工程設計研究與創新

優化工藝流程。工藝設計基于冶金流程工程學理論和首鋼京唐鋼鐵廠的建廠理念，以流程優化、功能優化、結構優化、效率優化為目標，以動態精準設計為指導思想，注重工藝系統的頂層設計和物質流、能量流、信息流的協同高效運行，構建了以“流”“流程網絡”“運行程序”為基本要素的新一代球團廠動態精準運行體系。設計注重原料準備工序的精準設計，為精準配料及高質量、多品種球團提供了多種調節方式，突出了造球、預熱、焙燒、冷卻、工藝風機等主工序的功能解析和高效集約化配置，為高效、低耗、優質、清潔的綠色球團生產奠定了基礎。

工藝設計對工藝流程、功能集成、集約高效、布局緊湊方面進行了大量研究，對預配料、干燥、輥壓、熔劑與燃料制備、配料、混合、造球、焙燒、冷卻到成品分級等多工序進行緊密銜接，最大限度地縮短物流運距、減少物料轉運，將功能相同或相近的建筑物聯合設置，以減少占地面積，實現了連續緊湊。

優化工藝技術。設計采用國際先進的帶式焙燒機工藝，焙燒機全長為126m，臺車寬度為4m，臺車面積為504m2，料層厚度為400mm，球團生產能力為400萬噸/年。

提高熱風利用率。帶式焙燒機集7個工藝區段于一體，通過臺車的循環運行，臺車上的生球依次完成干燥、預熱、焙燒、均熱和冷卻過程。干燥段分為鼓風干燥段和抽風干燥段，鼓風干燥段主要是利用二冷段熱風對生球進行脫水干燥，抽風干燥段是通過回熱風機抽取的預熱段和焙燒段的熱風對生球進行干燥。在預熱段和焙燒段利用冷卻1段熱風和外部熱源加熱，在均熱段不再使用外部熱源，主要是利用球團自身放熱和冷卻1段的熱風。合理的回熱風利用系統最有效地實現熱的再利用，高效短捷的流程將散熱面積降到最低，有效降低了熱耗，提高了能源循環利用率。

合理利用鋼廠二次能源。不同于國外采用重油或天然氣為熱源，該項目焙燒機采用焦爐煤氣作為外部熱源。在固定的爐罩上設置32組燒嘴，通過流量的靈活調節實現工藝溫度的靈活調節，最大限度地適應不同原料的需求，與此同時可以實現鋼鐵廠副產煤氣的高效化利用，使高熱值煤氣得到最優化的利用，實現能源高效轉換。

系統調控靈活。焙燒工序依靠工藝風機系統平衡焙燒機各個工藝段的溫度和壓力。工藝風機系統采用變頻調速風機及自動控制閥門，實現各個工藝段溫度的靈活調節和熱量的合理分配。該系統通過先進可靠的造球系統保證生球入爐強度，減少煙氣含塵量，有效延長風機使用壽命。

提高臺車作業率。帶式焙燒機工藝采用鋪底料循環系統保護臺車，以延長臺車耐熱件的使用壽命。頭部設置更換臺車裝置，可以實現在5分鐘之內臺車的在線快速更換，離線維修，有效提高了臺車的作業率。

采用內配固體燃料工藝。為了提高球團質量，該項目設計了熔劑與燃料制備工序，配置了內配固體燃料、內配白云石工序，預留根據不同原料調整燃料配比和生產熔劑性球團的手段。內配燃料工藝可以增加球團的孔隙率和還原性，這種球團用于高爐生產能提高生產率和降低焦比。這種高氣孔率、高還原性的球團還能有效降低燃料消耗，降低焙燒機篦床溫度以及風機的電耗。

在工藝設計中，該項目首次將熔劑與燃料制備系統布置在配料室旁邊，將熔劑與燃料收集器置于配料室料倉的頂部，直接將熔劑粉、燃料粉輸送到配料料倉中，通過優化流程有效簡化了設備配置。熔劑與燃料制備系統中采用熱廢煙氣自循環新工藝，以降低系統熱耗，降低熱風爐設備規格及投資，減少廢氣排放量，有利于節能環保。

開發球團往復式布料技術。該項目研究開發了新型球團專用布料膠帶機，將往復式布料器與造球盤下的集料皮帶集成為一條皮帶，通過控制布料器頭輪直徑及高度，將生球落料高度控制到最小；通過布料器往復行走，實現生球單行程布料，有效減少生球的轉運次數和落差，提高生球粒度合格率，布料均勻兩側無堆積。先進的布料膠帶機+寬膠帶+雙層輥篩布料工藝，保證在帶式焙燒機上生球料層均勻一致，具有較好的透氣性。

開發應用大型礦粉干燥窯。該項目開發了大型球團干燥窯技術，設計研制了國內特大型ф5m×22m礦粉干燥窯，滿足控制物料水分的要求。該項目相比常規的球團生產工藝配置，增加了原料干燥、輥壓工序，確保球團精礦粉水分穩定、粒度及比表面積的均勻，提高其成球性，進而提高生球強度和質量。

研究開發大型造球系統。為確保造球效果，該項目在國內首次開發出最大規格的ф7.5m新型造球盤與大型帶式焙燒機相配套。與常規ф6m造球盤相比，單機造球能力大幅度提高；圓盤直徑加大，增加球團滾動次數，改善造球效果，提高生球強度；通過規模化造球，造球盤數量減少，廠房占地減小，工程造價降低。

集成創新應用大型技術裝備。為與504m2的大型帶式焙燒機相匹配，該項目首次采用了ф1700mm輥徑的輥壓機、600m2電除塵器及葉輪直徑為ф3.6m的耐熱風機，其中600m2電除塵器是國內單臺除塵面積最大的電除塵器；主要工藝風機實現國產化，解決了以前球團大型風機由國外引進的問題。所有工藝風機均采用高壓變頻調速，控制調節方便，有效降低電耗。

臺車運動力學研究。臺車是帶式焙燒機核心設備中的最關鍵的設備，臺車總重量約占整個焙燒機總重量的17%。由于難于通過直接測量，檢測臺車在工況下溫度和應力分布變化，只能通過已知條件建立模型、編制專門的程序，模擬臺車在整個循環中的溫度和應力分布情況。在此基礎上，該項目使用ANSYS軟件進行有限元應力分析，分析臺車的失效形式；根據臺車熱工條件，通過三維設計和熱應力有限元分析，合理確定臺車和篦條的結構。

創新采用自潤滑輥套技術。借鑒近年來在燒結臺車上的成熟的自潤滑軸承技術，臺車輥輪軸承采用自潤滑軸承結構，具有制造成本低、制造周期短、使用壽命長的特點，可以有效地降低維護成本，提高了焙燒機的作業率。自潤滑軸承機體上嵌入由二硫化鉬和二硫化鎢組成的固體潤滑劑，在摩擦過程中潤滑劑微粒吸附在金屬表面，起到潤滑作用；在使用過程中無需添加油脂，實施免維護，而且使用壽命長，能夠有效降低設備維護費用。

開發風箱端部及隔斷密封技術。在生產實踐中，為了進一步改善系統密封性，該項目通過對風箱端部及隔斷密封工作條件的深入研究，優化設計了新型帶式焙燒機的風箱端部及隔斷密封裝置，有效地提高密封效果，降低了系統漏風率。在生產實踐的基礎上，對帶式焙燒機爐罩與臺車間的密封效果進行分析，采取針對性改進措施，開發了新型爐罩與臺車間的密封技術，進一步提高密封效果。

節能環保技術研究開發

首鋼京唐球團秉承節能減排、綠色環保的先進理念，采用帶式焙燒機球團生產工藝，在節能減排、清潔生產和循環經濟等方面創新采用了多項先進技術，節能環保技術優勢顯著。主要表現在：一是帶式焙燒機在一個密閉爐罩內完成干燥、預熱、焙燒、冷卻的全部工藝，同時帶式焙燒機整體布置在一個封閉廠房內，有效減少粉塵泄漏。二是爐罩高溫熱風直接回用，管道距離短，回風管道面積大，熱量利用效率高。爐罩采用多層耐熱材料和保溫材料，有效減少表面散熱，降低熱耗。工藝風機全部采用高壓變頻調速，降低電耗。三是全部除塵灰均采用濃相氣力輸灰系統返回配料室使用，充分回收和利用資源。輸送設備和管道實現全密封，避免了傳統除塵灰輸送過程中產生的二次揚塵，極大地改善了工作條件和廠區環境。四是首次開發的礦粉干燥窯上采用專門研制的高效揚料板，采用高溫旋風配風裝置，提高熱交換效率，增強干燥效果，減低熱耗。

在設計研究中，該項目建立了基于能源高效轉換的能量流網絡和運行體系，實現系統節能；以“減量化、再循環、再利用”為用能準則，建立能量輸入—輸出模型，實現優化用能。主要技術創新包括：一是利用鋼鐵廠自產的焦爐煤氣作為球團焙燒的燃料，優化燃料結構，取代了高熱值天然氣，使鋼鐵廠能源流結構得到優化，焦爐煤氣的效能得到高效化的利用。二是開發研制適用于焦爐煤氣的燃燒器，設計合理的燃燒器結構，實現低空氣過剩系數調控，保證燃料燃燒完全和足夠的火焰溫度，降低CO2和NOx的大量產生和排放，實現高效清潔燃燒，減少污染物排放。三是合理設置燃燒器安裝位置和數量，以滿足球團焙燒工藝為前提，實現燃燒和溫度場精準控制，減少能源消耗、降低污染物排放。四是設計開發了高效的“風流回熱利用系統”，將帶式焙燒機焙燒過程產生的各梯級熱能高效利用，實現球團干燥、預熱、焙燒等不同工藝過程能量的合理匹配和高效利用。五是開發研制了球團內配碳技術，可以將鋼鐵廠炭素粉塵及焦化粉末作為能源，實現固體廢棄物的資源化、高效化綜合利用，還可以提高球團焙燒質量，降低工序能耗。