陽習端¹，石 玥²，潘 建²，朱德慶²，鄧聯玉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 資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083)

摘 要: 圓筒混合機的惡性粘料是造成設備使用壽命降低的重要因素，直接影響燒結混合料的混勻制粒效果，進而對燒結礦堿度穩定率和利用系數造成不利影響。通過對 4 種典型材質襯板性能的研究，得出其性能優劣為 HP ＞ SC ＞ ORC ＞ NRC，并在漣鋼四燒一次圓筒混合機上采用分段更換襯板的措施，在粘料最嚴重的進料口處使用小陶瓷材質襯板，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 個月以上。

關鍵詞: 圓筒混合機；粘料；襯板性能；分段更換；清理周期

圓筒混合機是燒結工序中的關鍵設備，只有制備出粒度合適、透氣性良好的混合料才能保證燒結機的穩定順行^［1－2］。筒壁粘料是圓筒混合機生產中最常見的問題，隨粘結層厚度的增加，筒體有效容積減小，筒內環境惡化，直接影響混勻制粒效果和設備使用壽命，嚴重時不僅發生停機事故，甚至在清理時造成人員傷亡^［3－4］。

目前，針對圓筒混合機粘料問題，各鋼鐵廠和科研機構均進行了大量的研究，并提出了一系列的防治處理辦法，包括優化加水方式、優化配料結構及圓筒混合機工藝參數、優化襯板及圓筒內部結構、改變落料高度、增加刮料吹掃裝置和加設清料裝置等^［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、成本低廉的方式之一。濟鋼 320 m² 燒結機一次圓筒混合機尼龍襯板更換為柔性陶瓷襯板后，混合機粘料少、設備運行穩定，制粒效果得以保證^［11］。萊鋼分公司煉鐵廠105 m² 燒結機三次圓筒混合機采用稀土含油尼龍襯板替代普通尼龍襯板，同時增加導料板及逆流斜筋，以及萊鋼型鋼煉鐵廠 265 m² 燒結機的 2 臺混合機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，設備故障率降低^［12］。目前有關圓筒混合機襯板改造的研究，幾乎都僅限于襯板的安裝方式和更換后現場效果的分析，而對于襯板表面性質和不同襯板的防粘性能沒有進行深入的研究。因此，實驗室條件下的襯板基礎性能研究將對現場改造具有指導意義。

漣鋼四燒一次圓筒混合機粘料嚴重，粘結層最厚部位可達 1 m 以上，清理周期不足一周，針對該問題，在實驗室條件下研究了 4 種典型材質襯板的表面性質，并進行粘料模擬試驗，對比了不同襯板性能的優劣，以期解決漣鋼四燒圓筒混合機惡性粘料問題，為提高燒結礦堿度穩定率和利用系數提供保障。

1  研究內容及方法試驗

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，采 用JY-82視頻接觸角測定儀(圖 1)進行檢測。

接觸角測量及液滴形貌拍攝方法:采用懸滴法進行測量，實驗液滴為去離子水，設置水滴體積為5 μL，將切割好的襯板樣品平放在載物臺上，通過微機控制調節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行測量。每個樣品測 3 組數據，取平均值。

1. 2圓筒混合機粘料性能模擬試驗

為模擬現場圓筒混合機內物料與襯板間的粘附過程，實驗室內以10 kg 相同配比混合料從1 m 高處分別落向不同襯板 20 次，同時每落一次將襯板翻轉 360°，記錄襯板上物料的單位面積粘附量。單位面積粘附量計算公式為

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量，kg; A 為襯板的有效面積，m²。

2試驗結果及分析

2. 1 襯板基礎性能

為方便研究討論，分別對 4 種襯板進行編號，其基礎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 中均存在較多細小卡縫，ORC 襯板中橡膠材料占主導，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生粘結現象時，基本的粘結力除固 － 液 － 氣三相界面上的毛細力外，還存在顆粒相對運動時橋液產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 種作用力進一步增強，同時細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］，因此細粒級粉容易粘附，而且粘附強度高。此外，由于相同粒級中比重大的物料所受機械力大，在粘性物料或其他促進粘結的條件存在時，這部分物料更易發生粘結，因此，存在折角或卡槽的襯板將使粘結程度進一步惡化。

2. 2 襯板粘料性能

對 4 種襯板進行圓筒混合機物料與襯板粘附過程模擬試驗，結果如圖 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 次落下時達到最大值，后趨于穩定; ORC 的最大粘附量高達 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縫，粘料最嚴重; SC 表面平滑，但其接觸角小親水性較好，可能導致一定程度粘料。因此，4 種襯板性能優劣: HP ＞ SC＞ ORC ＞ NRC。考慮實驗室模擬結果，一混圓筒混合機粘料嚴重部位推薦使用 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使用 ORC 時粘料情況嚴重，其粘料厚度一周內可達1 m，清料周期極短。在采取了適當降低燒結混合料堿度、優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，將圓筒混合機粘料嚴重的進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的粘料問 題，其清理周期從 1 周延長至 2 個月以上。

3 結 論

通過對 4 種襯板性能的研究，得出其性能優劣為:HP ＞ SC ＞ ORC ＞ NRC。在采取了適當降低燒結混合料堿度、優化加水方式和生石灰提前消化等措施均無明顯效果后，根據實驗室研究結果，將漣鋼四燒一次圓筒混合機粘料最嚴重的進料口處更換為小陶瓷材質襯板，基本解決了圓筒混合機的惡性粘料問題。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 個月以上。

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