馬鋼2 500 m3高爐上料系統設備的改造分析

周金超，徐志坤

（中冶華天工程技術有限公司，江蘇210019）

0 引言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱馬鋼）第二煉鐵總廠1#2 500 m3高爐由中冶華天工程技術有限公司設計，并于1994年4月25日建成投產，2007年2月26日經過一次停爐大修。至2018年，鑒于1#2 500 m3高爐生產已進入爐役后期，生產中爐缸溫度偏高；系統設備磨損、老化嚴重；以及工藝裝備水平難以滿足現行高爐生產要求，特別是上料系統的設備嚴重破損，性能結構落后，維修故障率和成本非常高，不能滿足環保要求，因此馬鋼決定于2018年8月再次對1#2 500 m3高爐進行大修。

1 上料系統設備及改造內容

1#2 500 m3高爐目前礦槽為雙排布置，共設16個料槽。槽下各種物料均采用分散篩分、分散稱量，按上料程序通過1#、2#上料主膠帶機接力形式加到爐頂料罐。槽下振動篩篩下碎礦、碎焦分別經各自膠帶機運送到碎礦、碎焦系統，再進行篩分分級，回收焦丁和礦丁入爐。本次高爐大修工程，礦焦槽及上料系統原則上不做大的改造，現有槽下系統工藝布置不變，只是進行系統設備改造，新增槽下液壓站和集中潤滑站以及對相關設備進行維護性改進。新增槽下液壓站供槽下稱量漏斗的液壓缸用，新增潤滑站供槽下稱量漏斗的軸承潤滑和上料主皮帶機頭輪的軸承潤滑用。改造內容主要包括1#上料主皮帶機驅動裝置更換、2#槽下主皮帶機驅動裝置更換、各種稱量漏斗的改造以及各種礦倉閘門的改造等等。

2 上料主皮帶機的改造分析

2.1 上料主皮帶機設計參數

改造后1#上料主皮帶機的設計參數:膠帶機寬度：1 600 mm；膠帶機速度：2 m/s；上料能力：礦石 2 730 t/h，焦炭 680 t/h；水平長度：304.508 m；提升高度：～60.79 m；膠帶：鋼絲繩膠帶 ST2000；電機 ：4×250kW，6KV，3用1備。

改造后2#槽下主皮帶機的設計參數:膠帶機寬度：1 600 mm；膠帶機速度：2 m/s；上料能力：礦石 2 730 t/h ，焦炭 680 t/h；水平長度：139.4 m；提升高度：～ 6.05m；電機 ：2×160 kW，380V，1用 1備。

運輸物料的堆比重：焦炭：0.5 t/m3；燒結礦：1.8 t/m3；球團礦：2.2 t/m3；塊礦：2.5 t/m3。

由于上料主皮帶機的整體布置和以前保持不變，只是帶速由1.8 m/s提高到2.0 m/s，根據經驗電動機的功率等參數可以保持不變，如表1是上料主皮帶機驅動裝置的技術參數。圖1是1#上料主皮帶機驅動裝置布置圖，圖2是2#槽下主皮帶機驅動裝置布置圖。

表1 上料主皮帶機驅動裝置的技術參數

圖1 1#上料主皮帶機驅動裝置布置圖

圖2 2#槽下主皮帶機驅動裝置布置圖

2.2 上料主皮帶機運輸能力的校核

先對1#上料主皮帶機運輸能力的校核。

皮帶機的運輸能力:Im=Svkρ（kg/s）

得到:Q=3.6Svkρ（t/h）

上式中S:皮帶機上物料的最大截面積，m2；v:帶速；k:傾斜系數；ρ:物料堆比重，kg/m3。

（1）1#上料主皮帶機運輸能力Q核算

確定S值：由槽角α=35°，得堆積角θ=（0.5～0.75°）×α=17.5～26.25°，取 θ=20°。由《運輸機械設計選用手冊》（以下簡稱《手冊》）表1-3查得S=0.3 m2。

確定k值：皮帶機的傾角δ=arctgH/Lh=arctg60.79/304.508=11.3124°。上式中，Lh：皮帶機的水平長度；H：皮帶機的提升高度。由《手冊》表2-28查得k=0.93。

在計算含鐵礦運輸能力的時候，ρ取燒結、球團、塊礦的綜合堆比重1.95 t/m3，

則：Im=Svk ρ=0.3×2×0.93×1 950=1 088 kg/s；

所以1#上料主皮帶機運輸能力滿足含鐵礦運輸工藝要求。

在計算焦炭運輸能力的時候，ρ取0.5t/m3，

則：Im=Svkρ=0.3×2×0.93×500=279 kg/s；

所以1#上料主皮帶機運輸能力滿足焦炭運輸工藝要求。

（2）2#槽下上料主皮帶機運輸能力Q核算

根據同樣的原理，計算皮帶機的傾角δ=arctgH/Lh=arctg6.05/139.4=12°，由《手冊》表2-28查得k=0.93。

則含鐵礦：Im=Svkρ=0.3×2×0.93×1 950=1 088kg/s；

所以2#槽下主皮帶機運輸能力滿足含鐵礦運輸工藝要求。

則焦炭：Im=Svkρ=0.3×2×0.93×500=279 kg/s；

所以2#槽主皮帶機運輸能力滿足焦炭運輸工藝要求。

2.3 聯軸器的改造分析

1#上料主皮帶電機和2#槽下主皮帶電機后面選用的是液力耦合器與減速機鏈接，因為這樣可以改善設備啟動性能和減少電動機的啟動沖擊。按照工藝和設備啟動要求，決定選用帶制動輪限矩型液力耦合器。根據電動機的轉速和功率由《手冊》表1-44和表1-45選定了型號分別是YOXⅡZ750和YOXⅡZ560。帶制動輪限矩型液力耦合器的主要特點是

（1）設備起動平穩，在運行中消減沖擊與振動。

（2）提高電動機能力，減少電網的沖擊電流。

（3）可以起到過載保護的作用，保護電機、工作機，不會因過載而損壞、燒毀。

（4）可以縮短啟動電流的持續時間，節省能源。

（5）在多電機并聯時能均衡負荷。

（6）液力偶合器構件無機械磨損，壽命長。

2.4 減速機的改造分析

對于減速機的主要技術要求如下：減速機采用平行軸；減速機需帶逆止器，1#上料主皮帶機逆止力矩不能小于39 kN.m，2#槽下主皮帶機逆止力矩不能小于15.2 kN.m；減速機的機械功率不小于1.8倍的電動機功率；減速機的熱功率不小于1.15倍的電動機功率；電源條件：AC380V；不允許采用非標產品；減速箱提供油溫、高速軸軸承測溫點；減速箱軸承采用SKF品牌減速箱高低速軸有良好的密封保護措施，確保開機無滲漏。

（1）1#上料主皮帶機減速機的改造分析

根據表1計算如下：

減速機的輸出轉速：n=v×60/（2r×π）=2×60/（2×0.625×3.14）=30.56,

減速機的速比i=1 000/30.56=32.72

減速機功率：P2N≥P2×f1×f2=250×1.5×1=375 kW，

式中：f1是工作機系數，f2是原動機系數。

根據弗蘭德樣本減速機初步選型型號H3SH15，額定功率P2N=512 kW，速比iN=31.5。

所以由弗蘭德樣本3.3×P=3.3×250=750 kW≥512 kW（其中3.3是安全系數），滿足要求。

在對自然冷卻熱容量、風扇冷卻熱容量和風扇+冷卻盤管冷卻熱容量的計算后，根據減速機的熱功率不小于1.15倍的電動機功率的條件，選定減速機的型號是H3SH15+F+C。

（2）2#槽下主皮帶機減速機的改造分析

根據表1計算如下：

減速機的輸出轉速：n=v×60/（2r×π）=2×60/（2×0.5×3.14）=38.21，

減速機的速比：i=1500/38.21=39.26。

減速機功率 P2N≥P2×f1×f2=200×1.5×1=300kW

根據弗蘭德樣本減速機初步選型型號H3SH12，額定功率P2N=307 kW，速比iN=40。

所以由弗蘭德樣本3.3×P=3.3×200=660 kW≥307 kW（其中3.3是安全系數），滿足要求。

在對自然冷卻熱容量、風扇冷卻熱容量和風扇+冷卻盤管冷卻熱容量的計算后，根據減速機的熱功率不小于1.15倍的電動機功率的條件，選定減速機的型號是H3SH12+F+C。

3 稱量漏斗的改造分析

3.1 稱量漏斗的改造優化

（1）為了減少振動篩出來的物料對稱量漏斗錐段襯板的磨損，一是增加襯板厚度；二是在稱量漏斗的直段上部增加料墊裝置，料墊裝置是由料墊和H型鋼組成，先把H型鋼焊接在稱量漏斗的內壁，H型鋼到稱量斗頂面的距離500 mm左右，現場根據情況可調整，然后料墊用緊固件固定在H鋼上，而且料墊的位置根據需要可以移動，料墊中充滿物料相當于料打料，振動篩出來的物料經過料墊裝配緩沖后再進入稱量漏斗，這樣大大加大了漏斗錐段襯板的壽命，節省了更換襯板，增加了效益，圖3是料墊裝配簡圖。

圖3 料墊裝配簡圖

（2）原有的稱量漏斗采用電機加減速機和四連桿機構的方式卸料，這種方式成本較高、結構復雜而且需要工人定期巡檢耗費人力，這次改成蝸輪蝸桿手動調節閘門+液壓驅動閘門的驅動方式來卸料。稱量漏斗的支架以前是支撐在平臺上，現在要求支架落地。

蝸輪蝸桿手動調節閘門用來控制物料的流量，不同的物料就打開的不同開口度。閘門上裝有行程標尺，能夠準確控制開口度。當轉動手輪時，螺桿帶動閘板沿著閘門本體上的軌道運動，從而實現閘門開口度的調節。當手輪停止轉動，閘門達到所需要的開口度時，由于蝸輪蝸桿傳動本身具有自鎖功能，所以在沒有外力的情況下閘門不會往回運動。

（3）為了適應環保的要求，稱量漏斗的下部閘門直接插入槽下主皮帶的導料槽內，液壓驅動閘門放在稱量漏斗的內部，這樣灰塵難以散開到外面。閘門的開口度通過接近開關控制，在稱量漏斗的內部還有襯板來控制它的極限打開位置，另外除塵罩與振動篩的出口處采用橡膠軟連接。

3.2 稱量漏斗液壓閘門的設計分析

稱量漏斗液壓閘門是由液壓缸驅動曲柄，曲柄帶動軸和翻板轉動。翻板焊接在鋼管上，鋼管的兩側通過平鍵連接兩個半軸。軸直徑的確定是關鍵所在，根據工況要求塊礦的堆比重最大，此時翻板受力最大。經過計算落在翻板上的料柱的重力是1.684 t，對軸的轉矩是8 385 Nm。液壓缸的選用內徑63 mm，活塞桿直徑選用45 mm，工作壓力選用10 Mpa，力臂是296 mm時，則液壓缸的推力是31.17 kN，對軸的轉矩是 31.17×103×0.296=9 226 Nm。＞8385 Nm，滿足要求。圖3是半軸的三維模型。

對半軸進行三維建模，對半軸進行有限元分析，安裝軸承處的力是8420 N，彎矩是9 226 Nm，分析后得到最大的應力是40 Mpa。根據計算結果，翻版軸選用Φ100 mm、40Cr材質的軸，其而許用應力是55 Mpa，所以剪切應力滿足要求。

圖3 半軸的三維模型

4 結語

馬鋼1#2 500 m3高爐大修工程上料系統設備的改造工程已經投產一年了，目前運行情況良好。尤其對主皮帶機減速機和液力耦合器的選型合理經濟，對稱量漏斗的內部結構的改造和稱量漏斗閘門驅動的改進使得整個上料系統運行更加順暢，還減少了維修成本，此次改造非常成功，對同類型高爐的生產設計具有一定的借鑒意義。