賈文平 舒勇志 張輝 郭千年 馮旭

（寧波鋼鐵有限公司煉鐵廠 浙江寧波 315800）

1 前言

寧波鋼鐵燒結(jié)一期460m2環(huán)冷機(jī)卸礦漏斗下料口原設(shè)計(jì)采用電液閘門控制料流，在電液閘門轉(zhuǎn)軸位置一側(cè)設(shè)置旋轉(zhuǎn)編碼器，反饋至中央控制室顯示閘門開度，配合頭部攝像頭觀察料流情況，經(jīng)過多年運(yùn)行、閘門內(nèi)部磨損嚴(yán)重，且修補(bǔ)困難，檢修閘門內(nèi)部作業(yè)環(huán)境差，且在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)卡大塊停機(jī)，處理難度極大，安全風(fēng)險(xiǎn)極高，為此閘門改型事關(guān)燒結(jié)能否正常順產(chǎn)。

2 電液閘門使用現(xiàn)狀

燒結(jié)環(huán)冷機(jī)下料口是整個(gè)燒結(jié)礦流程咽喉部位，環(huán)冷機(jī)冷卻后的成品燒結(jié)礦經(jīng)電液閘門進(jìn)入下游膠帶機(jī)運(yùn)輸，原閘門安裝位置見圖1，其下游膠帶機(jī)帶速1.25m／s，膠帶機(jī)帶寬B＝1400mm，膠帶機(jī)運(yùn)輸量Q≤1100t／h；其上游環(huán)冷機(jī)處理能力900t／h～1100t／h，由于環(huán)冷機(jī)由75個(gè)臺(tái)車組成一個(gè)正多邊形，環(huán)冷機(jī)下料不是均勻下料，而是隨著臺(tái)車運(yùn)行呈周期脈沖形式，但下游膠帶機(jī)要求盡可能物料料流均勻，不然料頭堆積在下游膠帶機(jī)頭部撒料，下料口閘門不僅要實(shí)現(xiàn)上游不停機(jī)關(guān)閉功能，還要實(shí)現(xiàn)物料高峰控制料流的功能，最初設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器，反饋閘門開度至中央控制室，配合頭部攝像頭觀察料流情況，操作員要憑經(jīng)驗(yàn)、配合環(huán)冷機(jī)機(jī)速，設(shè)定閘門開度，經(jīng)過長期運(yùn)行，物料沖刷、磨損嚴(yán)重，逢停必修，多次修補(bǔ)，導(dǎo)致閘門密封變差，現(xiàn)場環(huán)境極差，閘門開度設(shè)定旋轉(zhuǎn)編碼器故障極高，無法正常反饋或現(xiàn)場顯示不準(zhǔn)確，時(shí)有導(dǎo)致現(xiàn)場卡?；虿幌铝?，處理難度極大，處理卡料極易造成安全事故，為此閘門改型勢在必行。

圖1 原閘門安裝位置示意圖

3 新閘門結(jié)構(gòu)形式及技術(shù)要點(diǎn)

3.1 閘門結(jié)構(gòu)形式

降低物料落差、降低物料流速，方便內(nèi)部檢修，擴(kuò)大閘門內(nèi)部空間尺寸是決定閘門結(jié)構(gòu)形式主要因素。由于閘門所處位置特殊，內(nèi)部檢修困難，為此需要擴(kuò)大閘門內(nèi)部空間尺寸，但最底部下料口尺寸需滿足控制物料料流的作用，在滿足控制料流前提下，盡可能利用現(xiàn)場空間，擴(kuò)大閘門內(nèi)部尺寸，增加儲(chǔ)料臺(tái)階，臺(tái)階上設(shè)置高鉻鑄鐵耐磨方鋼，提高閘門使用壽命，延長閘門檢修周期，降低檢修費(fèi)用。

新、舊閘門尺寸對(duì)比見圖3與圖2。

圖2 舊閘門尺寸圖

通過圖2與圖3對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，閘門寬度方向由舊閘門800mm放大至新閘門1620mm，閘門長度方向，沿物料前進(jìn)方向閘門卸料口前移將600mm，通過以上手段增加閘門內(nèi)部物料流通截面積，有效降低物料流速，減少物料對(duì)側(cè)壁的沖刷，減少揚(yáng)塵，并將原垂直的側(cè)壁改為3層階梯狀，在階梯上部設(shè)置高鉻鑄鐵耐磨方鋼，檢修時(shí)只要更換臺(tái)階上部方鋼即可，檢修方便，時(shí)間短，工作量小。

圖3 新閘門尺寸圖

3.2 料流控制

控制料流寬度，減少下游膠帶機(jī)頭部撒料，由于下游膠帶機(jī)頭部設(shè)置有過渡托輥組由原35度逐漸過渡至20度、10度，至頭輪處膠帶變平，導(dǎo)致膠帶上物料堆積角發(fā)生變化，物料直接從膠帶上撒落，造成清理工作量大，為此需有效控制閘門下料口寬度及高度是解決頭部撒落料關(guān)鍵技術(shù)。為此經(jīng)過多次試驗(yàn)，采用閘門下沿尺寸為長度為500mm，寬度為600mm，根據(jù)膠帶機(jī)帶速、帶寬等參數(shù)經(jīng)過計(jì)算物料在膠帶機(jī)頭尾部堆積，溜槽下沿距離膠帶面200mm，根據(jù)成品燒結(jié)礦（運(yùn)動(dòng)）堆積角安息角為30度（帶速1.25m／s），按照《DTⅡ（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》式（3.3-1）計(jì)算膠帶機(jī)輸送帶上允許的最大物料橫截面積［3］：輸送帶上允許的最大物料橫截面積［1］：

式中：b—輸送帶可用寬度，m；

B≤2m時(shí)，b＝0.9B-0.5

B≥2m時(shí)，b＝B-0.25m；由于下游膠帶機(jī)帶寬B＝1400mm，所以b＝1.15m；

l3—中間輥長度；經(jīng)查l3＝0.53m；

θ—物料的運(yùn)動(dòng)堆積角；查《DTⅡ（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2-1得θ＝30°；

λ—托輥架傾角；由于膠帶機(jī)進(jìn)入頭部時(shí)托輥架角度過渡至0度，所以λ＝0度。

所以：S＝S1＋S2＝0.2204（m2）

根據(jù)輸送帶上允許最大物料橫截面積計(jì)算下游膠帶機(jī)輸送能力：

根據(jù)《DTⅡ（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》式（3.3-4）～式（3.3-6）計(jì)算下游膠帶機(jī)輸送能力［1］：

Q ＝3.6Sνkρ＝1686（t／h）

式中：Q—輸送量，t／h；

ν—帶速，m／s；

ρ—密度，kg／m3；

S—最大堆積面積，m2；

k—輸送機(jī)傾斜系數(shù)。

計(jì)算得下游膠帶機(jī)最大輸送量Q＝1686t／h；滿足上下游設(shè)備生產(chǎn)能力，且物料在膠帶機(jī)頭部過渡托輥架至傳動(dòng)滾筒區(qū)域不至于撒落料，降低清料勞動(dòng)強(qiáng)度以及下游設(shè)備故障。

3.3 放料口能力驗(yàn)算

放料口尺寸選擇以及閘門通過量核算避免閘門出現(xiàn)卡大塊，消除卡大塊處理安全隱患。

根據(jù)放料口尺寸選擇公式［2］

式中：a—方形或矩形放料口短邊長度，（單位：mm）；

A、B—矩形放料口邊長，B＞A（單位：mm）；

式中：k—系數(shù)，當(dāng)最大塊料組（1 dmax～0.8 dmax之間的塊料總和）含量較少（小于10%時(shí)）取0.8；當(dāng)含量較多（大于10%時(shí)）取1；

ψ—物料的內(nèi)摩擦角，度；

K—系數(shù)，篩分過的物料取2.6，原物料取2.4。

根據(jù)《現(xiàn)代冶煉設(shè)備選型與計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》表2-3-1常用物料摩擦系數(shù)值，燒結(jié)礦內(nèi)摩擦系數(shù)0.93-1.14，取1，對(duì)應(yīng)內(nèi)摩擦角ψ＝45°，K＝2.4。

經(jīng)過計(jì)算所得a≥293mm；由于實(shí)際選擇a＝600mm，滿足閘門放料要求，避免由于閘門下料口尺寸偏小導(dǎo)致卡大塊停機(jī)，減少卡大塊處理安全風(fēng)險(xiǎn)。

驗(yàn)算閘門放料口通過能力是否滿足生產(chǎn)需求，根據(jù)閘門排放能力計(jì)算［2］

式中：Q—放料口物料通過能力，t／h；

γ—物料堆比重，t／m3；

F—放料口面積，m2；

矩形放料口F ＝（a-db）（b-db）（a＞b矩形放料口邊長，m）

（db物料標(biāo)準(zhǔn)塊度，此次計(jì)算按照最大塊尺寸0.15m計(jì)算）

ν—物料流出速度（m／s），物料流出速度與物料的初抗剪強(qiáng)度（物料間的附著力）及物料的內(nèi)摩擦角有關(guān)，底開矩形放料口：放料口水力半徑R＝0.133（m）；物料臨界水力半徑Re＝＝0.0027（m）；由于R》Re，物料流出速度按照公式 ν ＝λ

計(jì)算所得ν＝1（m／s）

式中：φ—物料的內(nèi)摩擦角，度；

f—物料的內(nèi)摩擦系數(shù)；

λ—放料系數(shù)，塊燒結(jié)礦及焦炭可按0.4考慮；

g—自由落體重力加速度9.81m／s2。

物料的內(nèi)摩擦系數(shù)f與內(nèi)摩擦角φ的關(guān)系為f＝tgφ，燒結(jié)礦內(nèi)摩擦系數(shù)為0.97-1.14，取1。

經(jīng)過計(jì)算，閘門每小時(shí)放料能力Q ＝3600γFν＝179

由于環(huán)冷機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)量為每小時(shí)900t／h～1100t／h；下游膠帶機(jī)設(shè)計(jì)運(yùn)輸量為1100t／h；完全滿足上下游設(shè)備使用要求。且完全可以避免閘門處卡大塊燒結(jié)礦，減少卡大塊導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)停機(jī)，降低主線設(shè)備故障率，減少開停機(jī)且避免卡大塊處理安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 改變閘門結(jié)構(gòu)，減少揚(yáng)塵

由圖2可以看到，將閘門翻板放置在閘門內(nèi)部，翻板軸穿過閘門側(cè)壁處設(shè)計(jì)密封裝置，翻板軸置于閘門臺(tái)階下部，避免物料沖刷，將閘門徹底密封，并將閘門下料口前側(cè)面做成活動(dòng)人孔門，方便檢修人員、器具、備件進(jìn)出，檢修結(jié)束將前側(cè)面密封做好，插銷關(guān)閉即可。此結(jié)構(gòu)亦方便閘門卡大塊處理，一旦出現(xiàn)卡停，將閘門前側(cè)面打開，將大塊物料從前部卸至下游膠帶即可，極大降低卡大塊處理速度和難度。

4 使用效果

此閘門從2016年5月上機(jī)，至今已使用36個(gè)月，通過2015年及2017年環(huán)冷機(jī)卸礦閘門卡停次數(shù)、時(shí)間統(tǒng)計(jì)表見表1。

2017年環(huán)冷機(jī)卸礦閘門卡停次數(shù)、時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 2015年環(huán)冷機(jī)閘門卡停故障統(tǒng)計(jì)

表2 2017年環(huán)冷閘門卡停故障統(tǒng)計(jì)

對(duì)比表1表2，看出此閘門使用效果良好，從2015年的月均卡停2次，至2017年月均0.5次，故障時(shí)間從月均0.5小時(shí)，下降至0.15小時(shí)；大大降低燒結(jié)環(huán)冷機(jī)下料口卡大塊停機(jī)故障，減少處理卡大塊停機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)，減少膠帶機(jī)頭部撒料，降低清料勞動(dòng)量。

5 結(jié)論

通過對(duì)現(xiàn)場空間合理利用，對(duì)環(huán)冷機(jī)下樓口閘門降低落差，降低流速，增大閘門內(nèi)部空間，減少物料磨損、沖擊，延長使用壽命，增大空間，降低閘門卡料故障，并通過對(duì)閘門下料口收口、前延，控制物料在下游膠帶機(jī)上截面高度等措施，避免膠帶機(jī)頭部灑落料，同步解決閘門密封問題，減少現(xiàn)場揚(yáng)塵，通過使用實(shí)踐，充分證明該閘門設(shè)計(jì)改型實(shí)踐，使用效果良好，值得推廣。