磨俊銘 俞玉海 趙澤文 彭耀穩(wěn) 覃家談 莫芳華 魏昌貴

（廣西鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠(chǎng) 廣西防城港538002）

1 前言

高爐上料系統(tǒng)主要用于把原燃料通過(guò)皮帶輸送機(jī)送往高爐冶煉，皮帶輸送機(jī)是連接各上料設(shè)備的紐帶，設(shè)備沿線(xiàn)較長(zhǎng)。由于皮帶機(jī)輸送的物料不同，且有時(shí)物料較濕，致使部分粘稠的粉塵粘接在輸送帶上，因此通常在輸送帶的重要部位安裝一些皮帶清掃器，以達(dá)到清潔皮帶表面，增加使用壽命的目的。

2 工作原理及存在問(wèn)題

2.1 原有皮帶清掃器的工作原理

在高爐上料皮帶輸送機(jī)投入使用時(shí)，只在驅(qū)動(dòng)滾筒和回程皮帶兩處設(shè)計(jì)安裝了皮帶清掃器。該清掃器為懸掛式，依靠自重或配重使其上面的清掃刮片與皮帶接觸，分為H型和V型兩種，通過(guò)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)將粘在皮帶上面的煤刮掉并排除到皮帶外部，以回程皮帶為例，如圖1所示。

圖1 V型皮帶清掃器

這種V型皮帶清掃器懸掛在皮帶架上，調(diào)整好距離后依靠自重使其下部的橡膠或聚氨酯刮片與皮帶相接觸，當(dāng)皮帶經(jīng)過(guò)該清掃器時(shí)，粘在上面的煤就會(huì)被刮片刮掉并隨兩側(cè)的傾斜角度排到皮帶外面，理論上達(dá)到清潔皮帶表面的目的。

2.2 原皮帶清掃器存在的問(wèn)題

1）由于該皮帶清掃器是懸掛在皮帶架上的，與皮帶的距離已經(jīng)固定，當(dāng)使用一段時(shí)間后，清掃器上的刮片就會(huì)磨損，無(wú)法有效接觸到皮帶表面，失去其功能性，達(dá)不到清潔皮帶表面的目的。

2）由于皮帶在運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中會(huì)發(fā)生上下抖動(dòng)，而清掃器又是與皮帶接觸的，清掃器也隨著皮帶上下抖動(dòng)，導(dǎo)致清掃器與皮帶架的連接容易脫落。脫落后的清掃器在皮帶上滑動(dòng)，其尖端部分可能會(huì)劃傷皮帶，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致皮帶撕裂。

基于這兩點(diǎn)因素，清掃器在日常的使用和維護(hù)當(dāng)中，需要經(jīng)常檢查、調(diào)整及更換，浪費(fèi)人力、材料成本，同時(shí)存在安全隱患，影響正常生產(chǎn)。

3 皮帶清掃器設(shè)計(jì)及改進(jìn)原理

根據(jù)高爐上料的實(shí)際作業(yè)情況，皮帶機(jī)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)的，中間又有各種承載托輻和改向滾筒，皮帶對(duì)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)粘在上面的物料就會(huì)進(jìn)入回程的托輾上，把托輾弄臟并粘有這些附著物。物料進(jìn)入托輾殼體內(nèi)，從而增大軸承座上的徑向載荷和軸向載荷，使軸承快速磨損，托輾殼體粘上物料會(huì)撕裂和拉毛輸送帶的面膠，加速輸送帶的磨損毀壞。如果粘著物進(jìn)入改向滾筒，就會(huì)粘在滾筒表面上，附著力也越來(lái)越大，其結(jié)果是造成輸送帶跑偏和滾筒串軸，增加輸送帶滾筒軸承的磨損。輸送帶上殘留的物料還會(huì)加大對(duì)滾筒的摩擦力，有時(shí)會(huì)引起輸送帶面膠和滾筒包膠層的撕裂，釀成嚴(yán)重后果。再者工作面帶回的物料與粉塵，堆積不及時(shí)清理影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生，人工清理成本增加。

此次皮帶清掃器采用拉瓦爾噴頭原理及伯努利公式進(jìn)行推導(dǎo)改進(jìn)。

3.1 伯努利原理

伯努利原理是建立在流體力學(xué)的連續(xù)介質(zhì)理論方程建立之前，力學(xué)所采用的基本原理，其實(shí)質(zhì)是流體的動(dòng)能守恒［1］。即：動(dòng)能＋重力勢(shì)能＋壓力勢(shì)能＝常數(shù)，伯努利方程揭示氣體力學(xué)中流體在重力場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)的能量守恒，由伯努利方程可以看出，流速大處壓力低，流速小處壓力高［2］。

伯努利方程公式如下：

P1＋PV21＋Pgz1＝P2＋PV22＋Pgz2＝恒量

3.2 拉瓦爾噴頭原理

拉瓦爾原理是吹掃器的重要組成部分，噴頭（如圖2所示）的前半部是由大變小向中間收縮至一個(gè)窄喉，窄喉之后又由小變大向外擴(kuò)張至管道。管道中的氣體受高壓流入噴嘴的前半部，穿過(guò)窄喉后由后半部溢出。這一架構(gòu)可使氣流的速度因噴截面積的變化而變化，使氣流從亞音速到音速，直至加速至跨音速。所以，把這種喇叭形噴管叫跨音速?lài)姽埽?］。

圖2 拉瓦爾噴管

拉瓦爾噴頭中氣流單元體的動(dòng)量守恒方程表達(dá)式如：

流經(jīng)拉瓦爾噴頭的加速能量守恒方程如公式所示：

4 壓縮空氣吹掃器工作原理

由伯努利原理在流體力學(xué)的能量守恒，在吹掃器工作氣體進(jìn)入的噴頭前，通過(guò)公式計(jì)算，設(shè)計(jì)的管道能讓氣源遵循理想流體的穩(wěn)定流動(dòng)輸出，每一個(gè)單位體積的動(dòng)能、勢(shì)能和壓強(qiáng)之和為一個(gè)恒量。

當(dāng)恒定流體從管道內(nèi)進(jìn)入噴頭時(shí)，通過(guò)拉瓦爾原理，實(shí)現(xiàn)氣體的氣流速度因噴頭截面積的變化而提升，同時(shí)每一個(gè)噴頭所噴出的氣體在理論上均勻加速。

壓縮空氣吹掃器就是利用壓縮空氣的恒量動(dòng)能，到因噴頭截面積的變化而提升氣流的速度，對(duì)皮帶表面的物料與粉塵進(jìn)行吹掃清理的原理。這種方法，既能保證吹掃器與皮帶沒(méi)有接觸，皮帶運(yùn)行時(shí)粘在皮帶的物料不會(huì)對(duì)吹掃器造成刮破和磨損，又能延長(zhǎng)使用壽命，起到清掃作用，同時(shí)讓皮帶吹掃可以減少壓縮空氣的用量，節(jié)約成本。

5 壓縮空氣吹掃器的制作

廣西鋼鐵集團(tuán)有限公司防城港鋼鐵基地項(xiàng)目以1號(hào)高爐主皮帶為實(shí)例試驗(yàn)，高爐主皮帶機(jī)帶寬為2000mm，水平機(jī)長(zhǎng)達(dá)到350m，輸送量運(yùn)礦3500t／h、運(yùn)焦800t／h，輸送速度2m／s，將設(shè)計(jì)好的管道進(jìn)行開(kāi)口與拉瓦爾噴管組合焊接在一起（如圖3所示）。每個(gè)小管子的距離保持在設(shè)計(jì)位置，用于把恒定風(fēng)力，通過(guò)氣體加速均勻的吹到皮帶上，第一根與最后一根的小管子制作時(shí)角度往里偏移＜10°把兩側(cè)的風(fēng)量往里收，防止物料與粉塵往外吹出，吹掃皮帶中間的工作面80%即可，最終實(shí)現(xiàn)皮帶吹掃。

圖3 皮帶清掃器

6 安裝

原有的分為H型和V型兩種清掃器需要經(jīng)常檢查、調(diào)整及更換，所以清掃效果并不是很明顯。在改進(jìn)清掃器時(shí)，只要在驅(qū)動(dòng)滾筒回程皮帶處設(shè)計(jì)安裝皮帶吹掃器，該處加裝有除塵罩，吹掃膠帶工作時(shí)粉塵通過(guò)除塵罩進(jìn)行收集（如圖4所示），防止二次揚(yáng)塵外溢影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，這樣制作安裝的方式，提高了清掃效果也改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生。

圖4 清掃器安裝位置示意圖

7 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)過(guò)使用驗(yàn)證，通過(guò)伯努利原理使壓縮空氣作定常流動(dòng)，達(dá)到清掃器噴管時(shí)，利用拉瓦爾噴管原理，讓氣體在管中運(yùn)動(dòng)時(shí)，從截面小處進(jìn)入，截面大處流出，讓氣流不斷加速，最終產(chǎn)生相對(duì)大的推力和面積，起到將壓縮空氣流速增大的作用。

改進(jìn)的壓縮空氣吹掃器比原來(lái)的皮帶清掃器起到更好的清掃效果，減少人工勞動(dòng)力費(fèi)用，吹掃器的使用壽命明顯延長(zhǎng)，已在廣鋼高爐上料的皮帶輸送機(jī)上應(yīng)用，進(jìn)一步的保證生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。