陽習(xí)端¹，石 玥²，潘 建²，朱德慶²，鄧聯(lián)玉¹

(1. 湖南華菱漣源鋼鐵有限公司 煉鐵廠，湖南 婁底 417000;2. 中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

摘 要: 圓筒混合機(jī)的惡性粘料是造成設(shè)備使用壽命降低的重要因素，直接影響燒結(jié)混合料的混勻制粒效果，進(jìn)而對燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率和利用系數(shù)造成不利影響。通過對 4 種典型材質(zhì)襯板性能的研究，得出其性能優(yōu)劣為 HP ＞ SC ＞ ORC ＞ NRC，并在漣鋼四燒一次圓筒混合機(jī)上采用分段更換襯板的措施，在粘料最嚴(yán)重的進(jìn)料口處使用小陶瓷材質(zhì)襯板，基本解決了惡性粘料問題，其襯板清理周期從 1 周延長至 2 個(gè)月以上。

關(guān)鍵詞: 圓筒混合機(jī)；粘料；襯板性能；分段更換；清理周期

圓筒混合機(jī)是燒結(jié)工序中的關(guān)鍵設(shè)備，只有制備出粒度合適、透氣性良好的混合料才能保證燒結(jié)機(jī)的穩(wěn)定順行^［1－2］。筒壁粘料是圓筒混合機(jī)生產(chǎn)中最常見的問題，隨粘結(jié)層厚度的增加，筒體有效容積減小，筒內(nèi)環(huán)境惡化，直接影響混勻制粒效果和設(shè)備使用壽命，嚴(yán)重時(shí)不僅發(fā)生停機(jī)事故，甚至在清理時(shí)造成人員傷亡^［3－4］。

目前，針對圓筒混合機(jī)粘料問題，各鋼鐵廠和科研機(jī)構(gòu)均進(jìn)行了大量的研究，并提出了一系列的防治處理辦法，包括優(yōu)化加水方式、優(yōu)化配料結(jié)構(gòu)及圓筒混合機(jī)工藝參數(shù)、優(yōu)化襯板及圓筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)、改變落料高度、增加刮料吹掃裝置和加設(shè)清料裝置等^［5－10］。在眾多防治措施中，更換襯板是最行之有效且操作性強(qiáng)、成本低廉的方式之一。濟(jì)鋼 320 m² 燒結(jié)機(jī)一次圓筒混合機(jī)尼龍襯板更換為柔性陶瓷襯板后，混合機(jī)粘料少、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，制粒效果得以保證^［11］。萊鋼分公司煉鐵廠105 m² 燒結(jié)機(jī)三次圓筒混合機(jī)采用稀土含油尼龍襯板替代普通尼龍襯板，同時(shí)增加導(dǎo)料板及逆流斜筋，以及萊鋼型鋼煉鐵廠 265 m² 燒結(jié)機(jī)的 2 臺混合機(jī)均由高分子聚乙烯襯板更換為耐磨自潤滑含油尼龍襯板，改造后其防粘和制粒效果明顯改善，設(shè)備故障率降低^［12］。目前有關(guān)圓筒混合機(jī)襯板改造的研究，幾乎都僅限于襯板的安裝方式和更換后現(xiàn)場效果的分析，而對于襯板表面性質(zhì)和不同襯板的防粘性能沒有進(jìn)行深入的研究。因此，實(shí)驗(yàn)室條件下的襯板基礎(chǔ)性能研究將對現(xiàn)場改造具有指導(dǎo)意義。

漣鋼四燒一次圓筒混合機(jī)粘料嚴(yán)重，粘結(jié)層最厚部位可達(dá) 1 m 以上，清理周期不足一周，針對該問題，在實(shí)驗(yàn)室條件下研究了 4 種典型材質(zhì)襯板的表面性質(zhì)，并進(jìn)行粘料模擬試驗(yàn)，對比了不同襯板性能的優(yōu)劣，以期解決漣鋼四燒圓筒混合機(jī)惡性粘料問題，為提高燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率和利用系數(shù)提供保障。

1  研究內(nèi)容及方法試驗(yàn)

所研究襯板有 4 種，其分別為原始橡膠陶瓷襯板(漣鋼四燒初期使用襯板)、小陶瓷襯板、新型橡膠陶瓷襯板和高分子材料襯板。研究主要分為襯板基礎(chǔ)性能和粘料性能兩部分。

1. 1襯板接觸角

接觸角是潤濕程度的量度，指在氣、液、固三相交點(diǎn)處作氣 － 液界面的切線，此切線在液體一方與固 － 液交界線之間的夾角。襯板接觸角是表征襯板表面性能的重要參數(shù)，采 用JY-82視頻接觸角測定儀(圖 1)進(jìn)行檢測。

接觸角測量及液滴形貌拍攝方法:采用懸滴法進(jìn)行測量，實(shí)驗(yàn)液滴為去離子水，設(shè)置水滴體積為5 μL，將切割好的襯板樣品平放在載物臺上，通過微機(jī)控制調(diào)節(jié)至合適焦距和清晰度，將去離子水滴到測試樣品表面，測試接觸角，保存液滴在礦物表面的鋪展形貌，再用軟件對接觸角進(jìn)行測量。每個(gè)樣品測 3 組數(shù)據(jù)，取平均值。

1. 2圓筒混合機(jī)粘料性能模擬試驗(yàn)

為模擬現(xiàn)場圓筒混合機(jī)內(nèi)物料與襯板間的粘附過程，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)以10 kg 相同配比混合料從1 m 高處分別落向不同襯板 20 次，同時(shí)每落一次將襯板翻轉(zhuǎn) 360°，記錄襯板上物料的單位面積粘附量。單位面積粘附量計(jì)算公式為

式中: γ 為各單位面積粘附量，kg /m² ; m 為粘附于襯板的礦粉質(zhì)量，kg; A 為襯板的有效面積，m²。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2. 1 襯板基礎(chǔ)性能

為方便研究討論，分別對 4 種襯板進(jìn)行編號，其基礎(chǔ)性能和宏觀形貌分別如表 1 和圖 2 所示。

由表 1 可知: SC 接觸角最小(僅 65. 54°)， 其親水性也最好; ORC 中橡膠材料的接觸角較 大(達(dá)到 96. 67°); 其余材料接觸角均在 75° ～ 79°之間，無太大差異。由圖 2 襯板宏觀形貌可以看出: ORC 和 NRC 中均存在較多細(xì)小卡縫，ORC 襯板中橡膠材料占主導(dǎo)，陶瓷塊較小且硬度小，而 NＲC 以陶瓷材料為主，存在純陶瓷材質(zhì)折角，硬度大; SC 為單塊小尺寸純陶瓷材料，表面平滑無棱角和卡縫; HP 呈波浪形且單塊尺寸最大，表面平滑。

在原始混合料落入筒體產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象時(shí)，基本的粘結(jié)力除固 － 液 － 氣三相界面上的毛細(xì)力外，還存在顆粒相對運(yùn)動時(shí)橋液產(chǎn)生的粘滯作用力以及靜電力、范德華力和磁力的合力。

由于外部水分的存在，且顆粒間距隨物料粒度的減小而減小，水化顆粒更易靠近，上述 3 種作用力進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)細(xì)粒級物料的潤濕熱大小與接觸角降低(表面親水性增大)的順序相一致^［13］，因此細(xì)粒級粉容易粘附，而且粘附強(qiáng)度高。此外，由于相同粒級中比重大的物料所受機(jī)械力大，在粘性物料或其他促進(jìn)粘結(jié)的條件存在時(shí)，這部分物料更易發(fā)生粘結(jié)，因此，存在折角或卡槽的襯板將使粘結(jié)程度進(jìn)一步惡化。

2. 2 襯板粘料性能

對 4 種襯板進(jìn)行圓筒混合機(jī)物料與襯板粘附過程模擬試驗(yàn)，結(jié)果如圖 3、4 所示。

由圖 3、4 可知: ORC、SC、NRC 和 HP 的粘附量分別在第五次、第六次、第四次和第三 次落下時(shí)達(dá)到最大值，后趨于穩(wěn)定; ORC 的最大粘附量高達(dá) 1. 070 33 kg /m²，而 HP 的最大粘附量僅為 0. 070 83 kg /m²，其最終粘附量也遠(yuǎn)小于其他 3 種襯板。這主要受襯板的宏觀形貌影響: HP 呈波浪形，起到提升物料作用的突出 部分是圓滑的曲面，不容易發(fā)生卡料; ORC 陶瓷塊與橡膠間接縫過多，而 NRC 更是存在較多易卡料的折角和細(xì)縫，粘料最嚴(yán)重; SC 表面平滑，但其接觸角小親水性較好，可能導(dǎo)致一定程度粘料。因此，4 種襯板性能優(yōu)劣: HP ＞ SC＞ ORC ＞ NRC。考慮實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果，一混圓筒混合機(jī)粘料嚴(yán)重部位推薦使用 HP 或 SC 即高分子材料襯板或小陶瓷襯板。

漣鋼四燒一次圓筒混合機(jī)使用 ORC 時(shí)粘料情況嚴(yán)重，其粘料厚度一周內(nèi)可達(dá)1 m，清料周期極短。在采取了適當(dāng)降低燒結(jié)混合料堿度、優(yōu)化加水方式和生石灰提前消化等措施均無明顯效果后，考慮襯板耐磨性及更換成本問題，將圓筒混合機(jī)粘料嚴(yán)重的進(jìn)料口處更換為小陶瓷襯板，更換后已基本解決了圓筒混合機(jī)的粘料問 題，其清理周期從 1 周延長至 2 個(gè)月以上。

3 結(jié) 論

通過對 4 種襯板性能的研究，得出其性能優(yōu)劣為:HP ＞ SC ＞ ORC ＞ NRC。在采取了適當(dāng)降低燒結(jié)混合料堿度、優(yōu)化加水方式和生石灰提前消化等措施均無明顯效果后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，將漣鋼四燒一次圓筒混合機(jī)粘料最嚴(yán)重的進(jìn)料口處更換為小陶瓷材質(zhì)襯板，基本解決了圓筒混合機(jī)的惡性粘料問題。更換襯板以來，圓筒粘料明顯減少，清理周期從 1 周延長至 2 個(gè)月以上。

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