影響SCP機搗固煤餅的穩定因素分析

張祥普

(攀鋼集團西昌鋼釩有限公司煤化工廠，四川西昌 615012)

1 引言

攀鋼西昌6.25 m搗固焦爐是國內首家大型鋼鐵聯合企業建成投產的大型搗固焦爐，攀鋼集團煤化工廠也是繼唐山佳華之后的第二家擁有如此大型、如此高水平的搗固焦爐設備的企業單位。

2 6．25 m搗固焦爐使用的SCP機簡介

SCP機是Stamping-Charging-Pushing machine的縮寫，即搗固、裝煤、推焦一體機，可在車上同時完成搗固、推焦、裝煤過程。全長26 m，高 26 m，寬 34.9 m，總重量約 1250 t，裝機容量1250 kW。

SCP機工作于焦爐機側，搗固操作時，由帶式輸送機往SCP機煤斗給煤，煤料通過搖動給料器將煤送入搗固煤箱內，同時煤料由搗固機的偏心輪拋起的搗固錘夯實，搗固成煤餅，再由裝煤裝置將搗固成形的煤餅從機側送入炭化室。上料裝置采用伸縮皮帶與小車，利用多錘固定式搗固將煤隨時供給移動的搗固裝煤。在搗固煤餅的過程中，搗固裝煤推焦機的其它操作不受搗固操作影響，有效地提高了機車工作效率。

SCP機采用車載PLC控制系統完成所有主要功能，同時在焦爐機械設備遠程中心PLC系統的監控下運行。可實現全自動、半自動、單步操作以及現場手動操作，具有很高的自動化控制水平。且具有全自動控制、全自動一次對位(精度達到±5 mm)和爐門自動記憶等技術。

3 SCP機搗固煤餅的不穩定表現及影響煤餅穩定性的因素

6．25 m搗固焦爐配套的SCP機雖然裝備精良、技術先進、作業效率高。但SCP機裝煤過程中要求煤餅不倒塌或是不能出現局部缺角倒塌現象。這就是煤餅的穩定性，煤餅的穩定性用塌餅率來統計。

在實際生產過程煤餅穩定性受到各地氣候、煤質、水分細度等多種因素的影響。生產初期煤餅經常出現垮塌，尤其是極端天氣的情況下。因此搗固焦爐煤餅穩定性差是搗固焦爐的最大的弱點之一。自投產以來，主要表現為以下幾種情況。

(1)搗固完成后，在煤餅裝入炭化室之前，一打開活動壁，煤餅就下沉、塌陷，在推送煤餅的過程中出現坍塌。這種現象出現主要是煤餅的抗壓強度不夠造成的，可能是由于水分超標，水分含量大于12%造成的，搗固成型后煤餅下部承受整個煤餅重量的強度降低，也容易造成裝爐過程中垮塌。或是煤餅的搗固功不足，導致堆積密度與堆積強度達不到要求。

(2)在裝煤過程中煤餅出現裂紋，裂紋方向垂直于托煤底板，一般出現位置為距煤餅前端3～4 m處。產生這種現象的原因主要是配合煤搗固后的抗拉強度不夠。裝煤過程中由于裝煤傳動主要是由鏈條傳動，運行不如皮帶或是齒輪傳動平穩，在裝煤過程中就會有一定的爬移現象。所以煤餅必須具備一定的抗拉強度，否則就會出現裂紋，嚴重的就會造成前半部分煤餅垮塌，后半部分也無法裝入炭化室。造成煤餅抗拉強度不夠的原因主要有:

①配合煤水分不夠。6.25 m搗固焦爐對配合煤水分要求較高，一般要求在10%至12%之間。如果水分含量低于10%，煤質的粘度較差，成型后的煤餅由于粘度較差，相互之間的粘結性能差，成型后的煤餅抗拉強度不夠。

②配合煤細度差不達標。6.25 m搗固焦爐對配合煤細度要求很高，通過長期的實驗和經驗總結，配合煤細度要求配合煤中，粒度小于等于3mm的占88%～92%時，煤餅成型效果較好。配合煤的細度過小，煤餅成型就需要更多的搗固功才能保證煤餅成型，就目前的搗固結構，就容易造成煤粒之間的粘結性差，煤餅松散，穩定性差;如果配合煤細度過高，就會造成煤的堆積密度和抗壓強度降低，也會造成煤餅塌陷。

③托煤底板剛度不夠時也會造成煤餅開裂。當裝煤時，托煤底板伸出過程中，在煤餅壓力的作用下會出現向下彎曲。當彎曲程度超出一定范圍時，煤餅剪力會超出煤餅本身的抗剪能力，這時就會出現煤餅拉裂。

(3)在裝煤過程中，煤餅前部分垮塌或是缺角;在整個裝煤過程中，煤餅部分垮塌或是缺角是最常見的塌餅想象。經過多方面的觀察和經驗總結，主要有以下幾種原因可能導致部分垮塌或是缺角。

①首先是搗固功不足，搗固功不足可能導致煤餅的成型能力差，在裝煤過程中，稍微遇到振動就會造成垮餅現象。

②其次是托煤底板潤滑不良，托煤底板在滑道上滑行，如果出現潤滑不良，托煤底板在裝煤過程中就會出現爬移和振動，也會造成煤餅垮塌。

③再次可能是托煤底板導向板磨損，托煤底板在裝煤過程中不能與炭化室中心線對齊，托煤底板撞到爐墻造成振動而垮餅。

④最后就是托煤底板滑道磨損，或是托煤底板前支撐面磨損，造成托煤底板進入炭化室門口時，與爐口導向板相撞，造成振動，導致煤餅垮塌。

(4)裝煤過程中，煤餅不能全部裝到位。這種情況經常出現，而且越到最后裝煤電流越高。發生這種情況的主要原因有兩種:一種是焦爐炭化室底部有較多的碎焦炭，這種碎焦炭會在炭化室的焦側端堆積，抵住前行的托煤底板和煤餅造成裝煤不到位;另一種情況就是炭化室結石墨。所謂的石墨是煤炭在高溫條件下揮發物在爐墻的結晶物，由于其硬度較大，大量的結晶物累積而成的石墨會阻礙煤餅進入炭化室，造成裝煤阻力增加，電流增大，同時伴隨煤餅的垮塌。

4 SCP機搗固煤餅的優化

4．1 搗固功優化

搗固功是指搗固機上的搗固錘作用在煤餅上的機械功(能)，搗固一般以搗固單位功表示，公式為:

其中:As——搗固單位功，J/kg;

A——搗固功，J;

Q——煤餅的重量，kg。

根據6.25 m搗固焦爐的工藝參數計算，搗固功的公式可以記作:

其中:As—— 搗固單位功，J/kg;

投產初期，攀鋼西昌公司6．25米搗固焦爐單孔操作時間僅15 min，其中搗固時間約10 min。后經不斷優化，將搗固時間降至8分12秒，實現了設計初期的目標。所以投產初期，搗固單位功:

優化后的搗固功更加合理，能滿足攀鋼西昌鋼釩煤化工廠6.25 m搗固焦爐的正常使用，且能更好地改善煤餅的抗剪強度和堆積密度，有利于煤餅的成型和SCP機的裝煤，提高煤餅的穩定性，同時可以有效地減少能量消耗。

4．2 改善煤餅形狀，提高煤餅受力性能

按照最初的設計煤餅的形狀，側面是一個等腰梯形，橫斷面也是一個等腰梯形，如圖1所示。

圖1 最初煤餅形狀示意

煤餅的高寬比約13∶1，高寬比較大，要使煤餅能夠順利地進入炭化室，所以6.25米搗固焦爐對煤餅的穩定性要求較高。為滿足煤餅具有良好的穩定性，煤餅形狀設計成棱臺形狀，煤餅上下厚度差b2=b1，上下煤餅長度差L2－L1≈32 mm，煤餅高度范圍h在5.5～6 m。煤餅的上下厚度差可以通過調節活動壁和固定臂支座的墊板得到，上下煤餅長度差可以通過調節后擋板的前傾角度和前擋板的角度得到。

后經不斷完善，將煤側面的餅的形狀變成一個有肩臺的等腰梯形，煤餅上下厚度差b2－b1≈12 mm，上下煤餅長度差L2－L1≈32 mm，同時將縱向截面也成了梯形，有利于中心下移，這樣就可以更好地改善煤餅的受力狀況，避免缺角，提高裝煤成功率，改善煤餅的穩定性。具體如圖2所示。

圖2 優化前后煤餅形狀示意

4．3 改善設備的結構性能和設備運行的穩定性

4．3．1 改善托煤底板的潤滑狀態

SCP機托煤底板潤滑系統原采用集中潤滑兩臺潤滑泵分別向托煤底板兩側滑道供油，在使用過程中如果發生一臺損壞，就會出現單邊供油的不良現象，出現托煤底板跑偏，造成煤餅垮塌。更換潤滑泵恢復時間較長，也易影響生產操作時間。為此特改造為使用一臺潤滑泵及增加一個分配器，一臺油泵同時向托煤底板兩側滑道均勻供油，另一臺泵做備用。一旦在線使用的泵發生故障，可以將泵出油口管道快速接頭拔下，直接安裝到備用泵上，崗位人員五分鐘之內自己都可恢復生產，且可節約大量的油脂費用。托煤底板潤滑系統改造前后原理對比如圖3所示。

圖3 托煤底板潤滑系統改造前后原理對比

改進后的托煤底板潤滑可以通過一臺氣動潤滑泵對托煤底板的兩側進行同時供油，供油量通過分配器平均分配到托煤底板兩側滑道，使潤滑均勻，而且供油量通過多次優化，從最初的每臺車每月10桶減少到現在的每月4桶。以下是托煤底板潤滑程序控制圖4所示。

圖4 SCP機托煤底板潤滑時間控制

從上圖可以看出，經多次優化后的托煤底板的潤滑時間比原來的減少了三分之二，為西昌鋼釩煤化工廠的降本增效作出了貢獻。

4．3．2 推焦頭增加石墨清掃裝置

推焦過程中余留的焦炭和炭化室在焦炭結焦過程中生成大量的石墨，在推焦時如果不能及時有效并完全清除干凈的話，在裝煤過程中，石墨會阻礙煤餅前行，造成煤餅垮塌。所以在推焦桿上增加頂部刮刀及側刮刀。頂部刮刀可以有效清除炭化室頂部堆積的大量石墨，同時可以阻止焦炭從推焦桿上翻的焦炭的數量，頂部刮刀安裝高度220 mm，寬度480 mm，安裝后使推焦桿總高度達到6.12 m。側刮刀能夠有效清除炭化室上部兩側堆積的石墨塊，同時對側滑靴增加保護板，減少爐墻對側滑靴的磨損，側刮刀凸出推焦桿兩邊各20 mm，安裝后使推焦桿總寬度達到480 mm，側刮刀只安裝推焦桿5米以上部位。5米以下部分因是焦炭區，不會造成石墨積累，所以不用安裝。推焦桿刮刀安裝效果圖如圖5所示。

圖5 推焦桿刮刀安裝效果

5 結論

影響6.25米搗固焦爐的SCP機煤餅成型因素較多，除了煤質、水分含量、細度等問題外，主要考慮搗固功選擇的合理性，其次考慮煤餅自身的結構和受力情況，再次考慮SCP機設備及其焦爐設備的因素。通過以上所涉及到的問題，基本上能解釋大部分垮餅原因，當然許多時候造成垮餅的都是多種因素共同影響的結果。

就攀鋼西昌鋼釩現有6.25米搗固焦爐SCP機而言，搗固功一般在550 kJ/kg比較合適，且成兩端較低的帶肩臺梯形的煤餅自身受力較好，適合該類型的焦爐生產。其次還要積極查找裝煤過程影響煤餅穩定的因素，通過不斷改進設備存在的缺陷，不斷完善裝煤質量。

［1］ 朱良均．搗固煉焦技術［M］．北京:冶金工業出版社，1992．

［2］ 蘇宜春．煉焦工藝學［M］．北京:冶金工業出版社，1994．