切焦機(jī)對(duì)搗固焦炭粒度的影響分析及改進(jìn)

格爾子聰

(攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司煤化工廠，四川西昌 615012)

1 引言

煤化工廠采用兩座56孔6.25 m復(fù)熱式搗固焦?fàn)t，其生產(chǎn)的搗固焦炭比頂裝焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭耐磨性及抗碎強(qiáng)度高。而切焦機(jī)是煤化工廠焦處理系統(tǒng)中關(guān)鍵位置的重要設(shè)備，由于切焦機(jī)設(shè)計(jì)的原因，無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)搗固焦炭的整粒要求，使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，且造成切焦機(jī)切刀變形或斷裂，切焦機(jī)減速機(jī)軸承經(jīng)常損壞等諸多故障，同時(shí)也造成設(shè)備備件使用壽命短，備件費(fèi)用浪費(fèi)巨大，嚴(yán)重影響著切焦機(jī)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。如何提高切焦機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定、延長(zhǎng)使用壽命、節(jié)約備件費(fèi)用，確保搗固焦炭精確的整粒需求，為此特提出對(duì)切焦機(jī)進(jìn)行分析研究、制定方案并加以?xún)?yōu)化改造。

2 切焦工藝簡(jiǎn)介

為適應(yīng)搗固焦炭整粒要求，采用1套170t/h干熄焦裝置及1套濕法熄焦進(jìn)行備用，而干熄焦和濕熄焦共用2臺(tái)切焦機(jī)完成搗固焦炭的整粒。該切焦機(jī)有兩個(gè)平行輥?zhàn)樱韶灤┰谳佔(zhàn)由系膱A盤(pán)刀片組成。兩輥?zhàn)酉鄬?duì)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)焦炭進(jìn)入輥?zhàn)訁^(qū)域時(shí)，即被兩輥?zhàn)由系拈L(zhǎng)短相間的刀片咬住而被破碎。切焦機(jī)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輥，采用聯(lián)桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)減速機(jī)高速端的齒式聯(lián)軸器來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輥相對(duì)于主動(dòng)輥逆時(shí)旋轉(zhuǎn)，從而改變兩輥刀片間的距離。這樣，在兩個(gè)輥的聯(lián)合作用下完成破碎焦炭。

其運(yùn)輸工藝流程是:焦炭推出經(jīng)干法熄焦或濕法熄焦后，由運(yùn)輸皮帶將焦炭送到切焦系統(tǒng)。切焦系統(tǒng)上部篦條篩將焦炭篩分為大于80 mm和小于80 mm兩種粒度的焦炭，小于80 mm的焦炭經(jīng)篦條篩分直接進(jìn)入溜槽，而大于80 mm的焦炭經(jīng)篦條篩進(jìn)入切焦機(jī)整粒成＜80mm后再進(jìn)入溜槽。

3 存在的問(wèn)題

自投產(chǎn)以來(lái)，切焦機(jī)對(duì)搗固焦炭破碎處理設(shè)計(jì)量在170～190 t/h、入料粒度為250 mm、出料粒度為70 mm，其中干熄焦破碎量在70～120 t/h。但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中水洗焦處理量在240～300 t/h、干熄焦處理量在140～180 t/h，這樣切焦機(jī)處在超負(fù)荷使用狀態(tài)，導(dǎo)致切焦機(jī)切刀經(jīng)常斷裂和隔環(huán)磨損嚴(yán)重，切焦機(jī)傳動(dòng)減速機(jī)軸承經(jīng)常損壞等諸多故障。因此我們對(duì)搗固焦炭的強(qiáng)度和耐磨性做了實(shí)驗(yàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明搗固焦炭抗碎強(qiáng)度為92% ～95%、焦炭耐磨性為2% ～4%。且切焦機(jī)設(shè)計(jì)因素，無(wú)法達(dá)到搗固焦炭的破碎強(qiáng)度及耐磨性要求，不利于搗固焦炭的整粒。

4 原因分析

為了提高搗固焦炭的整粒要求，對(duì)搗固焦炭的強(qiáng)度、耐磨、切焦量等影響因素進(jìn)行了分析，切焦機(jī)沒(méi)有達(dá)到目前搗固焦炭的破碎要求，主要與切刀和隔環(huán)設(shè)計(jì)因素、切焦機(jī)減速機(jī)軸承選型不理想等原因有關(guān)，具體分析如下。

4．1 切焦機(jī)切刀易彎曲和斷裂

因生產(chǎn)需求對(duì)切焦機(jī)間距調(diào)整后，切刀一般使用一天就發(fā)生彎曲和斷裂，一周后大部分彎曲的切刀導(dǎo)致生產(chǎn)的焦炭粒度嚴(yán)重超標(biāo)。從而導(dǎo)致檢修頻繁，備件消耗大，沒(méi)有發(fā)揮備件應(yīng)有的價(jià)值。說(shuō)明切焦機(jī)的切刀設(shè)計(jì)存在缺陷，無(wú)法滿(mǎn)足搗固焦炭的整粒要求。

4．1．1 切刀設(shè)計(jì)因素

切刀負(fù)荷增加時(shí)，切刀結(jié)構(gòu)也存在設(shè)計(jì)上的缺陷，從而導(dǎo)致切刀根部應(yīng)力集中處易斷裂。切刀的長(zhǎng)刀和短刀都分別鑄造在切刀一個(gè)外圓上，而長(zhǎng)刀的根部最小(寬度60 mm、厚度26 mm)，所以長(zhǎng)刀的根部處易斷裂。而短刀由于較短，厚度較薄(22 mm)，所以在負(fù)荷增大的情況下易彎曲變形。而長(zhǎng)刀和短刀根部的圓角小，僅分別為20 mm和10 mm，為此長(zhǎng)刀和短刀根部沒(méi)有有效地連接在一起，不能相互受力。

4．2 切焦機(jī)切刀與隔環(huán)之間易松動(dòng)

切焦機(jī)切刀與隔環(huán)之間的相互關(guān)系為:一側(cè)切輥上的切刀對(duì)應(yīng)另一側(cè)輥上的隔環(huán)(如圖1)，焦炭在其切刀與隔環(huán)之間被切成所調(diào)整間隙寬度的焦炭顆粒。所以切刀在切焦炭時(shí)，另一端的隔環(huán)受焦炭力而加劇磨損。為此隔環(huán)表面就是一個(gè)磨損面，而隔環(huán)使用的是A3材質(zhì)，雖加工性好，但耐磨性差。所以一般使用2個(gè)月后隔環(huán)表面就會(huì)磨損近10 mm。又因切刀與隔環(huán)相互的配合凹面為8 mm，隔環(huán)與切刀相互配合凸面為5 mm，為此切刀與隔環(huán)的定位面為φ450 mm到φ470 mm的端面，而這個(gè)端面又是隔環(huán)易磨損的面，當(dāng)隔環(huán)磨損到一定程度，邊緣產(chǎn)生變形，造成切刀與隔環(huán)之間松動(dòng)。當(dāng)松動(dòng)后緊固切刀拉緊螺栓時(shí)，由于定位面損壞，每次緊固切刀的拉緊螺栓最多使用兩三天。而隔環(huán)的凸圓又比切刀的凹圓小3 mm，40塊隔環(huán)就有120 mm長(zhǎng)的間隙，而螺栓絲扣的調(diào)節(jié)范圍只有30 mm左右，所以切刀與隔環(huán)的定位面不能用切刀與隔環(huán)的外圓φ450 mm到φ470 mm的端面定位。導(dǎo)致切刀與隔環(huán)經(jīng)常松動(dòng)，且兩輥的切刀易發(fā)生碰撞現(xiàn)象。切刀與隔環(huán)裝配如圖1。

圖1 切刀與隔環(huán)的裝配半剖示意

4．3 搗固焦炭的耐磨性及強(qiáng)度

搗固焦炭的耐磨性及抗碎強(qiáng)度高。因搗固焦炭具有比頂裝焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭耐磨性及抗碎強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，也是造成原設(shè)計(jì)的切刀易彎曲和斷裂的又一因素。搗固焦?fàn)t與頂裝焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭耐磨性及抗碎強(qiáng)度對(duì)比數(shù)據(jù)如表1。

表1 搗固焦?fàn)t與頂裝焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭耐磨性及抗碎強(qiáng)度對(duì)比

4．4 驅(qū)動(dòng)裝置減速機(jī)軸承易損壞

因切焦機(jī)超負(fù)荷使用，切焦量逐步增大，從而使切焦機(jī)切刀的承受負(fù)荷大大增加，為此其負(fù)荷通過(guò)切輥軸和聯(lián)軸器傳到減速機(jī)的軸承上。而減速機(jī)采用的是開(kāi)式型深溝球軸承，主要承受徑向動(dòng)載荷，該軸承由一對(duì)套圈、一組保持架、一組鋼球組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但該類(lèi)型軸承承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷比較小，軸承動(dòng)載荷 Cr=70858.298 N達(dá)不到該切焦機(jī)的要求，所以在兩切輥的負(fù)荷不斷變化的沖擊下，造成軸承容易損壞。深溝球軸承如圖2所示。

圖2 軸承示意

4．4．1 軸承使用壽命計(jì)算

(1)軸承型號(hào)為6218，軸承尺寸:90 mm×160 mm×30 mm，根據(jù)軸承設(shè)計(jì)表查詢(xún)。當(dāng)量動(dòng)載荷Cr=95800 N，軸承徑向力Fr=8196.73 N，軸向力Fa=1765 N，動(dòng)載荷系數(shù)X=1、Y=O，載荷系數(shù) Fp=1.2，軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P=Fp(X*Fr+Y*Fa)=9836.076 N，機(jī)油潤(rùn)滑速為n=3800 r/min，軸承溫度系數(shù)ft=1，軸承工作溫度小于120℃。

(2)軸承使用壽命:Lh=(106/60n)(ftC/P)3=4.3*7.23=1605 h。

5 改進(jìn)措施

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，搗固焦炭的耐磨性和抗碎強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，以及切焦機(jī)的使用情況，根據(jù)上述原因制定相應(yīng)的措施。

5．1 提高切刀調(diào)節(jié)量

為了切焦機(jī)適應(yīng)不同焦炭的整粒要求，切焦機(jī)需能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)量最大。首先將長(zhǎng)刀的外圓由φ670 mm增大到φ700 mm，短刀的外圓由φ620 mm增大到φ650 mm，以增大調(diào)節(jié)量，從而達(dá)到延長(zhǎng)切刀的使用周期的目的。

5．2 提高切刀的耐磨性

(1)為防止刀片斷裂，在φ470 mm的圓上再增厚30 mm，將長(zhǎng)刀與短刀連接在一起，為此對(duì)邊的圓角最底部在一個(gè)參考圓φ500 mm上。一方面消除根部的集中應(yīng)力，另一方面使長(zhǎng)刀與短刀相互受力，來(lái)增加刀片的承受負(fù)荷，避免刀片斷裂。

(2)為防止刀片彎曲，將長(zhǎng)刀的厚度由26 mm增大到30 mm，短刀的厚度由22 mm也增大到30 mm。同時(shí)切刀采用不低于GB/T5680中ZGM13－3性能技術(shù)，延長(zhǎng)切焦機(jī)刀使用壽命。刀片改后如圖3所示。

圖3 切刀改造后圖紙(單位:mm)

5．3 提高切刀與隔環(huán)的裝配精度

隔環(huán)表面是一個(gè)磨損面，而隔環(huán)原使用的是A3材質(zhì)，因切刀與隔環(huán)相互的配合凹面為8 mm，隔環(huán)與切刀相互的配合凸面為5 mm，原切刀與隔環(huán)的定位面為φ450 mm到φ470 mm的端面。為防止隔環(huán)磨損到一定程度，邊緣產(chǎn)生變形，從而造成切刀與隔環(huán)之間松動(dòng)，為此將隔環(huán)與切刀相互配合凸面由5 mm改為8 mm，使切刀與隔環(huán)的定位面改到切刀的φ450 mm以?xún)?nèi)的止口端面。隔環(huán)的材質(zhì)由A3改為ZGMn6，增加其耐磨性。切刀與隔環(huán)裝配如圖4所示。

圖4 切刀與隔環(huán)裝配圖紙

5．4 減速機(jī)軸承改型

為了選用合適的軸承來(lái)滿(mǎn)足切焦機(jī)減速機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的的徑向載荷，選用圓柱滾子軸承，計(jì)算軸承的使用壽命。

5．4．1 軸承壽命計(jì)算

(1)估計(jì)選用軸承型號(hào)為NJ218EM軸承，軸承尺寸:90 mm×160 mm×30 mm，當(dāng)量動(dòng)載荷Cr=175000 N，根據(jù)軸承設(shè)計(jì)表查詢(xún)。當(dāng)量動(dòng)載荷Cr=95800 N，軸承徑向力Fr=3060 N，軸向力Fa=2650 N，動(dòng)載荷系數(shù)X=0.66、Y=1，載荷系數(shù) Fp=2.5，軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P=Fp(X*Fr+Y*Fa)=2423.52 N，機(jī)油潤(rùn)滑速為n=4300r/min，軸承溫度系數(shù)ft=1，軸承工作溫度小于120℃。

(2)軸承使用壽命:Lh=(106/60n)(ftC/P)3=3.876*153=13082 h＞1605 h，選用NJ218EM軸承滿(mǎn)足要求。軸承示意如圖5所示。

圖5 圓柱滾子軸承示意

6 改造效果

通過(guò)以上改進(jìn)措施對(duì)切焦機(jī)進(jìn)行改造，效果明顯，切焦機(jī)主要表現(xiàn)在以下幾方面:

(1)改變切焦機(jī)切刀、隔環(huán)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，延長(zhǎng)了使用壽命，減少了檢修次數(shù)，避免了備件的巨大浪費(fèi)，同時(shí)切焦機(jī)每小時(shí)切焦量最高達(dá)到260 T/h及搗鼓焦炭的整粒要求。

(2)通過(guò)對(duì)切焦機(jī)減速機(jī)軸承的設(shè)計(jì)改型，延長(zhǎng)了使用壽命，從原來(lái)1605 h提高到13082 h，能夠承受極強(qiáng)的負(fù)荷，并創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)改造后效率有明顯提高，焦炭平均粒度在50～60 mm，焦炭粒度得到了控制。延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，節(jié)約了設(shè)備費(fèi)，檢修費(fèi)用，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到要求，達(dá)到了改造的目的。

7 結(jié)論

本文簡(jiǎn)要地對(duì)切焦機(jī)無(wú)法達(dá)到搗固焦炭的整粒要求進(jìn)行了分析。對(duì)切刀與隔環(huán)容易松動(dòng)，切刀經(jīng)常出現(xiàn)斷裂及彎曲，切刀耐磨性差，切刀耐熱度偏低，減速機(jī)軸承易損壞等故障機(jī)理、原因作了討論和總結(jié)，提出了對(duì)焦機(jī)諸多故障預(yù)防和改進(jìn)的方法，理論結(jié)合實(shí)際，對(duì)切焦機(jī)性能改進(jìn)有著積極的促進(jìn)意義。

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