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移动式链斗提升机在双闪项目中的应用与改进

1、斗式提升机概述

铜陵有色金属集团股份有限公司金冠铜业分公司(以下简称“金冠铜业”)的水淬工艺流程为高温冰铜或吹炼渣被位于溜槽下部的粒化头水淬成细颗粒后进入冰铜或渣水池,沉积在锥形池底,再由斗式提升机(以下简称斗提机)从池中捞出滤水送到皮带上或者渣仓中。目前生产现场布置有3台用于冰铜捞取的斗提机、2台用于吹炼渣捞取的斗提机,分别对应不同的放铜口或放渣口,以便及时捞取冰铜和水淬渣。如果斗提机不能正常工作,造成冰铜或水淬渣在池中积压,将影响闪速炉的稳定生产,大大降低“双闪”冶炼的综合效率。所以斗提机是“双闪”冶炼的关键设备,运行必须安全可靠,避免发生突发故障而导致全面停产检修。

金冠铜业的斗提机在设计时充分考虑生产工艺的特点及检修的要求,采用了一种新型的斗提机,由中国瑞林工程技术有限公司与金冠铜业共同开发设计,铜陵有色机械总厂制作。与传统斗提机相比,其主要特点是斗提机本体可以根据工况沿导轨上下移动,改变捞料深度,有较大的灵活性,充分利用了粒化池内的空间。但同样由于灵活的结构形式,新颖的设计,再加上属于初次开发设计,难免考虑不周,故其在试运行初期故障率较高。本文介绍了这种新型的移动式链斗提升机的组成、工作原理及其特点,在针对其实际生产中出现的问题进行分析的基础上提出了相应的改进措施,并介绍了实施效果,为今后的设计提供有益的借鉴。

2、新型斗式提升机的组成及工作原理

移动式链斗提升机主要由斗提机本体、托架及卷扬系统3大部分组成。其中,斗提机本体由首轮部件、链斗驱动装置、尾轮部件、链条、链斗、机架等部件组成;托架由导轨、顶部支撑、下料溜槽、中部支撑、导轨安装底板等部件组成;卷扬系统由卷扬驱动装置、卷扬装置、滑轮部件、配重等部件组成。其结构配置如图1所示。

与传统斗提机不同之处在于新型斗提机增加了一套卷扬系统,卷扬驱动单元包括卷扬机,卷扬机绳索的一端与斗提机本体相连,为斗提机本体提供沿导轨向上的拉力,卷扬机绳索的另一端设有配重,配重的重量应与斗提机本体沿导轨向下的分力大小基本一致。因为斗提机本体的重力可分解为沿导轨向下的分力和垂直于导轨方向的分力,卷扬驱动单元提供的拉力只要能够平衡斗体机本体沿导轨向下的分力与配重之间的差值,即可使斗提机本体保持平衡,而该差值要比斗提机本体的总重力小得多,因此卷扬驱动单元的负载较小。电气控制采用闭环控制方式,通过测量链斗电机的电流来决定斗提机本体是否升降:若链斗驱动电机电流达到设定值上限,则

卷扬驱动电机启动,本体抬升,链斗中捞取的渣量将会减少;若链斗驱动电机电流下降到一个设定值,则卷扬驱动电机启动,本体下降,链斗中捞取的渣量将会增加。这样可完全根据渣池内渣量的多少,实时调整斗提机本体没入水淬池的深度,进而控制设备的负荷,避免因过载而产生设备故障。

另外,为使斗提机本体沿固定导轨上下安全移动,本体两侧设有防倾翻装置(如图2)。防倾翻装置包括卡板,其上端固定在斗提机框架上,下端从导轨外侧延伸至导轨的轨面板体以下,并向该轨面板体底部弯折,最终钩挂在轨面板体的下板面上。卡板钩挂在该板体的下板面上,能够防止滑轮脱离轨面,进而防止斗提机框架倾翻。

这种新型斗提机还有一大优点是当斗提机本体出现故障时,本体可借助卷扬驱动装置沿导轨持续上升,并能够完全撤离渣池区域,进而进行检修,这样既不需人工清理渣池也不影响其余斗提机的正常运行,从而减少了对主工艺生产的影响。

3、使用中出现的问题及整改方案

3.1运行初期暴露的问题

由于移动式链斗提升机部分结构为初次设计,缺少经验借鉴,因此存在一定的设计缺陷;再加上生产中水淬冰铜颗粒大小难以控制,导致工艺条件也发生了变化,这使得斗提机在试运行阶段出现了一些故障,具体表现为:1)链斗的变形与脱落,链斗滑轨磨损快,变形漏斗捞取效率低,对设备的运行安全和运行效率产生极大影响。2)头轮齿圈固定螺栓切断脱落。头部链轮结构采用组装式,由轮毅和分体齿圈之间采用高强度螺栓连接而成,其中齿圈由线切割同步整体加工完成后,再切割为两部分。但由于齿圈与轮毅连接螺栓尺寸选用偏小(M20 ×200 ),和螺栓的配合方式均有一定缺陷使螺栓存在长期的交变冲击应力,易产生疲劳失效。

3.2整改措施与成效

针对斗提机投用以来出现的故障问题进行调查,结合金隆及其他冶炼厂曾使用过的各种斗提机的结构形式特点,对各类故障进行了逐一分析,同时运用有限元分析等一些专业分析软件对部分结构的力学性能进行分析,最终以简单、可靠、适用为原则,形成了以下分析结果和改进措施。

3.2.1链斗易变形、脱焊、脱落故障整改措施

图3一图5为链斗变形趋势,由图可大致看出链斗变形以及翅板磨损的发展过程。

图3中,链斗出现轻微变形,翅板的下部开始出现磨损;随着链斗变形的逐渐加剧,翅板的磨损也随之增加。变形的位置都集中在图中的红圈位置,即链斗背板与链斗筋条的连接处。进一步分析链斗工作时的受力状态如图6所示。

随着链条的转动,链斗逐渐进入料堆后,链斗的外侧框体逐渐接触物料并铲起物料。此时,物料会对链斗的外框产生反作用力F,并随着链斗逐渐进入料堆而增大。作用力F使链斗具有沿图6中圆弧箭头方向倾转的趋势而产生扭矩,但由于链斗固定螺栓的作用,链斗的倾转只能沿着固定板边沿发生,如果固定螺栓强度不够,则会发生螺栓拉弯变形、链斗脱落的情况;如果链斗固定足够牢固,而链斗的强度不足时,链斗就会沿连接板的边沿发生弯曲变形(变形点在图6中红圈位置)。从而出现图3一图5中链斗的变形状态,并且随着斗提机的持续运转,变形程度不断加大。

链斗的变形位置为链斗的背部筋条与背板连接处(图7)。由于链斗沿口有3根均布竖筋的作用,作用力会使链斗内侧的背板上部发生弯曲。链斗背板上部弯曲与下部变形叠加,就会导致链斗两侧翅板的角度发生改变,从而导致翅板与导轨的干涉而发生磨损。

综合以上分析,对链斗结构做了如下改进(图8):1)将链斗固定螺栓孔位置整体下移80mm。下移螺栓孔安装位置能够减小链斗受力时产生的倾翻力矩以及对固定螺栓和链斗下部的弯矩,从而减小链斗变形几率。2)在链斗背部增加3个均布的加强筋板。通过分析可知,链斗的薄弱部位为背部筋条连接处,在此处增加筋板可提高此处刚度,能够在一定程度上抑制链斗下部变形。3)改变支撑竖筋的位置。将链斗沿口中部的支撑竖筋的位置由原来的水平支撑改为斜向下方支撑,使支撑位置落在背板中部,目的是减小作用力对背板上部的弯矩,减少背板上部的变形几率,抑制翅板的角度变化,从而减缓翅板的磨损。4)将链斗的固定螺栓由M16增加至M24,进一步增强其抗弯强度。5)将链斗的总宽度由925mm改为910mm。因滑轨内侧宽度为920mm,一旦滑轨磨损严重,原宽度为925mm的链斗将与滑轨发生摩擦,从而增加链斗的驱动负荷,并损坏链斗。

3.2.2头轮齿圈固定螺栓切断脱落整改措施

首先将齿圈孔、轮毅孔改为铰制孔,同时将孔径增加至Φ26,选用铰制孔螺栓连接,使配合紧密,削弱或消除交变冲击应力,提高螺栓的负载强度。

3.2.3钢丝绳底座强度不够整改措施

优化设计了丝杆与U型挂环的连接形式,将丝杆与U型挂环采用并帽紧固,再采用焊接,保证强度。经过结构改进,钢丝绳安装底座的强度已能充分满足负载要求。对照结构图,发现相对薄弱点会转移到钢丝绳底座安装板上,为此又对钢丝绳底座安装板进行了全面的加固。

4、结束语  

综上所述,新型斗提机与传统的斗提机相比,具有明显的优势,如捞渣量的调节,单台检修不影响其余设备的正常运行,从而避免了全面停产。另外通过前期的探索和改进,新型斗提机部分关键部位的结构形式已得到优化,其运行的平稳性较改进前也有大幅度提高,链斗抗变形能力以及使用寿命得到提高,链斗的滤水效果通过不断的尝试已初见成效。这些整改的经验为下一代新型斗提机的设计提供了有益的借鉴。

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