水冷循環(huán)刮板輸送機的設計及制作應用

陳 祿

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺 264000）

山東恒邦冶煉股份有限公司（以下簡稱恒邦股份）冶煉二公司銅冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)于2010年3月正式投產(chǎn)運行，采用的是富氧底吹造锍捕金熔煉工藝技術進行銅冶煉生產(chǎn)。受全國銅冶煉系統(tǒng)擴產(chǎn)、新建及國內銅礦資源匱乏、銅礦品味下降等因素的影響，全國銅冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)用銅精礦的供應壓力日趨明顯，依賴國外進口銅精礦及選擇低品位、多元素入爐銅冶煉物料成為我公司保證生產(chǎn)的有效手段。

為適應多遠復雜入爐原料，提高公司的經(jīng)濟效益，公司于2015開始嘗試投入高砷銅物料，并摸索生產(chǎn)試驗。經(jīng)過一年的反復摸索試驗，2016年突破火法銅冶煉驟冷收砷技術瓶頸，公司入爐原料更加多樣性，更是成功將入爐銅礦的砷品位提高至3.5%，成為世界首家將驟冷收砷技術應用于銅冶煉的企業(yè)。伴隨著入爐雜礦的持續(xù)投入，經(jīng)過冶煉后產(chǎn)生的煙氣對于后續(xù)工段的設備生產(chǎn)及運行造成了極大的被動。底吹爐余熱鍋爐內部煙氣由于溫度較高，行程的高溫熱溶體在輻射區(qū)內沿著水冷壁流淌至刮板輸送機，造成刮板輸送機被高溫熔體沖刷腐蝕；同時鍋爐內部因溫度較高，復雜煙氣在鍋爐管束形成結焦焦塊。高溫熱熔體及管束產(chǎn)生的大塊結焦造成鍋爐刮板輸送機鏈條及本體故障頻繁，導致生產(chǎn)系統(tǒng)頻繁停車檢修，工人勞動強度不斷增大。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019年1月至2020年1月期間，冶煉二公司因鍋爐刮板輸送機故障問題累計造成系統(tǒng)停車時間合計142小時24分，嚴重制約著冶煉二公司的開車率，對冶煉二公司生產(chǎn)運行造成極大被動，同時頻繁的維修刮板輸送機增大了工人的勞動強度，造成維修人員不斷離職，且維修費用居高不下，備件及維修費用達到260萬元/年，解決刮板輸送機故障問題迫在眉睫。

1 刮板輸送機故障原因及分析

通多對刮板輸送機拆解維修及鍋爐運行中的跟蹤觀察，造成鍋爐刮板輸送機故障的原因主要有三大方面：

（1）一是刮板輸送機鏈條損壞嚴重，鏈條斷齒、斷鏈，銷軸腐蝕斷裂、銷孔受熱拉裂，鏈條整體受熱變形及腐蝕損壞等問題。主要是因為刮板機輸送區(qū)域溫度較高，普通碳鋼鏈條在500℃高溫熔體下受熱造成本體熱膨脹。刮板輸送機總長20米，經(jīng)過計算在500℃高溫下刮板輸送機鏈條膨脹200mm，造成刮板機鏈條因剮蹭造成故障，同時自身的材質特性因受高溫發(fā)生變化，疲勞特性及強度降低，影響使用壽命。

（2）二是刮板輸送機箱體及隔板腐蝕破損，無法輸送物料。主要是余熱鍋爐內部高溫熱熔體流淌至刮板機中間隔板上部，熱熔體與運轉的刮板鏈條相互摩擦造成隔板破損。同時高溫熱熔體對刮板箱體具有流淌腐蝕性，造成箱體腐蝕損壞。

（3）三是刮板機輸送機尾部中心傳動軸因高溫受熱，導致傳動軸變形、鏈條脫軌，同時高溫致輸送機尾部軸承室內潤滑油融化，需要人員隨時對軸承加注潤滑油及軸流風機持續(xù)吹掃降溫，如果潤滑不及時造成軸承損壞，軸承潤滑油及軸流風機電耗消費較高。

（4）四是刮板輸送機結渣嚴重，刮板機負荷大造成設備不能正常運轉，需經(jīng)常性對箱體進行切割進行清渣處置，清渣完畢后進行焊接恢復，頻繁操作導至箱體漏氣，腐蝕較重。

以上故障均是由于鍋爐內的高溫煙氣及高溫熔體造成，是刮板輸送機故障的根源所在。

2 刮板輸送機設計改進

針對導高溫導致刮板輸送機這一系列故障的原因，我們提出改變刮板輸送機的結構形式，通過強制冷卻循環(huán)降溫處置，并打破原有刮板輸送機下部進行物料輸送的方式，重新設計制作了一套上出料式水冷循環(huán)刮板輸送機。新設計的刮板輸送機主要由頭部驅動裝置、箱體機構、高溫物料輸送裝置、清灰及排渣裝置、尾部水冷缺裝置、中間水冷缺裝置。

新設計的刮板輸送機在結構形式及材料選用上更加契合現(xiàn)場的高溫工作環(huán)境。通過對夾套進行強制水冷缺循環(huán)降溫的方式對內部高溫熱溶體及煙氣進行降溫冷卻。

頭部驅動裝置采用高強度合金鋼線切割加工制成線形驅動齒，保證在鏈條驅動時受力均勻，防止因受力不均及受熱造成驅動齒斷裂的情況。

上部物料輸送的方式有效解決了大塊結焦對鏈條的卡傷、斷裂；刮板機箱體機構采用耐熱、耐腐蝕的316L不銹鋼板材制作，同時增大鋼板厚度，大大提高了設備本體的耐腐及受熱性能；高溫物料輸送機構采用耐熱及延展性更強的310S不銹鋼板采用沖壓工藝并焊接而成，同時在鏈條兩側增加加強翅板，提高鏈條輸送的承載能力。

清灰及排渣裝置是設置在箱體機構上的快開活動人孔門，快開人孔門采用斜鐵加保溫棉緊釘?shù)哪Ｊ剑∪ヒ蚪Y焦對箱體的切割焊接，易于對設備內部積灰及結焦進行清理，既降低工人勞動強度，也節(jié)省了清焦時間。

尾部水冷裝置采用軸承部空心設計，并配合采用雙旋轉接頭，并接通冷卻水循環(huán)進行冷卻降溫，有效解決了刮板輸送機尾部受熱變形及潤滑油受熱融化的問題。

中間水冷裝置采用316L不銹鋼板制作而成，整套管板輸送機分為4組水套，水套之間采取分區(qū)并聯(lián)模式，防止在使用過程中因某塊水冷裝置損壞造成整體水循環(huán)停用的狀況，水冷裝置內部增設折流擋板，最大限度保證水冷卻循環(huán)效果。為了防止高溫熱溶體對中間隔板的沖刷腐蝕及摩擦磨損，中間水套制作完成后在上面鋪設一層耐火澆鑄材料，有效阻止高溫熱熔體對水套表面的沖刷及磨損腐蝕。

圖1 內部鏈條輸送裝置

自行設計的刮板輸送機自2020年3月份完成制作并投入生產(chǎn)使用，通過1年的使用運行，改造后的使用效果明顯。經(jīng)過統(tǒng)計，2020年4月至2021年3月，刮板輸送機及鏈條整體使用壽命明顯增強，由以前月消耗4副鏈條降低是月消耗1副甚至不消耗的狀態(tài)，有效解決了高溫熔體及結焦對刮板輸送機的影響。高溫熔體受冷卻水循環(huán)冷卻，熱熔體冷凝成焦塊，有效的防止了熱態(tài)熔體對隔板的腐蝕磨損，未在發(fā)生過中間隔板腐蝕斷裂的情況；刮板輸送機尾部水冷軸水冷降溫后使軸承室可以正常潤滑，減少了潤滑脂消耗和軸流風機的電消耗。

圖2

3 改進后的使用效果

刮板輸送機自投入使用后效果明顯，主要從以下幾方面得以體現(xiàn)：

（1）減少因設備故障造成的停車時間，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的開車率。經(jīng)統(tǒng)計，2019年1月至2020年1月份冶煉二公司因鍋爐刮板輸送機故障累積造成停車時間為142小時24分。而2020年3月份更換自制的水冷循環(huán)刮板輸送機后，截至2021年1月份，因刮板輸送機故障造成的停車時間僅有2小時，極大的提高了設備的開車時間。通過計算，節(jié)省的開車時間可直接提高經(jīng)濟效益約280萬元。

（2）減少設備及備件的消耗費用，降低生產(chǎn)成本。經(jīng)過統(tǒng)計，2019年1月至2020年1月份冶煉二公司更換刮板箱體兩套、刮板機尾3套，刮板鏈條47套，累積備件更換費用約為207.02萬元，折合每月備件耗費17.25萬元。更換為改造的新型水冷刮板輸送機后，2020年4月至2021年3月期間更換刮板機備件費用合計62.14萬元，折合每月約6.2萬元，每年可節(jié)省刮板輸送機備件費用132萬元。人工更換費用及工程車輛消耗費用忽略不計，僅增加開車率及備件節(jié)約耗費累計克節(jié)省400多萬元。

（3）其它效益：由于水冷循環(huán)刮板輸送機運行故障率降低，減少了維修工人的勞動強度，降低了員工的離職率；刮板輸送機尾部雙旋轉接頭水冷循環(huán)大大降低了軸承室溫度，節(jié)省潤滑脂及軸流風機降溫費用未詳細計算。同時設備完好運行不會造成組織煙氣的外溢，對周圍工人的工作環(huán)境有了極大改善。

（4）其它各生產(chǎn)公司生產(chǎn)系統(tǒng)的推廣使用情況：由于各公司冶煉系統(tǒng)均處理復雜精礦，余熱鍋爐內部都存在高溫熔體及刮板輸送機機體溫度過高的情況。其中冶煉一公司側吹系統(tǒng)熔煉車間余熱鍋爐刮板輸機也頻繁出現(xiàn)設備故障，鑒于冶煉二公司水冷循環(huán)刮板輸送機的成功應用，冶煉一公司熔煉車間側吹系統(tǒng)熔煉余熱鍋爐刮板已經(jīng)于2020年6月份大修對原有刮板輸送機進行了更換，改為自行設計的水冷循環(huán)刮板輸送機，目前使用效果較為良好，投入使用至今未出現(xiàn)任何過故障；冶煉三公司底吹爐余熱鍋爐刮板輸送機計劃于2021年大修期期間對其進行改造更換。

4 結語

水冷循環(huán)刮板輸送機打破了傳統(tǒng)刮板輸送機的設計思路，是根據(jù)我公司生產(chǎn)實際情況、現(xiàn)場工況摸索試驗并設計制作而成的。通過對結構形式改變，材料性能的優(yōu)化，水冷系統(tǒng)的增設運用，有效解決了刮板輸送機故障對系統(tǒng)運行的影響，在生產(chǎn)運用中解決了制約生產(chǎn)開車率及維修費用高的問題，給公司取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。同時水冷循環(huán)刮板輸送機在同行業(yè)內相同工況下為首次設計應用，可在相同工況條件下借鑒使用，為冶煉企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)適應更加復雜多變的入爐物料提供了強有力的設備保障。