空氣炮在鋼鐵企業(yè)料倉(cāng)中的應(yīng)用

吳洪松 肖聰國(guó) 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(cāng)，其主要用于物料的短期儲(chǔ)存和輸送，造價(jià)較高，是重要的生產(chǎn)設(shè)備。料倉(cāng)下方通常設(shè)有稱(chēng)重膠帶機(jī)（或給料圓盤(pán)）對(duì)散裝物料運(yùn)輸和配比。料倉(cāng)內(nèi)粉狀、顆粒物料不會(huì)像液體那樣流動(dòng)，只能依靠在重力作用下滾動(dòng)、滑動(dòng)及沉降。由于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)倉(cāng)內(nèi)粉體不斷壓實(shí)及應(yīng)力分布的不均勻，使粉體在裝載、卸載過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)鼠洞、結(jié)拱、中心流等現(xiàn)象，且會(huì)產(chǎn)生跑倉(cāng)、堵倉(cāng)和倉(cāng)體開(kāi)裂等事故［1］。料倉(cāng)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(dòng)。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 料倉(cāng)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(cāng)17個(gè)、固體燃料倉(cāng)4個(gè)、熔劑料倉(cāng)11個(gè)，含鐵雜礦倉(cāng)3個(gè)，燒結(jié)機(jī)布料處設(shè)有混合料料倉(cāng)1個(gè)，容積50m3，混合料料倉(cāng)能確保燒結(jié)機(jī)布料生產(chǎn)的連續(xù)性，對(duì)燒結(jié)物料的連續(xù)輸送起到緩沖的作用。燒結(jié)機(jī)混合料倉(cāng)為鋼板與型鋼焊接而成，倉(cāng)壁采用陶瓷襯板。配料倉(cāng)底部安裝有振動(dòng)漏斗，每個(gè)倉(cāng)壁設(shè)置4臺(tái)倉(cāng)壁振動(dòng)器（生石灰、石灰石、白云石、返礦倉(cāng)除外）。料倉(cāng)流型均為中心流型料倉(cāng)，卸料口有圓形錐體、正方形錐體、長(zhǎng)方形錐體三種。料倉(cāng)內(nèi)襯安裝壓延微晶板或高分子聚乙烯板保護(hù)倉(cāng)壁避免磨損。

2.2 料倉(cāng)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(qiáng)了物料與倉(cāng)壁的粘附力，加之某些物料呈顆塊狀，物料流動(dòng)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(cāng)參數(shù)

2.3 料倉(cāng)堵料的危害

配料倉(cāng)和混合料下料不暢或不均勻，導(dǎo)致燒結(jié)布料效果差，實(shí)際生產(chǎn)中操作人員在發(fā)現(xiàn)料倉(cāng)結(jié)拱或者堵塞下料不暢的情況后，沒(méi)有正確分析料倉(cāng)堵塞的原因，盲目采用振動(dòng)器振動(dòng)，物料在受到倉(cāng)壁振動(dòng)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(cāng)堵塞。燒結(jié)混合料含水量在5%～9%左右，在生石灰作用機(jī)制下物料粘接成團(tuán)，松散困難，混合料倉(cāng)襯板粘料及堵料最為頻繁，影響燒結(jié)過(guò)程的穩(wěn)定。而且處理襯板粘料非常困難，受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備環(huán)境局限，人工必須下到料倉(cāng)錐體段進(jìn)行高強(qiáng)度捅搗破碎作業(yè)，倉(cāng)底環(huán)境溫度高，倉(cāng)體內(nèi)部物料的粘結(jié)松動(dòng)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(jī)進(jìn)行檢修，還需耗費(fèi)人力、物力清理板結(jié)物料，所以對(duì)混合料倉(cāng)防粘料裝置改造勢(shì)在必行，因此需要采用一種自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備代替人工操作。料倉(cāng)常見(jiàn)的幾種堵料形式及料倉(cāng)自然狀態(tài)下受力分析，如圖1所示。

圖1 堵料形式及料倉(cāng)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(jī)、倉(cāng)壁振動(dòng)器等措施改善粘料現(xiàn)象，效果不夠理想。常見(jiàn)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(shí)，具有不錯(cuò)的防粘效果，但隨著襯板磨損，粘料現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。疏堵機(jī)置于料倉(cāng)內(nèi)部，故障率較高，一旦發(fā)生故障，即轉(zhuǎn)化為堵料點(diǎn)，維修非常困難。倉(cāng)壁振動(dòng)器置于料倉(cāng)外側(cè)，屬于局部振打，容易造成越激打越會(huì)使得物料之間的粘滯力越大，粘料越結(jié)實(shí)，且振打力大部分被料倉(cāng)本身吸收，長(zhǎng)期振打會(huì)有料倉(cāng)結(jié)構(gòu)開(kāi)焊、撕裂或者變形的危險(xiǎn)。以上方式均已使用過(guò)，效果不理想。

3 行業(yè)解決方案

結(jié)合高大立筒倉(cāng)、煤炭、水泥行業(yè)出倉(cāng)經(jīng)驗(yàn)，料倉(cāng)通氣可以用于增強(qiáng)粉體的流動(dòng)性從而促進(jìn)下料流動(dòng)［3］。在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，80年代我國(guó)開(kāi)始對(duì)空氣炮清堵器開(kāi)發(fā)應(yīng)用。較多煤炭及水泥企業(yè)通過(guò)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(gè)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(shí)噴出的氣量有限，不會(huì)對(duì)倉(cāng)壁和管道造成沖擊。氣流直接作用于料倉(cāng)內(nèi)部容易起拱、積料部位的物料，清堵效率高。空氣炮清堵器是一種高效節(jié)能的料倉(cāng)破拱、清堵助流的理想裝置。

4 空氣炮工作原理及特點(diǎn)

空氣炮清堵器是先將壓力容器充滿壓縮空氣，通過(guò)電磁閥的換向作用突然噴出的壓縮空氣的強(qiáng)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(dòng)，從而保證物料輸送和生產(chǎn)的連續(xù)性。空氣炮具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沖擊力大、安全、節(jié)能、自動(dòng)控制、操作簡(jiǎn)單，不損傷倉(cāng)斗等優(yōu)點(diǎn)。空氣炮的工作原理如圖2所示：

圖2 空氣炮的工作原理

5 空氣炮在料倉(cāng)中的安裝與注意事項(xiàng)

5.1 空氣炮的安裝要點(diǎn)

空氣炮清堵器按照國(guó)家規(guī)定的壓力容器規(guī)范設(shè)計(jì)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(hào)的空氣炮。料倉(cāng)內(nèi)顆粒下料時(shí)，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(gè)空氣炮配合。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)的幾種料倉(cāng)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(gè)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(cāng)壁的設(shè)計(jì)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(cāng)空氣炮安裝位置圖

圖4 直管?chē)娮炫c扇形噴嘴區(qū)別

5.2 安裝注意事項(xiàng)

根據(jù)料倉(cāng)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(guò)長(zhǎng)、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(duì)于較輕的物料使用容積大持續(xù)時(shí)間性強(qiáng)的空氣炮，反之較重物料采用持續(xù)時(shí)間短氣量大的空氣炮。任何時(shí)候人員應(yīng)避開(kāi)噴口，以防出現(xiàn)人身傷亡事故。

5.3 使用效果

經(jīng)過(guò)3年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，使用空氣炮后配料過(guò)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(jì)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(jì)效益53.4萬(wàn)元／年。

（2）節(jié)約振動(dòng)電機(jī)備件采購(gòu)費(fèi)用約10.2萬(wàn)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(cāng)效果好，可有效改善燒結(jié)機(jī)的布料情況，避免因粘料、堵料等原因造成的停機(jī)，保證設(shè)備連續(xù)順暢運(yùn)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(fèi)人力、物力的難題，燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)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(cāng)結(jié)拱或架橋的產(chǎn)生，首先應(yīng)當(dāng)采用正確的料倉(cāng)設(shè)計(jì)方法，遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。其次應(yīng)當(dāng)全面綜合考慮生產(chǎn)過(guò)程中各種因素對(duì)料倉(cāng)結(jié)拱的影響，對(duì)于不同的結(jié)拱類(lèi)型應(yīng)當(dāng)采取不同的解決方法。不能一碰到料倉(cāng)結(jié)拱堵塞卸料不暢就采用振動(dòng)加速的方法，這種做法顯然不應(yīng)提倡。另外，料倉(cāng)結(jié)拱的形成也決非想象的那么簡(jiǎn)單，只有正確的分析料倉(cāng)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。