影响SCP机捣固煤饼的稳定因素分析

2013-06-19张祥普

四川冶金 2013年5期

关键词：装煤刮刀焦炉

张祥普

(攀钢集团西昌钢钒有限公司煤化工厂，四川西昌 615012)

1 引言

攀钢西昌6.25 m捣固焦炉是国内首家大型钢铁联合企业建成投产的大型捣固焦炉，攀钢集团煤化工厂也是继唐山佳华之后的第二家拥有如此大型、如此高水平的捣固焦炉设备的企业单位。

2 6．25 m捣固焦炉使用的SCP机简介

SCP机是Stamping-Charging-Pushing machine的缩写，即捣固、装煤、推焦一体机，可在车上同时完成捣固、推焦、装煤过程。全长26 m，高 26 m，宽 34.9 m，总重量约 1250 t，装机容量1250 kW。

SCP机工作于焦炉机侧，捣固操作时，由带式输送机往SCP机煤斗给煤，煤料通过摇动给料器将煤送入捣固煤箱内，同时煤料由捣固机的偏心轮抛起的捣固锤夯实，捣固成煤饼，再由装煤装置将捣固成形的煤饼从机侧送入炭化室。上料装置采用伸缩皮带与小车，利用多锤固定式捣固将煤随时供给移动的捣固装煤。在捣固煤饼的过程中，捣固装煤推焦机的其它操作不受捣固操作影响，有效地提高了机车工作效率。

SCP机采用车载PLC控制系统完成所有主要功能，同时在焦炉机械设备远程中心PLC系统的监控下运行。可实现全自动、半自动、单步操作以及现场手动操作，具有很高的自动化控制水平。且具有全自动控制、全自动一次对位(精度达到±5 mm)和炉门自动记忆等技术。

3 SCP机捣固煤饼的不稳定表现及影响煤饼稳定性的因素

6．25 m捣固焦炉配套的SCP机虽然装备精良、技术先进、作业效率高。但SCP机装煤过程中要求煤饼不倒塌或是不能出现局部缺角倒塌现象。这就是煤饼的稳定性，煤饼的稳定性用塌饼率来统计。

在实际生产过程煤饼稳定性受到各地气候、煤质、水分细度等多种因素的影响。生产初期煤饼经常出现垮塌，尤其是极端天气的情况下。因此捣固焦炉煤饼稳定性差是捣固焦炉的最大的弱点之一。自投产以来，主要表现为以下几种情况。

(1)捣固完成后，在煤饼装入炭化室之前，一打开活动壁，煤饼就下沉、塌陷，在推送煤饼的过程中出现坍塌。这种现象出现主要是煤饼的抗压强度不够造成的，可能是由于水分超标，水分含量大于12%造成的，捣固成型后煤饼下部承受整个煤饼重量的强度降低，也容易造成装炉过程中垮塌。或是煤饼的捣固功不足，导致堆积密度与堆积强度达不到要求。

(2)在装煤过程中煤饼出现裂纹，裂纹方向垂直于托煤底板，一般出现位置为距煤饼前端3～4 m处。产生这种现象的原因主要是配合煤捣固后的抗拉强度不够。装煤过程中由于装煤传动主要是由链条传动，运行不如皮带或是齿轮传动平稳，在装煤过程中就会有一定的爬移现象。所以煤饼必须具备一定的抗拉强度，否则就会出现裂纹，严重的就会造成前半部分煤饼垮塌，后半部分也无法装入炭化室。造成煤饼抗拉强度不够的原因主要有:

①配合煤水分不够。6.25 m捣固焦炉对配合煤水分要求较高，一般要求在10%至12%之间。如果水分含量低于10%，煤质的粘度较差，成型后的煤饼由于粘度较差，相互之间的粘结性能差，成型后的煤饼抗拉强度不够。

②配合煤细度差不达标。6.25 m捣固焦炉对配合煤细度要求很高，通过长期的实验和经验总结，配合煤细度要求配合煤中，粒度小于等于3mm的占88%～92%时，煤饼成型效果较好。配合煤的细度过小，煤饼成型就需要更多的捣固功才能保证煤饼成型，就目前的捣固结构，就容易造成煤粒之间的粘结性差，煤饼松散，稳定性差;如果配合煤细度过高，就会造成煤的堆积密度和抗压强度降低，也会造成煤饼塌陷。

③托煤底板刚度不够时也会造成煤饼开裂。当装煤时，托煤底板伸出过程中，在煤饼压力的作用下会出现向下弯曲。当弯曲程度超出一定范围时，煤饼剪力会超出煤饼本身的抗剪能力，这时就会出现煤饼拉裂。

(3)在装煤过程中，煤饼前部分垮塌或是缺角;在整个装煤过程中，煤饼部分垮塌或是缺角是最常见的塌饼想象。经过多方面的观察和经验总结，主要有以下几种原因可能导致部分垮塌或是缺角。

①首先是捣固功不足，捣固功不足可能导致煤饼的成型能力差，在装煤过程中，稍微遇到振动就会造成垮饼现象。

②其次是托煤底板润滑不良，托煤底板在滑道上滑行，如果出现润滑不良，托煤底板在装煤过程中就会出现爬移和振动，也会造成煤饼垮塌。

③再次可能是托煤底板导向板磨损，托煤底板在装煤过程中不能与炭化室中心线对齐，托煤底板撞到炉墙造成振动而垮饼。

④最后就是托煤底板滑道磨损，或是托煤底板前支撑面磨损，造成托煤底板进入炭化室门口时，与炉口导向板相撞，造成振动，导致煤饼垮塌。

(4)装煤过程中，煤饼不能全部装到位。这种情况经常出现，而且越到最后装煤电流越高。发生这种情况的主要原因有两种:一种是焦炉炭化室底部有较多的碎焦炭，这种碎焦炭会在炭化室的焦侧端堆积，抵住前行的托煤底板和煤饼造成装煤不到位;另一种情况就是炭化室结石墨。所谓的石墨是煤炭在高温条件下挥发物在炉墙的结晶物，由于其硬度较大，大量的结晶物累积而成的石墨会阻碍煤饼进入炭化室，造成装煤阻力增加，电流增大，同时伴随煤饼的垮塌。

4 SCP机捣固煤饼的优化

4．1 捣固功优化

捣固功是指捣固机上的捣固锤作用在煤饼上的机械功(能)，捣固一般以捣固单位功表示，公式为:

其中:As——捣固单位功，J/kg;

A——捣固功，J;

Q——煤饼的重量，kg。

根据6.25 m捣固焦炉的工艺参数计算，捣固功的公式可以记作:

其中:As—— 捣固单位功，J/kg;

投产初期，攀钢西昌公司6．25米捣固焦炉单孔操作时间仅15 min，其中捣固时间约10 min。后经不断优化，将捣固时间降至8分12秒，实现了设计初期的目标。所以投产初期，捣固单位功:

优化后的捣固功更加合理，能满足攀钢西昌钢钒煤化工厂6.25 m捣固焦炉的正常使用，且能更好地改善煤饼的抗剪强度和堆积密度，有利于煤饼的成型和SCP机的装煤，提高煤饼的稳定性，同时可以有效地减少能量消耗。

4．2 改善煤饼形状，提高煤饼受力性能

按照最初的设计煤饼的形状，侧面是一个等腰梯形，横断面也是一个等腰梯形，如图1所示。

图1 最初煤饼形状示意

煤饼的高宽比约13∶1，高宽比较大，要使煤饼能够顺利地进入炭化室，所以6.25米捣固焦炉对煤饼的稳定性要求较高。为满足煤饼具有良好的稳定性，煤饼形状设计成棱台形状，煤饼上下厚度差b2=b1，上下煤饼长度差L2－L1≈32 mm，煤饼高度范围h在5.5～6 m。煤饼的上下厚度差可以通过调节活动壁和固定臂支座的垫板得到，上下煤饼长度差可以通过调节后挡板的前倾角度和前挡板的角度得到。

后经不断完善，将煤侧面的饼的形状变成一个有肩台的等腰梯形，煤饼上下厚度差b2－b1≈12 mm，上下煤饼长度差L2－L1≈32 mm，同时将纵向截面也成了梯形，有利于中心下移，这样就可以更好地改善煤饼的受力状况，避免缺角，提高装煤成功率，改善煤饼的稳定性。具体如图2所示。

图2 优化前后煤饼形状示意

4．3 改善设备的结构性能和设备运行的稳定性

4．3．1 改善托煤底板的润滑状态

SCP机托煤底板润滑系统原采用集中润滑两台润滑泵分别向托煤底板两侧滑道供油，在使用过程中如果发生一台损坏，就会出现单边供油的不良现象，出现托煤底板跑偏，造成煤饼垮塌。更换润滑泵恢复时间较长，也易影响生产操作时间。为此特改造为使用一台润滑泵及增加一个分配器，一台油泵同时向托煤底板两侧滑道均匀供油，另一台泵做备用。一旦在线使用的泵发生故障，可以将泵出油口管道快速接头拔下，直接安装到备用泵上，岗位人员五分钟之内自己都可恢复生产，且可节约大量的油脂费用。托煤底板润滑系统改造前后原理对比如图3所示。

图3 托煤底板润滑系统改造前后原理对比

改进后的托煤底板润滑可以通过一台气动润滑泵对托煤底板的两侧进行同时供油，供油量通过分配器平均分配到托煤底板两侧滑道，使润滑均匀，而且供油量通过多次优化，从最初的每台车每月10桶减少到现在的每月4桶。以下是托煤底板润滑程序控制图4所示。

图4 SCP机托煤底板润滑时间控制

从上图可以看出，经多次优化后的托煤底板的润滑时间比原来的减少了三分之二，为西昌钢钒煤化工厂的降本增效作出了贡献。

4．3．2 推焦头增加石墨清扫装置

推焦过程中余留的焦炭和炭化室在焦炭结焦过程中生成大量的石墨，在推焦时如果不能及时有效并完全清除干净的话，在装煤过程中，石墨会阻碍煤饼前行，造成煤饼垮塌。所以在推焦杆上增加顶部刮刀及侧刮刀。顶部刮刀可以有效清除炭化室顶部堆积的大量石墨，同时可以阻止焦炭从推焦杆上翻的焦炭的数量，顶部刮刀安装高度220 mm，宽度480 mm，安装后使推焦杆总高度达到6.12 m。侧刮刀能够有效清除炭化室上部两侧堆积的石墨块，同时对侧滑靴增加保护板，减少炉墙对侧滑靴的磨损，侧刮刀凸出推焦杆两边各20 mm，安装后使推焦杆总宽度达到480 mm，侧刮刀只安装推焦杆5米以上部位。5米以下部分因是焦炭区，不会造成石墨积累，所以不用安装。推焦杆刮刀安装效果图如图5所示。