結(jié)工序的關(guān)鍵核心設(shè)備，臺(tái)車(chē)是燒結(jié)機(jī)非常重要的部件，燒結(jié)機(jī)是由許多架臺(tái)車(chē)組成的一個(gè)封閉的燒結(jié)帶。全部燒結(jié)臺(tái)車(chē)的費(fèi)用占整個(gè)燒結(jié)機(jī)總投資的40%～50%左右。而臺(tái)車(chē)欄板是燒結(jié)臺(tái)車(chē)的主要部件之一，對(duì)燒結(jié)機(jī)的能耗、漏風(fēng)率等性能及燒結(jié)礦的質(zhì)量、成本等均有重要影響。

2　當(dāng)前燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板存在的問(wèn)題

當(dāng)前燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板通常是采用球墨鑄鐵鑄造成形的單層結(jié)構(gòu)，厚度20mm～30mm，背向燒結(jié)礦的外表面布有加強(qiáng)筋。在燒結(jié)過(guò)程中，料層分為五帶，從上到下分別為：成品燒結(jié)礦帶、高溫燃燒帶、預(yù)熱帶、干燥帶、過(guò)濕帶。隨著燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，高溫燃燒帶逐漸下移。由于高溫燃燒帶是一個(gè)移動(dòng)的狹長(zhǎng)區(qū)域且與臺(tái)車(chē)欄板內(nèi)表面直接接觸，造成欄板局部溫度很高，使欄板在垂直方向上的溫度分布很不均勻，溫差很大，產(chǎn)生復(fù)雜的熱應(yīng)力，還會(huì)導(dǎo)致欄板產(chǎn)生變形；由于欄板具有較大的厚度尺寸，欄板在厚度方向上的溫度分布也很不均勻，在厚度方向上欄板還具有較高的剛度，容易形成較大的熱應(yīng)力。以上兩方面致使欄板在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生極為復(fù)雜的熱應(yīng)力和變形。

另外燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板在環(huán)形車(chē)道運(yùn)行過(guò)程中也存在冷熱變化的過(guò)程，燒結(jié)機(jī)上部燒結(jié)過(guò)程中溫度高，在燒結(jié)機(jī)下部回車(chē)過(guò)程中溫度降低。由此可見(jiàn)，欄板在整個(gè)燒結(jié)過(guò)程及在環(huán)形車(chē)道運(yùn)行過(guò)程中不斷受交變熱載荷的作用。

具體的熱應(yīng)力過(guò)程如下：當(dāng)燒結(jié)礦的高溫燃燒帶燃燒時(shí)，臺(tái)車(chē)欄板內(nèi)側(cè)表面部分因與熾熱的燒結(jié)料接觸吸熱而發(fā)生熱膨脹，而欄板中心部位及外側(cè)吸熱較慢，從而在中心部位和外側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)臺(tái)車(chē)欄板運(yùn)動(dòng)到環(huán)形車(chē)道下部冷卻時(shí)，欄板外部散熱較快，先產(chǎn)生收縮，而中心部位由于散熱較慢，結(jié)果造成中心部位產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于冷卻過(guò)程的時(shí)間較長(zhǎng)，所以拉應(yīng)力相應(yīng)的在中心部位持續(xù)的時(shí)間也較長(zhǎng)。又由于欄板材質(zhì)為球墨鑄鐵，含有大量的石墨，這就大大割裂的基體組織，使其機(jī)械性能大大削弱，還有可能造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，在交變熱應(yīng)力的作用下，成為天然的熱疲勞裂紋源。臺(tái)車(chē)欄板在交變熱應(yīng)力作用下，塑性下降，其表面首先出現(xiàn)裂紋源，裂紋循著應(yīng)力方向的垂直方向發(fā)展直至疲勞開(kāi)裂。

另外球墨鑄鐵材質(zhì)的各個(gè)元素含量有嚴(yán)格的規(guī)定，如果控制不嚴(yán)，特別是硫、磷元素的含量超標(biāo)將會(huì)導(dǎo)致熱脆性、冷脆性，從而加大產(chǎn)生裂紋的可能性。在欄板鑄造過(guò)程中，因?yàn)闄诎迨橇看笃胀ǖ蔫T造件，通常不會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格的探傷，很多欄板存在這樣那樣的鑄造缺陷，如夾渣、裂紋等，這又進(jìn)一步削弱了欄板的機(jī)械強(qiáng)度，更容易產(chǎn)生大的開(kāi)裂。

綜上所述，由于惡劣的工作條件、材料的特性和缺陷、制作過(guò)程中形成的缺陷、復(fù)雜的熱載荷和熱應(yīng)力以及燒結(jié)礦的腐蝕等原因，臺(tái)車(chē)欄板壽命低，極易損壞，其中以過(guò)大的變形和疲勞開(kāi)裂為主。

燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板的損壞特別是變形和開(kāi)裂會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率增加，進(jìn)而致使燒結(jié)能耗增大，燒結(jié)礦質(zhì)量降低。同時(shí)欄板損壞到一定程度后需要停機(jī)更換，增加人力物力，影響燒結(jié)生產(chǎn)率。這些最終都會(huì)增加燒結(jié)礦生產(chǎn)成本，造成更多的能耗和污染，降低鋼鐵廠的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

很多學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板開(kāi)裂問(wèn)題做了大量的研究和改進(jìn)，如改變欄板加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、將欄板分段制作、更換更好的鑄鐵等，但這些均沒(méi)有在根本上改變臺(tái)車(chē)欄板易開(kāi)裂損壞的問(wèn)題，對(duì)鋼鐵廠的效益提高及其有限。因此，亟需研究開(kāi)發(fā)解決欄板開(kāi)裂損壞的技術(shù)，以提高鋼鐵廠的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

1-欄板本體；2-隔離板；3-螺栓組；4-長(zhǎng)孔；5-膨脹縫圖1　雙層結(jié)構(gòu)的欄板

3　雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板

為了克服當(dāng)前燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板壽命低、易變形開(kāi)裂等問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板，如圖1所示。該雙層結(jié)構(gòu)的臺(tái)車(chē)欄板分為外側(cè)較厚的欄板本體1和內(nèi)側(cè)與燒結(jié)礦直接接觸的較薄的隔離板2，隔離板2從上到下分為三塊，螺栓組3將隔離板2固定在欄板本體1上，隔離板2兩端的螺栓孔為長(zhǎng)孔4，兩塊隔離板之間預(yù)留有膨脹縫5。

另外，隔離板2還可以采用其他方式固定在欄板本體1上，比如采用斜銷(xiāo)連接或局部塞焊等。

隔離板2本身還可以是兩層或多層結(jié)構(gòu)，但從滿足基本需求的角度考慮，采用單層結(jié)構(gòu)的隔離板的方案簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)有效。

欄板與臺(tái)車(chē)的連接采用現(xiàn)有的螺栓連接即可，在圖1中未示出。

欄板本體可以采用焊接或鑄造的方式加工，但從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性考慮，欄板本體仍采用球墨鑄鐵鑄造，隔離板采用耐熱鋼板或耐熱鑄鐵制造，這樣該雙層結(jié)構(gòu)的欄板與當(dāng)前單層結(jié)構(gòu)的欄板相比單體成本僅稍稍有所增加。

燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板采用雙層結(jié)構(gòu)后，隔離板將燒結(jié)礦高溫帶與欄板本體隔離開(kāi)來(lái)，從而避免高溫?zé)Y(jié)礦對(duì)欄板本體的炙烤和腐蝕，有效降低欄板本體的最高溫度，明顯改善欄板本體熱載荷分布情況，大大降低欄板本體的熱應(yīng)力水平；隔離板分為三塊，寬度和厚度尺寸均較小，這樣可以均化其內(nèi)部溫差，有效降低隔離板內(nèi)部的應(yīng)力水平；兩端固定點(diǎn)的長(zhǎng)孔和兩塊隔離板之間的膨脹縫可以讓隔離板在長(zhǎng)度和寬度方向上自由膨脹，進(jìn)一步釋放其熱應(yīng)力。

由于臺(tái)車(chē)欄板的雙層結(jié)構(gòu)明顯改善了欄板特別是欄板本體的溫度分布情況，有效降低了其應(yīng)力水平，欄板本體變形開(kāi)裂的可能性大大降低，欄板壽命有了顯著的提高。燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板的完好性有了保證后，由于欄板變形開(kāi)裂導(dǎo)致的漏風(fēng)率增加、能耗增大等情況都有了顯著提高和改善，燒結(jié)成本降低。另外欄板壽命提高可以降低備品備件的費(fèi)用，減少維護(hù)欄板導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間，使燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)率提高、鋼鐵廠經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益得到改善。

在國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵廠135m2燒結(jié)機(jī)上對(duì)該新型雙層結(jié)構(gòu)的欄板進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試用，在經(jīng)過(guò)了半年的試驗(yàn)后，該新型雙層結(jié)構(gòu)的欄板未見(jiàn)出現(xiàn)明顯的變形和裂紋，欄板之間的縫隙一直處于較小的穩(wěn)定狀態(tài)，減小了車(chē)間人員對(duì)欄板的維護(hù)維修工作量，提高了車(chē)間效益，得到了車(chē)間人員的一直認(rèn)可和好評(píng)。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，鋼鐵市場(chǎng)蕭條，大部分鋼鐵廠處于虧損狀態(tài)，然而國(guó)家環(huán)保要求又愈來(lái)愈嚴(yán)格，要求鋼鐵廠投入很多的人力物力財(cái)力在環(huán)保節(jié)能工作上，國(guó)內(nèi)鋼鐵廠承受著巨大的經(jīng)濟(jì)壓力和環(huán)保壓力。所設(shè)計(jì)研究的雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板極具推廣應(yīng)用前景，它對(duì)提高鋼鐵廠產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，改善其能耗、排放狀況具有重要意義。

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