炼焦机车设备优化与技术升级

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炼焦机车设备优化与技术升级
郝 军
摘要：炼焦机车设备主要由推焦车、拦焦车、装煤车、熄焦车组成，是焦炉生产过程中的配套设备。

它们服务于焦炉的生产，但是由于该设备经常在高温状态下工作因而其机械系统易出现缺陷及不足，从而导致故障率高、检修频繁、检修难度大，针对缺陷及不足对机车的关键设备进行了优化与技术升级。

关键词：炼焦机车设备；设备优化；技术升级
为优化设备并提高生产效率，许多发达国家研究无人驾驶四车。

国内钢厂为实现无人焦炉机车开展前瞻性工作，但目前未达到四车无人值守水平。

因为推焦工艺特别重要，设备控制复杂，影响因素多，容易发生重大事故。

因此，不能确保机车上没有人。

未来将继续完善机电系统，直至可靠。

炼焦系统主要机械设备包括推焦车、装煤车、拦焦车、熄焦车。

推焦车负责将成熟的焦炭从焦炉内推出，具体动作为启门、推焦、清门、清框，并在装煤车装煤后关上炉门。

装煤车负责在推焦车推焦后，将配好的煤装入焦炉。

拦焦车与推焦车同时工作，在推焦车推焦时，拦焦车开启焦侧炉门对好导焦栅，让被推出的焦炭从导焦栅内通过掉入熄焦车厢内，起引导作用。

熄焦车和推焦车、拦焦车配合工作，对下一炉号进行预处理，并将焦炭用熄焦车机车头引领熄焦箱运走熄焦。

由于设计等原因，设备存在部分性能实用性不足或达不到生产要求等问题，例如除尘接口阀密封不严，易受撞击损坏，除尘效果不佳；装煤车搓盖机臂架设计不合理，易变形，故障频繁，导致人工操作打炉盖易发生烧伤等事故。

因此，针对存在的问题和工况要求，使用新技术进行优化，包括焦炉除尘设备和主要机械设备。

1 原因分析
四大机车的无人控制涉及快速准确的定位、稳定可靠的无线传输支持等多项技术，并综合多种技术实现对焦炉四台机车的远程控制和管理，最终实现焦炉机车的无人控制技术。

四台机车无人作业的核心是四台机车的定位。

四机车自动定位系统是机车上最重要的自动控制系统。

因此，对机车的定位速度和精度要求越来越高。

设备控制系统由西门子PLC、变频器、工控机和各种自动化部件组成，并配备紧急停车按钮、报警系统和监控系统等。

无线通信系统主要采用数字信号处理技术，具有较强的抗干扰能力，无线电台是实现中控室与四台机车通信的核心设备，采用先进的通信协议。

机车设备常常在高温状态下工作，极易导致部分部件经常性故障，因此进行了针对性技术改造。

拦焦车原有的除尘接口属于刚性连接，在需要对位的时候易出现导套损坏变形造成的撞击，经常需要修复，同时对位后容易出现阀口密封不严的问题，导致内部吸力不足，除尘效果不佳；装煤车搓盖机的臂架设计不合理，易变形，导致故障频繁，因此人工操作打炉盖时易发生烧伤事故等；推焦车提门油缸底座销轴原设计为三根一排插入，由于使用频繁，磨损后容易产生窜轴现象，在更换拆卸时相对困难；装煤车螺旋给料器在装煤过程中原给料器驱动电机联轴器为齿形联轴器，经常处于高温环境，导致联轴器内部润滑油变质，经常出现剃齿问题；装煤车除尘顶杆机构原设计不合理，经常出现油缸杆弯曲现象；拦焦车刮板机系统是拦焦车的主要设备，由于机头部分滑道设计有缺陷，当刮板机链条出现断裂故障时，容易出现堆链事故。

焦炉用的拉条分为横拉条和纵拉条两种。

横拉条用圆钢制成，安装在炉顶和炉底，上部横拉条放在炉顶的砖槽沟内，下部横拉条埋设在机侧、焦侧的炉基础平台里。

纵拉条是由扁钢制成，一座焦炉有5～6根，设于炉顶，其作用是沿炉纵长方向拉紧两端抵抗墙，以控制焦炉的纵向膨胀，纵拉条两端穿在抵抗墙内，并设有弹簧组，保持一定的负荷。

焦炉炉体在生产过程中会产生膨胀现象，出现膨胀现象后就需要对炉体进行调整，调整通过纵拉条进行。

目前，调节炉体时是采用人工调整，不但劳动强度大，而且调整时间长、工作效率低，影响了生产的连续进行，有必要进行改进。

此外，针对工况要求和存在的问题，对机车的主要设备进行了优化升级，提高设备使用性能，降低故障率，提高环保效果和安全性。

2 改造实施
2.1 拦焦车除尘接口导套新技术应用
在炼焦系统生产时，装煤和推焦的过程会产生大量粉尘和荒煤气等污染物。

不同的企业采取不同的措施来处理这些污染物。

为了改善除尘效果，根据实际生产情况改进了消烟除尘导套，并自行设计了一种新型导套装置，通过生产实践证明效果十分显著，不仅提高了导套的使用寿命，而且大大降低了生产设备的使用成本。

除尘接口阀导套是炼焦生产出焦时拦焦车除尘系统中重要的部件。

出炉时，拦焦机移动，除尘导套与除尘管路相连，推焦车的推焦杆移动以控制电动执行器进行切阀动作，并
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启动风机。

通过程序控制风机调速，完成出炉时的烟尘处理，因此接口阀导套的使用效果将直接影响到焦炉除尘效果。

传统的除尘接口阀的除尘导套活动接口部分为刚性连接。

在除尘阀导套顶出与除尘管道翻板接口对接时，顶杆力度过大会出现撞击现象，导致导套和翻板等部件损坏，修复难度大，影响生产。

如果顶杆力度过小则无法使接口对接到位，导致接口密封不严，吸力不足，除尘效果较差。

改造后，将除尘接口阀活动导套前部接口部位改为柔性连接，并增加了缓冲带以提高导套接口的补偿性能。

当导套推出对位时，它能使阀口与除尘管道翻板接口严密结合，提高了接口处的密封性，减小了集尘管道内吸力损失，从而提高了除尘效果。

同时，改造后的导套还能缓冲对接时的冲击力，保护除尘装置不受损坏。

对接方法兰1由钢板制成，一端为对接平面，另一端通过连接段2与缓冲带3相连接，并使用压条5固定连接。

缓冲带3由带线层的皮带制成，一端与法兰1相连，另一端与活动导套4相连，连接方式为螺栓连接，便于更换。

改造后的除尘导套4由钢板制成，由液压顶杆驱动推出，完成接口阀与除尘管道翻板阀口的对接。

由于缓冲带3本身的弹性作用，阀口结合更加紧密。

改造后的结构更加简单、工作更加可靠、制造成本更低、维修更加方便，避免了因撞击对除尘装置造成的损坏，提高了接口的密封性。

2.2 装煤车搓盖机结构优化
搓盖机是装煤车主要设备，主要负责炉盖的摘取和安装功能。

在使用过程中，由于两根摆臂跨度较大，经常发生扭曲变形，造成设备故障频繁、影响生产的正常运行。

同时在出现故障时需要人工打开炉盖，造成烧伤安全隐患。

针对搓盖机的现有问题，根据实际情况和现有空间对搓盖机摆臂进行了合理的改造。

原搓盖机的摆臂形式，由于摆臂上部设计为曲臂形式且跨度大（3m），受力易发生变形。

改造后将曲臂改为直臂，两臂之间跨度由3m缩短为1m。

这样摆臂的刚度增加，不易变形，延长了搓盖机使用寿命。

同时还能避免因搓盖机长时间不能使用造成的人工打开炉盖时易被烧伤的安全隐患。

2.3 推焦车提门油缸机构底座改造
提门油缸是推焦车使用过程中执行取焦炉炉门的一个机构。

该机构能否正常运行直接影响到推焦车是否能完成取煤拦焦工作。

当提门油缸出现故障时，能否顺利地将油缸拆检，也直接影响到推焦车是否能快速恢复使用性能。

提门油缸与底座为销轴连接，原设计为三根销轴。

其中两根用于将底座固定在结构框架上，另一根销轴用于连接油缸与底座。

油缸末端连接柄在销轴上可以转动。

在检修过程中，发现连接油缸和底座的销轴发生窜轴时或销轴磨损后，油缸连接柄就无法拆下，只能进行破坏性拆除。

既浪费备件又浪费时间，对设备运行和检修很不利。

针对提门油缸连接销轴设计缺陷的问题，决定将连接销轴改为一根通轴。

将钢结构和油缸底座及油缸连接在一起，避免了中间销轴出现窜轴或磨损导致无法拆卸的问题。

这不仅提高了检修效率，同时还避免了对设备的破坏性拆除和备件更换的浪费。

2.4 装煤车螺旋给料器改造
装煤车螺旋给料器是焦炉装煤过程中布料主要设备。

原给料器驱动电机联轴器为齿形联轴器，由于经常处于高温环境，造成联轴器内部润滑油变质，联轴器经常出现剃齿问题。

由于联轴器结构形式的原因，一旦联轴器损坏就需要挪动电机利用拔具才能更换，备件价格高、维修成本高、维修时间长。

鉴于以上问题，将联轴器改为柱销联轴器。

该联轴器结构简单，不需要润滑，柱销磨损后不需要挪动电机，只更换柱销就可以。

改造后降低了备件费用、缩短了检修时间，减少了维修成本。

2.5 电机车抱闸驱动风管优化
熄焦车的电机车走行抱闸设计为高压风驱动。

原设计中，风管为钢管丝扣连接。

由于刚性连接在电机车使用时因震动经常出现接口损坏漏气，故障率高，维修难度大。

鉴于以上问题，将风管改为高压软管连接，消除了因震动造成的风管损坏问题，降低了故障率。

2.6 拦焦车导焦栅吊挂轮检修优化
拦焦车导焦栅吊挂轮是导焦栅的传动轮组，导焦栅通过吊挂轮的转动进行前后运动。

由于工作环境粉尘较大，吊挂轮容易损坏，但是有一个轮发生卡死现象就会导致导焦栅不能使用。

原来的检修方式是将导焦栅吊下处理，费时费力。

为了提高检修效率，进行了在线检修，在吊挂滑道上开检修口进行在线检修。

优化检修方案后，提高了检修效率，降低了工人的劳动强度，节约了机具费用。

2.7 装煤车除尘顶杆机构优化改造
装煤车除尘顶杆机构是焦炉装煤过程中除尘的重要部件，在装煤过程中会产生大量的煤尘和烟气，因此需要除尘系统对其进行处理，而除尘顶杆则是这一过程的重要部件。

炉体上的固定除尘口全部用翻板盖着，只有在需要的时候利用除尘顶杆将除尘翻板打开，从而将装煤车的除尘系统与炉体上的除尘系统联通。

在保证装煤车除尘顶杆功能不变的情况下，对其结构进行了优化改造，从而延长了其使用寿命。

原设计是在长2.3m的油缸上安装一个"鸭子嘴"，在油缸的前后端用内六角安装扇形板，在扇形板上安装两根铁管作为支撑和限位装置。

这样的设计出现了油缸头部较重的情况，同时利用铁管作为滑道摩擦力较大，在使用过程中经常出现油缸杆弯曲，油缸密封泄漏的问题。

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优化改造中，自行设计了油缸前后端的固定装置，利用螺栓将其固定在油缸的前后端，从而将作用力释放在油缸筒上，从而不影响油缸密封的使用寿命。

然后，在油缸尾部设计了一套滑动装置，并与油缸杆的"鸭子嘴"相连接，从而保证了油缸杆头部的强度和减少前后运动的摩擦力，同时也起到了导向作用。

优化后改造后的使用效果较好，不再出现顶弯油缸杆的现象，同时也大大减少了油缸漏油的频次，保证了除尘系统的正常使用。

2.8 拦焦车刮板机机头优化
拦焦车刮板机系统是拦焦车的主要设备。

由于机头部位滑道设计有缺陷，当刮板机链条出现断裂故障时，刮板链条会堆积在机头链轮下部或缠绕在头轮上面，造成修复时很难将链子取出。

不得已的情况下只能将部分链条破坏取出，既造成备件浪费又影响检修时间，不利于快速恢复生产。

为了解决刮板机链条故障检修难度大、时间长从而影响生产的问题，改造了刮板机机头部位，将机头部位的链板滑道与链轮之间安装了过渡托辊。

由于链板在机头部位有了依托，避免链板在断裂时堆积在链轮下部卡住。

同时由于托辊的支撑作用，链板运行过程中在链轮与滑道端部不会出现下沉，能够更加顺畅地导入滑道，使其运行更平稳。

其特点是不会破坏设备原有结构，弥补了原设计的缺陷，投入小见效大。

国内外同类设备没有这种改进，值得推广。

优化改造后的刮板机机头结构不破坏原有结构，弥补原设计缺陷，增加链板在链轮与滑道间过渡。

当刮板机链条出现断裂故障时，刮板链条不会堆积在机头链轮下部或缠绕在链轮上，造成备件浪费和检修时间长从而影响生产。

2.9 推焦车调整炉体拉条装置的设计优化
推焦车上设计安装的焦炉炉体拉条的装置，它由拉条扳手、转盘、绕绳筒、钢丝绳组成，拉条扳手为长筒体，拉条扳手的外壁和内孔截面分别为六角形，六角形内孔截面与拉条螺母的六角形外周相匹配，绕绳筒为一个圆筒体或多个圆筒体组成，转盘为两个平行相对的圆盘，拉条扳手位于两个转盘之间，拉条扳手的两端分别与两个转盘的中心垂直焊接连接，拉条扳手的六角形内孔与两个转盘的外壁表面齐平，绕绳筒位于两个转盘之间，绕绳筒环绕在拉条扳手的外周，绕绳筒的两端分别与两个转盘的内壁固定连接，钢丝绳的一端与绕绳筒的表面相连接，钢丝绳的另一端与推焦车的固定点相连接。

拉条扳手的内孔与拉条螺母的外周相匹配，拉条扳手套在拉条螺母上，拉条扳手与转盘相连接，通过推焦车的左右运动从而拉动钢丝绳，钢丝绳通过绕绳筒转动转盘，转盘带动拉条扳手转动，拉条扳手即可转动拉条螺母，对拉条进行调整。

优化设计，改造安装后结构简单、工作可靠、制造成本低，能够实现快速、便捷紧固炉体拉条，调整炉体，彻底解决炉体调整速度慢、调整费时费力的问题，把原来的手工操作大部变成自动化作业，工作效率得到大幅度提高。

2.10 电机车走行轮与减速机连接部位修复改造
电机车是炼焦系统四大机车中拖动熄焦车的设备，其走行系统由电机、减速机和轮对组成，轮对和减速机的传动方式是通过轮对轴上的外齿和减速机轴套中的内齿配合传动，由于电机车长期在重负荷情况下运行，轮对和减速机的传动齿会出现磨损和疲劳，当磨损严重时强度降低出现打齿问题失效，此时减速机不能将动力传递到轮对。

当走行轮和减速机之间连接失效时就不能再使用，需要更换轮对轴和减速机，造成备件浪费且更换检修时间长影响生产。

在修复改造过程中将减速机从轮对轴上拆下，测量确定开槽位置和尺寸，在轴和轴套相应位置开槽并按照开槽尺寸加工平键，轴和轴套均为对称开槽从而保证转动强度，将减速机和轮对轴装配再将平键装入，并在轴端装上挡盘防止平键退出。

改造后克服现有技术的不足、提供一种安全高效的在线检修方法，在齿形传动失效后，现场改为键传动，恢复电机车轮对和减速机的连接性能，大幅度延长轮对和减速机的使用寿命，节省备件费用，减小对生产的影响。

3 效果对比
拦焦车除尘接口阀软连接技术在除尘接口阀上应用后，除尘效果明显提高，故障率明显下降。

搓盖机臂架改型后，刚度加强，故障率明显降低，减少了人工操作打开炉盖的几率，消除了安全隐患。

推焦车提门油缸机构改型后检修方便，缩短了检修时间，减少了备件浪费。

优化改造后的除尘顶杆机构延长了油缸的使用寿命，减少了顶杆油缸漏油的频次和头部开焊的频次，保证了除尘系统的正常使用，起到了保护环境的效果，有效降低环境污染。

此次炼焦机车设备的改造是以多年机车运行状态的总结为基础，每一处的改造都达到了良好的效果。

4 结语
利用上述的优化方案对炼焦机车的重要部件进行优化解决了炼焦机车设备在工作过程中存在的缺陷问题。

拦焦车除尘接口阀采用软连接技术同时解决了除尘接口阀撞击损坏和密封不严两个问题。

装煤车摆臂改型解决了摆臂受力容易变形的问题，搓盖机故障率明显下降。

提门油缸和底座的连接轴三根改为一根，解决了轴磨损后出现卡阻无法拆卸，维修成本高的问题。

（作者单位：河钢宣钢机电公司）
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