鋼鐵企業(yè)鐵礦粉料倉(cāng)堵塞問(wèn)題處理的應(yīng)用

王秀杰

（中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223）

鋼鐵企業(yè)的鐵礦原料無(wú)論是國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口都是鐵礦粉多，塊礦少，進(jìn)口礦中鐵礦粉占比達(dá)到80%。特別是國(guó)內(nèi)鐵礦石平均品位只有大約33%，為了達(dá)到煉鐵品位要求，需細(xì)磨、選礦富集生產(chǎn)微細(xì)鐵精粉，因此國(guó)產(chǎn)礦幾乎100%是鐵礦粉，且粒度越來(lái)越細(xì)。為保證連續(xù)生產(chǎn)，鐵礦粉的倉(cāng)儲(chǔ)就成為鋼鐵廠的重要工作，采用占地小、儲(chǔ)倉(cāng)量大的料倉(cāng)成為一種必然選擇。而鐵礦粉儲(chǔ)倉(cāng)在生產(chǎn)中出問(wèn)題最多的就是料倉(cāng)的堵塞。

1 料倉(cāng)防堵及疏通設(shè)施的發(fā)展

1.1 料倉(cāng)設(shè)計(jì)之初的防堵設(shè)施

在工程應(yīng)用中，無(wú)論料倉(cāng)采用混凝土，還是鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形狀采用圓柱、棱臺(tái)或者雙曲線型，其整體形式都是上口大，下口小，物料自上而下靠重力下落，物料越向下流動(dòng)，橫截面積越小，摩擦力越大，這是形成物料堵塞的主要原因；另外物料的水分含量、粗細(xì)度比、溫度變化、存放時(shí)間、料倉(cāng)壁摩擦系數(shù)也是堵塞發(fā)生的重要原因。在料倉(cāng)設(shè)計(jì)之初，就應(yīng)考慮防堵的措施。

1.1.1 料倉(cāng)壁襯板的選擇

料倉(cāng)的堵塞通常發(fā)生在錐段出料口處，發(fā)生起拱、搭橋等堵塞現(xiàn)象與料倉(cāng)倉(cāng)壁的摩擦力直接相關(guān)，料倉(cāng)的摩擦力等于料倉(cāng)壁所受法向壓力與摩擦系數(shù)的乘積，當(dāng)料倉(cāng)幾何外形確定后，對(duì)于特性一定的物料，起決定因素的就是倉(cāng)壁的摩擦系數(shù)。

減小料倉(cāng)倉(cāng)壁的摩擦系數(shù)，可以降低堵塞的幾率。料倉(cāng)錐段倉(cāng)壁的襯板種類(lèi)繁多，有鑄石、耐油尼龍、陶瓷、鑄鐵、不銹鋼、高分子聚乙烯防粘板等。從摩擦系數(shù)和防粘的角度考慮，不銹鋼和高分子聚乙烯是最佳的選擇，但是其耐磨性欠佳[1]。

1.1.2 設(shè)置改流板

對(duì)于一些儲(chǔ)料容積較大的料倉(cāng)，常在料倉(cāng)的中下部設(shè)置改流體，其作用就是改善物料的流動(dòng)形態(tài)，減輕物料在流出時(shí)對(duì)料倉(cāng)出口的壓力。改流體有水平擋板、垂直擋板、傾斜擋板等不同形式，水平擋板長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)會(huì)形成一個(gè)物料堆，容易板結(jié)，因此將擋板結(jié)構(gòu)做成一個(gè)圓錐體，這就是常說(shuō)的減壓錐，減壓錐下部會(huì)形成一個(gè)環(huán)形空間，可以減少物料的壓力。垂直和傾斜的擋板可以消除物料間的部分橫向壓力，物料流被分成幾股，減小了它們之間的摩擦力和剪切力，降低了結(jié)拱的可能性。

1.1.3 采用組合式料倉(cāng)

組合式料倉(cāng)結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)形式料倉(cāng)及其下方振動(dòng)鋼斗組成，優(yōu)點(diǎn)是料倉(cāng)錐部?jī)A角加大，及料倉(cāng)錐部出口尺寸加大，是物料不易在錐部粘附；料倉(cāng)與鋼斗之間有間隙，留有清堵的操作空間；下方的鋼斗設(shè)有振動(dòng)清堵裝置，下料更加順暢，不容易發(fā)生堵塞。

1.2 料倉(cāng)疏通措施

料倉(cāng)阻塞多數(shù)發(fā)生在距離下料口1.5m～3.5m的范圍內(nèi)，在這些地方首先開(kāi)始粘接薄層物料，粘接的物料增加了倉(cāng)壁的摩擦力，進(jìn)而沿軸向和徑向延伸，厚度不斷增加，最終形成不同形狀的料倉(cāng)阻塞。下圖列出常見(jiàn)的堵塞形式。

圖1 料倉(cāng)堵塞的形式

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)堵塞時(shí)，最直接的方式就是采用人工捅搗，既在料倉(cāng)卸料口的斜壁上預(yù)留清堵孔，料倉(cāng)起拱時(shí)，將鋼釬插入倉(cāng)內(nèi)人工捅搗，但是人工清堵勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，易污染環(huán)境，且無(wú)法保證生產(chǎn)安全。因此陸續(xù)開(kāi)發(fā)了多種料倉(cāng)防堵、疏堵的方式，下面列出幾種常用的方式[2]。

1.2.1 空氣助流法的應(yīng)用

在料倉(cāng)發(fā)生堵塞的部位設(shè)置空氣助流噴嘴，當(dāng)堵塞出現(xiàn)時(shí)，在人工或自動(dòng)控制下助流噴嘴可噴出氣體，破壞料倉(cāng)內(nèi)的物料拱，消除料倉(cāng)堵塞。

目前常用的空氣助流方式有兩種，一種是在容易堵塞處均勻間隔布置儲(chǔ)氣罐容積220L～300L的空氣炮，氣體壓力0.6Mpa～0.8Mpa，利用儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中的氣體瞬間爆發(fā)所產(chǎn)生的氣流沖擊力破堵。另一種采用最大壓力可達(dá)4.5Mpa的高壓氣力助流清倉(cāng)，利用高壓氣體和控制系統(tǒng)連續(xù)產(chǎn)生高壓震蕩源的原理，直接作用于粘結(jié)層、板結(jié)區(qū)域等堵點(diǎn)，以水、氣結(jié)合的方式，分別作用，對(duì)儲(chǔ)倉(cāng)進(jìn)行分時(shí)、分區(qū)點(diǎn)射形式直接破壞粘結(jié)層的物理結(jié)構(gòu)，使物料在自重下快速坍塌脫落。

空氣助流法的優(yōu)點(diǎn)：①能夠清除料倉(cāng)阻塞棚料，避免人工清堵和破拱帶來(lái)的人身傷害危險(xiǎn)，保證生產(chǎn)流程暢通。②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，工作可靠，適用于新建料倉(cāng)和老料倉(cāng)改造。③適用于各種不同塊度和高含水率的物料。

空氣助流法的缺點(diǎn)：①當(dāng)料倉(cāng)出現(xiàn)鼠洞時(shí)，助流氣體通過(guò)鼠洞排出，清堵效果消失。②對(duì)于塊度較大，空隙率高的物料，清堵效果差。③物料越細(xì)清堵效果越差，像密度較大的鐵礦粉，需要選用更大容積的空氣炮或更大的壓力。④對(duì)于嚙合堵塞的塊狀物料，因?yàn)閴嚎s空氣會(huì)從物料空隙溢出，疏松效果差。

1.2.2 倉(cāng)壁振動(dòng)器振動(dòng)疏松

在倉(cāng)壁上安裝的振動(dòng)器有氣動(dòng)活塞式、機(jī)械振動(dòng)式、振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)式、電磁振動(dòng)式等，在各種振動(dòng)形式中，電機(jī)振動(dòng)式應(yīng)用最為廣泛。粉料宜選用中高頻率，頻率在1800Hz/min～3600Hz/min；大于3600Hz/min超高頻小振幅振動(dòng)器宜用于清倉(cāng)。

1.2.3 料倉(cāng)倉(cāng)壁疏松機(jī)

疏松機(jī)安裝在倉(cāng)內(nèi)壁上，做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)清掃倉(cāng)壁，以破壞堵塞的基礎(chǔ)。特點(diǎn)是從堵塞的薄面積一側(cè)開(kāi)始，破壞堵塞的結(jié)構(gòu)，達(dá)到疏松的效果。疏松機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)，功率僅為1.5～3kW。設(shè)備高度可達(dá)3m，疏松面積可達(dá)5m2，力可達(dá)100kN，疏松機(jī)設(shè)有PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，堵塞后自動(dòng)啟動(dòng)，暢通后停機(jī)，是一種高效的清堵設(shè)備。

1.2.4 料倉(cāng)內(nèi)防堵塞出料螺旋

料倉(cāng)防堵塞出料螺旋主要應(yīng)用于圓錐底料倉(cāng)，其結(jié)構(gòu)主要包括設(shè)置在料倉(cāng)底部的固定支架；安裝在固定支架下部的可旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)支架；驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支架轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置；安裝在回轉(zhuǎn)支架上的可以饒料倉(cāng)中心旋轉(zhuǎn)的螺旋軸；以及給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電源的回轉(zhuǎn)供電系統(tǒng)等。防堵螺旋工作時(shí)，回轉(zhuǎn)支架帶著螺旋軸饒料倉(cāng)中心線回轉(zhuǎn)，螺旋軸能伸到料倉(cāng)底部的任意角度和區(qū)域，其在倉(cāng)底的移動(dòng)能很好的對(duì)料倉(cāng)內(nèi)物料起到破拱的作用，防止物料在倉(cāng)內(nèi)搭橋和堵料。

2 鐵礦粉料倉(cāng)防堵、疏堵問(wèn)題在工程中的應(yīng)用

某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)原料場(chǎng)，鐵礦粉采用露天堆存方式，隨著環(huán)保壓力的增加，計(jì)劃對(duì)露天料場(chǎng)進(jìn)行擴(kuò)容改造，在有限的用地范圍內(nèi)，采用料倉(cāng)儲(chǔ)存鐵礦粉成為一種最優(yōu)選擇。

本工程采用矩形料倉(cāng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)配送一體化，倉(cāng)下帶式輸送機(jī)置于地面上，倉(cāng)下設(shè)備安裝檢修方便。倉(cāng)上采用卸料小車(chē)卸料，倉(cāng)下采用旋轉(zhuǎn)葉輪給料機(jī)給料，給料機(jī)刮取原料至下級(jí)輸送機(jī)上輸出，只要倉(cāng)內(nèi)物料下落流動(dòng)，給料機(jī)設(shè)備本身不會(huì)堵料。料倉(cāng)布置形式及防堵疏堵設(shè)施布置見(jiàn)下圖。

圖2 矩形船型料倉(cāng)布置

圖3 料倉(cāng)防堵疏堵設(shè)施

料倉(cāng)防堵疏堵設(shè)置如下：①倉(cāng)壁角度：下部倉(cāng)壁錐段及內(nèi)部中間錐角度按大于65°設(shè)計(jì)。②倉(cāng)內(nèi)襯板：從摩擦系數(shù)和防粘的角度考慮，料倉(cāng)錐段的襯板，選擇表面光潔度高，摩擦系數(shù)低的高分子聚乙烯襯板，成本低，耐磨性好。③料倉(cāng)蒸汽伴熱：在錐段設(shè)置伴熱設(shè)施，在北方的冬季，高含水率的含鐵礦粉，極易因?yàn)楸鶅鲈斐砂褰Y(jié)，伴熱設(shè)施可以有效避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)。④高壓氣力助流疏堵：在倉(cāng)體錐段設(shè)置壓縮空氣助流裝置，針對(duì)密度較大的鐵礦粉，采用高壓氣體分時(shí)分區(qū)疏堵，能夠達(dá)到較好的疏通效果。⑤倉(cāng)內(nèi)錐體的振動(dòng)疏堵：錐體表面擬采用鋼結(jié)構(gòu)，在此處錐體壁上設(shè)振動(dòng)電動(dòng)振打。⑥疏通設(shè)施：在錐段與直段交接處，預(yù)留疏通機(jī)安裝孔，人工疏通孔及疏通操作平臺(tái)。因?yàn)楹F粉礦的種類(lèi)很多，并不是所有類(lèi)別都存在嚴(yán)重的堵塞板結(jié)問(wèn)題。選擇其中部分料倉(cāng)安裝機(jī)械式疏通機(jī)，用來(lái)儲(chǔ)存粘接嚴(yán)重的物流。而對(duì)于粘接現(xiàn)象尚可接受的種類(lèi)，留有人工疏通孔，在必要時(shí)有疏通的方式。⑦設(shè)置清倉(cāng)工藝線，對(duì)于較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)未使用的鐵礦粉，原料板結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)增加。因此，針對(duì)以上情況，本工程設(shè)清倉(cāng)線，即在不過(guò)多增加冗余輸送線路的前提下，根據(jù)生產(chǎn)情況和作業(yè)時(shí)間的安排，倉(cāng)內(nèi)的物料可由倉(cāng)下輸出返回至倉(cāng)上循環(huán)使用或者進(jìn)入其它的系統(tǒng)，工藝流程如下圖所示。

圖4 清倉(cāng)工藝線流程簡(jiǎn)圖

設(shè)計(jì)清倉(cāng)工藝線，會(huì)占用作業(yè)時(shí)間，增加輸送線作業(yè)率，相應(yīng)的增加了運(yùn)行成本，但是清倉(cāng)工藝線也有著如下的優(yōu)點(diǎn)：①控制了原料在倉(cāng)內(nèi)的儲(chǔ)存時(shí)間，當(dāng)儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)，存在板結(jié)堵倉(cāng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，采取清倉(cāng)作業(yè)，變被動(dòng)疏堵為主動(dòng)防堵。②內(nèi)部循環(huán)線的設(shè)置，對(duì)于多種原料的充分混配有利。參與配料多種原料可二次進(jìn)倉(cāng)再次參與配料，增加了鐵礦粉的均一性[3-5]。

3 建議及結(jié)論

（1）對(duì)于進(jìn)倉(cāng)原料的選擇上應(yīng)區(qū)別對(duì)待，沒(méi)有一種適用于所有物料的料倉(cāng)。建議對(duì)于粘度過(guò)大、流動(dòng)性差的原料不作料倉(cāng)倉(cāng)儲(chǔ)考慮，采用其它儲(chǔ)存方式。對(duì)于流動(dòng)性能不穩(wěn)定性的原料，嚴(yán)格控制倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間和儲(chǔ)存條件。建議企業(yè)結(jié)合自身豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)需作倉(cāng)儲(chǔ)的鐵礦粉做一定的物化性能分析，盡量達(dá)到科學(xué)預(yù)期與實(shí)際結(jié)果的統(tǒng)一。

（2）對(duì)于倉(cāng)型設(shè)計(jì)，在滿足目標(biāo)儲(chǔ)量的前提下，盡量降低倉(cāng)體高度，減少料體內(nèi)部壓力，降低壓實(shí)板結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，扁平化的倉(cāng)型也有利于降低結(jié)構(gòu)成本。

（3）在預(yù)防料倉(cāng)堵塞增加原料的流動(dòng)性方面，盡量減少倉(cāng)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件與原料的接觸，選擇摩擦系數(shù)小的耐磨襯板，提高倉(cāng)體斜壁角度。

（4）在料倉(cāng)疏堵方面，采用機(jī)械振動(dòng)與氣力破拱相結(jié)合的作用方式，同時(shí)在倉(cāng)壁預(yù)留疏通清堵孔。對(duì)于出現(xiàn)料倉(cāng)堵塞后，采用人工疏通與機(jī)械疏通相結(jié)合的方式。

（5）工藝上設(shè)置清倉(cāng)線，作為主動(dòng)預(yù)防措施。