空气炮在钢铁企业料仓中的应用

吴洪松 肖聪国 闫洪林 宁友福

（红河钢铁有限公司烧结厂 云南蒙自 661100）

1 前言

冶金、煤矿、发电、水泥等企业设置料仓，其主要用于物料的短期储存和输送，造价较高，是重要的生产设备。料仓下方通常设有称重胶带机（或给料圆盘）对散装物料运输和配比。料仓内粉状、颗粒物料不会像液体那样流动，只能依靠在重力作用下滚动、滑动及沉降。由于静止状态时仓内粉体不断压实及应力分布的不均匀，使粉体在装载、卸载过程中可能会出现鼠洞、结拱、中心流等现象，且会产生跑仓、堵仓和仓体开裂等事故［1］。料仓锥体部分发生棚料、板结将影响物料均匀下料，导致配比误差，产品质量出现波动。

2 现状分析

2.1 料仓参数

以烧结厂为例，红河钢铁有限公司烧结厂有含铁匀料仓17个、固体燃料仓4个、熔剂料仓11个，含铁杂矿仓3个，烧结机布料处设有混合料料仓1个，容积50m3，混合料料仓能确保烧结机布料生产的连续性，对烧结物料的连续输送起到缓冲的作用。烧结机混合料仓为钢板与型钢焊接而成，仓壁采用陶瓷衬板。配料仓底部安装有振动漏斗，每个仓壁设置4台仓壁振动器（生石灰、石灰石、白云石、返矿仓除外）。料仓流型均为中心流型料仓，卸料口有圆形锥体、正方形锥体、长方形锥体三种。料仓内衬安装压延微晶板或高分子聚乙烯板保护仓壁避免磨损。

2.2 料仓堵料原因分析

散状物料从高处掉落到地面具有典型的三角形状，由于物料含铁（矿种多、成分杂、其密度、湿度、形状因素都影响物料间摩擦力），物料中含水增强了物料与仓壁的粘附力，加之某些物料呈颗块状，物料流动中因颗块相互啮合达到平衡从而在卸料处形成楔形起拱［2］。

表1 料仓参数

2.3 料仓堵料的危害

配料仓和混合料下料不畅或不均匀，导致烧结布料效果差，实际生产中操作人员在发现料仓结拱或者堵塞下料不畅的情况后，没有正确分析料仓堵塞的原因，盲目采用振动器振动，物料在受到仓壁振动力的作用，应力增加再次形成使物料自身固结应力增加再次形成起拱，反而增加料仓堵塞。烧结混合料含水量在5%～9%左右，在生石灰作用机制下物料粘接成团，松散困难，混合料仓衬板粘料及堵料最为频繁，影响烧结过程的稳定。而且处理衬板粘料非常困难，受现场设备环境局限，人工必须下到料仓锥体段进行高强度捅捣破碎作业，仓底环境温度高，仓体内部物料的粘结松动情况不确定，存在人身安全隐患。为了保证烧结连续生产，不仅要停机进行检修，还需耗费人力、物力清理板结物料，所以对混合料仓防粘料装置改造势在必行，因此需要采用一种自动化或半自动化设备代替人工操作。料仓常见的几种堵料形式及料仓自然状态下受力分析，如图1所示。

图1 堵料形式及料仓自然状态下受力分析

2.4 防堵措施应用效果

采用防粘料衬板、配备疏堵机、仓壁振动器等措施改善粘料现象，效果不够理想。常见的防粘料衬板有尼龙衬板、不锈钢衬板、陶瓷衬板、复合衬板等多种形式。在衬板较新时，具有不错的防粘效果，但随着衬板磨损，粘料现象越来越严重。疏堵机置于料仓内部，故障率较高，一旦发生故障，即转化为堵料点，维修非常困难。仓壁振动器置于料仓外侧，属于局部振打，容易造成越激打越会使得物料之间的粘滞力越大，粘料越结实，且振打力大部分被料仓本身吸收，长期振打会有料仓结构开焊、撕裂或者变形的危险。以上方式均已使用过，效果不理想。

3 行业解决方案

结合高大立筒仓、煤炭、水泥行业出仓经验，料仓通气可以用于增强粉体的流动性从而促进下料流动［3］。在消化吸收国外先进技术的基础上，80年代我国开始对空气炮清堵器开发应用。较多煤炭及水泥企业通过上线空气炮，利用高压气体瞬间释放较大的额压力打落粘结物料。多个空气炮结合布局下其作用面积较大，使用效果较好，而且从压力容器中瞬时喷出的气量有限，不会对仓壁和管道造成冲击。气流直接作用于料仓内部容易起拱、积料部位的物料，清堵效率高。空气炮清堵器是一种高效节能的料仓破拱、清堵助流的理想装置。

4 空气炮工作原理及特点

空气炮清堵器是先将压力容器充满压缩空气，通过电磁阀的换向作用突然喷出的压缩空气的强烈气流，喷出气体速度可达858.7m／s［4］，高于两倍音速的速度直接冲入贮存散装物料的阻塞滞留区域急剧膨胀，突然释放的膨胀气流冲击波克服了物料的粘滞力形成的起拱或黏壁，使其中的物料又一次恢复重力流动，从而保证物料输送和生产的连续性。空气炮具有结构简单、冲击力大、安全、节能、自动控制、操作简单，不损伤仓斗等优点。空气炮的工作原理如图2所示：

图2 空气炮的工作原理

5 空气炮在料仓中的安装与注意事项

5.1 空气炮的安装要点

空气炮清堵器按照国家规定的压力容器规范设计制造，根据压缩空气供气条件和物料粘程度选择不同型号的空气炮。料仓内颗粒下料时，速率分布不均匀，靠近壁面流速最慢，靠近中部流速最快［3］，通常需要多个空气炮配合。通过生产实践总结的几种料仓安装形式如图3所示。除去安装位置，影响空气炮松料效果的影响因素还包括以下两个因素：1、不同喷嘴形状（如图4所示）的喷射距离和面积各不相同；2、喷嘴与仓壁的设计角度，角度与水平线不小于15°防止物料倒流而进入排气管内，安装角度在20°～35°之间。

图3 料仓空气炮安装位置图

图4 直管喷嘴与扇形喷嘴区别

5.2 安装注意事项

根据料仓的受力模式：垂直压力、侧壁水平压力和竖向摩擦力［1］和堵料形式或堆积位置结合空气炮作用范围，选择空气炮安装位置。排气管应朝下布置不宜过长、不宜搭接大角度弯头。采用更快的速度或者气量取决于不同的物料，对于较轻的物料使用容积大持续时间性强的空气炮，反之较重物料采用持续时间短气量大的空气炮。任何时候人员应避开喷口，以防出现人身伤亡事故。

5.3 使用效果

经过3年的生产实践表明，使用空气炮后配料过程下料更加平稳精准，物料先进先用，有效提高了配比的准确性。烧结矿TFe和碱度稳定率得到提高，经济效益明显：

（1）提高烧结矿碱度稳定率约1%，煤比降低1%约为0.4kg／t矿，经济效益53.4万元／年。

（2）节约振动电机备件采购费用约10.2万元／年。

6 结论

此设备改造后与传统防粘料措施相比，物料胀落，处理粘仓效果好，可有效改善烧结机的布料情况，避免因粘料、堵料等原因造成的停机，保证设备连续顺畅运转；其投资少，设备少，故障率低，能耗低，检修维护方便，解决了因处理粘料所造成的耗费人力、物力的难题，烧结生产过程明显稳定，烧结矿产质量指标得到改善和提高。

为了预防料仓结拱或架桥的产生，首先应当采用正确的料仓设计方法，遵循相应的设计规范。其次应当全面综合考虑生产过程中各种因素对料仓结拱的影响，对于不同的结拱类型应当采取不同的解决方法。不能一碰到料仓结拱堵塞卸料不畅就采用振动加速的方法，这种做法显然不应提倡。另外，料仓结拱的形成也决非想象的那么简单，只有正确的分析料仓结拱的原因，采取相应的科学安装方法才能圆满解决。