石灰窯旋轉布料器的設計

郭智華,韓 宇,楊瑭春,顏 彬

(1.江蘇蘇鹽井神股份有限公司,江蘇淮安 223000;2.淮陰工學院,江蘇 淮安 223003)

1 石灰窯工藝流程

目前石灰窯的生產工藝流程為大塊的石灰石通過破碎系統粉碎成小顆粒的石灰石,再將破碎過成小顆粒的石灰石,通過進料系統進入煅燒系統,可以通過皮帶或者提升裝置輸送進入到預熱器中,等到預熱器內部的溫度達到要求后,在石灰窯內,將石灰石進行充分的鍛燒后就可以得到石灰。生石灰從窯內出來后,進入到冷卻裝置中,當生石灰從冷卻裝置里出來時溫度可以少于100 ℃,這時可以通過皮帶輸送至石灰庫,合格的產品經過皮帶輸送,進入到倉庫存儲。

2 石灰窯布料現有問題

石灰窯正常工作的重要條件之一是由焦炭和石灰石組成的混合物料在整個石灰窯體截面上均勻分布,這一重要條件要通過窯頂布料器來實現[4]。均勻合理的布料,可以使石灰窯內部形成優良的溫度氣流等分布。

傳統的布料器通常采用的是四點布料,這樣的方法會導致布料不夠均勻。有可能會出現偏燒的現象,從而影響石灰窯的產量和使用壽命[1]。

一般在石灰石布料的過程中,很多大顆粒的石灰石物料會偏重于中心部分,而中小顆粒物料會靠近邊緣部分。這時就會導致中心部分和邊緣部分的石灰石鍛燒不夠均勻,當中心部分的石灰石鍛燒完成后,而邊緣部分的石灰石鍛燒質量就不夠好。如果加大鍛燒時間,把邊緣部分的石灰石鍛燒好,就會導致中間部分的石灰石局部過燒等現象。

3 方案設計

為了防止石灰窯產生不均勻煅燒石灰石的現象,布料器的設計要保證能使物料均勻分布在石灰窯內,為此本文提出了一種裝置通過旋轉與內外圈分別布料來解決上述問題。

3.1 旋轉布料器結構

石灰窯的旋轉布料器是由料斗、旋轉外殼以及內部升降擋板組成。其運作原理是在石灰窯生產過程中,物料通過布料器上方的料斗進入到布料器內部,落入的物料會直接通過料斗進入下方的旋轉外殼,通過旋轉外殼進行均勻布料。

料斗下方的旋轉外殼下部設計有兩層布料管道,這兩層布料管道組成部件為兩組圓形的管道,上層的圓形管道設計的長度比下層的圓形管道長一些,并且每層布料管道下方都會開口,物料會通過這兩層圓形管道下方的開口處進行布料。上層較為長一些的圓形管道,可以使物料均勻地撒在半徑較大的外圈,而下層短一些的布料管道可以進行半徑較小的內圈布料。

同時,在上料斗的周邊安裝有四個支柱用于連接下方的一塊環板,并且旋轉外殼上方的圓柱上部分開有一道槽,環板和旋轉外殼上的槽進行相互配合,這樣可以軸向固定住旋轉外殼。通過這樣的方法,就實現了旋轉外殼進行旋轉的同時不會進行軸向運動。

圖1 旋轉布料器總圖

3.2 旋轉外殼和升降擋板的設計

如圖2,旋轉外殼內壁開設有一道滑槽,滑槽設計為平滑的曲線,曲線的最高處和最低處相距0.4 m。內部為兩層結構的升降擋板,上層為一塊環形板,用于阻擋物料運動,下層則是四個支柱,為開放的一層,用于使物料運動。升降擋板上層環形板的頂部的邊上焊接有一塊圓柱形卡扣,該圓柱形卡扣用于和旋轉外殼內壁的滑槽進行配合,這樣在旋轉外殼工作過程中,旋轉外殼旋轉時可以通過滑槽和卡扣的配合運動,來使內部升降擋板進行上下往復運動,而內部的升降擋板中心的較長的支柱是六邊形穿過上料斗并且與上料斗其中的六邊形孔配合,這樣內部升降裝置只可以進行上下運動,而不可以旋轉,同時在旋轉外殼旋轉一周時,內部升降擋板可以進行一次上下往復運動,初始位置升降擋板堵住下層布料管道同時開放上層布料管道,這時可以使物料流入上層布料管道,進行外圈布料,之后,通過升降擋板下降,這時可以封閉上層布料,開放下層布料,這時進行內圈布料,一個旋轉周期內就實現了在旋轉過程中內外圈交替布料,通過這樣的方式可以使布料更加均勻。

圖2 旋轉外殼和升降擋板的配合

3.3 裝置的工作過程

本文所提供的旋轉布料器的工作流程為物料通過上料斗進入,然后落入旋轉外殼內,通過旋轉外殼的旋轉,使內部升降擋板進行升降往復運動,從而可以實現通過上下兩層布料管道進行交替的內圈和外圈布料,這樣可以使得內外圈布料交錯進行,從而達到布料均勻的效果。

如圖3,內部升降擋板打開了第一層布料管道,物料從上方料斗進入,隨后一部分物料從第一層布料管道撒出,還有一部分物料從內部升降擋板下方漏出,實現外圈布料。如圖4,內部升降擋板堵住了第一層布料管道,打開了第二層布料管道,物料從料斗進入,隨后一部分物料從第二層布料管道撒出,還有一部分物料從內部升降擋板下方漏出。

圖3 外圈布料示意圖

圖4 內圈布料示意圖

3.4 模擬驗證

為了證明本文的結構能夠實現均勻布料。本文利用edem軟件對布料裝置進行分析,研究物料在裝置內的運動軌跡。首先,確定布料器類的原材料為石灰石,用于仿真模擬的石灰石相關參數為泊松比0.25,石灰石密度2.715 g/cm3[3],彈性模量60 GPA,切變模量為24 GPa,設置模擬的石灰石為粒度60 mm。本文所設計的布料器進料量為100 t/h,旋轉外殼為5 s旋轉一周。

當旋轉布料器進行內圈布料時,利用仿真軟件模擬出物料,通過布料器后的運動軌跡,利用edem軟件的后處理功能可以得出進行內圈布料時,通過截取物料中的兩顆顆粒,這兩顆顆粒的距離為3.21 m,可以得出第二層布料管道的物料軌跡的直徑大約為3 m多。

當旋轉布料器進行外圈布料時,利用相同的方法。選取物料中的兩顆顆粒,這兩顆顆粒的距離為4.58 m。

通過仿真模擬可以得出本文所設計的旋轉布料器可以通過對內外圈分別進行布料來實現均勻布料。

4 結 語

目前,已有的石灰窯布料器很多采用傳統的四點布料,這樣的方法會導致布料不夠均勻,從而引發偏燒的現象,降低設備的生產效率以及設備的使用壽命。

本文設計的石灰窯旋轉布料器可以通過簡單的結構利用上下移動的升降擋板和旋轉外殼,實現對石灰窯同時進行外圈和內圈布料,從而達到均勻布料的效果。通過旋轉外殼升降擋板以及上料斗共同配合,通過兩層布料管道來實現對石灰窯物料的分流,實現內圈和外圈共同布料。達成均勻布料的效果,并且結構簡單,可以有效的提高石灰窯的生產效率,避免偏燒的現象。