料流轨迹计算在排焦溜槽设计中的应用

薛德余，荣金方

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东济南 250101）

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料流轨迹计算在排焦溜槽设计中的应用

薛德余，荣金方

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东济南 250101）

通过对干熄焦排焦溜槽设备的建模，分析计算了内部焦炭料流的轨迹，确定了颗粒冲刷设备壳体的准确范围，据此设计高铬铸铁衬板的铺设区域，降低设备总重量达30%，减少了设备制造成本3万余元。

干熄焦；排焦溜槽；料流轨迹；衬板

1 前言

排焦溜槽位于干熄焦旋转密封阀下部，底部与冷焦带式输送机相连，是冷焦排出系统中重要设备之一［1］。常见排焦溜槽由竖直段和斜段两部分连接构成。考虑到焦炭干熄后具有很强的磨蚀性，以往设计中在溜槽竖直段四周和斜段的侧面铺设了25 mm高铬铸铁衬板，而斜段的底部采用阶梯料磨料方式。由于缺少理论支持，在竖直段全部铺设了高铬铸铁衬板，使得设备总重偏大，既不方便安装，又造成了设备成本的增加。本文拟通过对排焦溜槽内部的焦炭料流轨迹进行计算分析，确立焦炭颗粒直接冲刷壳壁的准确范围，为设计优化提供支持，以达到降低设备成本的目的。

2 建模分析计算

2.1 基本参数及分析

旋转密封阀的转速一般为5.3 r/min，逆时针旋转，转子直径2 m，叶片数量12个，出口设置了耐磨衬板，高度为0.215 m，出口宽度为1.2 m，排焦溜槽中心线与旋转中心距离为0.43 m。下部排焦溜槽的竖直段宽度为1.33 m、高度为0.8 m的长方形箱体正方体，倾斜段为斜度45°的阶梯状箱体（见图1）。焦炭颗粒轨迹坐标如图2所示。

由于旋转密封阀的旋转作用，使焦炭进入排焦溜槽竖直段时具有向右的水平分速度。另外旋转密封阀的出口宽度也比排焦溜槽入口大，因此使焦炭不能冲刷竖直段左侧壳体，同时两个侧壁也不会受到直接冲刷。从已经投产的多个排焦溜槽运行情况来看，竖直段左侧两侧壳体和斜段壳体磨蚀较少也证明了这一点，因此只需确定竖直段右侧壳体焦炭颗粒的冲刷范围。

图1 旋转密封阀和排焦溜槽

图2 焦炭颗粒轨迹坐标系

2.2 建模计算

实际上焦炭由旋转密封阀排出时，运动较为复杂，除受本身重力的作用外，还受到焦炭颗粒内部运动的影响。为简便起见，不考虑颗粒之间的相互影响。焦炭脱离旋转密封阀后，以抛物线的形式继续进行运动［2］。假设在旋转密封阀内的一颗粒焦炭位置p（如图2所示），以旋转密封阀的中心为坐标原点o，x轴正方向为水平向右，y轴正方向为竖直向下，建立坐标系。则有如下颗粒轨迹方程：

式中：r为颗粒中心与旋转密封阀中心的距离，取值0.41～1 m；ω为旋转密封阀的旋转角速度，取值0.556，rad/s；t为颗粒离开旋转密封阀后下落的时间，s；а为颗粒中心、旋转密封阀中心连线与y轴的夹角，取值-36.5°～11°；g为重力加速度，取值9.81 m/s2。

排焦溜槽竖直段右侧壳体方程为：

旋转密封阀出口右侧壳体的直线方程为：

随着r和а取不同的数值，将得到不同焦炭颗粒在排焦溜槽内部的轨迹曲线方程。若一焦炭颗粒轨迹曲线方程和方程（2）式联立时有解同时和方程（3）式联立时无解，则说明此颗粒将直接冲刷到排焦溜槽右侧壳壁。联立方程式（1）、（2）、（3）求解，即可求出焦炭颗粒冲刷排焦溜槽竖直段右侧壳体的范围。

3 结语

联立方程（1）、（2）、（3）并求解，得到焦炭颗粒冲刷的最高点ymin=1.674 m（距离排焦溜槽竖直段底端0.554 m）。此点以下部分是焦炭颗粒的冲刷范围，需要铺设衬板，以上部分无需铺设。根据分析求解结果，取消排焦溜槽竖直段其余3面的高铬铸铁衬板，仅保留右侧的y=1.674 m以下部分的衬板。经计算，此种设计方式衬板重量减少1.2 t，设备总重减少达30%，减少制造费用3万余元。从已经应用的干熄焦工程实际使用情况分析，新型衬板的铺设方式，没有影响排焦溜槽的运行寿命，降低了现场安装及检修的劳动强度。另外也可以根据焦炭颗粒运行轨迹调整溜槽的外形，使焦炭料流不直接冲刷壳体，竖直段衬板则可全部取消。

料流轨迹计算在物料运输设备设计的重要方法，不仅可以应用在排焦溜槽的设计中，也可用在其他物料运输设备的设计中。通过准确合理的确定设备外形，在满足工艺要求和设备使用寿命的情况下，最大程度的降低设备的制造成本，节省工程造价及后期的生产中的检修费用。

［1］潘立慧，魏松波.干熄焦技术［M］.北京：冶金工业出版社，2005.

［2］宋伟刚.通用带式输送机设计［M］.北京：机械工业出版社，2006.

TQ520.5

B

1004-4620（2017）02-0077-02

2016-03-09

薛德余，男，1976年生，2005年毕业于山东大学机械制造及其自动化专业，工程硕士。现为济钢集团国际工程技术有限公司工程师，从事干熄焦设备的设计与开发工作。