烧结环冷机下料口闸门改造

贾文平 舒勇志 张辉 郭千年 冯旭

（宁波钢铁有限公司炼铁厂 浙江宁波 315800）

1 前言

宁波钢铁烧结一期460m2环冷机卸矿漏斗下料口原设计采用电液闸门控制料流，在电液闸门转轴位置一侧设置旋转编码器，反馈至中央控制室显示闸门开度，配合头部摄像头观察料流情况，经过多年运行、闸门内部磨损严重，且修补困难，检修闸门内部作业环境差，且在运行中经常出现卡大块停机，处理难度极大，安全风险极高，为此闸门改型事关烧结能否正常顺产。

2 电液闸门使用现状

烧结环冷机下料口是整个烧结矿流程咽喉部位，环冷机冷却后的成品烧结矿经电液闸门进入下游胶带机运输，原闸门安装位置见图1，其下游胶带机带速1.25m／s，胶带机带宽B＝1400mm，胶带机运输量Q≤1100t／h；其上游环冷机处理能力900t／h～1100t／h，由于环冷机由75个台车组成一个正多边形，环冷机下料不是均匀下料，而是随着台车运行呈周期脉冲形式，但下游胶带机要求尽可能物料料流均匀，不然料头堆积在下游胶带机头部撒料，下料口闸门不仅要实现上游不停机关闭功能，还要实现物料高峰控制料流的功能，最初设置有旋转编码器，反馈闸门开度至中央控制室，配合头部摄像头观察料流情况，操作员要凭经验、配合环冷机机速，设定闸门开度，经过长期运行，物料冲刷、磨损严重，逢停必修，多次修补，导致闸门密封变差，现场环境极差，闸门开度设定旋转编码器故障极高，无法正常反馈或现场显示不准确，时有导致现场卡停或不下料，处理难度极大，处理卡料极易造成安全事故，为此闸门改型势在必行。

图1 原闸门安装位置示意图

3 新闸门结构形式及技术要点

3.1 闸门结构形式

降低物料落差、降低物料流速，方便内部检修，扩大闸门内部空间尺寸是决定闸门结构形式主要因素。由于闸门所处位置特殊，内部检修困难，为此需要扩大闸门内部空间尺寸，但最底部下料口尺寸需满足控制物料料流的作用，在满足控制料流前提下，尽可能利用现场空间，扩大闸门内部尺寸，增加储料台阶，台阶上设置高铬铸铁耐磨方钢，提高闸门使用寿命，延长闸门检修周期，降低检修费用。

新、旧闸门尺寸对比见图3与图2。

图2 旧闸门尺寸图

通过图2与图3对比，不难发现，闸门宽度方向由旧闸门800mm放大至新闸门1620mm，闸门长度方向，沿物料前进方向闸门卸料口前移将600mm，通过以上手段增加闸门内部物料流通截面积，有效降低物料流速，减少物料对侧壁的冲刷，减少扬尘，并将原垂直的侧壁改为3层阶梯状，在阶梯上部设置高铬铸铁耐磨方钢，检修时只要更换台阶上部方钢即可，检修方便，时间短，工作量小。

图3 新闸门尺寸图

3.2 料流控制

控制料流宽度，减少下游胶带机头部撒料，由于下游胶带机头部设置有过渡托辊组由原35度逐渐过渡至20度、10度，至头轮处胶带变平，导致胶带上物料堆积角发生变化，物料直接从胶带上撒落，造成清理工作量大，为此需有效控制闸门下料口宽度及高度是解决头部撒落料关键技术。为此经过多次试验，采用闸门下沿尺寸为长度为500mm，宽度为600mm，根据胶带机带速、带宽等参数经过计算物料在胶带机头尾部堆积，溜槽下沿距离胶带面200mm，根据成品烧结矿（运动）堆积角安息角为30度（带速1.25m／s），按照《DTⅡ（A）型带式输送机设计手册》式（3.3-1）计算胶带机输送带上允许的最大物料横截面积［3］：输送带上允许的最大物料横截面积［1］：

式中：b—输送带可用宽度，m；

B≤2m时，b＝0.9B-0.5

B≥2m时，b＝B-0.25m；由于下游胶带机带宽B＝1400mm，所以b＝1.15m；

l3—中间辊长度；经查l3＝0.53m；

θ—物料的运动堆积角；查《DTⅡ（A）型带式输送机设计手册》表2-1得θ＝30°；

λ—托辊架倾角；由于胶带机进入头部时托辊架角度过渡至0度，所以λ＝0度。

所以：S＝S1＋S2＝0.2204（m2）

根据输送带上允许最大物料横截面积计算下游胶带机输送能力：

根据《DTⅡ（A）型带式输送机设计手册》式（3.3-4）～式（3.3-6）计算下游胶带机输送能力［1］：

Q ＝3.6Sνkρ＝1686（t／h）

式中：Q—输送量，t／h；

ν—带速，m／s；

ρ—密度，kg／m3；

S—最大堆积面积，m2；

k—输送机倾斜系数。

计算得下游胶带机最大输送量Q＝1686t／h；满足上下游设备生产能力，且物料在胶带机头部过渡托辊架至传动滚筒区域不至于撒落料，降低清料劳动强度以及下游设备故障。

3.3 放料口能力验算

放料口尺寸选择以及闸门通过量核算避免闸门出现卡大块，消除卡大块处理安全隐患。

根据放料口尺寸选择公式［2］

式中：a—方形或矩形放料口短边长度，（单位：mm）；

A、B—矩形放料口边长，B＞A（单位：mm）；

式中：k—系数，当最大块料组（1 dmax～0.8 dmax之间的块料总和）含量较少（小于10%时）取0.8；当含量较多（大于10%时）取1；

ψ—物料的内摩擦角，度；

K—系数，筛分过的物料取2.6，原物料取2.4。

根据《现代冶炼设备选型与计算实用手册》表2-3-1常用物料摩擦系数值，烧结矿内摩擦系数0.93-1.14，取1，对应内摩擦角ψ＝45°，K＝2.4。

经过计算所得a≥293mm；由于实际选择a＝600mm，满足闸门放料要求，避免由于闸门下料口尺寸偏小导致卡大块停机，减少卡大块处理安全风险。

验算闸门放料口通过能力是否满足生产需求，根据闸门排放能力计算［2］

式中：Q—放料口物料通过能力，t／h；

γ—物料堆比重，t／m3；

F—放料口面积，m2；

矩形放料口F ＝（a-db）（b-db）（a＞b矩形放料口边长，m）

（db物料标准块度，此次计算按照最大块尺寸0.15m计算）

ν—物料流出速度（m／s），物料流出速度与物料的初抗剪强度（物料间的附着力）及物料的内摩擦角有关，底开矩形放料口：放料口水力半径R＝0.133（m）；物料临界水力半径Re＝＝0.0027（m）；由于R》Re，物料流出速度按照公式 ν ＝λ

计算所得ν＝1（m／s）

式中：φ—物料的内摩擦角，度；

f—物料的内摩擦系数；

λ—放料系数，块烧结矿及焦炭可按0.4考虑；

g—自由落体重力加速度9.81m／s2。

物料的内摩擦系数f与内摩擦角φ的关系为f＝tgφ，烧结矿内摩擦系数为0.97-1.14，取1。

经过计算，闸门每小时放料能力Q ＝3600γFν＝179

由于环冷机设计产量为每小时900t／h～1100t／h；下游胶带机设计运输量为1100t／h；完全满足上下游设备使用要求。且完全可以避免闸门处卡大块烧结矿，减少卡大块导致烧结机停机，降低主线设备故障率，减少开停机且避免卡大块处理安全风险。

3.4 改变闸门结构，减少扬尘

由图2可以看到，将闸门翻板放置在闸门内部，翻板轴穿过闸门侧壁处设计密封装置，翻板轴置于闸门台阶下部，避免物料冲刷，将闸门彻底密封，并将闸门下料口前侧面做成活动人孔门，方便检修人员、器具、备件进出，检修结束将前侧面密封做好，插销关闭即可。此结构亦方便闸门卡大块处理，一旦出现卡停，将闸门前侧面打开，将大块物料从前部卸至下游胶带即可，极大降低卡大块处理速度和难度。

4 使用效果

此闸门从2016年5月上机，至今已使用36个月，通过2015年及2017年环冷机卸矿闸门卡停次数、时间统计表见表1。

2017年环冷机卸矿闸门卡停次数、时间统计见表2。

表1 2015年环冷机闸门卡停故障统计

表2 2017年环冷闸门卡停故障统计

对比表1表2，看出此闸门使用效果良好，从2015年的月均卡停2次，至2017年月均0.5次，故障时间从月均0.5小时，下降至0.15小时；大大降低烧结环冷机下料口卡大块停机故障，减少处理卡大块停机安全风险，减少胶带机头部撒料，降低清料劳动量。

5 结论

通过对现场空间合理利用，对环冷机下楼口闸门降低落差，降低流速，增大闸门内部空间，减少物料磨损、冲击，延长使用寿命，增大空间，降低闸门卡料故障，并通过对闸门下料口收口、前延，控制物料在下游胶带机上截面高度等措施，避免胶带机头部洒落料，同步解决闸门密封问题，减少现场扬尘，通过使用实践，充分证明该闸门设计改型实践，使用效果良好，值得推广。