水泥筒形圆库内结库的原因分析及防范措施

根据水泥厂的设计规范要求，水泥企业的水泥存储期要为产能的7天。因此根据计算每条年产100万吨的水泥生产线，宜建设4万吨水泥库容。我司现有两条2500生产线和一条日产5500吨熟料生产线，由于分步建设的原因，加上多品种、水泥产品个性化等需要，现有混凝土库20个¢12米库和8个¢15米库，与同行相比，我司在混凝土圆库数量众多。在生产与存储过程中，水泥在库内结块的问题给生产出库带来了不少困扰。根据我的一些个人经验和体会，现分析一下水泥结块的原因和防范措施。  

一、进雨水。这种的情形应当尽量避免，但是却因为各种原因，没有及时被查出，直到库底出现结块才发现。此类结块的特点是：掏出的块状料较为致密，硬度大，强度高，有时还会在表面有蜂窝状。有以下几种可能：  

1、水泥库顶的工艺管道与混凝土之间的间隙进水。水泥混凝土库顶的工艺管道不少，预留孔洞多，(如进料斜槽下料口、收尘器的抽风管、收尘器回灰管、量库孔、平衡阀和检修人孔等等）。混凝土与钢材之间因为收缩不同步，容易产生间隙，雨沿这些缝隙慢慢渗漏进入库内。解决办法：加做防水帽超过预留止混凝土水挡口，斜管加焊挡水装置。  

2、另外一种是雨水被负压吸进去的。在库顶收尘器开机的情况下，库内呈负压状态。库顶的量库孔、压力平衡阀以及检修人孔均有等对外开口，由于收尘器形成的负压会使得雨水从开口倒吸进去。一般的方法是做防水帽；我司在量库口进水问题上曾经走了不少弯路，后面采取在量库口顶上加羊毛毡工业毛毡进行密封以后才解决。总之，水泥库刚投入生产时，下雨天的去现场排查很重要。  

3、滑模施工的顶升钢管孔￠50mm，也是库内进水的一个隐患。目前几乎所有的水泥库都是滑模施工，在滑模结束后在库顶板会留下很多个钢管开口。如果没有彻底及时彻底处理，以后就可能有雨水沿着这一根钢管漏到库壁的某个地方，从库壁混凝土流到库内或库外侧。解决方法：割除这根钢管时要求施工方留长一点，让开口超过库顶板多一些；另外，每个钢管孔用板满焊封死，防止雨水进入。  

4、库顶板钢梁与混凝土库壁的梁头缝隙进水。滑模施工的库顶的混凝土施工方法是采用钢梁上覆盖混凝土。在建设新生产线时发现，屋檐雨水存在沿底部返水现象，如果正好在钢梁的位置，雨水就会沿着钢梁与混凝土的缝隙进入水泥库里。解决办法：在制作挑檐时的钢模时做一个“鹰嘴”结构，就可以完全避免这个问题的出现。  

5、库顶板的混凝土的微裂纹进水。混凝土的微裂缝无法杜绝，所以我们在库顶都使用了各类防水办法，但是防水材料的老化不可避免，库顶设备安装过程中有可能受到损伤，这也是库内进水的一个较难发现的一种情形。解决方法：库顶板全部用彩瓦进行遮盖，如果在有斜雨的区域，最好是全封闭。  

第二种是库内结块是水泥存放期间水化造成的，发生较为普遍，是水泥储库工作的难点。这种结块的特点是呈片状，一般宽2~10多公分，厚度一般就几公分，有时会有解理面，结构略疏松，强度不很高，用手可以掰断。在水泥企业一般是销售淡季后转旺季时，特别是从水泥高库位降到低库位时容易出现，会给生产的连续性造成很大的影响。  

形成原因分析；这种结块分成两个阶段，第一阶段是水泥流动性变差，在靠近库底边角的地方形成滞留区。主要原因是石膏库内脱水所致，水分子被细粉吸收后产生部分水化，造成水泥粉状物料流动性变差。一般出磨的水泥温度95~120℃，跟熟料温度和粉磨品种有关。我司的出磨水泥用75℃烘干温度来做水份，各类品种的水泥水份都不高，正常为0~0.2%之间。但是如果用140℃来做水泥水分的话，数值在0.4~0.6%，甚至更高，这里面的差值是石膏的结晶水。经我司的对比，脱硫石膏的最低从80℃开始就会脱水，与供货的来源有关，有些脱硫石膏到90℃才开始脱水，而且脱水速率也不完全一致。经多次验证，在库内存储3~7天后，用140℃来做水份就接近于0.1%，可见库内的脱水速度较快。  

水泥在库内的存储温度超过90℃的概率很常见，在高温下水分子与水泥中的细粉快速反应产生水化，这就是为什么水泥存储时间稍长会导致水泥感觉更潮，在斜槽的流动性变差，甚至有结小团的现象。靠水泥库边部因流动性差，充气箱通风量较少，导致卸出困难形成滞留区。

第二阶段就是滞留区的水泥的二次水化导致结块。  

滞留区水泥停留时间较长后，块状料就容易产生，其反应机理是：  

由于大部份采用平底库，库内采用了充气箱结构，因卸料需要持续地用罗茨风机将空气鼓入库内使库内水泥流态化，方便将水泥快速卸出，因此物料能够持续接触到空气，空气中存在的少量H₂O和CO₂，使得这两个反应可以一直不停的持续，不动区水泥水化到一定程度后，由于某种机会如自身重量过大、收缩产生裂纹、温度变化及水泥库放空等原因使得结块料从粘结外分离脱落，与流态化的水泥一起从卸料口卸出，它们挤在出料口，开成结拱，造成了出料无法连续。如果是库底散装系统，对发散速度会有较大影响，也是引起顾客投诉的一个重点。  

发生此类现象时一般采取的都是人工掏料的办法。堵在出料斜槽拐弯处的还好办一些，关掉手动闸板后，开侧检修门人开掏去大块。如果在出料口上方产生拱料架空问题，解决难度就大得多了。关闭手动闸板，在闸板与库底板之间用氧割开个小孔，将一根长钢钎插入，用力向上捅将拱破坏。当拱料被破坏时，产生下塌。块料夹着粉料下冲，开的小孔经常大量冒出大量的水泥粉料，由于高度的限制和作业空间所限，人只能站在库底板的下方，冲出的粉料直对员工的面部，威胁施工者的眼睛，戴好护目镜也只能减少这种伤害。块状料夹着粉料，流动性差，又经常堵在出料斜槽上，一次一次地不停重复；处理一个￠12库耗时需近十天时间。其工作验证度、危险度、体力强度都很大。为减少对员工的伤害，我司将其列入二级作业风险管控范围。  

最不得已的是人工清库。当水泥库结库到一定程度时，物料下不到减压锥，水泥无法卸出，只能采用这种方法。不管是用何种方式进行清库，最后都需要人工进入筒仓内将库壁的挂料进行清理，作业环境差不说，作业的安全风险相当大。原国家安全生产管理总局还专门对此制定《水泥工厂筒型储存库清库安全操作规程》AQ4072-2012，用安全标准来加强控制清库作业风险，取得到很好的效果，清库期间对施工的安全监管工作量相当大，由于施工队伍的人员素质和身体状况要求较高，每年依旧还会传出业内因为清库发生安全事故的个别案例，真令人扼腕。定期清库是没有办法的办法，如果有可能，水泥企业应尽量避免清库，缓解库内结块倾向，还要加强放空定期倒库清空，防止减少库内结大块。  

缓解结库的技术方案。第一、尽可能减降低入库水泥温度或者提高磨内脱水程度，尽管这两者是矛盾的。从技术上可以通过增加水泥冷却器或使用机械倒库的方法缓解存储石膏库内脱水问题。第二、就是降低水泥的存放周期，降低库存量，加快周转速度，减少结库概率。第三、使用多点下料库系统，减少库内堆料区的结块概率。我司在新建粉磨站时¢15米库时使用了7个出料口的方案（带七个小减压锥和七个下料小区），投入使用后，水泥卸空率高，结块的概率大幅降低。第四、增加机械倒库设备，定期将库内的水泥进行倒空，通过库容的变化，不让结成大块，这也是一种补救措施之一。  

由于大部份的水泥库已经建成出库口已经固定无法改变，库内的固定区永远存在加上石膏的二次脱水也不可免，将水泥库定期轮流放空是减少结成大块的重要方法。为减少员工的劳动强度和减少作业隐患，我司2020年度在水泥库底安装了一种库底液压疏堵破碎设备。该破碎设备安装在水泥库底的手动平板闸以下，设备尺寸与下料口的尺寸匹配。工作原理：该设备功能分为两部份：上部是捅料机构，使用的是液压缸伸出的钢棒，模仿人工破拱作业。捅料杆行程1500~2000mm，负责处理平板闸以上结拱的块状料甚至大块料，中空油缸联接罗茨风机到减压锥内部可以替代部分充气箱功能，以解决架空料的处理难题；下部在破碎机构，将溜下到破碎腔的块状料破碎成2公分左右的小块，使得小块能随粉料一起被斜槽送走，解决在斜槽卸料器拐弯处堵料问题；由于本身破碎腔中自带约2.5公分间隙，对正常粉料卸料没有影响。如果发生破碎腔有堵，反而说明里面有块状料，这时只要开启疏堵机，就能快速疏通。由于现场安装空间所限和提供较强的破碎能力，该系统采用了液压马达，罗茨风机，与液压捅料机构合起来集成为一个液压系统。其设备示意图如下：  

该设备的可选包为手动闸板改为液动平板阀，方便现场处理时灵活掌握，减少员工的劳动强度。投入使用了两年多来，几次员工发现有块状料时，启用该设备，大幅度降低人工掏料风险和降低员工的劳动强度，受到了包装车间的一致好评，对捅料杆的作用更是特别肯定，处理一个库完全不要用到人工掏料，只要把出来的料送到包装机的振动筛包装出厂即可，超过筛网尺寸的小块状料从排渣口卸出，不会对包装机的运行和水泥质量产生影响。  

还有一种更为严重的堵料情形。水泥粉还有半库多，因为块状料多，在水泥库的减压锥全拱住了，几个通道全部堵住。这个时候人工清库下不去，液压疏堵破碎设备的捅料杆直能到减压锥里面，不能拐弯伸到库里去，长度也不够。现在市面上发明了一种水泥库清堵机器人，我司去年使用过一次，可以有效解决这个难题。  

将机器人从堵料的水泥库顶部用牵引绳放入库内，到达料面以后，启动系统，机器人根据库外远程遥控操作系统和内置陀螺仪到达堵料的位置，即可启动掘进驱动马达和行走送料马达，掘进头在掘转过程中，将凝结成块的水泥切割松散；需要调整机器人前进方向时，可以通过控制两组后驱动马达，即可调整到方向。机箱尾部有防翻转尾舵，可以保证机器人稳定的作业姿态，并且尾舵不影响机器人的前进和后退作业。  

该系统在水泥库存多时能够钻入水泥粉里面处理结块，配合下部液压疏堵破碎设备，完全能解决了水泥工厂储库结库的最严重的问题，基本上可以做到不要再用进入水泥库内进行清库的方式来处理。  

总之，水泥储库最重要的事杜绝进雨水，采取技术措施少结块，有结块了选择合适的设备，一定能使得后工段的工作难点变得安全、可靠、顺畅。