吳洪松 肖聰國 閆洪林 寧友福
(紅河鋼鐵有限公司燒結(jié)廠 云南蒙自 661100)
冶金、煤礦、發(fā)電、水泥等企業(yè)設(shè)置料倉,其主要用于物料的短期儲存和輸送,造價較高,是重要的生產(chǎn)設(shè)備。料倉下方通常設(shè)有稱重膠帶機(或給料圓盤)對散裝物料運輸和配比。料倉內(nèi)粉狀、顆粒物料不會像液體那樣流動,只能依靠在重力作用下滾動、滑動及沉降。由于靜止?fàn)顟B(tài)時倉內(nèi)粉體不斷壓實及應(yīng)力分布的不均勻,使粉體在裝載、卸載過程中可能會出現(xiàn)鼠洞、結(jié)拱、中心流等現(xiàn)象,且會產(chǎn)生跑倉、堵倉和倉體開裂等事故[1]。料倉錐體部分發(fā)生棚料、板結(jié)將影響物料均勻下料,導(dǎo)致配比誤差,產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)波動。
以燒結(jié)廠為例,紅河鋼鐵有限公司燒結(jié)廠有含鐵勻料倉17個、固體燃料倉4個、熔劑料倉11個,含鐵雜礦倉3個,燒結(jié)機布料處設(shè)有混合料料倉1個,容積50m3,混合料料倉能確保燒結(jié)機布料生產(chǎn)的連續(xù)性,對燒結(jié)物料的連續(xù)輸送起到緩沖的作用。燒結(jié)機混合料倉為鋼板與型鋼焊接而成,倉壁采用陶瓷襯板。配料倉底部安裝有振動漏斗,每個倉壁設(shè)置4臺倉壁振動器(生石灰、石灰石、白云石、返礦倉除外)。料倉流型均為中心流型料倉,卸料口有圓形錐體、正方形錐體、長方形錐體三種。料倉內(nèi)襯安裝壓延微晶板或高分子聚乙烯板保護(hù)倉壁避免磨損。
散狀物料從高處掉落到地面具有典型的三角形狀,由于物料含鐵(礦種多、成分雜、其密度、濕度、形狀因素都影響物料間摩擦力),物料中含水增強了物料與倉壁的粘附力,加之某些物料呈顆塊狀,物料流動中因顆塊相互嚙合達(dá)到平衡從而在卸料處形成楔形起拱[2]。
表1 料倉參數(shù)
配料倉和混合料下料不暢或不均勻,導(dǎo)致燒結(jié)布料效果差,實際生產(chǎn)中操作人員在發(fā)現(xiàn)料倉結(jié)拱或者堵塞下料不暢的情況后,沒有正確分析料倉堵塞的原因,盲目采用振動器振動,物料在受到倉壁振動力的作用,應(yīng)力增加再次形成使物料自身固結(jié)應(yīng)力增加再次形成起拱,反而增加料倉堵塞。燒結(jié)混合料含水量在5%~9%左右,在生石灰作用機制下物料粘接成團(tuán),松散困難,混合料倉襯板粘料及堵料最為頻繁,影響燒結(jié)過程的穩(wěn)定。而且處理襯板粘料非常困難,受現(xiàn)場設(shè)備環(huán)境局限,人工必須下到料倉錐體段進(jìn)行高強度捅搗破碎作業(yè),倉底環(huán)境溫度高,倉體內(nèi)部物料的粘結(jié)松動情況不確定,存在人身安全隱患。為了保證燒結(jié)連續(xù)生產(chǎn),不僅要停機進(jìn)行檢修,還需耗費人力、物力清理板結(jié)物料,所以對混合料倉防粘料裝置改造勢在必行,因此需要采用一種自動化或半自動化設(shè)備代替人工操作。料倉常見的幾種堵料形式及料倉自然狀態(tài)下受力分析,如圖1所示。
圖1 堵料形式及料倉自然狀態(tài)下受力分析
采用防粘料襯板、配備疏堵機、倉壁振動器等措施改善粘料現(xiàn)象,效果不夠理想。常見的防粘料襯板有尼龍襯板、不銹鋼襯板、陶瓷襯板、復(fù)合襯板等多種形式。在襯板較新時,具有不錯的防粘效果,但隨著襯板磨損,粘料現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。疏堵機置于料倉內(nèi)部,故障率較高,一旦發(fā)生故障,即轉(zhuǎn)化為堵料點,維修非常困難。倉壁振動器置于料倉外側(cè),屬于局部振打,容易造成越激打越會使得物料之間的粘滯力越大,粘料越結(jié)實,且振打力大部分被料倉本身吸收,長期振打會有料倉結(jié)構(gòu)開焊、撕裂或者變形的危險。以上方式均已使用過,效果不理想。
結(jié)合高大立筒倉、煤炭、水泥行業(yè)出倉經(jīng)驗,料倉通氣可以用于增強粉體的流動性從而促進(jìn)下料流動[3]。在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,80年代我國開始對空氣炮清堵器開發(fā)應(yīng)用。較多煤炭及水泥企業(yè)通過上線空氣炮,利用高壓氣體瞬間釋放較大的額壓力打落粘結(jié)物料。多個空氣炮結(jié)合布局下其作用面積較大,使用效果較好,而且從壓力容器中瞬時噴出的氣量有限,不會對倉壁和管道造成沖擊。氣流直接作用于料倉內(nèi)部容易起拱、積料部位的物料,清堵效率高??諝馀谇宥缕魇且环N高效節(jié)能的料倉破拱、清堵助流的理想裝置。
空氣炮清堵器是先將壓力容器充滿壓縮空氣,通過電磁閥的換向作用突然噴出的壓縮空氣的強烈氣流,噴出氣體速度可達(dá)858.7m/s[4],高于兩倍音速的速度直接沖入貯存散裝物料的阻塞滯留區(qū)域急劇膨脹,突然釋放的膨脹氣流沖擊波克服了物料的粘滯力形成的起拱或黏壁,使其中的物料又一次恢復(fù)重力流動,從而保證物料輸送和生產(chǎn)的連續(xù)性??諝馀诰哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、沖擊力大、安全、節(jié)能、自動控制、操作簡單,不損傷倉斗等優(yōu)點??諝馀诘墓ぷ髟砣鐖D2所示:
圖2 空氣炮的工作原理
空氣炮清堵器按照國家規(guī)定的壓力容器規(guī)范設(shè)計制造,根據(jù)壓縮空氣供氣條件和物料粘程度選擇不同型號的空氣炮。料倉內(nèi)顆粒下料時,速率分布不均勻,靠近壁面流速最慢,靠近中部流速最快[3],通常需要多個空氣炮配合。通過生產(chǎn)實踐總結(jié)的幾種料倉安裝形式如圖3所示。除去安裝位置,影響空氣炮松料效果的影響因素還包括以下兩個因素:1、不同噴嘴形狀(如圖4所示)的噴射距離和面積各不相同;2、噴嘴與倉壁的設(shè)計角度,角度與水平線不小于15°防止物料倒流而進(jìn)入排氣管內(nèi),安裝角度在20°~35°之間。
圖3 料倉空氣炮安裝位置圖
圖4 直管噴嘴與扇形噴嘴區(qū)別
根據(jù)料倉的受力模式:垂直壓力、側(cè)壁水平壓力和豎向摩擦力[1]和堵料形式或堆積位置結(jié)合空氣炮作用范圍,選擇空氣炮安裝位置。排氣管應(yīng)朝下布置不宜過長、不宜搭接大角度彎頭。采用更快的速度或者氣量取決于不同的物料,對于較輕的物料使用容積大持續(xù)時間性強的空氣炮,反之較重物料采用持續(xù)時間短氣量大的空氣炮。任何時候人員應(yīng)避開噴口,以防出現(xiàn)人身傷亡事故。
經(jīng)過3年的生產(chǎn)實踐表明,使用空氣炮后配料過程下料更加平穩(wěn)精準(zhǔn),物料先進(jìn)先用,有效提高了配比的準(zhǔn)確性。燒結(jié)礦TFe和堿度穩(wěn)定率得到提高,經(jīng)濟效益明顯:
(1)提高燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率約1%,煤比降低1%約為0.4kg/t礦,經(jīng)濟效益53.4萬元/年。
(2)節(jié)約振動電機備件采購費用約10.2萬元/年。
此設(shè)備改造后與傳統(tǒng)防粘料措施相比,物料脹落,處理粘倉效果好,可有效改善燒結(jié)機的布料情況,避免因粘料、堵料等原因造成的停機,保證設(shè)備連續(xù)順暢運轉(zhuǎn);其投資少,設(shè)備少,故障率低,能耗低,檢修維護(hù)方便,解決了因處理粘料所造成的耗費人力、物力的難題,燒結(jié)生產(chǎn)過程明顯穩(wěn)定,燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)得到改善和提高。
為了預(yù)防料倉結(jié)拱或架橋的產(chǎn)生,首先應(yīng)當(dāng)采用正確的料倉設(shè)計方法,遵循相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。其次應(yīng)當(dāng)全面綜合考慮生產(chǎn)過程中各種因素對料倉結(jié)拱的影響,對于不同的結(jié)拱類型應(yīng)當(dāng)采取不同的解決方法。不能一碰到料倉結(jié)拱堵塞卸料不暢就采用振動加速的方法,這種做法顯然不應(yīng)提倡。另外,料倉結(jié)拱的形成也決非想象的那么簡單,只有正確的分析料倉結(jié)拱的原因,采取相應(yīng)的科學(xué)安裝方法才能圓滿解決。