並非所有散裝材料都同樣難以從筒倉中移除。有些人在極少的干預下就流出了。其他則需要數天的錘擊、切割和挖掘。了解材料清潔難度不同的原因是設計有效清潔策略和選擇適當介入方法的第一步。
本文提供了決定清潔難度的材料特性的實用參考指南。它解釋了每種屬性如何影響堆積行為和清潔要求。它提供了工廠工程師可以執行的簡單測試來表徵其材料。它還提供瞭如何將清潔方法與材料特性相匹配的指導。
粒徑和分佈
粒度是最明顯的材料屬性，它對清潔難度有直接影響。
顆粒大於約五毫米的粗材料通常比細材料更容易清潔。每單位質量顆粒的表面積較小，這意味著可用於黏合力的面積較小。它們也不太可能形成黏性拱門。當大顆粒互鎖時，可能會出現機械拱，但這些機械拱通常比細材料中的內聚拱更容易打破。
顆粒小於一百微米的精細材料明顯更難清潔。每單位質量的高表面積允許產生強大的范德華力和靜電吸引力。優質材料在壓力下會固結並隨著時間的推移而獲得強度。它們形成緻密、堅硬的沉積物，可以抵抗機械破壞。
粒徑分佈（而不僅僅是平均尺寸）也很重要。尺寸分佈較寬的材料（即大小顆粒的混合物）通常比分佈較窄的材料更難清潔。小顆粒填充大顆粒之間的空間，形成高度內聚的緻密堆積。
顆粒尺寸的實際評估不需要實驗室設備。使用標準篩網進行簡單的篩分分析可提供有用的數據。對於大多數工廠工程師來說，相關的差異在於材料是否足夠粗，可以用簡單的工具處理，或者是否足夠細，需要動力設備或噴水。
水分含量
水分是大多數散裝材料清潔困難的最重要因素。當濕度增加時，乾燥且自由流動的材料會變得黏稠且無法移動。
水分的影響取決於材料。對於許多粉末來說，存在一個臨界水分含量，超過該含量，流動就會變得不可靠。低於這個水平，材料表現為自由流動的固體。在其上方，材料的內聚強度隨著濕度的增加而增加。臨界濕度水平變化很大。水泥在濕度低至百分之一的情況下可能會表現出影響。其他材料在出現問題之前可能會容忍百分之十或更多。
水分也會以次要方式影響清潔。當透過噴水或冷凝添加水以清除堵塞物時，可能會導致剩餘材料硬化或凝固。水泥和石灰是典型的例子，加水會使問題變得更糟而不是更好。
測量水分含量需要簡單的設備。水分計或實驗室烘箱可以提供定量數據。即使是定性評估，例如擠壓少量材料並觀察其是否粘在一起，也可以為清潔策略決策提供有用的信息。
對於處理濕度敏感材料的設施，控制濕度通常比管理清潔更有效。改進的屋頂密封、更好的入口和出口密封以及調節空氣可以減少水分進入並降低清潔頻率。
內聚力和休止角
內聚力是散裝材料的內部強度。具有高內聚力的材料黏在一起並抵抗流動。低內聚力的材料容易流動。
內聚力通常與顆粒大小和水分有關，但它是一個獨特的屬性。一些細小的乾燥材料的內聚力低並且可以自由流動。其他材料，即使在乾燥時，由於顆粒形狀或靜電效應也具有高內聚力。
休止角是內聚力的實用指標。這是一堆材料在倒塌之前可以堆疊的最大角度。休止角小（小於三十度）的材料具有低內聚力且易於流動。具有高休止角（超過四十五度）的材料具有高內聚力且難以流動。
測量休止角只需將材料倒在平坦的表面上並測量所得圓錐體的角度。該測試可以在工廠實驗室甚至維修車間中使用小樣本進行。
高內聚力材料需要更積極的清潔方法。簡單的振動或搖動可能還不夠。可能需要動力破碎機、噴水或遙控拆除設備。低黏性材料通常可以透過振動或用桿清除。
硬度和耐磨性
硬度是材料對機械破壞的抵抗力。硬質材料很難破碎。軟材料很容易破裂。
當材料固結成硬沉積物時，硬度變得非常重要。水泥沉積物的硬度可以達到與混凝土相當的程度。某些化學中間體可以形成極為堅硬的外殼，可以抵抗機械破碎。
磨蝕性與硬度有關，但指的是材料對設備的影響。磨料會磨損破碎機尖端、切割工具和筒倉襯裡。高磨蝕性會增加清潔成本和對筒倉的損壞。
測試硬度不需要專門的設備。類似於礦物硬度測試的簡單刮痕測試可以提供粗略的估計。可以用小刀刮傷的材料是軟的。使刀變鈍的材料很硬。根本無法刮擦的材料非常堅硬，需要專門的設備才能去除。
硬質材料通常需要噴水作為主要去除方法。水刀可以切割堅硬的沉積物，而不會產生機械破碎機所經歷的磨損。水壓必須與材料硬度相符。過大的壓力可能會損壞較軟的材料。
流動函數和可壓縮性
流動函數是施加在材料上的應力與其流動能力之間的關係。它是流動行為最完整的表徵，但需要實驗室測試才能精確地確定。
出於實際目的，可壓縮性可作為流動函數的代理。可壓縮性是材料受到壓力時發生的體積減少。具有高壓縮性的材料通常難以流動，因為顆粒緊密地固結。
簡單的壓縮性測試包括將材料樣品放入量筒中，施加已知的重量，然後測量體積減少。體積減少佔原體積的百分比就是壓縮率。壓縮率超過百分之三十的材料被認為是高度可壓縮且難以流動的。
高壓縮性材料需要仔細注意筒倉設計和清潔頻率。它們在儲存過程中很容易發生固結，並且可能比可壓縮性較低的材料需要更頻繁的清潔。空氣炮或流化器等流動助劑通常對可壓縮材料有益。
溫度靈敏度
溫度會影響材料特性和清潔過程。有些材料在加熱後會變得更容易處理。其他人變得更加困難。
受熱軟化的材料（例如某些樹脂或瀝青）在加熱時可能會變得更難清潔，因為它們會變得更黏。受熱膨脹的材料可能會變得密度較小且更容易流動。溫度的影響因材料而異，必須根據具體情況來決定。
溫度也會影響安全。含有熱材料（例如發電廠飛灰）的筒倉會對工人和設備造成熱危害。清潔熱筒倉需要額外的安全預防措施。
溫度敏感性的實際意義是清潔策略可能需要隨溫度而變化。在環境溫度下有效的方法在高溫下可能會失敗。處理溫度敏感材料的設施應在其清潔計畫中考慮溫度。
化學性質
材料的化學特性影響其流動行為和清潔作業的安全性。
與水反應的材料，例如水泥、石灰或某些化學催化劑，當引入水分時會變得更難以清潔。水刀對許多材料有效，但不適用於這些材料。機械去除是首選方法。
腐蝕性材料需要特殊處理。酸性或鹼性材料會損壞設備並傷害工人。用於腐蝕性材料的清潔設備必須由相容的材料製成，並且可能需要特殊的清潔程序。
有毒或危險的材料需要嚴格的安全程序。清潔方法必須防止灰塵產生和暴露。遠端操作設備通常是危險物質的首選，以最大限度地減少人員接觸。
了解材料的化學性質對於選擇安全的清潔方法至關重要。材料安全資料表提供了此信息，應在任何清潔操作之前進行審查。
實用評估方法
工廠工程師可以使用簡單、低成本的方法評估他們的材料，為清潔計劃提供有用的信息。
少數測試是最簡單的評估。取一把材料並擠壓。如果釋放時散開，則其內聚力較低。如果它聚集在一起，則它具有高內聚力。少量測試也顯示水分含量。如果材料在手上留有水分，則表示它是濕的。
樁測試提供休止角資料。將材料倒在平坦的表面上並測量堆的角度。低角度表示流動良好。高角度表示流動不良。
划痕測試表明硬度。嘗試用小刀刮擦材料。如果很容易刮傷，表示它很軟。如果它耐刮擦，那麼它就很硬。如果不能被刮傷，那就非常堅硬了。
水測試顯示對濕度的敏感性。在樣品中添加少量水。如果材料凝固或硬化，則不適合噴水。如果材料仍然鬆散，噴水可能會有效。
沉降測試表明可壓縮性。將材料填充到透明容器中，施加壓力，並測量體積減少。高體積減少表示高可壓縮性和流動困難。
這些測試並不精確。它們不能取代實驗室測試。但它們為清潔方法的選擇提供了有用的指導，並且免費提供。
將性能與清潔方法相匹配
以下指南提供了一個將材料特性與清潔方法相匹配的框架。
具有大顆粒和低水分的乾燥、低內聚力材料最容易清潔。振動或用桿敲擊通常就足夠了。如果確實需要清潔，可以使用簡單的工具來完成。
由於內聚力，低水分但小顆粒的乾燥細材料可能仍然很困難。空氣炮或流化器通常很有效。頑固堵塞可能需要遠端操作設備。
水分含量高的濕材料難以機械清潔，因為材料會黏在工具和設備上。噴水可能有效，但前提是材料不與水反應。對於水敏感材料，需要機械去除並仔細控制濕度。
高硬度的硬化材料需要強而有力的方法。帶有液壓破碎錘的遠端操作拆除設備是首選方法。高壓水噴射也很有效。使用手動工具手動輸入不適用於硬化材料。
研磨材質需要耐用的設備。破碎刀尖和切削工具磨損很快。設備維護不可少。水刀可能是首選，因為它沒有與材料接觸的磨損部件。
危險材料需要遠程方法。應避免人員進入。正確維護和操作的遠端操作設備是標準方法。
在預防性規劃中使用材料評估
材料評估不是一次性活動。材料特性隨著採購、加工和儲存條件的變化而改變。定期評估可確保清潔方法保持適當。
當引入新的材料來源時，進行本文所述的簡單測試。將結果與先前的材料進行比較。如果新材料明顯不同，請調整清潔頻率和方法。
當季節變化影響水分含量時，調整清潔程序。夏季乾燥的材料在冬季可能會潮濕。清潔計劃應考慮這些季節性變化。
當材料的儲存期限發生變化時，重新評估其屬性。存放時間越長的材料可能會變得更硬且更難以清潔。如果儲存時間增加，清潔可能需要更加積極。
記錄材料評估的結果。維護每個筒倉和每種材料類型的材料屬性記錄。使用此記錄來指導清潔決策並確定可能表明出現問題的趨勢。
結論
材料特性決定清潔難度。了解這些特性使工廠工程師能夠選擇適當的清潔方法，估計清潔時間和成本，並規劃預防性維護。
本文所述的簡單評估方法可供任何工廠工程師使用，無需專門設備。抓握測試、樁測試、刮痕測試、水測試和沈降測試提供了指導清潔決策的實用資訊。
對於大多數材料來說，最重要的特性是水分含量。乾燥的物料比濕的物料更容易流動。控制濕度通常是最有效的預防措施。對於無法控制濕度的材料，必須根據其其他性能選擇清潔方法。
顆粒大小、內聚力、硬度、壓縮性、溫度敏感性和化學性質都會影響清潔難度。將清潔方法與這些特性相匹配可以增加成功的可能性，並減少清潔的時間和成本。
了解其材料的工廠工程師可以做出更好的清潔決策。他們在需要時進行清潔，而不是按照固定的時間表進行清潔。他們選擇有效的方法，而不是可用的方法。他們透過預測材料特性將如何影響筒倉性能來防止問題出現。
