料流軌跡計算在排焦溜槽設計中的應用

薛德余，榮金方

（濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東濟南 250101）

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料流軌跡計算在排焦溜槽設計中的應用

薛德余，榮金方

（濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東濟南 250101）

通過對干熄焦排焦溜槽設備的建模，分析計算了內部焦炭料流的軌跡，確定了顆粒沖刷設備殼體的準確范圍，據此設計高鉻鑄鐵襯板的鋪設區域，降低設備總重量達30%，減少了設備制造成本3萬余元。

干熄焦；排焦溜槽；料流軌跡；襯板

1 前言

排焦溜槽位于干熄焦旋轉密封閥下部，底部與冷焦帶式輸送機相連，是冷焦排出系統中重要設備之一［1］。常見排焦溜槽由豎直段和斜段兩部分連接構成。考慮到焦炭干熄后具有很強的磨蝕性，以往設計中在溜槽豎直段四周和斜段的側面鋪設了25 mm高鉻鑄鐵襯板，而斜段的底部采用階梯料磨料方式。由于缺少理論支持，在豎直段全部鋪設了高鉻鑄鐵襯板，使得設備總重偏大，既不方便安裝，又造成了設備成本的增加。本文擬通過對排焦溜槽內部的焦炭料流軌跡進行計算分析，確立焦炭顆粒直接沖刷殼壁的準確范圍，為設計優化提供支持，以達到降低設備成本的目的。

2 建模分析計算

2.1 基本參數及分析

旋轉密封閥的轉速一般為5.3 r/min，逆時針旋轉，轉子直徑2 m，葉片數量12個，出口設置了耐磨襯板，高度為0.215 m，出口寬度為1.2 m，排焦溜槽中心線與旋轉中心距離為0.43 m。下部排焦溜槽的豎直段寬度為1.33 m、高度為0.8 m的長方形箱體正方體，傾斜段為斜度45°的階梯狀箱體（見圖1）。焦炭顆粒軌跡坐標如圖2所示。

由于旋轉密封閥的旋轉作用，使焦炭進入排焦溜槽豎直段時具有向右的水平分速度。另外旋轉密封閥的出口寬度也比排焦溜槽入口大，因此使焦炭不能沖刷豎直段左側殼體，同時兩個側壁也不會受到直接沖刷。從已經投產的多個排焦溜槽運行情況來看，豎直段左側兩側殼體和斜段殼體磨蝕較少也證明了這一點，因此只需確定豎直段右側殼體焦炭顆粒的沖刷范圍。

圖1 旋轉密封閥和排焦溜槽

圖2 焦炭顆粒軌跡坐標系

2.2 建模計算

實際上焦炭由旋轉密封閥排出時，運動較為復雜，除受本身重力的作用外，還受到焦炭顆粒內部運動的影響。為簡便起見，不考慮顆粒之間的相互影響。焦炭脫離旋轉密封閥后，以拋物線的形式繼續進行運動［2］。假設在旋轉密封閥內的一顆粒焦炭位置p（如圖2所示），以旋轉密封閥的中心為坐標原點o，x軸正方向為水平向右，y軸正方向為豎直向下，建立坐標系。則有如下顆粒軌跡方程：

式中：r為顆粒中心與旋轉密封閥中心的距離，取值0.41～1 m；ω為旋轉密封閥的旋轉角速度，取值0.556，rad/s；t為顆粒離開旋轉密封閥后下落的時間，s；а為顆粒中心、旋轉密封閥中心連線與y軸的夾角，取值-36.5°～11°；g為重力加速度，取值9.81 m/s2。

排焦溜槽豎直段右側殼體方程為：

旋轉密封閥出口右側殼體的直線方程為：

隨著r和а取不同的數值，將得到不同焦炭顆粒在排焦溜槽內部的軌跡曲線方程。若一焦炭顆粒軌跡曲線方程和方程（2）式聯立時有解同時和方程（3）式聯立時無解，則說明此顆粒將直接沖刷到排焦溜槽右側殼壁。聯立方程式（1）、（2）、（3）求解，即可求出焦炭顆粒沖刷排焦溜槽豎直段右側殼體的范圍。

3 結語

聯立方程（1）、（2）、（3）并求解，得到焦炭顆粒沖刷的最高點ymin=1.674 m（距離排焦溜槽豎直段底端0.554 m）。此點以下部分是焦炭顆粒的沖刷范圍，需要鋪設襯板，以上部分無需鋪設。根據分析求解結果，取消排焦溜槽豎直段其余3面的高鉻鑄鐵襯板，僅保留右側的y=1.674 m以下部分的襯板。經計算，此種設計方式襯板重量減少1.2 t，設備總重減少達30%，減少制造費用3萬余元。從已經應用的干熄焦工程實際使用情況分析，新型襯板的鋪設方式，沒有影響排焦溜槽的運行壽命，降低了現場安裝及檢修的勞動強度。另外也可以根據焦炭顆粒運行軌跡調整溜槽的外形，使焦炭料流不直接沖刷殼體，豎直段襯板則可全部取消。

料流軌跡計算在物料運輸設備設計的重要方法，不僅可以應用在排焦溜槽的設計中，也可用在其他物料運輸設備的設計中。通過準確合理的確定設備外形，在滿足工藝要求和設備使用壽命的情況下，最大程度的降低設備的制造成本，節省工程造價及后期的生產中的檢修費用。

［1］潘立慧，魏松波.干熄焦技術［M］.北京：冶金工業出版社，2005.

［2］宋偉剛.通用帶式輸送機設計［M］.北京：機械工業出版社，2006.

TQ520.5

B

1004-4620（2017）02-0077-02

2016-03-09

薛德余，男，1976年生，2005年畢業于山東大學機械制造及其自動化專業，工程碩士。現為濟鋼集團國際工程技術有限公司工程師，從事干熄焦設備的設計與開發工作。