水冷循环刮板输送机的设计及制作应用

陈 禄

（山东恒邦冶炼股份有限公司，山东 烟台 264000）

山东恒邦冶炼股份有限公司（以下简称恒邦股份）冶炼二公司铜冶炼生产系统于2010年3月正式投产运行，采用的是富氧底吹造锍捕金熔炼工艺技术进行铜冶炼生产。受全国铜冶炼系统扩产、新建及国内铜矿资源匮乏、铜矿品味下降等因素的影响，全国铜冶炼系统生产用铜精矿的供应压力日趋明显，依赖国外进口铜精矿及选择低品位、多元素入炉铜冶炼物料成为我公司保证生产的有效手段。

为适应多远复杂入炉原料，提高公司的经济效益，公司于2015开始尝试投入高砷铜物料，并摸索生产试验。经过一年的反复摸索试验，2016年突破火法铜冶炼骤冷收砷技术瓶颈，公司入炉原料更加多样性，更是成功将入炉铜矿的砷品位提高至3.5%，成为世界首家将骤冷收砷技术应用于铜冶炼的企业。伴随着入炉杂矿的持续投入，经过冶炼后产生的烟气对于后续工段的设备生产及运行造成了极大的被动。底吹炉余热锅炉内部烟气由于温度较高，行程的高温热溶体在辐射区内沿着水冷壁流淌至刮板输送机，造成刮板输送机被高温熔体冲刷腐蚀；同时锅炉内部因温度较高，复杂烟气在锅炉管束形成结焦焦块。高温热熔体及管束产生的大块结焦造成锅炉刮板输送机链条及本体故障频繁，导致生产系统频繁停车检修，工人劳动强度不断增大。经数据统计，2019年1月至2020年1月期间，冶炼二公司因锅炉刮板输送机故障问题累计造成系统停车时间合计142小时24分，严重制约着冶炼二公司的开车率，对冶炼二公司生产运行造成极大被动，同时频繁的维修刮板输送机增大了工人的劳动强度，造成维修人员不断离职，且维修费用居高不下，备件及维修费用达到260万元/年，解决刮板输送机故障问题迫在眉睫。

1 刮板输送机故障原因及分析

通多对刮板输送机拆解维修及锅炉运行中的跟踪观察，造成锅炉刮板输送机故障的原因主要有三大方面：

（1）一是刮板输送机链条损坏严重，链条断齿、断链，销轴腐蚀断裂、销孔受热拉裂，链条整体受热变形及腐蚀损坏等问题。主要是因为刮板机输送区域温度较高，普通碳钢链条在500℃高温熔体下受热造成本体热膨胀。刮板输送机总长20米，经过计算在500℃高温下刮板输送机链条膨胀200mm，造成刮板机链条因剐蹭造成故障，同时自身的材质特性因受高温发生变化，疲劳特性及强度降低，影响使用寿命。

（2）二是刮板输送机箱体及隔板腐蚀破损，无法输送物料。主要是余热锅炉内部高温热熔体流淌至刮板机中间隔板上部，热熔体与运转的刮板链条相互摩擦造成隔板破损。同时高温热熔体对刮板箱体具有流淌腐蚀性，造成箱体腐蚀损坏。

（3）三是刮板机输送机尾部中心传动轴因高温受热，导致传动轴变形、链条脱轨，同时高温致输送机尾部轴承室内润滑油融化，需要人员随时对轴承加注润滑油及轴流风机持续吹扫降温，如果润滑不及时造成轴承损坏，轴承润滑油及轴流风机电耗消费较高。

（4）四是刮板输送机结渣严重，刮板机负荷大造成设备不能正常运转，需经常性对箱体进行切割进行清渣处置，清渣完毕后进行焊接恢复，频繁操作导至箱体漏气，腐蚀较重。

以上故障均是由于锅炉内的高温烟气及高温熔体造成，是刮板输送机故障的根源所在。

2 刮板输送机设计改进

针对导高温导致刮板输送机这一系列故障的原因，我们提出改变刮板输送机的结构形式，通过强制冷却循环降温处置，并打破原有刮板输送机下部进行物料输送的方式，重新设计制作了一套上出料式水冷循环刮板输送机。新设计的刮板输送机主要由头部驱动装置、箱体机构、高温物料输送装置、清灰及排渣装置、尾部水冷缺装置、中间水冷缺装置。

新设计的刮板输送机在结构形式及材料选用上更加契合现场的高温工作环境。通过对夹套进行强制水冷缺循环降温的方式对内部高温热溶体及烟气进行降温冷却。

头部驱动装置采用高强度合金钢线切割加工制成线形驱动齿，保证在链条驱动时受力均匀，防止因受力不均及受热造成驱动齿断裂的情况。

上部物料输送的方式有效解决了大块结焦对链条的卡伤、断裂；刮板机箱体机构采用耐热、耐腐蚀的316L不锈钢板材制作，同时增大钢板厚度，大大提高了设备本体的耐腐及受热性能；高温物料输送机构采用耐热及延展性更强的310S不锈钢板采用冲压工艺并焊接而成，同时在链条两侧增加加强翅板，提高链条输送的承载能力。

清灰及排渣装置是设置在箱体机构上的快开活动人孔门，快开人孔门采用斜铁加保温棉紧钉的模式，省去因结焦对箱体的切割焊接，易于对设备内部积灰及结焦进行清理，既降低工人劳动强度，也节省了清焦时间。

尾部水冷装置采用轴承部空心设计，并配合采用双旋转接头，并接通冷却水循环进行冷却降温，有效解决了刮板输送机尾部受热变形及润滑油受热融化的问题。

中间水冷装置采用316L不锈钢板制作而成，整套管板输送机分为4组水套，水套之间采取分区并联模式，防止在使用过程中因某块水冷装置损坏造成整体水循环停用的状况，水冷装置内部增设折流挡板，最大限度保证水冷却循环效果。为了防止高温热溶体对中间隔板的冲刷腐蚀及摩擦磨损，中间水套制作完成后在上面铺设一层耐火浇铸材料，有效阻止高温热熔体对水套表面的冲刷及磨损腐蚀。

图1 内部链条输送装置

自行设计的刮板输送机自2020年3月份完成制作并投入生产使用，通过1年的使用运行，改造后的使用效果明显。经过统计，2020年4月至2021年3月，刮板输送机及链条整体使用寿命明显增强，由以前月消耗4副链条降低是月消耗1副甚至不消耗的状态，有效解决了高温熔体及结焦对刮板输送机的影响。高温熔体受冷却水循环冷却，热熔体冷凝成焦块，有效的防止了热态熔体对隔板的腐蚀磨损，未在发生过中间隔板腐蚀断裂的情况；刮板输送机尾部水冷轴水冷降温后使轴承室可以正常润滑，减少了润滑脂消耗和轴流风机的电消耗。

图2

3 改进后的使用效果

刮板输送机自投入使用后效果明显，主要从以下几方面得以体现：

（1）减少因设备故障造成的停车时间，提高了生产系统的开车率。经统计，2019年1月至2020年1月份冶炼二公司因锅炉刮板输送机故障累积造成停车时间为142小时24分。而2020年3月份更换自制的水冷循环刮板输送机后，截至2021年1月份，因刮板输送机故障造成的停车时间仅有2小时，极大的提高了设备的开车时间。通过计算，节省的开车时间可直接提高经济效益约280万元。

（2）减少设备及备件的消耗费用，降低生产成本。经过统计，2019年1月至2020年1月份冶炼二公司更换刮板箱体两套、刮板机尾3套，刮板链条47套，累积备件更换费用约为207.02万元，折合每月备件耗费17.25万元。更换为改造的新型水冷刮板输送机后，2020年4月至2021年3月期间更换刮板机备件费用合计62.14万元，折合每月约6.2万元，每年可节省刮板输送机备件费用132万元。人工更换费用及工程车辆消耗费用忽略不计，仅增加开车率及备件节约耗费累计克节省400多万元。

（3）其它效益：由于水冷循环刮板输送机运行故障率降低，减少了维修工人的劳动强度，降低了员工的离职率；刮板输送机尾部双旋转接头水冷循环大大降低了轴承室温度，节省润滑脂及轴流风机降温费用未详细计算。同时设备完好运行不会造成组织烟气的外溢，对周围工人的工作环境有了极大改善。

（4）其它各生产公司生产系统的推广使用情况：由于各公司冶炼系统均处理复杂精矿，余热锅炉内部都存在高温熔体及刮板输送机机体温度过高的情况。其中冶炼一公司侧吹系统熔炼车间余热锅炉刮板输机也频繁出现设备故障，鉴于冶炼二公司水冷循环刮板输送机的成功应用，冶炼一公司熔炼车间侧吹系统熔炼余热锅炉刮板已经于2020年6月份大修对原有刮板输送机进行了更换，改为自行设计的水冷循环刮板输送机，目前使用效果较为良好，投入使用至今未出现任何过故障；冶炼三公司底吹炉余热锅炉刮板输送机计划于2021年大修期期间对其进行改造更换。

4 结语

水冷循环刮板输送机打破了传统刮板输送机的设计思路，是根据我公司生产实际情况、现场工况摸索试验并设计制作而成的。通过对结构形式改变，材料性能的优化，水冷系统的增设运用，有效解决了刮板输送机故障对系统运行的影响，在生产运用中解决了制约生产开车率及维修费用高的问题，给公司取得了良好的经济效益和环境效益。同时水冷循环刮板输送机在同行业内相同工况下为首次设计应用，可在相同工况条件下借鉴使用，为冶炼企业生产系统适应更加复杂多变的入炉物料提供了强有力的设备保障。