烧结矿热筛性能的调整与改进

烧结矿热筛性能的调整与改进

于明珠

(鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁 鞍山114021)

摘要：为了解决新烧作业区热筛在运行过程中事故较多、备件国产化不过关，而进口备件价格昂贵等问题，从热筛的性能入手，通过对热筛筛板角度和激振器激振力进行改进、降低筛分强度，有效地延长了设备的使用寿命。

关键词：烧结矿热筛；激振器；筛板倾角

鞍钢炼铁总厂新烧作业区采用的SZR大型烧结热矿筛为直线振动筛，是由筛板、筛框、激振器、弹簧、电机、隔振装置等组成，设置在烧结机机尾，用来对单齿辊破碎后的750～850℃的烧结矿进行筛分。新烧作业区的热矿筛在生产过程中经常出现激振器损坏、筛板磨损、松动、筛箱裂纹、横梁裂纹等事故，严重影响了正常生产。鉴于国内外一些新建的烧结厂采用了无筛分热返矿工艺，热筛的筛分效率已不再重要，因此鞍钢炼铁总厂采用相对比较保守的方式，对现有热筛的筛板角度和激振器激振力进行了调整，改动可逆，便于恢复原状，不会对正常生产造成较大影响，本文对此进行了详细介绍。

1设备状况

新烧作业区的热振筛采用德国申克的直线热振筛，其激振器可以保证连续工作2年，而国产激振器使用寿命短的只有几个小时，长的也只有2、3个月，严重制约生产。进口设备虽然性能优良，但价格昂贵，进口筛框、筛板如果按照规定周期更换，费用也难以让人接受。德国申克SZR热振筛的主要技术参数^[1]见表1。

2设备调整与改进思路

筛分热返矿工艺是烧结生产中的一个重要环节，无论是早期生产的热烧结矿，还是后来生产的冷烧结矿，均采用这一工艺。

20世纪80年代，日本一些采用筛分热返矿工艺的厂家因热筛事故率较高等原因，进行了取消筛分热返矿工艺的试验，并取得了成功。此后一些新建的烧结厂也采用无筛分热返矿工艺。在我国，由于各厂的条件不同，在对待是否取消热返矿工艺的问题上观点不一致。目前，在线生产的烧结机绝大多数采用了热返矿工艺，只有少数采用无热返矿工艺。有观点认为^[2]，在国内现有生产技术条件下，无论是从稳定生产，促进烧结生产自动化、精细化着眼，还是从保护环境、实现冶金行业可持续发展的角度考虑，今后新建的烧结机宜取消热返矿工艺。目前在线生产的烧结机在条件许可的情况下，也应逐步取消热返矿工艺。也有观点认为取消热筛后弊大于利，新设计的生产流程中应解决热筛寿命问题^[3]。

鞍钢二烧360m²烧结机工业试验表明，取消热返矿工艺后，烧结矿产量增加2．49％，固体燃耗降低1．1 kg／t，煤气消耗降低0．006 GJ／t，电耗降低0．5 kWh／t，减少了设备事故率和设备维修量。但在寒冷地区烧结车间取消热返矿工艺必须有足够的混合料温度作支撑，才能保证烧结矿产量和质量^[4]。

鉴于目前国内许多烧结车间取消了热返矿工艺，因此热筛的筛分效率已经不再重要。因此提出了通过降低筛分强度，减小激振器的偏心质量和偏心半径来减小激振力，实现激振器长寿化的思路。因为激振力减小会使筛框所受的应力相应减小，两侧激振力的不同步对主梁和两侧筛框的交变应力影响大幅度下降，从而使筛框、主梁的寿命大幅度延长，同时激振力减小可使筛框、筛板与物料的冲击减小，改善设备受力和磨损状态，最终使热筛工作等级整体降低，使国产备件的使用寿命延长。其次通过提高筛面角度，保证正常下料速度，满足生产顺行要求。

3设备调整与改进方案

3．1运动学参数的选择和计算

由于槽体倾角大小对振动机的生产率、槽体的磨损情况和筛孔阻塞都有影响，因此，振动给料机通常采用向下倾斜安装，倾角一般为10°左右。对于下倾角为5°的振动给料机与水平安装的给料机相比，产量可增加5％～10％；而下倾角为10°时，产量可增加30％～40％；下倾角为15°时，产量可增加50％～100％。由此可知增大下倾角可提高振动给料机的产量^[5]。

烧结矿对筛板磨损大，为了减小筛板磨损，应使物料在槽体中停留的时间与抛起时间之比尽可能小些，即增大抛掷指数D，使抛离系数i_do近似等于1。因此，在新选方案中，适当降低振动强度K值，采用较大的振动方向角来减小槽体的磨损。

相对冲击速度与抛掷指数有关，抛掷指数愈大，相对冲击速度也愈大。当振动强度K一定时，振动方向角越大，相对冲击越大，越不利于对物料的保护。

参照文献[1]计算振动强度：

K=ω²λ／g＝π²n²λ／900g        (1)

式中，K为振动强度；ω为振动圆频率，rad／s；n为工作转速，取值为750 r／min；λ为单面振幅，取值为6．8 mm。

将设备技术参数代入式(1)，计算后得：K为4．28。

根据振动强度计算抛掷指数：

D＝Ksinδ／cosα               (2)

式中，D为抛掷指数；K为振动强度；δ为振动方向角，(°)；α为振动筛与水平面夹角，(°)。

因为振动筛与水平面夹角α很小，其余弦接近于1，所以抛掷指数公式可化简为：

D=Ksinα                      (3)

代入设备参数，得D=2．52

根据物料参数计算物料平均速度：

V_d=f(D)f(α) ωλ cosδ         (4)

式中以f(D)为与抛掷指数D有关的系数，抛掷指数D为2．52时，f(D)取O．92；f(α)为与工作面倾角有关的系数，见式(5)。

f(α)=1+tgαtgδ              (5)

代入参数，根据式(4)得到物料的理论平均速度：V_d为0．40m／s。

根据理论平均速度，计算实际平均速度：

V’=γ_αC_hC_mC_ωV_d=γ_αC_hC_mC_ωf(D) ωλcosδ(1+tgαtgδ)     (6)

式中，γ_α为倾角对平均速度的修正系数；C_h为料层厚度影响系数；C_m为物料性质影响系数；C_ω为滑动运动影响系数。

代入参数后，实际平均速度：Vˊ为0．32 m／S。

通过降低激振力，将中间的配重块取消，物料的实际运动平均速度将会改变。因此，通过调整配重，使振动筛振幅λ变为原配重时的82％，这样振动强度K降为3．52，物料抛掷指数D降为2．07，当f(D)取0．86时，相应的实际平均速度Vˊ为0．24 m／s,，可见激振力下降后，速度下降到原速度的76．6％。

结合现场的空间位置，将筛板角度由原来的4°调整为8°后，γ_α取1．2，D为2．26，f(D)取0．9，求得物料实际平均速度Vˊ为0．31 m／s。

由此可见将筛面倾角提高后，虽然激振力下降，但物料运动速度改变不大。

3．2轴承的重新选择

德国进口的激振器可以保证2年的使用寿命，当进口轴承损坏后，现场一直用普通3626轴承替代。由于振动筛轴承的基本额定载荷比普通轴承基本额定动载荷大许多，所以应该选择振动筛用调心滚子轴承(22326VBHAC9W33)。与普通3626轴承比，调心滚子轴承承载能力高、耐冲击、抗振动、摩擦小、温升低、使用寿命长。采用基本型的外形结构，内圈带有固定中挡边，能够承受轴向力。保持架采用特殊结构型式，内、外径双向引导，控制引导间隙及保持架与内、外圈的窜动量，能够防振及减振。

由于激振器的偏心块或偏心轴产生的径向力相对轴承内圈是静止的，内圈沿轴向又被相关零件轴向定位，故内圈与轴的配合较松，一般采用间隙配合(g6、f6配合，现场采用K6配合)。轴承外圈相对于负荷方向旋转，为防止外圈相对座孔滑动而导致轴承温度急剧升高，确保内圈和轴一起旋转时滚动体在保持架中可灵活自转，外圈与座孔的配合要采用较紧的过渡配合或过盈配合(N6、P6，现场采用M7配合)，轴与座孔也有采用js6、K6配合的，即将普通机械的“内紧外松”配合，改为振动机械的“内松外紧”^[6—8]配合。

3．3最终方案的确定

热筛是在线生产的主体设备，做试验时不能影响正常生产，因此不能对原有设备进行大的改动。以前有人尝试过利用减轻配重的方式来实现热筛的长寿化，但都没有成功，下料不畅是一个重要原因。

鞍钢炼铁总厂原设计振动筛最大处理能力为450 t／h，日常处理能力为350～360 t／h，日常负荷占最大能力的800A，，筛分能力有富余，但下料量随烧结台车间歇下料，呈周期性变化。加之近几年产能不断增大和考虑空间限制，最终方案确定为：激振器采用国产激振器，新的配重方案，出口角度维持4°，2排筛板；入口角度改为8°，4排筛板，入口两侧边板局部适度降低高度，保证不影响倒筛。改动后激振力为原来的82％，对设备的性能要求整体下降了一个等级，筛板与物料的冲击相应减小，磨损相应减轻，筛框寿命显著延长，强度满足要求。此外，激振力的降低有利于提高激振器的整体寿命，降低轴承温升。

4设备调整与改进效果分析

4．1振动强度和寿命校验分析

参照文献[9]，实际振动强度K_S按下式校核：

K_S=λω²／g≤K    (7)

式中，K为预选的振动强度。

当λ降低，ω不变，g为9．8 m／s²时，振动强度K_S变小。

轴承寿命校验，用下式计算：

Ln=(10⁶／60n)(C／P) ^δ   (8)

式中，n为工作转速，r／min；C为额定动载荷，N；ε为寿命指数，滚子轴承ε=10／3。

改动后的激振力为原激振力的82．30％，改进后的轴承(22326VBHAC9W33)基本额定载荷为原轴承(3626)的1．32倍。因此改动后的轴承寿命为：

Ln1=(10⁶／60n) (1．32C／0．82P) ^ε=4．83 Ln   (9)

通过调整激振力，使轴承寿命延长了4倍。同样筛框、激振器齿轮、筛板的寿命也延长，在此不作校验。

4．2筛分效率分析

20世纪70年代，法国学者Bursvein提出了等厚筛分理论^[10]，通过调整筛面各段的抛射加速度或筛面倾角，使得物料在入料端具有较大的抛射强度和运动速度，促使物料快速分层，而在排料端减小抛射加速度，减缓排料速度，增加细粒物料的透筛机会。通过这样的处理，使得物料在整个筛面长度方向上基本保持厚度一致，故称等厚筛分，因其筛面各段倾角从入料端开始逐渐减小，筛面外形类似香蕉，业内人士也称等厚筛为“香蕉筛”。

筛面倾角α₀对筛分效率的影响可以从物料运动速度及透筛概率两个方面考虑。随着α₀的增大，筛分效率下降，但变化不大，呈单调性下降^[11]。通过采用等厚筛分理论和保持原有的筛分频率，适当增加筛面倾角，改动对筛分效率不会有严重影响。降低物料与筛板的冲击速度，增大冲击角度对保护筛板是有利的。

4．3试验效果分析

第一次试验时采用简易的试验用筛板，生产1 h，热筛振动非常稳定，在启停过程中经过共振区时也很平稳。从筛面物料流速上看，流速减慢，筛面存料增加，有必要增加筛板角度。从环冷台车铺料情况上看，近似于正常生产的料量。从热返矿流量上看，热筛继续保持较高的筛分效率。烧结台车集中卸料时，热筛入口烧结矿有瞬间外溢。改进完善后，第二次试验时，热筛运行正常，振动平稳，下料顺畅，无漏料崩料现象，运行相当理想。同时采用一套全盲筛板配合生产进行取消热返矿试验，国产激振器和3626轴承寿命已经达到国产激振器的最好水平，运行平稳，下料顺畅。下一步将使用振动筛用轴承，调整筛板角度，出口角度维持4°，3排筛板，人口角度仍为8°，3排筛板，以进一步提高热筛的使用寿命。

5结语

采用适度减小振幅、提高筛板倾角的方法对烧结热筛进行改进后，热筛继续保持较高的筛分频率。从热返矿流量上看，仍然可以保持较高的筛分效率。通过空间的拓展和热筛板形的变化，可以实现筛板角度更大、激振力更小、设备寿命更长。

鞍钢炼铁总厂新烧作业区热筛的调整与改进已经取得阶段性成效，不需烧结机延长、环冷机加大冷却面积或热筛部位大规模的改造，仅通过性能调整、优化及采用盲筛板即可以实现烧结热筛的长寿化，达到取消热返矿的目的，并且投资少、风险小、改动可逆。在北方严寒的冬季，可以更换成常规筛板，实现混合料温的提高。

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