空氣炮在鋼鐵企業(yè)料倉中的應(yīng)用

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）

1 前言

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。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 料倉參數(shù)

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。

2.2 料倉堵料原因分析

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)

2.3 料倉堵料的危害

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

2.4 防堵措施應(yīng)用效果

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。

3 行業(yè)解決方案

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。

4 空氣炮工作原理及特點

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

5 空氣炮在料倉中的安裝與注意事項

5.1 空氣炮的安裝要點

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

5.2 安裝注意事項

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。

5.3 使用效果

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。

6 結(jié)論

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。