鋼鐵企業鐵礦粉料倉堵塞問題處理的應用

王秀杰

（中冶南方工程技術有限公司，湖北 武漢 430223）

鋼鐵企業的鐵礦原料無論是國產還是進口都是鐵礦粉多，塊礦少，進口礦中鐵礦粉占比達到80%。特別是國內鐵礦石平均品位只有大約33%，為了達到煉鐵品位要求，需細磨、選礦富集生產微細鐵精粉，因此國產礦幾乎100%是鐵礦粉，且粒度越來越細。為保證連續生產，鐵礦粉的倉儲就成為鋼鐵廠的重要工作，采用占地小、儲倉量大的料倉成為一種必然選擇。而鐵礦粉儲倉在生產中出問題最多的就是料倉的堵塞。

1 料倉防堵及疏通設施的發展

1.1 料倉設計之初的防堵設施

在工程應用中，無論料倉采用混凝土，還是鋼結構，結構形狀采用圓柱、棱臺或者雙曲線型，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，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、粗細度比、溫度變化、存放時間、料倉壁摩擦系數也是堵塞發生的重要原因。在料倉設計之初，就應考慮防堵的措施。

1.1.1 料倉壁襯板的選擇

料倉的堵塞通常發生在錐段出料口處，發生起拱、搭橋等堵塞現象與料倉倉壁的摩擦力直接相關，料倉的摩擦力等于料倉壁所受法向壓力與摩擦系數的乘積，當料倉幾何外形確定后，對于特性一定的物料，起決定因素的就是倉壁的摩擦系數。

減小料倉倉壁的摩擦系數，可以降低堵塞的幾率。料倉錐段倉壁的襯板種類繁多，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 設置改流板

對于一些儲料容積較大的料倉，常在料倉的中下部設置改流體，其作用就是改善物料的流動形態，減輕物料在流出時對料倉出口的壓力。改流體有水平擋板、垂直擋板、傾斜擋板等不同形式，水平擋板長時間使用時會形成一個物料堆，容易板結，因此將擋板結構做成一個圓錐體，這就是常說的減壓錐，減壓錐下部會形成一個環形空間，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，降低了結拱的可能性。

1.1.3 采用組合式料倉

組合式料倉結構由傳統形式料倉及其下方振動鋼斗組成，優點是料倉錐部傾角加大，及料倉錐部出口尺寸加大，是物料不易在錐部粘附；料倉與鋼斗之間有間隙，留有清堵的操作空間；下方的鋼斗設有振動清堵裝置，下料更加順暢，不容易發生堵塞。

1.2 料倉疏通措施

料倉阻塞多數發生在距離下料口1.5m～3.5m的范圍內，在這些地方首先開始粘接薄層物料，粘接的物料增加了倉壁的摩擦力，進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阻塞。下圖列出常見的堵塞形式。

圖1 料倉堵塞的形式

工業生產過程中，出現堵塞時，最直接的方式就是采用人工捅搗，既在料倉卸料口的斜壁上預留清堵孔，料倉起拱時，將鋼釬插入倉內人工捅搗，但是人工清堵勞動強度大，效率低，易污染環境，且無法保證生產安全。因此陸續開發了多種料倉防堵、疏堵的方式，下面列出幾種常用的方式[2]。

1.2.1 空氣助流法的應用

在料倉發生堵塞的部位設置空氣助流噴嘴，當堵塞出現時，在人工或自動控制下助流噴嘴可噴出氣體，破壞料倉內的物料拱，消除料倉堵塞。

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氣罐容積220L～300L的空氣炮，氣體壓力0.6Mpa～0.8Mpa，利用儲存在儲氣罐中的氣體瞬間爆發所產生的氣流沖擊力破堵。另一種采用最大壓力可達4.5Mpa的高壓氣力助流清倉，利用高壓氣體和控制系統連續產生高壓震蕩源的原理，直接作用于粘結層、板結區域等堵點，以水、氣結合的方式，分別作用，對儲倉進行分時、分區點射形式直接破壞粘結層的物理結構，使物料在自重下快速坍塌脫落。

空氣助流法的優點：①能夠清除料倉阻塞棚料，避免人工清堵和破拱帶來的人身傷害危險，保證生產流程暢通。②結構簡單，操作方便，工作可靠，適用于新建料倉和老料倉改造。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：①當料倉出現鼠洞時，助流氣體通過鼠洞排出，清堵效果消失。②對于塊度較大，空隙率高的物料，清堵效果差。③物料越細清堵效果越差，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對于嚙合堵塞的塊狀物料，因為壓縮空氣會從物料空隙溢出，疏松效果差。

1.2.2 倉壁振動器振動疏松

在倉壁上安裝的振動器有氣動活塞式、機械振動式、振動電機振動式、電磁振動式等，在各種振動形式中，電機振動式應用最為廣泛。粉料宜選用中高頻率，頻率在1800Hz/min～3600Hz/min；大于3600Hz/min超高頻小振幅振動器宜用于清倉。

1.2.3 料倉倉壁疏松機

疏松機安裝在倉內壁上，做上下往復運動清掃倉壁，以破壞堵塞的基礎。特點是從堵塞的薄面積一側開始，破壞堵塞的結構，達到疏松的效果。疏松機采用液壓驅動，功率僅為1.5～3kW。設備高度可達3m，疏松面積可達5m2，力可達100kN，疏松機設有PLC自動控制系統，堵塞后自動啟動，暢通后停機，是一種高效的清堵設備。

1.2.4 料倉內防堵塞出料螺旋

料倉防堵塞出料螺旋主要應用于圓錐底料倉，其結構主要包括設置在料倉底部的固定支架；安裝在固定支架下部的可旋轉的回轉支架；驅動回轉支架轉動的回轉驅動裝置；安裝在回轉支架上的可以饒料倉中心旋轉的螺旋軸；以及給驅動電機提供電源的回轉供電系統等。防堵螺旋工作時，回轉支架帶著螺旋軸饒料倉中心線回轉，螺旋軸能伸到料倉底部的任意角度和區域，其在倉底的移動能很好的對料倉內物料起到破拱的作用，防止物料在倉內搭橋和堵料。

2 鐵礦粉料倉防堵、疏堵問題在工程中的應用

某大型鋼鐵聯合企業原料場，鐵礦粉采用露天堆存方式，隨著環保壓力的增加，計劃對露天料場進行擴容改造，在有限的用地范圍內，采用料倉儲存鐵礦粉成為一種最優選擇。

本工程采用矩形料倉實現儲配送一體化，倉下帶式輸送機置于地面上，倉下設備安裝檢修方便。倉上采用卸料小車卸料，倉下采用旋轉葉輪給料機給料，給料機刮取原料至下級輸送機上輸出，只要倉內物料下落流動，給料機設備本身不會堵料。料倉布置形式及防堵疏堵設施布置見下圖。

圖2 矩形船型料倉布置

圖3 料倉防堵疏堵設施

料倉防堵疏堵設置如下：①倉壁角度：下部倉壁錐段及內部中間錐角度按大于65°設計。②倉內襯板：從摩擦系數和防粘的角度考慮，料倉錐段的襯板，選擇表面光潔度高，摩擦系數低的高分子聚乙烯襯板，成本低，耐磨性好。③料倉蒸汽伴熱：在錐段設置伴熱設施，在北方的冬季，高含水率的含鐵礦粉，極易因為冰凍造成板結，伴熱設施可以有效避免這種現象的出現。④高壓氣力助流疏堵：在倉體錐段設置壓縮空氣助流裝置，針對密度較大的鐵礦粉，采用高壓氣體分時分區疏堵，能夠達到較好的疏通效果。⑤倉內錐體的振動疏堵：錐體表面擬采用鋼結構，在此處錐體壁上設振動電動振打。⑥疏通設施：在錐段與直段交接處，預留疏通機安裝孔，人工疏通孔及疏通操作平臺。因為含鐵粉礦的種類很多，并不是所有類別都存在嚴重的堵塞板結問題。選擇其中部分料倉安裝機械式疏通機，用來儲存粘接嚴重的物流。而對于粘接現象尚可接受的種類，留有人工疏通孔，在必要時有疏通的方式。⑦設置清倉工藝線，對于較長時間內未使用的鐵礦粉，原料板結的風險增加。因此，針對以上情況，本工程設清倉線，即在不過多增加冗余輸送線路的前提下，根據生產情況和作業時間的安排，倉內的物料可由倉下輸出返回至倉上循環使用或者進入其它的系統，工藝流程如下圖所示。

圖4 清倉工藝線流程簡圖

設計清倉工藝線，會占用作業時間，增加輸送線作業率，相應的增加了運行成本，但是清倉工藝線也有著如下的優點：①控制了原料在倉內的儲存時間，當儲存時間較長，存在板結堵倉風險時，采取清倉作業，變被動疏堵為主動防堵。②內部循環線的設置，對于多種原料的充分混配有利。參與配料多種原料可二次進倉再次參與配料，增加了鐵礦粉的均一性[3-5]。

3 建議及結論

（1）對于進倉原料的選擇上應區別對待，沒有一種適用于所有物料的料倉。建議對于粘度過大、流動性差的原料不作料倉倉儲考慮，采用其它儲存方式。對于流動性能不穩定性的原料，嚴格控制倉儲時間和儲存條件。建議企業結合自身豐富的生產實踐經驗，對需作倉儲的鐵礦粉做一定的物化性能分析，盡量達到科學預期與實際結果的統一。

（2）對于倉型設計，在滿足目標儲量的前提下，盡量降低倉體高度，減少料體內部壓力，降低壓實板結的風險。同時，扁平化的倉型也有利于降低結構成本。

（3）在預防料倉堵塞增加原料的流動性方面，盡量減少倉體內部結構構件與原料的接觸，選擇摩擦系數小的耐磨襯板，提高倉體斜壁角度。

（4）在料倉疏堵方面，采用機械振動與氣力破拱相結合的作用方式，同時在倉壁預留疏通清堵孔。對于出現料倉堵塞后，采用人工疏通與機械疏通相結合的方式。

（5）工藝上設置清倉線，作為主動預防措施。