具有双层结构的烧结机台车栏板的研究

刘 勇（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南 250101）



具有双层结构的烧结机台车栏板的研究

刘 勇
（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南 250101）

摘 要：台车栏板是烧结机的主要部件之一，为了克服当前烧结机台车栏板寿命低、易变形开裂等问题，研究开发了一种具有双层结构的台车栏板。该台车栏板分为外侧的栏板本体和内侧的隔离板，可有效降低栏板热应力水平，明显提高栏板的寿命，对钢铁厂的经济效益和社会效益均具有重要意义。

关键词：烧结机；台车栏板；双层结构；长孔；膨胀缝

1　引言

在现代钢铁生产过程中，烧结工序作为给炼铁高炉提供原料的重要环节，有着不可替代的作用，用烧结法生产烧结矿不仅解决了粉矿炼铁问题，同时还改善了含铁原料的冶金性能，使高炉生产指标和经济效益均得到明显提高。目前国内外烧结生产中被普遍应用的烧结设备是带式烧结机，它提供了炼铁高炉生产所需的绝大多数优质人造富矿。带式烧结机是钢铁冶金烧结工序的关键核心设备，台车是烧结机非常重要的部件，烧结机是由许多架台车组成的一个封闭的烧结带。全部烧结台车的费用占整个烧结机总投资的40%～50%左右。而台车栏板是烧结台车的主要部件之一，对烧结机的能耗、漏风率等性能及烧结矿的质量、成本等均有重要影响。

2　当前烧结机台车栏板存在的问题

当前烧结机台车栏板通常是采用球墨铸铁铸造成形的单层结构，厚度20mm～30mm，背向烧结矿的外表面布有加强筋。在烧结过程中，料层分为五带，从上到下分别为：成品烧结矿带、高温燃烧带、预热带、干燥带、过湿带。随着烧结过程的进行，高温燃烧带逐渐下移。由于高温燃烧带是一个移动的狭长区域且与台车栏板内表面直接接触，造成栏板局部温度很高，使栏板在垂直方向上的温度分布很不均匀，温差很大，产生复杂的热应力，还会导致栏板产生变形；由于栏板具有较大的厚度尺寸，栏板在厚度方向上的温度分布也很不均匀，在厚度方向上栏板还具有较高的刚度，容易形成较大的热应力。以上两方面致使栏板在烧结过程中产生极为复杂的热应力和变形。

另外烧结机台车栏板在环形车道运行过程中也存在冷热变化的过程，烧结机上部烧结过程中温度高，在烧结机下部回车过程中温度降低。由此可见，栏板在整个烧结过程及在环形车道运行过程中不断受交变热载荷的作用。

具体的热应力过程如下：当烧结矿的高温燃烧带燃烧时，台车栏板内侧表面部分因与炽热的烧结料接触吸热而发生热膨胀，而栏板中心部位及外侧吸热较慢，从而在中心部位和外侧产生压应力；当台车栏板运动到环形车道下部冷却时，栏板外部散热较快，先产生收缩，而中心部位由于散热较慢，结果造成中心部位产生拉应力。由于冷却过程的时间较长，所以拉应力相应的在中心部位持续的时间也较长。又由于栏板材质为球墨铸铁，含有大量的石墨，这就大大割裂的基体组织，使其机械性能大大削弱，还有可能造成严重的应力集中，在交变热应力的作用下，成为天然的热疲劳裂纹源。台车栏板在交变热应力作用下，塑性下降，其表面首先出现裂纹源，裂纹循着应力方向的垂直方向发展直至疲劳开裂。

另外球墨铸铁材质的各个元素含量有严格的规定，如果控制不严，特别是硫、磷元素的含量超标将会导致热脆性、冷脆性，从而加大产生裂纹的可能性。在栏板铸造过程中，因为栏板是量大普通的铸造件，通常不会进行严格的探伤，很多栏板存在这样那样的铸造缺陷，如夹渣、裂纹等，这又进一步削弱了栏板的机械强度，更容易产生大的开裂。

综上所述，由于恶劣的工作条件、材料的特性和缺陷、制作过程中形成的缺陷、复杂的热载荷和热应力以及烧结矿的腐蚀等原因，台车栏板寿命低，极易损坏，其中以过大的变形和疲劳开裂为主。

烧结机台车栏板的损坏特别是变形和开裂会导致烧结机漏风率增加，进而致使烧结能耗增大，烧结矿质量降低。同时栏板损坏到一定程度后需要停机更换，增加人力物力，影响烧结生产率。这些最终都会增加烧结矿生产成本，造成更多的能耗和污染，降低钢铁厂的经济和社会效益。

很多学者和工程技术人员对烧结机台车栏板开裂问题做了大量的研究和改进，如改变栏板加强筋结构、将栏板分段制作、更换更好的铸铁等，但这些均没有在根本上改变台车栏板易开裂损坏的问题，对钢铁厂的效益提高及其有限。因此，亟需研究开发解决栏板开裂损坏的技术，以提高钢铁厂的经济、环境和社会效益。

1-栏板本体；2-隔离板；3-螺栓组；4-长孔；5-膨胀缝图1　双层结构的栏板

3　双层结构的烧结机台车栏板

为了克服当前烧结机台车栏板寿命低、易变形开裂等问题，研究开发了一种具有双层结构的烧结机台车栏板，如图1所示。该双层结构的台车栏板分为外侧较厚的栏板本体1和内侧与烧结矿直接接触的较薄的隔离板2，隔离板2从上到下分为三块，螺栓组3将隔离板2固定在栏板本体1上，隔离板2两端的螺栓孔为长孔4，两块隔离板之间预留有膨胀缝5。

另外，隔离板2还可以采用其他方式固定在栏板本体1上，比如采用斜销连接或局部塞焊等。

隔离板2本身还可以是两层或多层结构，但从满足基本需求的角度考虑，采用单层结构的隔离板的方案简单易行、经济有效。

栏板与台车的连接采用现有的螺栓连接即可，在图1中未示出。

栏板本体可以采用焊接或铸造的方式加工，但从经济性和实用性考虑，栏板本体仍采用球墨铸铁铸造，隔离板采用耐热钢板或耐热铸铁制造，这样该双层结构的栏板与当前单层结构的栏板相比单体成本仅稍稍有所增加。

烧结机台车栏板采用双层结构后，隔离板将烧结矿高温带与栏板本体隔离开来，从而避免高温烧结矿对栏板本体的炙烤和腐蚀，有效降低栏板本体的最高温度，明显改善栏板本体热载荷分布情况，大大降低栏板本体的热应力水平；隔离板分为三块，宽度和厚度尺寸均较小，这样可以均化其内部温差，有效降低隔离板内部的应力水平；两端固定点的长孔和两块隔离板之间的膨胀缝可以让隔离板在长度和宽度方向上自由膨胀，进一步释放其热应力。

由于台车栏板的双层结构明显改善了栏板特别是栏板本体的温度分布情况，有效降低了其应力水平，栏板本体变形开裂的可能性大大降低，栏板寿命有了显著的提高。烧结机台车栏板的完好性有了保证后，由于栏板变形开裂导致的漏风率增加、能耗增大等情况都有了显著提高和改善，烧结成本降低。另外栏板寿命提高可以降低备品备件的费用，减少维护栏板导致的停机时间，使烧结机生产率提高、钢铁厂经济和社会效益得到改善。

在国内某大型钢铁厂135m2烧结机上对该新型双层结构的栏板进行了现场试用，在经过了半年的试验后，该新型双层结构的栏板未见出现明显的变形和裂纹，栏板之间的缝隙一直处于较小的稳定状态，减小了车间人员对栏板的维护维修工作量，提高了车间效益，得到了车间人员的一直认可和好评。

结语

现阶段国内钢铁产能严重过剩，钢铁市场萧条，大部分钢铁厂处于亏损状态，然而国家环保要求又愈来愈严格，要求钢铁厂投入很多的人力物力财力在环保节能工作上，国内钢铁厂承受着巨大的经济压力和环保压力。所设计研究的双层结构的烧结机台车栏板极具推广应用前景，它对提高钢铁厂产品市场竞争力，改善其能耗、排放状况具有重要意义。

参考文献

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中图分类号：TF321

文献标识码：A