燒結環冷機下料口閘門改造

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

寧波鋼鐵燒結一期460m2環冷機卸礦漏斗下料口原設計采用電液閘門控制料流，在電液閘門轉軸位置一側設置旋轉編碼器，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，經過多年運行、閘門內部磨損嚴重，且修補困難，檢修閘門內部作業環境差，且在運行中經常出現卡大塊停機，處理難度極大，安全風險極高，為此閘門改型事關燒結能否正常順產。

2 電液閘門使用現狀

燒結環冷機下料口是整個燒結礦流程咽喉部位，環冷機冷卻后的成品燒結礦經電液閘門進入下游膠帶機運輸，原閘門安裝位置見圖1，其下游膠帶機帶速1.25m／s，膠帶機帶寬B＝1400mm，膠帶機運輸量Q≤1100t／h；其上游環冷機處理能力900t／h～1100t／h，由于環冷機由75個臺車組成一個正多邊形，環冷機下料不是均勻下料，而是隨著臺車運行呈周期脈沖形式，但下游膠帶機要求盡可能物料料流均勻，不然料頭堆積在下游膠帶機頭部撒料，下料口閘門不僅要實現上游不停機關閉功能，還要實現物料高峰控制料流的功能，最初設置有旋轉編碼器，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，操作員要憑經驗、配合環冷機機速，設定閘門開度，經過長期運行，物料沖刷、磨損嚴重，逢停必修，多次修補，導致閘門密封變差，現場環境極差，閘門開度設定旋轉編碼器故障極高，無法正常反饋或現場顯示不準確，時有導致現場卡停或不下料，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 新閘門結構形式及技術要點

3.1 閘門結構形式

降低物料落差、降低物料流速，方便內部檢修，擴大閘門內部空間尺寸是決定閘門結構形式主要因素。由于閘門所處位置特殊，內部檢修困難，為此需要擴大閘門內部空間尺寸，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，盡可能利用現場空間，擴大閘門內部尺寸，增加儲料臺階，臺階上設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，降低檢修費用。

新、舊閘門尺寸對比見圖3與圖2。

圖2 舊閘門尺寸圖

通過圖2與圖3對比，不難發現，閘門寬度方向由舊閘門800mm放大至新閘門1620mm，閘門長度方向，沿物料前進方向閘門卸料口前移將600mm，通過以上手段增加閘門內部物料流通截面積，有效降低物料流速，減少物料對側壁的沖刷，減少揚塵，并將原垂直的側壁改為3層階梯狀，在階梯上部設置高鉻鑄鐵耐磨方鋼，檢修時只要更換臺階上部方鋼即可，檢修方便，時間短，工作量小。

圖3 新閘門尺寸圖

3.2 料流控制

控制料流寬度，減少下游膠帶機頭部撒料，由于下游膠帶機頭部設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，導致膠帶上物料堆積角發生變化，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鍵技術。為此經過多次試驗，采用閘門下沿尺寸為長度為500mm，寬度為600mm，根據膠帶機帶速、帶寬等參數經過計算物料在膠帶機頭尾部堆積，溜槽下沿距離膠帶面200mm，根據成品燒結礦（運動）堆積角安息角為30度（帶速1.25m／s），按照《DTⅡ（A）型帶式輸送機設計手冊》式（3.3-1）計算膠帶機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，b＝0.9B-0.5

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

l3—中間輥長度；經查l3＝0.53m；

θ—物料的運動堆積角；查《DTⅡ（A）型帶式輸送機設計手冊》表2-1得θ＝30°；

λ—托輥架傾角；由于膠帶機進入頭部時托輥架角度過渡至0度，所以λ＝0度。

所以：S＝S1＋S2＝0.2204（m2）

根據輸送帶上允許最大物料橫截面積計算下游膠帶機輸送能力：

根據《DTⅡ（A）型帶式輸送機設計手冊》式（3.3-4）～式（3.3-6）計算下游膠帶機輸送能力［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—輸送機傾斜系數。

計算得下游膠帶機最大輸送量Q＝1686t／h；滿足上下游設備生產能力，且物料在膠帶機頭部過渡托輥架至傳動滾筒區域不至于撒落料，降低清料勞動強度以及下游設備故障。

3.3 放料口能力驗算

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

根據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，當最大塊料組（1 dmax～0.8 dmax之間的塊料總和）含量較少（小于10%時）取0.8；當含量較多（大于10%時）取1；

ψ—物料的內摩擦角，度；

K—系數，篩分過的物料取2.6，原物料取2.4。

根據《現代冶煉設備選型與計算實用手冊》表2-3-1常用物料摩擦系數值，燒結礦內摩擦系數0.93-1.14，取1，對應內摩擦角ψ＝45°，K＝2.4。

經過計算所得a≥293mm；由于實際選擇a＝600mm，滿足閘門放料要求，避免由于閘門下料口尺寸偏小導致卡大塊停機，減少卡大塊處理安全風險。

驗算閘門放料口通過能力是否滿足生產需求，根據閘門排放能力計算［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物料標準塊度，此次計算按照最大塊尺寸0.15m計算）

ν—物料流出速度（m／s），物料流出速度與物料的初抗剪強度（物料間的附著力）及物料的內摩擦角有關，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

計算所得ν＝1（m／s）

式中：φ—物料的內摩擦角，度；

f—物料的內摩擦系數；

λ—放料系數，塊燒結礦及焦炭可按0.4考慮；

g—自由落體重力加速度9.81m／s2。

物料的內摩擦系數f與內摩擦角φ的關系為f＝tgφ，燒結礦內摩擦系數為0.97-1.14，取1。

經過計算，閘門每小時放料能力Q ＝3600γFν＝179

由于環冷機設計產量為每小時900t／h～1100t／h；下游膠帶機設計運輸量為1100t／h；完全滿足上下游設備使用要求。且完全可以避免閘門處卡大塊燒結礦，減少卡大塊導致燒結機停機，降低主線設備故障率，減少開停機且避免卡大塊處理安全風險。

3.4 改變閘門結構，減少揚塵

由圖2可以看到，將閘門翻板放置在閘門內部，翻板軸穿過閘門側壁處設計密封裝置，翻板軸置于閘門臺階下部，避免物料沖刷，將閘門徹底密封，并將閘門下料口前側面做成活動人孔門，方便檢修人員、器具、備件進出，檢修結束將前側面密封做好，插銷關閉即可。此結構亦方便閘門卡大塊處理，一旦出現卡停，將閘門前側面打開，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，至今已使用36個月，通過2015年及2017年環冷機卸礦閘門卡停次數、時間統計表見表1。

2017年環冷機卸礦閘門卡停次數、時間統計見表2。

表1 2015年環冷機閘門卡停故障統計

表2 2017年環冷閘門卡停故障統計

對比表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，故障時間從月均0.5小時，下降至0.15小時；大大降低燒結環冷機下料口卡大塊停機故障，減少處理卡大塊停機安全風險，減少膠帶機頭部撒料，降低清料勞動量。

5 結論

通過對現場空間合理利用，對環冷機下樓口閘門降低落差，降低流速，增大閘門內部空間，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，并通過對閘門下料口收口、前延，控制物料在下游膠帶機上截面高度等措施，避免膠帶機頭部灑落料，同步解決閘門密封問題，減少現場揚塵，通過使用實踐，充分證明該閘門設計改型實踐，使用效果良好，值得推廣。