钢铁企业铁矿粉料仓堵塞问题处理的应用

王秀杰

（中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉 430223）

钢铁企业的铁矿原料无论是国产还是进口都是铁矿粉多，块矿少，进口矿中铁矿粉占比达到80%。特别是国内铁矿石平均品位只有大约33%，为了达到炼铁品位要求，需细磨、选矿富集生产微细铁精粉，因此国产矿几乎100%是铁矿粉，且粒度越来越细。为保证连续生产，铁矿粉的仓储就成为钢铁厂的重要工作，采用占地小、储仓量大的料仓成为一种必然选择。而铁矿粉储仓在生产中出问题最多的就是料仓的堵塞。

1 料仓防堵及疏通设施的发展

1.1 料仓设计之初的防堵设施

在工程应用中，无论料仓采用混凝土，还是钢结构，结构形状采用圆柱、棱台或者双曲线型，其整体形式都是上口大，下口小，物料自上而下靠重力下落，物料越向下流动，横截面积越小，摩擦力越大，这是形成物料堵塞的主要原因；另外物料的水分含量、粗细度比、温度变化、存放时间、料仓壁摩擦系数也是堵塞发生的重要原因。在料仓设计之初，就应考虑防堵的措施。

1.1.1 料仓壁衬板的选择

料仓的堵塞通常发生在锥段出料口处，发生起拱、搭桥等堵塞现象与料仓仓壁的摩擦力直接相关，料仓的摩擦力等于料仓壁所受法向压力与摩擦系数的乘积，当料仓几何外形确定后，对于特性一定的物料，起决定因素的就是仓壁的摩擦系数。

减小料仓仓壁的摩擦系数，可以降低堵塞的几率。料仓锥段仓壁的衬板种类繁多，有铸石、耐油尼龙、陶瓷、铸铁、不锈钢、高分子聚乙烯防粘板等。从摩擦系数和防粘的角度考虑，不锈钢和高分子聚乙烯是最佳的选择，但是其耐磨性欠佳[1]。

1.1.2 设置改流板

对于一些储料容积较大的料仓，常在料仓的中下部设置改流体，其作用就是改善物料的流动形态，减轻物料在流出时对料仓出口的压力。改流体有水平挡板、垂直挡板、倾斜挡板等不同形式，水平挡板长时间使用时会形成一个物料堆，容易板结，因此将挡板结构做成一个圆锥体，这就是常说的减压锥，减压锥下部会形成一个环形空间，可以减少物料的压力。垂直和倾斜的挡板可以消除物料间的部分横向压力，物料流被分成几股，减小了它们之间的摩擦力和剪切力，降低了结拱的可能性。

1.1.3 采用组合式料仓

组合式料仓结构由传统形式料仓及其下方振动钢斗组成，优点是料仓锥部倾角加大，及料仓锥部出口尺寸加大，是物料不易在锥部粘附；料仓与钢斗之间有间隙，留有清堵的操作空间；下方的钢斗设有振动清堵装置，下料更加顺畅，不容易发生堵塞。

1.2 料仓疏通措施

料仓阻塞多数发生在距离下料口1.5m～3.5m的范围内，在这些地方首先开始粘接薄层物料，粘接的物料增加了仓壁的摩擦力，进而沿轴向和径向延伸，厚度不断增加，最终形成不同形状的料仓阻塞。下图列出常见的堵塞形式。

图1 料仓堵塞的形式

工业生产过程中，出现堵塞时，最直接的方式就是采用人工捅捣，既在料仓卸料口的斜壁上预留清堵孔，料仓起拱时，将钢钎插入仓内人工捅捣，但是人工清堵劳动强度大，效率低，易污染环境，且无法保证生产安全。因此陆续开发了多种料仓防堵、疏堵的方式，下面列出几种常用的方式[2]。

1.2.1 空气助流法的应用

在料仓发生堵塞的部位设置空气助流喷嘴，当堵塞出现时，在人工或自动控制下助流喷嘴可喷出气体，破坏料仓内的物料拱，消除料仓堵塞。

目前常用的空气助流方式有两种，一种是在容易堵塞处均匀间隔布置储气罐容积220L～300L的空气炮，气体压力0.6Mpa～0.8Mpa，利用储存在储气罐中的气体瞬间爆发所产生的气流冲击力破堵。另一种采用最大压力可达4.5Mpa的高压气力助流清仓，利用高压气体和控制系统连续产生高压震荡源的原理，直接作用于粘结层、板结区域等堵点，以水、气结合的方式，分别作用，对储仓进行分时、分区点射形式直接破坏粘结层的物理结构，使物料在自重下快速坍塌脱落。

空气助流法的优点：①能够清除料仓阻塞棚料，避免人工清堵和破拱带来的人身伤害危险，保证生产流程畅通。②结构简单，操作方便，工作可靠，适用于新建料仓和老料仓改造。③适用于各种不同块度和高含水率的物料。

空气助流法的缺点：①当料仓出现鼠洞时，助流气体通过鼠洞排出，清堵效果消失。②对于块度较大，空隙率高的物料，清堵效果差。③物料越细清堵效果越差，像密度较大的铁矿粉，需要选用更大容积的空气炮或更大的压力。④对于啮合堵塞的块状物料，因为压缩空气会从物料空隙溢出，疏松效果差。

1.2.2 仓壁振动器振动疏松

在仓壁上安装的振动器有气动活塞式、机械振动式、振动电机振动式、电磁振动式等，在各种振动形式中，电机振动式应用最为广泛。粉料宜选用中高频率，频率在1800Hz/min～3600Hz/min；大于3600Hz/min超高频小振幅振动器宜用于清仓。

1.2.3 料仓仓壁疏松机

疏松机安装在仓内壁上，做上下往复运动清扫仓壁，以破坏堵塞的基础。特点是从堵塞的薄面积一侧开始，破坏堵塞的结构，达到疏松的效果。疏松机采用液压驱动，功率仅为1.5～3kW。设备高度可达3m，疏松面积可达5m2，力可达100kN，疏松机设有PLC自动控制系统，堵塞后自动启动，畅通后停机，是一种高效的清堵设备。

1.2.4 料仓内防堵塞出料螺旋

料仓防堵塞出料螺旋主要应用于圆锥底料仓，其结构主要包括设置在料仓底部的固定支架；安装在固定支架下部的可旋转的回转支架；驱动回转支架转动的回转驱动装置；安装在回转支架上的可以饶料仓中心旋转的螺旋轴；以及给驱动电机提供电源的回转供电系统等。防堵螺旋工作时，回转支架带着螺旋轴饶料仓中心线回转，螺旋轴能伸到料仓底部的任意角度和区域，其在仓底的移动能很好的对料仓内物料起到破拱的作用，防止物料在仓内搭桥和堵料。

2 铁矿粉料仓防堵、疏堵问题在工程中的应用

某大型钢铁联合企业原料场，铁矿粉采用露天堆存方式，随着环保压力的增加，计划对露天料场进行扩容改造，在有限的用地范围内，采用料仓储存铁矿粉成为一种最优选择。

本工程采用矩形料仓实现储配送一体化，仓下带式输送机置于地面上，仓下设备安装检修方便。仓上采用卸料小车卸料，仓下采用旋转叶轮给料机给料，给料机刮取原料至下级输送机上输出，只要仓内物料下落流动，给料机设备本身不会堵料。料仓布置形式及防堵疏堵设施布置见下图。

图2 矩形船型料仓布置

图3 料仓防堵疏堵设施

料仓防堵疏堵设置如下：①仓壁角度：下部仓壁锥段及内部中间锥角度按大于65°设计。②仓内衬板：从摩擦系数和防粘的角度考虑，料仓锥段的衬板，选择表面光洁度高，摩擦系数低的高分子聚乙烯衬板，成本低，耐磨性好。③料仓蒸汽伴热：在锥段设置伴热设施，在北方的冬季，高含水率的含铁矿粉，极易因为冰冻造成板结，伴热设施可以有效避免这种现象的出现。④高压气力助流疏堵：在仓体锥段设置压缩空气助流装置，针对密度较大的铁矿粉，采用高压气体分时分区疏堵，能够达到较好的疏通效果。⑤仓内锥体的振动疏堵：锥体表面拟采用钢结构，在此处锥体壁上设振动电动振打。⑥疏通设施：在锥段与直段交接处，预留疏通机安装孔，人工疏通孔及疏通操作平台。因为含铁粉矿的种类很多，并不是所有类别都存在严重的堵塞板结问题。选择其中部分料仓安装机械式疏通机，用来储存粘接严重的物流。而对于粘接现象尚可接受的种类，留有人工疏通孔，在必要时有疏通的方式。⑦设置清仓工艺线，对于较长时间内未使用的铁矿粉，原料板结的风险增加。因此，针对以上情况，本工程设清仓线，即在不过多增加冗余输送线路的前提下，根据生产情况和作业时间的安排，仓内的物料可由仓下输出返回至仓上循环使用或者进入其它的系统，工艺流程如下图所示。

图4 清仓工艺线流程简图

设计清仓工艺线，会占用作业时间，增加输送线作业率，相应的增加了运行成本，但是清仓工艺线也有着如下的优点：①控制了原料在仓内的储存时间，当储存时间较长，存在板结堵仓风险时，采取清仓作业，变被动疏堵为主动防堵。②内部循环线的设置，对于多种原料的充分混配有利。参与配料多种原料可二次进仓再次参与配料，增加了铁矿粉的均一性[3-5]。

3 建议及结论

（1）对于进仓原料的选择上应区别对待，没有一种适用于所有物料的料仓。建议对于粘度过大、流动性差的原料不作料仓仓储考虑，采用其它储存方式。对于流动性能不稳定性的原料，严格控制仓储时间和储存条件。建议企业结合自身丰富的生产实践经验，对需作仓储的铁矿粉做一定的物化性能分析，尽量达到科学预期与实际结果的统一。

（2）对于仓型设计，在满足目标储量的前提下，尽量降低仓体高度，减少料体内部压力，降低压实板结的风险。同时，扁平化的仓型也有利于降低结构成本。

（3）在预防料仓堵塞增加原料的流动性方面，尽量减少仓体内部结构构件与原料的接触，选择摩擦系数小的耐磨衬板，提高仓体斜壁角度。

（4）在料仓疏堵方面，采用机械振动与气力破拱相结合的作用方式，同时在仓壁预留疏通清堵孔。对于出现料仓堵塞后，采用人工疏通与机械疏通相结合的方式。

（5）工艺上设置清仓线，作为主动预防措施。