龔學林
湖北宜都宜運機電工程有限公司 宜都 443300

摘 要：為解決目前國內(nèi)冶金行業(yè)爐體灰斗高溫灰渣輸送過程中，所使用國產(chǎn)的高溫埋刮板輸送機存在刮板鏈條易磨損或者變形斷裂、輸送距離短、易發(fā)生堵料悶車、機殼易磨損或者變形、整機使用壽命短、輸送機與灰斗吊裝連接螺栓存在剪斷安全隱患等許多問題，經(jīng)過廣泛調(diào)研，通過對輸送機的頭部、尾部、中間機殼、導(dǎo)軌、刮板鏈條、中間隔板、進料口連接法蘭、鏈條張緊裝置、控制和保護裝置等零部件創(chuàng)新設(shè)計和優(yōu)化結(jié)構(gòu)、合理選用材料和加工工藝，“全懸掛耐高溫鍋爐灰渣刮板輸送機”有效地解決了上述問題。輸送距離可以達到100 m 以上，出現(xiàn)卡堵、悶車時可以應(yīng)急處理和控制，能有效消除輸送機與灰斗之間因溫差變化、熱脹冷縮導(dǎo)致幾何尺寸變量不一致產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起的變形，整機密封性能好、使用壽命長，運行安全可靠、成本低，檢修、維護方便，實現(xiàn)了降耗、節(jié)能和環(huán)保。目前，已經(jīng)在冶金行業(yè)推廣使用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機；全懸掛；耐高溫；物料減壓隔板；高刮板鏈條；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TH222 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）08-0058-050 引言

在我國金屬冶煉行業(yè)，余熱鍋爐已被廣泛應(yīng)用于回收煙氣余熱。余熱鍋爐不僅可以回收冶煉高溫煙氣中的二次能源，降低煙氣溫度，而且還能收集高溫煙氣中的煙塵，降低煙氣中的含塵量，是現(xiàn)代冶金行業(yè)必不可少的節(jié)能減排設(shè)備。

被余熱鍋爐收集的高溫煙塵，是通過高溫埋刮板輸送機( 以下簡稱輸送機) 來完成輸送的。目前，我國冶金行業(yè)高溫灰渣輸送機，很大的一部分從國外進口，其采購價格高、維修備件采購難度大、供貨周期長，并且備件的價格昂貴，其運行維護成本高。而目前國產(chǎn)輸送機又存在許多問題：

1） 因刮板鏈條工作時被埋在高溫物料中， 刮板鏈條的鏈桿和銷軸一般采用低碳合金材料（ 如20CrMnTi、20MnTiB 等），熱處理方式為表面滲碳淬火。當物料溫度高于500℃時，鏈桿和銷軸則處于回火溫度狀態(tài)中，表面硬度會大幅降低，極易產(chǎn)生磨損。

2）輸送距離短（一般不超過35 m）。若長距離輸送，則刮板鏈條受較大溫度差的影響，其長度變量大，且頭部安裝的托輪裝置和尾部彈簧、螺桿拉緊裝置則無法滿足大變量（刮板鏈條因為溫差和磨損變形量超出上述張緊裝置可以調(diào)節(jié)的能力范圍）條件下的張緊要求，出現(xiàn)鏈條張緊失效現(xiàn)象。

3）在實際工況中，存在物料結(jié)塊、起拱現(xiàn)象發(fā)生。當大塊物料下落進入輸送機加料口或進料量瞬間超過設(shè)計輸送能力時，易發(fā)生堵料或者產(chǎn)生將上、下分支的刮板鏈條卡住而導(dǎo)致悶車。

4）物料溫度時常超過輸送機設(shè)計許可的溫度參數(shù)（一般為300 ～ 500℃）。當物料溫度達到500℃以上時，機殼和刮板（通常采用20g 材料）無法滿足高溫環(huán)境下抗氧化腐蝕的要求，機殼極易磨穿，刮板鏈條極易變形或者斷裂。

5）刮板鏈條因連續(xù)在輸送機的上、下導(dǎo)軌上滑動摩擦運行，其阻力大，易磨損，使用壽命低。

6）輸送機進料口的法蘭聯(lián)接孔一般設(shè)計成條形腰圓孔，用螺栓與爐體灰斗的下法蘭聯(lián)接。因制造和安裝過程中的積累誤差，導(dǎo)致上、下連接法蘭熱脹冷縮不同步，使聯(lián)接螺栓在承受縱向拉伸應(yīng)力的同時又承受橫向剪切應(yīng)力，從而導(dǎo)致機殼法蘭變形，且又存在剪斷螺栓的安全隱患。若上下法蘭采用軟聯(lián)接，其密封性差，易出現(xiàn)灰塵泄露，污染環(huán)境。

針對上述問題，在進行廣泛的市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，研發(fā)了“全懸掛耐高溫鍋爐灰渣刮板輸送機”，以解決我國冶金行業(yè)高溫鍋爐灰渣輸送設(shè)備存在的技術(shù)問題，適應(yīng)該領(lǐng)域的發(fā)展需求。

1 全懸掛耐高溫鍋爐灰渣刮板輸送機的關(guān)鍵技術(shù)
1）根據(jù)輸送機的原理和輸送物料的特性，如何將不同特性的物料（如流動性好、堆積角小、溫度高、腐蝕性大、比重大、磨琢性強、有時結(jié)塊后硬度高的高溫煙塵）輸送到100 m 及以上距離，對方案的選擇和整機結(jié)構(gòu)優(yōu)化是研制成功與否的關(guān)鍵。

2）在高溫輸送的環(huán)境下，輸送機的核心部件——刮板鏈條的型式及其材料選擇至關(guān)重要。在保證輸送量的同時還要考慮刮板鏈條耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的要求，并需要有足夠的強度。因此對刮板鏈條的結(jié)構(gòu)型式及其材質(zhì)、加工工藝、熱處理工藝等方面都是研發(fā)的難點。

3） 懸掛在爐體灰斗下的輸送機在輸送高溫物料時，其熱脹冷縮的伸縮量與灰斗不一致，尤其是當兩個或多個并列爐體灰斗使用一臺輸送機輸送時，二者的熱脹冷縮變量更大。如何有效消除設(shè)備之間熱應(yīng)力引起的設(shè)備變形，確保設(shè)備安全運行，是研發(fā)工作要解決的重要問題。

4）高溫輸送環(huán)境下，要確保整機在連續(xù)運行的情況下達到5 萬h 以上的壽命，首先要保證易損件（如刮板鏈條、導(dǎo)軌、頭輪、尾輪、側(cè)襯板等）的檢修（或更換）周期達到1 萬h 左右（連續(xù)工作狀態(tài)下），除了選用耐高溫耐磨損的材料以外，還必須優(yōu)化結(jié)構(gòu)，采用一系列技術(shù)和工藝上的保障措施，這同樣是技術(shù)研發(fā)的難點。該輸送機機型為MSMR320 ～ 1000；所輸送物料為高溫煙塵（溫度≤ 850℃，粒度≤ 200 mm）；輸送量為10 ～ 50 t/h；牽引鏈速為0.05 ～ 0.2 m/s；最大（水平）輸送距離為100 m。

2 主要研究內(nèi)容
2.1 整機方案及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
根據(jù)高溫煙塵特性及輸送機應(yīng)用要求，經(jīng)濟合理選擇設(shè)備規(guī)格型號及材質(zhì)，對主要參數(shù)和整機方案進行優(yōu)化，提高設(shè)備運行的適用性和經(jīng)濟性。

輸送機結(jié)構(gòu)布置形式如圖1 所示。由頭部、驅(qū)動單元、中部機殼、尾部、刮板鏈條、機械保護裝置、電氣保護和控制裝置等組成。中部機殼布置有長方形進料口、整機法蘭反托裝置；承載分支設(shè)置有耐溫耐磨導(dǎo)軌及左、右耐溫耐磨側(cè)襯板；空載分支設(shè)置有鏈條回程托輪組件，這種結(jié)構(gòu)形式根據(jù)工藝要求可以延伸到頭、尾部機殼內(nèi)。

采用如圖1 所示的技術(shù)方案。由吊掛在輸送機頭部1 和過渡段4 上的驅(qū)動裝置2，通過鏈傳動驅(qū)動頭部1中的頭輪轉(zhuǎn)動，頭輪帶動刮板鏈條7 在過渡段4、中間機殼5 下部承載分支從尾部10 向頭部方向運行，將物料輸送到出料口卸料。承載分支：高刮板鏈條在每兩塊相鄰耐磨導(dǎo)軌12 和耐磨導(dǎo)軌12 之間自動填充補償?shù)奈锪仙线\行；空載分支：高刮板鏈條通過頭部托輪組件3和中間托輪組件6 從頭部向尾部方向運行。高刮板鏈條形成無端閉合的連續(xù)運行構(gòu)件，將物料連續(xù)輸送到出料口。尾部設(shè)置的張緊裝置采用壓縮彈簧加絲桿螺母扼架式結(jié)構(gòu)，能有效調(diào)整高刮板鏈條的松緊度和左右跑偏量。

1. 頭部 2. 驅(qū)動裝置 3. 頭部托輪組件 4. 過渡段 5. 中間機殼 6. 中間托輪組件 7. 高刮板鏈條 8. 法蘭反托裝置 9. 快開檢視門 10. 尾部 11. 速度監(jiān)測裝置 12. 耐磨導(dǎo)瓦 13. 耐磨襯板 14. 機械過載保護裝置
圖1 全懸掛耐高溫刮板輸送機安裝布置簡圖

當兩個或多個并列爐體灰斗采用一臺輸送機輸送高溫物料時（一般輸送距離較大），爐體灰斗與輸送機之間因熱脹冷縮產(chǎn)生的設(shè)備幾何尺寸變形量大，且很不一致，易導(dǎo)致爐體灰斗和刮板輸送機變形，甚至損壞部件和剪切聯(lián)接件，造成設(shè)備安全事故。本方案采用在設(shè)備的中間部位設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)段（如圖2 所示），自動調(diào)節(jié)補償各爐體灰斗和刮板輸送機之間的熱脹冷縮變量，有效消除設(shè)備之間因熱應(yīng)力引起的變形，保障設(shè)備安全運行。

1. 頭部 2. 驅(qū)動裝置 3. 頭部托輪組件 4. 過渡段 5. 中間機殼 6. 中間托輪組件 7. 高刮板鏈條 8. 法蘭反托裝置 9. 快開檢視門 10. 尾部 11. 速度監(jiān)測裝置 12. 耐磨導(dǎo)瓦 13. 耐磨襯板 14. 機械過載保護裝 15. 伸縮調(diào)節(jié)段 16. 中間機殼
圖2 兩個或多個灰斗下全懸掛耐高溫刮板輸送機安裝布置圖

2.2 具體結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用
1）機殼 輸送機機殼采用耐高溫耐磨材料（如15CrMo），當所輸送物料溫度在500℃以上時，則采用耐高溫不銹鋼材料，以確保高溫狀態(tài)下機體不變形、抗氧化腐蝕、有足夠的強度和耐磨性能。

2） 頭、尾輪 頭輪與尾輪均為易損件， 采用42CrMo 耐高溫耐磨材料，整體進行熱處理，以保證工作面的硬度，耐磨損、壽命長，并采用可拆分的組合式結(jié)構(gòu)，以便維修更換。

3）刮板鏈條 刮板鏈條是輸送機的核心部件之一，同時也是易損部件，采用耐高溫耐磨合金材料（如鏈桿采用35CrMo、刮板采用15CrMo、銷軸采用42CrMo）。并在結(jié)構(gòu)上采用較高桿身的鏈桿和高刮板結(jié)構(gòu)，輸送高溫物料時，高刮板將鏈桿托高，盡可能減少鏈桿與物料接觸（僅高刮板與物料接觸），避免鏈桿長因時間埋在高溫物料中而被回火或退火、降低表面硬度和抗拉強度的情況，從而延長鏈桿使用壽命。

4）托輪組件 機殼空載分支鏈條回程采用托輪組件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形式可以設(shè)置在頭部至尾部方向一部分距離的中間機殼中，也可以設(shè)置在全部中間機殼中。一方面可自動調(diào)節(jié)刮板鏈條熱脹冷縮的伸縮量，調(diào)節(jié)行程大、運行可靠，能滿足長距離輸送；另一方面將常規(guī)的鏈條與回程導(dǎo)軌間的滑動摩擦轉(zhuǎn)換成鏈條與托輪間的滾動摩擦，從而減小刮板鏈條運行的阻力，降低能耗及減小磨損和噪聲，延長使用壽命。

5）物料減壓隔板 長形進料口處的中間機殼中設(shè)置有多組物料減壓隔板（如圖3 所示），以防止爐體灰斗中的大塊物料瞬間下落而充滿輸送機的承載分支和空載分支，卡堵上下相反方向運行的刮板鏈條，造成輸送機悶車事故。當有大塊物料落入、沖擊空載分支回程的刮板鏈條時，物料減壓隔板具有穩(wěn)定刮板鏈條、防止其從托輪上跑偏掉落的作用，而落到減壓隔板上的物料由回程的刮板鏈條輸送到空隙處落入承載分支。

圖3 刮板輸送機輸送狀態(tài)圖

6）耐高溫耐磨導(dǎo)軌及襯板 采用含有鉻、鉬、錳等元素的合金材料。承載分支機殼底板上較均勻地布置耐高溫耐磨導(dǎo)軌，其厚度是普通耐磨導(dǎo)軌的5 ～ 10倍，導(dǎo)軌的寬度小于刮板鏈條寬度或者與刮板鏈條寬度相同，相同使用條件下的使用壽命是普通耐磨導(dǎo)軌的5 ～ 10 倍。導(dǎo)軌布置形式不同于連續(xù)不間斷布置的普通導(dǎo)軌，導(dǎo)軌分段間隔布置，導(dǎo)軌間的間隔一般為1 000 ～ 1 500 mm，用螺栓與機殼底板聯(lián)接，拆換便捷。導(dǎo)軌之間間隙由輸送物料自動填充，填充的物料可以有效防止底板磨損，同時可以減緩高溫物料對底板的熱輻射所導(dǎo)致的氧化腐蝕和變形。承載分支機殼左右側(cè)板上設(shè)置可拆卸耐磨襯板，以防止機殼側(cè)板磨損，延長設(shè)備使用壽命。

7）整機法蘭反托裝置 采用一種專用的整機法蘭反托裝置（見圖4）, 通過高強度螺栓組件聯(lián)接，將輸送機懸掛在爐體灰斗上。傳統(tǒng)的長距離法蘭聯(lián)接方式是上、下連接法蘭孔加工成腰圓孔，用于補償制造、安裝及熱脹冷縮產(chǎn)生的誤差，但補償值較小，當誤差和伸縮量較大時不能滿足使用要求。本法蘭反托裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙適用，留給法蘭縱向和橫向兩個方向的伸縮空間較大，允許上、下法蘭伸縮不同步，聯(lián)接螺栓不承受剪切應(yīng)力的作用，法蘭不易變形、螺栓不易折斷。

圖4 法蘭反托裝置

8）機體中部設(shè)置有伸縮調(diào)節(jié)段（見圖5），適用于兩個及兩個以上爐體灰斗。其結(jié)構(gòu)由內(nèi)外底板、左右側(cè)板、蓋板和伸縮波狀板、柔性織物耐高溫密封墊、連接法蘭、緊固螺栓組件、底板耐磨軌瓦等零部件組成。伸縮波狀板和柔性織物耐高溫密封墊預(yù)留有足夠的橫、縱向伸縮空間，當物料溫度變化時，可自動調(diào)節(jié)補償各爐體灰斗和輸送機熱脹冷縮的伸縮量。

圖5 伸縮調(diào)節(jié)段

9）張緊裝置 尾部采用壓縮彈簧加絲桿螺母扼架式張緊裝置，可以更加有效調(diào)節(jié)輸送機刮板鏈條的松緊和左右運行方向，防止鏈條跑偏。

10）輸送機頭、尾部和中間機殼的合適位置設(shè)置快開檢視門，便于適時觀察內(nèi)部運行情況和日常點檢。

11） 保護裝置 整機設(shè)置機械和電氣雙重保護裝置，遇有斷鏈、過載、悶車等故障時及時報警停機，確保設(shè)備安全可靠運行。電控裝置可以實現(xiàn)出現(xiàn)堵料悶車時在設(shè)定的時間內(nèi)使刮板鏈條正向、反向運行數(shù)次以突破物料卡堵，突破成功設(shè)備繼續(xù)正常運行，突破不成功及時報警停機。

3 結(jié)語
“全懸掛耐高溫鍋爐灰渣刮板輸送機”研制成功后，即著手系列型號的研發(fā)，目前根據(jù)冶金行業(yè)項目規(guī)模和用戶要求已成功開發(fā)出該產(chǎn)品的多種規(guī)格型號，并在有色金屬冶煉行業(yè)用戶中進行推廣，使用效果良好，得到了一致認同和好評。隨著對產(chǎn)品不斷地優(yōu)化、改進和完善，各項技術(shù)性能進一步成熟，將會得到越來越多用戶的推崇和使用，替代進口設(shè)備，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和良好的社會響應(yīng)。

參考文獻
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