譚建梅

(中鋼設(shè)備有限公司 北京 100192)

1 前言

在有色金屬行業(yè)，根據(jù)冶煉工藝設(shè)計要求，還原爐需要通過插入渣層的噴槍，將部分粉煤噴入熔融渣層內(nèi)反應(yīng)以維持熔體溫度及還原。要求粉煤噴吹系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的粉煤供給，即載煤風(fēng)流量恒定、噴吹粉煤量在設(shè)定的參數(shù)下保持流量平穩(wěn)且不能出現(xiàn)栓塞、斷流現(xiàn)象。需要對載流風(fēng)流量、粉煤供給量進(jìn)行精確計量控制，從而實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的精確噴吹，該工藝噴煤需求量較小，噴煤量只有高爐噴煤的十幾分之一[1]，相對來說比高爐噴煤噴吹精度要求更高。還原爐底部設(shè)置多支噴槍，如果采用單出料口旋轉(zhuǎn)給料機(jī)加分配器的形式，輸送精度和穩(wěn)定性較差。基于現(xiàn)有的設(shè)備現(xiàn)狀，開發(fā)了立式多出料口旋轉(zhuǎn)給料機(jī)，輸送精度能控制在±0.5%以內(nèi)。

立式旋轉(zhuǎn)給料機(jī)可以根據(jù)需要設(shè)計成一個、兩個、三個或多出料口。旋轉(zhuǎn)給料機(jī)一般安裝在發(fā)送倉泵的底部,由給料機(jī)本體、減速機(jī)、變頻電機(jī)和控制系統(tǒng)組成，自動化系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)變頻電機(jī)的頻率來實時控制給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)穩(wěn)定、連續(xù)、可調(diào)的定量給料。一套輸送設(shè)備通能給多點均勻送料如圖1串罐噴吹示意圖，物料直接噴進(jìn)還原爐，實現(xiàn)精細(xì)化噴吹，隨著各種生產(chǎn)工藝要求越來越精細(xì)，要求物料噴吹精度越來越高，多出料口定量給料設(shè)備應(yīng)用將會越來越廣泛發(fā)展。本文以四出口出料機(jī)為例來闡述其結(jié)構(gòu)應(yīng)用和設(shè)備特點。

圖1 串罐噴吹示意圖

2 結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用

2.1傳統(tǒng)的給料機(jī)存在的問題

傳統(tǒng)的給料機(jī)根據(jù)使用功能不同分為旋轉(zhuǎn)給料機(jī)和鎖氣給料機(jī)[2]。

這2種給料機(jī)都存在以下幾個問題：

1)在粉料輸送的過程中經(jīng)常容易出現(xiàn)卡料，漏料故障[3]，密封易磨損等問題；

2)氣力輸送過程中鎖氣壓力小，一般用作低壓系統(tǒng)的給料設(shè)備[4]，一般的給料機(jī)最大工作壓力只能到0.15MPa；

3)因其結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計成多出料口形式很難做到均勻分料。

2.2 旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的結(jié)構(gòu)特點

立式四出口旋轉(zhuǎn)給料機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖2給料機(jī)附視示意圖、圖3給料機(jī)立面示意圖所示，立式旋轉(zhuǎn)給料機(jī)由頂板，筒體、底板在噴吹泵的出料口下面形成一腔室，頂板上有4個進(jìn)料口均布，筒體上有4個進(jìn)氣口均布，底板上有4個出料口均布，進(jìn)氣口和出料口在同一方位，進(jìn)料口和出料口夾角成45°布置，一轉(zhuǎn)軸從底板上通過腔室進(jìn)入噴吹泵泵體底部，轉(zhuǎn)軸上腔體部位安裝有轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤由16個葉片在輪轂上均布布置，圍繞立軸旋轉(zhuǎn)就可以把物料分成多個相等的部分，物料能從4個出料口均勻出料。轉(zhuǎn)軸上噴吹泵部位安裝有攪拌裝置，可以避免物料架橋板結(jié)。轉(zhuǎn)軸通過軸承箱固定在底板上，軸承箱上有吹掃平衡進(jìn)氣組件，可以保護(hù)軸承和軸封，避免腔室的物料因壓力的作用進(jìn)入軸承和軸封，減少粉塵泄露。軸承箱上安裝有測速開關(guān)，轉(zhuǎn)軸上軸承箱的下面安裝減速機(jī)變頻電機(jī)，通過變頻調(diào)速可以控制給料機(jī)的出料量。底板上裝有流化進(jìn)氣組件，避免物料板結(jié)。轉(zhuǎn)盤外表面和給料桶內(nèi)表面都經(jīng)過噴涂處理以提高使用壽命，轉(zhuǎn)盤與給料桶和頂板和底板的間隙能到達(dá)±0.1mm以內(nèi)的偏差，上下偏差可調(diào)節(jié)，可以減少漏料。

圖2 給料機(jī)附視示意圖

圖3 給料機(jī)立面示意圖

本圖設(shè)計的旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的轉(zhuǎn)盤直徑350mm，高度40mm，每轉(zhuǎn)容積約0.00162m3，能承受1.6MPa的內(nèi)壓力，根據(jù)出力要求，不同規(guī)格的產(chǎn)品可以修改轉(zhuǎn)盤的直徑和高度來調(diào)整給料機(jī)的容量。

立式給料機(jī)密封圈和軸承在底板的下面，物料與密封圈之間有密封套，設(shè)計成多級密封的形式，物料不容易進(jìn)入，且配有平衡吹掃氣連續(xù)反吹，不易出現(xiàn)卡料，漏料；工作壓力能達(dá)到1.6MPa；且根據(jù)需要可以設(shè)計成多出料口的形式，避免了傳統(tǒng)給料機(jī)存在的問題。

2.3 應(yīng)用

本文以上下串連泵連續(xù)輸送為例介紹四出料口旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的應(yīng)用，粉倉的物料進(jìn)入噴吹泵系統(tǒng)，通過1個4出口旋轉(zhuǎn)給料機(jī)向4支噴槍輸送煤粉給還原爐。

如圖4為噴吹泵噴吹流程示意圖，噴吹泵包括：兩個壓力容器，一臺旋轉(zhuǎn)給料機(jī)和輸送氣配氣組件。由變頻電機(jī)驅(qū)動的減速器的容積式給料器。電機(jī)的電源將通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)速度，從而調(diào)節(jié)設(shè)備出力，通過給料泵重量變化的反饋來計算出力。兩個壓力容器垂直布置，上邊的稱為收料泵，下邊的叫給料泵，氣口與給料泵通過4根平衡管相連；給料機(jī)4根出料管與4套輸送空氣閥和4套管線輸送閥分別對應(yīng)連接；為了保證還原爐中輸送空氣控制在一定比例，在給料泵上連接了一路氮氣； 上下泵之間需要平衡圓頂閥，以便上下泵倒料，落料。本系統(tǒng)為上下泵稱重，所以上下泵均需要用軟連接隔重；所有的配氣比例可以通過孔板計算調(diào)節(jié)。

噴吹泵設(shè)計時需注意：如果設(shè)備空間允許，上下泵的容積盡量大些，可以輸送循環(huán)次數(shù)，以便減少閥門的開啟次數(shù)，增加設(shè)備壽命；給料泵的容積是收料泵的2倍，以便能更好的倒料；本系統(tǒng)氮氣和壓縮空氣配氣系統(tǒng)采用的是分氣包配連接的形式，相較用四通分支的形式大大簡化了配氣管的布置，如圖5為噴吹泵裝配示意圖，壓縮空氣和氮氣分配布置；4根輸送料管布置是必須保證有效長度相等，目的是保證管道內(nèi)壓損一樣，確保4根管送料相等。

該系統(tǒng)在連續(xù)方式下運行，當(dāng)物料在輸送時，給料泵將被加壓，而收料泵將定期、及時地將物料注入給料泵中，起到把高壓的給料泵和粉倉相互隔離的作用，從而保證物料連續(xù)地被輸送到接收設(shè)備中。在系統(tǒng)正常運行過程中，物料靠重力從粉倉落入收料泵。啟動時，收料泵為空，關(guān)斷圓頂閥開啟后，進(jìn)口圓頂閥隨之開啟。 當(dāng)填料時，排氣閥開啟，允許倉泵內(nèi)的空氣置換出去。當(dāng)倉泵上的料位開關(guān)指示倉泵已滿時，排氣閥關(guān)閉。經(jīng)過一個短暫的延遲，使得倉泵完全充滿，排氣閥和進(jìn)口圓頂閥關(guān)閉。當(dāng)這兩個閥被確認(rèn)關(guān)閉并密封時，稱重系統(tǒng)將會測量重力并記錄該數(shù)據(jù)。

圖4 噴吹泵噴吹流程示意圖

具體流程是：操作員先根據(jù)需求設(shè)定好噴吹出力。在噴吹循環(huán)開始前，輸送空氣閥開啟，氣流穩(wěn)定后，旋轉(zhuǎn)給料機(jī)啟動，逐漸增加到需要的速度。

在初始狀態(tài)下，所有的圓頂閥都處于關(guān)閉狀態(tài)下，收料泵是空的，當(dāng)在系統(tǒng)運行過程中，給料泵的低料位開關(guān)被觸發(fā)時，一個填料循環(huán)開始，過程如下：排氣閥打開，使收料泵中殘余的壓力被排出，壓力變送器將檢測收料泵中的壓力，排氣10秒后，一旦該壓力下降到設(shè)定值，收料泵的進(jìn)口圓頂閥依次將打開，物料將在重力的作用下，由粉倉進(jìn)入收料泵，在填料的過程中，收料泵的流化閥打開，起到氣化作用，以防止物料板結(jié)。當(dāng)裝在收料泵上的料位開關(guān)顯示物料已被填滿時，進(jìn)口圓頂閥和排氣閥, 旋轉(zhuǎn)排氣閥都將關(guān)閉，稱重系統(tǒng)將會測量重力并記錄該數(shù)據(jù)。 然后均衡閥、上平衡圓頂閥打開。收料泵將開始增壓，當(dāng)裝在兩泵上的壓力傳感器顯示兩泵的壓力相同時，收料泵的壓力均衡閥關(guān)閉。然后給料泵的進(jìn)口圓頂閥依次打開，物料將在重力作用下由收料泵落入給料泵中，為了助于落料，兩路空氣將通過壓力均衡閥、收料泵流化閥引入收料泵中，在此期間，上下平衡閥圓頂閥將開啟，允許給料泵中被置換出來的空氣排入收料泵中，在恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置時間后，物料將幾乎全被填入到給料泵中，這時，收料泵壓力均衡閥、給料泵的進(jìn)口圓頂閥及平衡閥將全部被關(guān)閉，排氣閥打開。當(dāng)與圓頂閥密封膠圈連接的壓力開關(guān)指示圓頂閥已關(guān)閉并被密封，填料循環(huán)全部完畢，當(dāng)給料泵中的料位開關(guān)再次被觸發(fā)時，系統(tǒng)將重復(fù)上述循環(huán)。

壓縮空氣將物料送入接收設(shè)備。旋轉(zhuǎn)給料機(jī)給每個出口分配相等的物料量?？梢愿鶕?jù)出力需要改變管路出力，例如關(guān)閉一個管路。噴吹量也可以在循環(huán)中隨時調(diào)整，從而滿足運行條件。旋轉(zhuǎn)給料機(jī)可以由操作員停止，或發(fā)生故障時停止，或者噴吹泵為空時自動停止。在循環(huán)運行過程中，稱重系統(tǒng)監(jiān)視到物料重量小于(50kg)時。旋轉(zhuǎn)給料機(jī)停止，然后經(jīng)過一個短暫的延時以便清空輸送管路，再將輸送空氣閥關(guān)閉，旁路空氣閥開啟以確保正壓和清空噴槍。噴吹泵在每個循環(huán)結(jié)束后自動填料，確保有充足的物料?？刂葡到y(tǒng)將監(jiān)視落料時間，如果落料時間超過預(yù)設(shè)定時間，系統(tǒng)將發(fā)出報警。同時控制系統(tǒng)也將監(jiān)視輸送壓力，如果壓力達(dá)到不正常的高壓力，系統(tǒng)也將發(fā)出報警。

3 結(jié)論

(1)本系統(tǒng)四出口給料機(jī)噴吹系統(tǒng)已用于云南某有色金屬生產(chǎn)企業(yè)，輸送過程平穩(wěn)，連續(xù)性好，控制精度高，噴吹精度可達(dá)±0.5%；

(2)本給料機(jī)對輸送的物料粒度適用范圍大，能適應(yīng)流動性好10mm以內(nèi)的物料；

(3)多出料口給料機(jī)能實現(xiàn)精細(xì)化噴吹技術(shù)，也能適用于并罐連續(xù)噴吹，有很大的市場空間，能廣泛適用于冶金、鋼鐵、電力、有色、化工和食品等行業(yè)散裝顆粒狀物料和燃料等物料的精確氣力噴吹輸送的場合，為客戶帶來理想的經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 噴吹泵裝配示意圖