混匀车间设计(design of blending system)

将炼铁用的一种或几种铁矿石，或者将烧结用的全部含铁料或全部含铁料同少部分或大部分熔剂进行配料和平铺切取作业的生产车间设计。混匀车问设计是冶金原料准备厂设计的重要组成部分。原料混匀于1905年首次在美国用于铁矿石。到20世纪50年代末，在冶金工业和其他工业部门的原料准备系统中都设置了原料混匀设施。20世纪60年代中期以来，各国钢铁企业原料准备厂相继建设了采用最新工艺的原料车间。通过原料混匀有效地提高了原料的均匀化程度，为炼铁和烧结提供原料成分波动小和粒度偏析小的精料，使高炉生产顺行、烧结过程稳定，为实现高产、优质和降低能耗创造了条件。

混匀车间组成 根据炼铁厂和烧结厂使用的原料品种情况，混匀可以分为单一料混匀和配料混匀。前者用于成分波动较大的单品种原料的混匀；后者用于两种及两种以上的多品种原料的混匀。配料混匀已被世界各钢铁企业的炼铁原料准备系统广泛采用。配料混匀包括混匀配料、平铺和切取三个主要生产工序。混匀配料作业在混匀配料站进行；平铺和切取作业在混匀场进行。冶金原料准备厂混匀车间主要由混匀配料站和混匀场两部分组成。此外，还有输入输出系统和其他生产辅助设施等。

混匀配料站设计 混匀配料站主要由混匀配料槽、定量给料装置、集料输送机、取制样系统和大块筛除装置等组成。由一次贮矿场和二次贮矿场送至混匀车间的原料，首先送往混匀配料站进行混匀配料作业。混匀配料作业是根据高炉冶炼需要的原料成分及烧结需要的原料配比进行的。为了保证设备安全及混匀的质量，原料在进入混匀配料槽前先过筛，除去大块料及杂物，再按给定量将各种原料分别装入各混匀配料槽。各种原料按配比要求，通过定量给料装置准确配料，制成混合料，在输出过程中经取制样系统取样检验后送往混匀场。

混匀配料站的建筑结构型式主要分为棚式和封闭厂房式两种。封闭厂房式多用于北方需保暖的地区。

混匀配料槽的设置主要由两个参数确定，即槽的总容量和槽的个数。混匀配料槽的总容量与参与混匀的原料量有关。目前一般采用混匀配料槽总容积与烧结机总面积的比值“槽容比”求算混匀配料槽的总容积。按式(1)计算。

V_p=RA       (1)

式中V_p为混匀配料槽的总容积，m³；R为槽容比，一般R=3～10m³／m²，混匀原料量少时取大值，反之取小值；A为烧结机总面积，m²。

混匀配料槽的个数根据参加混匀原料的品种、使用量以及原料的物理、化学性质等情况确定。冶金原料准备厂混匀车间设置的混匀配料槽一般为6～12个。若参加混匀的原料品种很少，混匀配料槽个数还可减少，一般最少设3个。混匀配料槽多采用圆柱锥体混合式料仓，锥体部分根据原料的种类、粒度、含水量和粘结性等采用圆锥体或双曲线锥体。

定量给料装置安装在混匀配料槽下，是保证精确配料的关键设备。定量给料装置一般由给料机和电子秤组成。给料机主要有圆盘给料机和带式给料机两种。电子秤多采用皮带电子秤，称量精度不低于±O．5％。为了保证配料精度，混匀配料采用微机进行程序控制。控制内容包括各种原料配料量目标值的设定、给料量与配料量目标值之间差值的补正调节、配料计算、含水量补正计算和实际的配料量数值在中央控制室及终端的显示等。混匀配料站工艺配置见图1。

混匀场设计 混匀场主要由混匀堆料机、混匀取料机、取制样系统等组成。通过混匀配料站配制的混合料送至混匀场后，用混匀堆料机进行平铺造堆。

平铺造堆的方法是沿料堆的全长往返逐次等量均匀布料。不同的布料方法可以组成不同的料层横截面。常用的料层横截面主要有三种类型：人字形(chevron)、众字形(window)和人众字混合形。人字形布料方式适用于粒度较小(如8mm及以下)的松散粉料，是常用的布料方式。众字形布料方式适用于粉料、块料等各种粒度和堆积角的原料混匀，但需要的堆料机规格大，布料程序复杂。人众字混合形布料方式的适用范围介于上述两者之间。混匀场料堆各层的平铺料量，主要通过定量给料装置控制。送往料堆平铺的各种原料的批量，主要由输入系统的计量装置和混匀配料槽的计量装置控制。已平铺造堆完的料堆，用混匀取料机从料堆横截面上逐次切取。取出后经输出系统送至用户厂的原料，即混匀车间的产品——混匀矿。

混匀场主要分为露天式、室内式和棚式。室内式和棚式混匀场建设投资大，一般多在严寒地区原料被冻结影响正常切取作业，或在多雨地区影响正常平铺切取作业以及有特殊要求时采用。

混匀场料堆的最佳尺寸取决于料堆的容量效率和料堆的平铺料层数两个因素。料堆容量效率是指在一个混匀料堆中能得到优质混匀矿的锥体所占的容积百分率同料堆两个端部料所占的容积百分率之比。料堆容量效率是料堆长宽比(l/b，图2)的函数。V₄和V₅是料堆中需要再循环的两个端部料的容积，即在混匀场切取料时，需将料堆两端的一部分料返送至二次贮

图1     混匀配料站工艺配置示意

1-混匀配料槽；2-定量给料装置；3-电动卸料车；4-带式输送机

图2      料堆容量效率与料堆长宽比的关系

矿场重新参与混匀和配料的那部分料。为了提高料堆容量效率，除采用变起点布料等较特殊的布料方法以减少再循环的端部料之外，主要是尽量加大料堆的长宽比。料堆长宽比的最小限度应符合式(2)的要求。

l/b≥5         (2)

式中l为料堆锥体部分长度，m；b为料堆堆底宽度，m。

为取得高的料堆容量效率，须设置一个横截面面积较小的细长料堆；但要取得最好的混匀效果，则要增加平铺料层数，因而增大了料堆的横截面面积。为此，须经综合分析来选择料堆的最佳尺寸。

混匀场的剖面结构形式主要有自然地坪式、挡墙式、地坑式等(图3)。自然地坪式混匀场(图3a)只需对地坪进行平整压实处理，施工工程量小，料堆横截面面积最小；挡墙式混匀场(图3b)在料堆两侧加挡墙，料堆横截面面积较大，但土建工程量大，投资较高；地坑式混匀场(图3c)中混匀堆取料设备的基础比料堆地坪高，最高可达1m，料堆横截面面积大，比较适用于设有过跨车的混匀场布置(图4)。

混匀料堆的设置取决于混匀矿的类别、混匀量和场地等条件。混匀矿主要分为供给高炉使用的块铁矿石混匀矿和供给烧结机使用的粉料混匀矿等两类。每一类混匀矿至少设置两个料堆，一堆用于原料的平铺造堆，另一堆用于混匀矿的切取输出。当同一钢铁厂使用两类混匀矿时，则至少需设置4个料堆。当料堆数多时，为了不致增加太多的混匀堆取设备，可采用设有过跨车的7昆匀场。混匀场的有效容量一般为用户厂7~10天的使用量。

平铺切取设备选型 平铺料用的混匀堆料机有单悬臂式及双悬臂式两种。单悬臂式又分为俯仰悬臂式和可俯仰、旋转的摇臂式两种。混匀堆料机的选型同混匀场的布置形式和所采用的布料方法有关。采用人字

图3     混匀场的剖面结构形式

a-自然地坪式；b-挡墙式；c-地坑式

图4    设有过跨车的混匀场布置示意

1-粉矿混匀料堆；2-块矿混匀料堆；3-来自混匀配料槽的输送系统；4-混匀堆料机；

5-混匀取料机；6-过跨车；7-送往烧结厂的输出系统；8-送往炼铁厂的输出系统

形布料时，可选用俯仰悬臂式或摇臂式混匀堆料机，其悬臂长度应能将混合料送到料堆宽度的中点。采用众字形或人众字混合形布料时，需选用摇臂式混匀堆料机，其悬臂长度应能将混合料送到料堆最边部单元料堆的中点。人字形布料时，堆料机向备料层布料的落料点要始终处于料堆横截面的中点位置，保证料流能均匀地分布在料堆两侧表面。为了满足混匀堆料机向料堆布料的各料层单位长度铺料量相等，混匀堆料机采用不同的往返走行速度，按式(3)计算。

V₂=V₁V₀/(V₀-2V₁)                             (3)

式中V₂为混匀堆料机与混匀场主输送机运行方向逆向行驶时的走行速度，m／min；V₁为混匀堆料机与主输送机运行方向顺向行驶时的走行速度，m／min；V₀为混匀场主输送机的带速，m，／min。

混匀料堆每层每米长度的铺料量叫做单位长层吨量。当采用人字形布料时单位长层吨量需有一个合理的下限值，此值称做单位长层吨合理量。进行平铺造堆时，单位长层吨量要满足单位长层吨合理量的要求，否则将使混匀效果变差。

冶金原料准备厂常用的混匀取料机型式主要有：单斗轮摇臂式混匀取料机(走行轨道设在料堆中心)，单斗轮桥式混匀取料机，双斗轮桥式混匀取料机，双斗轮旋回桥式混匀取料机，多斗轮桥式混匀取料机，滚筒式混匀取料机和连续刮板桥式混匀取料机。各种型式混匀取料机均设有料耙。料耙沿料堆横截面往返移动耙料，使横截面上的各层料同时落至堆底，由取料装置顺次取出。用不同型式的混匀取料机取料，混匀效果不同。混匀取料机的切取料作业不能改变和影响整个料堆的原料均匀化程度(即混匀效果)，但对料堆横截面内原料的均匀化程度有较大的影响。单斗轮摇臂式混匀取料机及单斗轮桥式混匀取料机混匀效果较差，现代化钢铁厂很少采用。双斗轮式、多斗轮式和滚筒式混匀取料机混匀效果较好，被各现代化钢铁厂广泛采用。其中滚筒式混匀取料机的混匀效果最好，当原料粒度和成分的均匀化程度较差时，使用滚筒式混匀取料机可取得较满意的混匀效果。各种斗轮式混匀取料机和滚筒式混匀取料机适用于重负荷工作状态和产量大的混匀车间；连续刮板桥式混匀取料机能取得很好的混匀效果，但它只适用于轻负荷工作状态和产量较小的混匀车间。

混匀车间布置要点 混匀车间是冶金原料准备厂的重要加工处理车间。混匀原料来自贮料场、整粒车间和其他系统。经过混匀加工处理后的混匀产品直接送往用户厂。混匀车间的布置要点为：(1)混匀车间要靠近贮料场、整粒车间和主要的用户厂。输送流程要顺畅、短捷。

(2)混匀场是混匀车间占地最大的部分，在进行车间布置时主要以混匀场布置是否合理为前提。

(3)混匀配料是平铺切取作业的前步工序，混匀配料站要靠近混匀场的进料系统。

(4)大块筛除装置是用以筛除混入原料中的大块矿石、废石及其他杂物。该装置一般设在靠近混匀配料站的输入系统。

混匀效果评价 原料混匀效果主要以原料经混匀后产出混匀矿的均匀化程度(即匀化度)来评价。匀化度是混匀前原料某种成分含量的标准偏差同混匀后的混匀矿中该种成分含量的标准偏差之比。计算方法如式(4)。

D_h=σ_b/σ_a                      (4)

式中D_h为匀化度；σ_b为混匀前原料中某种成分含量的标准偏差，％；σ_a为混匀后的混匀矿中该种成分含量的标准偏差，％。

原料混匀前和混匀后的混匀矿的成分波动均用成分含量的标准偏差σ表示，并按下式求算。

   (5)

式中σ为原料或混匀矿某种成分含量的标准偏差，％；n为取样次数；X_i为各次取样测定的该种成分含量，％；X为各次X_i值的算术平均值，％。

提高匀化度的方法主要是平铺造堆时，在满足单位长层吨合理量的基础上增加混匀场料堆的平铺料层数。混匀场料堆的平铺料层数多在300～800层，连同混匀配料的层数在内，料堆的料层总数可达数千层。