具有雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)機臺車欄板的研究

劉 勇（山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東 濟南 250101）

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具有雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)機臺車欄板的研究

劉 勇
（山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東 濟南 250101）

摘 要：臺車欄板是燒結(jié)機的主要部件之一，為了克服當前燒結(jié)機臺車欄板壽命低、易變形開裂等問題，研究開發(fā)了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的臺車欄板。該臺車欄板分為外側(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，對鋼鐵廠的經(jīng)濟效益和社會效益均具有重要意義。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機；臺車欄板；雙層結(jié)構(gòu)；長孔；膨脹縫

1　引言

在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)過程中，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題，同時還改善了含鐵原料的冶金性能，使高爐生產(chǎn)指標和經(jīng)濟效益均得到明顯提高。目前國內(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，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)機是鋼鐵冶金燒結(jié)工序的關(guān)鍵核心設(shè)備，臺車是燒結(jié)機非常重要的部件，燒結(jié)機是由許多架臺車組成的一個封閉的燒結(jié)帶。全部燒結(jié)臺車的費用占整個燒結(jié)機總投資的40%～50%左右。而臺車欄板是燒結(jié)臺車的主要部件之一，對燒結(jié)機的能耗、漏風率等性能及燒結(jié)礦的質(zhì)量、成本等均有重要影響。

2　當前燒結(jié)機臺車欄板存在的問題

當前燒結(jié)機臺車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筋。在燒結(jié)過程中，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、過濕帶。隨著燒結(jié)過程的進行，高溫燃燒帶逐漸下移。由于高溫燃燒帶是一個移動的狹長區(qū)域且與臺車欄板內(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，還會導致欄板產(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)過程中產(chǎn)生極為復(fù)雜的熱應(yīng)力和變形。

另外燒結(jié)機臺車欄板在環(huán)形車道運行過程中也存在冷熱變化的過程，燒結(jié)機上部燒結(jié)過程中溫度高，在燒結(jié)機下部回車過程中溫度降低。由此可見，欄板在整個燒結(jié)過程及在環(huán)形車道運行過程中不斷受交變熱載荷的作用。

具體的熱應(yīng)力過程如下：當燒結(jié)礦的高溫燃燒帶燃燒時，臺車欄板內(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；當臺車欄板運動到環(huán)形車道下部冷卻時，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。由于冷卻過程的時間較長，所以拉應(yīng)力相應(yīng)的在中心部位持續(xù)的時間也較長。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，使其機械性能大大削弱，還有可能造成嚴重的應(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。臺車欄板在交變熱應(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)展直至疲勞開裂。

另外球墨鑄鐵材質(zhì)的各個元素含量有嚴格的規(guī)定，如果控制不嚴，特別是硫、磷元素的含量超標將會導致熱脆性、冷脆性，從而加大產(chǎn)生裂紋的可能性。在欄板鑄造過程中，因為欄板是量大普通的鑄造件，通常不會進行嚴格的探傷，很多欄板存在這樣那樣的鑄造缺陷，如夾渣、裂紋等，這又進一步削弱了欄板的機械強度，更容易產(chǎn)生大的開裂。

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，臺車欄板壽命低，極易損壞，其中以過大的變形和疲勞開裂為主。

燒結(jié)機臺車欄板的損壞特別是變形和開裂會導致燒結(jié)機漏風率增加，進而致使燒結(jié)能耗增大，燒結(jié)礦質(zhì)量降低。同時欄板損壞到一定程度后需要停機更換，增加人力物力，影響燒結(jié)生產(chǎn)率。這些最終都會增加燒結(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)濟和社會效益。

很多學者和工程技術(shù)人員對燒結(jié)機臺車欄板開裂問題做了大量的研究和改進，如改變欄板加強筋結(jié)構(gòu)、將欄板分段制作、更換更好的鑄鐵等，但這些均沒有在根本上改變臺車欄板易開裂損壞的問題，對鋼鐵廠的效益提高及其有限。因此，亟需研究開發(fā)解決欄板開裂損壞的技術(shù)，以提高鋼鐵廠的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。

1-欄板本體；2-隔離板；3-螺栓組；4-長孔；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)機臺車欄板

為了克服當前燒結(jié)機臺車欄板壽命低、易變形開裂等問題，研究開發(fā)了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)機臺車欄板，如圖1所示。該雙層結(jié)構(gòu)的臺車欄板分為外側(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)的隔離板的方案簡單易行、經(jīng)濟有效。

欄板與臺車的連接采用現(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)濟性和實用性考慮，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)機臺車欄板采用雙層結(jié)構(gòu)后，隔離板將燒結(jié)礦高溫帶與欄板本體隔離開來，從而避免高溫燒結(jié)礦對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；兩端固定點的長孔和兩塊隔離板之間的膨脹縫可以讓隔離板在長度和寬度方向上自由膨脹，進一步釋放其熱應(yīng)力。

由于臺車欄板的雙層結(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，欄板本體變形開裂的可能性大大降低，欄板壽命有了顯著的提高。燒結(jié)機臺車欄板的完好性有了保證后，由于欄板變形開裂導致的漏風率增加、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用，減少維護欄板導致的停機時間，使燒結(jié)機生產(chǎn)率提高、鋼鐵廠經(jīng)濟和社會效益得到改善。

在國內(nèi)某大型鋼鐵廠135m2燒結(jié)機上對該新型雙層結(jié)構(gòu)的欄板進行了現(xiàn)場試用，在經(jīng)過了半年的試驗后，該新型雙層結(jié)構(gòu)的欄板未見出現(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)，減小了車間人員對欄板的維護維修工作量，提高了車間效益，得到了車間人員的一直認可和好評。

結(jié)語

現(xiàn)階段國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能嚴重過剩，鋼鐵市場蕭條，大部分鋼鐵廠處于虧損狀態(tài)，然而國家環(huán)保要求又愈來愈嚴格，要求鋼鐵廠投入很多的人力物力財力在環(huán)保節(jié)能工作上，國內(nèi)鋼鐵廠承受著巨大的經(jīng)濟壓力和環(huán)保壓力。所設(shè)計研究的雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)機臺車欄板極具推廣應(yīng)用前景，它對提高鋼鐵廠產(chǎn)品市場競爭力，改善其能耗、排放狀況具有重要意義。

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中圖分類號：TF321

文獻標識碼：A