薛德余，榮金方

（濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250101）

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料流軌跡計(jì)算在排焦溜槽設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

薛德余，榮金方

（濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250101）

通過對(duì)干熄焦排焦溜槽設(shè)備的建模，分析計(jì)算了內(nèi)部焦炭料流的軌跡，確定了顆粒沖刷設(shè)備殼體的準(zhǔn)確范圍，據(jù)此設(shè)計(jì)高鉻鑄鐵襯板的鋪設(shè)區(qū)域，降低設(shè)備總重量達(dá)30%，減少了設(shè)備制造成本3萬余元。

干熄焦；排焦溜槽；料流軌跡；襯板

1 前言

排焦溜槽位于干熄焦旋轉(zhuǎn)密封閥下部，底部與冷焦帶式輸送機(jī)相連，是冷焦排出系統(tǒng)中重要設(shè)備之一［1］。常見排焦溜槽由豎直段和斜段兩部分連接構(gòu)成。考慮到焦炭干熄后具有很強(qiáng)的磨蝕性，以往設(shè)計(jì)中在溜槽豎直段四周和斜段的側(cè)面鋪設(shè)了25 mm高鉻鑄鐵襯板，而斜段的底部采用階梯料磨料方式。由于缺少理論支持，在豎直段全部鋪設(shè)了高鉻鑄鐵襯板，使得設(shè)備總重偏大，既不方便安裝，又造成了設(shè)備成本的增加。本文擬通過對(duì)排焦溜槽內(nèi)部的焦炭料流軌跡進(jìn)行計(jì)算分析，確立焦炭顆粒直接沖刷殼壁的準(zhǔn)確范圍，為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供支持，以達(dá)到降低設(shè)備成本的目的。

2 建模分析計(jì)算

2.1 基本參數(shù)及分析

旋轉(zhuǎn)密封閥的轉(zhuǎn)速一般為5.3 r/min，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子直徑2 m，葉片數(shù)量12個(gè)，出口設(shè)置了耐磨襯板，高度為0.215 m，出口寬度為1.2 m，排焦溜槽中心線與旋轉(zhuǎn)中心距離為0.43 m。下部排焦溜槽的豎直段寬度為1.33 m、高度為0.8 m的長方形箱體正方體，傾斜段為斜度45°的階梯狀箱體（見圖1）。焦炭顆粒軌跡坐標(biāo)如圖2所示。

由于旋轉(zhuǎn)密封閥的旋轉(zhuǎn)作用，使焦炭進(jìn)入排焦溜槽豎直段時(shí)具有向右的水平分速度。另外旋轉(zhuǎn)密封閥的出口寬度也比排焦溜槽入口大，因此使焦炭不能沖刷豎直段左側(cè)殼體，同時(shí)兩個(gè)側(cè)壁也不會(huì)受到直接沖刷。從已經(jīng)投產(chǎn)的多個(gè)排焦溜槽運(yùn)行情況來看，豎直段左側(cè)兩側(cè)殼體和斜段殼體磨蝕較少也證明了這一點(diǎn)，因此只需確定豎直段右側(cè)殼體焦炭顆粒的沖刷范圍。

圖1 旋轉(zhuǎn)密封閥和排焦溜槽

圖2 焦炭顆粒軌跡坐標(biāo)系

2.2 建模計(jì)算

實(shí)際上焦炭由旋轉(zhuǎn)密封閥排出時(shí)，運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，除受本身重力的作用外，還受到焦炭顆粒內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的影響。為簡(jiǎn)便起見，不考慮顆粒之間的相互影響。焦炭脫離旋轉(zhuǎn)密封閥后，以拋物線的形式繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)［2］。假設(shè)在旋轉(zhuǎn)密封閥內(nèi)的一顆粒焦炭位置p（如圖2所示），以旋轉(zhuǎn)密封閥的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)o，x軸正方向?yàn)樗较蛴遥瑈軸正方向?yàn)樨Q直向下，建立坐標(biāo)系。則有如下顆粒軌跡方程：

式中：r為顆粒中心與旋轉(zhuǎn)密封閥中心的距離，取值0.41～1 m；ω為旋轉(zhuǎn)密封閥的旋轉(zhuǎn)角速度，取值0.556，rad/s；t為顆粒離開旋轉(zhuǎn)密封閥后下落的時(shí)間，s；а為顆粒中心、旋轉(zhuǎn)密封閥中心連線與y軸的夾角，取值-36.5°～11°；g為重力加速度，取值9.81 m/s2。

排焦溜槽豎直段右側(cè)殼體方程為：

旋轉(zhuǎn)密封閥出口右側(cè)殼體的直線方程為：

隨著r和а取不同的數(shù)值，將得到不同焦炭顆粒在排焦溜槽內(nèi)部的軌跡曲線方程。若一焦炭顆粒軌跡曲線方程和方程（2）式聯(lián)立時(shí)有解同時(shí)和方程（3）式聯(lián)立時(shí)無解，則說明此顆粒將直接沖刷到排焦溜槽右側(cè)殼壁。聯(lián)立方程式（1）、（2）、（3）求解，即可求出焦炭顆粒沖刷排焦溜槽豎直段右側(cè)殼體的范圍。

3 結(jié)語

聯(lián)立方程（1）、（2）、（3）并求解，得到焦炭顆粒沖刷的最高點(diǎn)ymin=1.674 m（距離排焦溜槽豎直段底端0.554 m）。此點(diǎn)以下部分是焦炭顆粒的沖刷范圍，需要鋪設(shè)襯板，以上部分無需鋪設(shè)。根據(jù)分析求解結(jié)果，取消排焦溜槽豎直段其余3面的高鉻鑄鐵襯板，僅保留右側(cè)的y=1.674 m以下部分的襯板。經(jīng)計(jì)算，此種設(shè)計(jì)方式襯板重量減少1.2 t，設(shè)備總重減少達(dá)30%，減少制造費(fèi)用3萬余元。從已經(jīng)應(yīng)用的干熄焦工程實(shí)際使用情況分析，新型襯板的鋪設(shè)方式，沒有影響排焦溜槽的運(yùn)行壽命，降低了現(xiàn)場(chǎng)安裝及檢修的勞動(dòng)強(qiáng)度。另外也可以根據(jù)焦炭顆粒運(yùn)行軌跡調(diào)整溜槽的外形，使焦炭料流不直接沖刷殼體，豎直段襯板則可全部取消。

料流軌跡計(jì)算在物料運(yùn)輸設(shè)備設(shè)計(jì)的重要方法，不僅可以應(yīng)用在排焦溜槽的設(shè)計(jì)中，也可用在其他物料運(yùn)輸設(shè)備的設(shè)計(jì)中。通過準(zhǔn)確合理的確定設(shè)備外形，在滿足工藝要求和設(shè)備使用壽命的情況下，最大程度的降低設(shè)備的制造成本，節(jié)省工程造價(jià)及后期的生產(chǎn)中的檢修費(fèi)用。

［1］潘立慧，魏松波.干熄焦技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［2］宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

TQ520.5

B

1004-4620（2017）02-0077-02

2016-03-09

薛德余，男，1976年生，2005年畢業(yè)于山東大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，工程碩士?，F(xiàn)為濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司工程師，從事干熄焦設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。