豎爐布料車的技術改造優化研究

胡振焱，郭 峰

（1.張家港市永鋼集團煉鐵二廠，江蘇張家港 215600；2.張家港市永鋼集團球團廠，江蘇張家港 215600）

0 引言

永鋼豎爐布料車原借用馬鋼的圖紙設計，設計上存在一些弊端。如采用懸臂梁設計，皮帶機驅動裝置采用電動滾筒驅動、皮帶易損壞等問題，給生產工藝帶來一定的困難，尤其是懸臂梁結構，小車行走布料過程中，頭部存在一定的上下顫動，給料線的穩定和入爐生球的強度帶來較大影響。頭部處高位時導致生球落差加大，生球破碎率增加。因布料機前部懸臂過長而用拉桿斜拉，導致入口高度增加，影響豎爐的密封性、烘干床效果、除塵效果和功率增加等。通過優化改造，有效地解決上述矛盾和弊端。

1 布料車懸臂梁的問題及優化改造方案

1.1 懸臂梁結構的弊端

（1）懸臂梁受布料車行走的影響，布料車鋼架的穩定性差，皮帶機構頭部改向，滾筒上下顫動，皮帶上平面改造前離烘干床角鐵蓋板的高度約450 mm。生球在簡單的拋物線軌跡過程中，落差高度忽高忽低，在低點對生球無影響，在高點時，落差高度增加30～50 mm，造成生球破碎和開裂。

（2）布料車架的總長度為13 150 mm，總重量約5.8 t。由于懸臂梁結構的形式，根據杠桿原理，如圖1 所示，可得公式（1）。

可得出布料車左右平衡，此時整車的全部重量全部在被動車輪上。根據公式（2）：

式中 f——驅動摩擦力，N

u——主動行走輪與路軌的摩擦系數

N——作用在主動行走輪上正壓力，N

為了確保主動行走輪足夠的驅動摩擦力：必須增加主動輪上部分的正壓力，同時為了平衡懸臂梁重量，確保平穩運行，故在布料車尾部電動滾筒處增加1 t 左右的配重塊。但如前所述，整機重量增加后無疑部分重量分擔到被動行走輪上。以上綜合結果導致被動行走輪磨損更換周期約0.5年，而主動行走輪更換周期約1年。被動行走輪更換頻率太頻繁。

（3）由于懸臂梁臂架前段需要拉繩，導致豎爐入爐路口高度增加，豎爐煙罩密封性變差，影響烘干床的烘干效果；額外增加電除塵的風量，電除塵電耗增加。

（4）懸臂梁部分受豎爐高溫烘烤變形，皮帶機架受影響，皮帶跑偏，影響皮帶布料均分性和穩定性等。

1.2 懸臂梁的解決方案

（1）以上問題的產生都由于懸臂梁引起，為此根據經驗和生產現場實際，在車架前面增加一組導向行走裝置，由于此導向行走裝置布置在豎爐內，工作溫度100～250 ℃。同時綜合考慮粉塵較大，流速較快等因素。故要求行走裝置路軌不變形，行走裝置軸承座密封性能良好。為此研究軌道梁采用（50×50）mm 的方鋼（調質處理）焊接在（160×160×8）mm 的方管上，方管內充水循環冷卻。行走裝置采用外機械密封加內部骨架油封密封的方式，以確保密封性能良好，布料車改造后如圖2 所示。

（2）取消平衡拉繩，爐口高度下降，爐口密封進一步加強。（3）車架前增加行走裝置后，整體自身具備平衡性能。取消原配重塊，減輕車輛載荷。

圖1 布料車改造前分析

圖2 布料車改造后分析

優化改造后，主動行走輪、被動行走輪和導向行走輪三者共同承擔整車的重量。同時、主動行走輪由于皮帶機驅動裝置和車架的重量偏在主動行走輪側，故能很好地平衡驅動摩擦力和磨損情況。改造前后如圖3、圖4 所示。

圖3 改造前圖片

圖4 改造后圖片

通過以上優化改造后，布料車主動行走輪使用周期約1.5年，被動行走輪使用周期約2年，導向行走輪使用周期約半年。其中導向行走輪使用周期短的主要原因還在軸承座內潤滑油受高溫烘烤干和粉塵進入，導致軸承損壞，這是下一步著手解決的問題。

2 布料皮帶機存在的問題及解決方案

2.1 布料皮帶機生產實踐存在的問題

（1）驅動電動滾筒運行不平穩、故障率高。電動滾筒是一種將電機和減速機共同置于滾筒體內部的新型驅動裝置，主要應用于固定式和移動帶式輸送機，用于替代傳統的電機，減速器在驅動滾筒之外的分離式驅動裝置。與分離式驅動裝置相比，電動滾筒具有結構緊湊、傳動效率高、噪聲低、占據空間小、安裝方便等諸多優點。但由于驅動體安裝在滾筒體內部，無法實施有效點檢；運轉不平穩、可靠性差、密封性較難處理，出現噪聲和漏油后很快就損壞，故障率很高。在時下追求低誤時率、確保高效穩定運轉的鋼鐵冶金企業，電動滾筒難以適應鋼鐵企業連續作業的需求。布料皮帶機基本參數見表1。

表1 布料皮帶機基本參數

（2）輸送帶損壞頻率較高，影響豎爐作業效率。由于布料車前臂基本都在豎爐內，此處溫度基本在150～250 ℃之間，高溫對皮帶的影響很大，經常出現接頭受高溫影響開裂導致故障停機。由于此皮帶的總長度約25 m，皮帶的型號：EP200 650×6×（6+3）。球團廠的普遍做法是每月定期更換新皮帶、接頭采用75#皮帶扣連接，接頭松動后重新打皮帶扣固定等措施。此種作業方法故障率很高，由于處于高溫區域，出現故障后工人施工難度很大，強度較高，具有一定的安全風險。

2.2 布料皮帶機優化解決方案

（1）針對驅動電動滾筒存在上述弊端，根據現場空間大的情況，采用標準的帶式輸送機傳動機構，電機+輸入端聯軸器（制動器）+減速機+輸出端聯軸器+傳動滾筒的組合形式。此驅動機構相比原來的電動滾筒增加重量約0.6 t。直接將原來的配重取消，也減輕車架的重量，可謂一舉兩得。

原來的皮帶速度為1.0 m/s，根據公式（3）帶速：

其中:v 為皮帶機傳動滾筒的最大直徑線速度，n 為驅動電機的轉速，i 為減速機的速比，r 為傳動滾筒的半徑。

根據布料車架的高度和皮帶的需要選定Ф500 的傳動滾筒（型號：DTⅡ02A4104）即，r=0.25 m；驅動電機選取380 V 4 級變頻電機，最大轉速為1470 r/min，型號：Y2-132S-4 5.5 kW。

計算減速機速比：i=1470×0.25×2π/60V=38.48，故選取減速機的速比為i=40，根據DTⅡ型標準皮帶機設計和現場經驗，綜合減速機的驅動載荷，選取減速機為DCY160，根據現場空間布置，綜合選定減速機型號圓柱齒輪減速機DCY160-40-ⅡS；高速端聯軸器選用梅花型彈性聯軸器MLL5-I-200，制動器選用YWZ3-200/25 型，制動輪直徑200 mm。減速機輸出端選用十字滑塊聯軸器SL260 Ф70×140/Ф90×170。

（2）解決輸送帶存在的問題。布料車沿著爐口縱向中心線運行，工作環境較差，皮帶易燒壞，因此要求加強爐頂排風能力，降低爐頂溫度，改善爐頂操作條件。布料車皮帶開始采用皮帶扣扣住，但由于使用時間短，易脫扣等問題，一般使用周期約半月。后采用硫化方法接接頭，由于皮帶處于高溫區域，橡膠受熱后皮帶容易起皮和脫膠等。開始采用的皮帶型號為耐熱帶 EP200 650×6（6+3），耐熱溫度為200 ℃，皮帶總厚度約20 mm。皮帶機頭部改向滾筒為Ф220，其他滾筒為Ф315 和Ф400。由于受最小滾筒曲率半徑小的影響，皮帶接頭在Ф220 時折彎厲害，導致接頭皮翹起，進而開裂到內部。這是接頭開裂的主要原因，而皮帶磨損是次要因素，一般更換下來的皮帶磨損程度很小，使用壽命約2～3個月。

綜合皮帶方面存在的問題，最終采用皮帶硫化方案硫化接頭，皮帶厚度由原來的20 mm 減小到12 mm 左右，型號變更為EP200 650×4（4.5+1.5）耐熱溫度為200 ℃，改進后皮帶使用壽命約半年。

3 結束語

通過優化改造后，布料車主動行走輪使用周期約1.5年，被動行走輪使用周期約2年，導向行走輪使用周期約半年，行走輪的使用壽命都得到一定的提高。通過對豎爐梭式布料車皮帶機的改造和優化，將原皮帶檢修周期2 個月左右提高到半年，皮帶機驅動裝置只需簡單維護保養，無需再檢修。有效避免了布料車皮帶機方面的故障，提高了生產作業率。

通過改造后，基本無需再購買驅動裝置備件，檢修頻次和維護成本明顯降低，年節省備件和檢修、維護費用超10 萬元。大大降低了工人的工作量和勞動強度；改造后較大程度消除隱患，現場作業環境得到較大改善。