李秀海，呂宏偉，盧永嶺
(山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山 東 萊 蕪 271104)
摘要：圍繞制約鏈篦機 -回轉窯生產(chǎn)效率的問題，分析了生產(chǎn)能耗高、生球質(zhì)量不穩(wěn)定、焙燒制度不合理、回轉窯結圈周期短等主要制約因素，通過應用二次配料、穩(wěn)定造球質(zhì)量系列改進、鏈篦機-回轉窯低溫焙燒等多種技術措施，使煤氣消耗降低 0.1 GJ/t，膨潤土消耗降低2.91 kg/t ，工序能耗降低2.71 kg/t ，年產(chǎn)量增加 14.27萬 t。
關鍵詞：鏈篦機-回轉窯；二次配料；造球質(zhì)量；低溫焙燒
1 前 言
萊鋼 6 0萬 t鏈篦機- 回轉窯生產(chǎn)線2009年 6 月建成投產(chǎn)，主要工藝流程為：國內(nèi)外鐵精粉與膨潤土按一定比例混合，經(jīng)干燥、潤磨后，通過圓盤造球機造球，篩分布料后，在鏈篦機上干燥、預熱，回轉窯中焙燒，環(huán)冷機內(nèi)冷卻后，得到 8~16 mm合格成品球，供高爐使用。投產(chǎn)以來，工序能耗 (膨潤土、煤氣 )高、造球質(zhì)量(落下強度、生球粒度)波動大、 焙燒制度不合理、回轉窯結圈周期短等問題嚴重制約了球團生產(chǎn)效率，年產(chǎn)量 50.09萬 t，達不到設計產(chǎn)能。為此，山鋼股份萊蕪分公司通過膨潤土配加方法工藝改進、穩(wěn)定造球質(zhì)量設備改造、低溫焙燒工藝優(yōu)化等系列攻關，取得了顯著效果。
2 制約生產(chǎn)效率分析
2 . 1 膨潤土消耗高
6 0萬 t鏈篦機 -回轉窯使用雙山鈣基膨潤土，配比在4 % 左右，與國內(nèi)先進球團廠相比差距較大，如表 1所示。
從 表 1看 出 ：6 0萬 t球團膨潤土消耗與鞍鋼弓礦相比，差距近 20 kg/t ，膨潤土消耗高增加了生產(chǎn)成 本的同時，降低了球團礦的品位，使成品礦中SiO2含量增加，煉鐵渣量增加，焦比上升，造成巨大的經(jīng)濟損失。
膨潤土消耗量高的原因有：
2 . 1 . 1 原料粒度粗 、水分大 、成球性差
進廠原料主要為華聯(lián)系列、萊礦系列、魯中系列鐵精粉，其主要理化性能指標見表 2，分別按照20 %、40 % 、40 % 配比進行配料，精礦粒度較粗，水分偏大，成球性差，致使膨潤土消耗高。
2 . 1 . 2工藝條件限制
烘干筒設計能力為 90 t/h ，內(nèi)部揚料裝置因設備原因被拆除。隨著產(chǎn)能的提升，混合料烘干效果不理想，進入潤磨機后，經(jīng)常出現(xiàn)混合料堵塞篦板不出料現(xiàn)象，頻繁分料，膨潤土配加量隨之增加，生球落下強度、水分、粒度不穩(wěn)定,整個生產(chǎn)出現(xiàn)波動。
2 . 1 . 3膨潤土配加方法不合理
傳統(tǒng)配料工藝為:配料室根據(jù)生產(chǎn)指令按照一定比例配加鐵精粉與膨潤土,經(jīng)膠帶機轉運混合進入烘干機內(nèi)，烘干機內(nèi)無揚料裝置，部分混合料經(jīng)翻轉滾動成球，且烘干室內(nèi)溫度達到 800 經(jīng)過高溫烘干，膨潤土理化性能發(fā)生變化，與鐵精粉進行了初反應，影響膨潤土粘結性，致使消耗升高。
2 . 2 生球質(zhì)量不穩(wěn)定
2 . 2 . 1 生球質(zhì)量差
造球工藝要求 :生球落下強度 5~9下 /個 ，粒度8 ~ 1 6mm，占比85 % 以上。受烘干、潤磨的影響，進料水分、粒度波動明顯,影響造球質(zhì)量。同時，加水方式不合理，刮料效果差，生球質(zhì)量波動大，不合格生球進入鏈篦機后，經(jīng)干燥、預熱，破裂產(chǎn)生粉末加劇回轉窖結圈，影響球團礦的產(chǎn)量。
2 . 2 . 2潤磨利用率低
混合料經(jīng)過潤磨后，能夠提高混合料粒度及表面活性，降低膨潤土用量。6 0萬 t鏈篦機 - 回轉窯使用 03.8 m x 6.5 m潤磨機 1 臺，設計能力 110 t/h。
生產(chǎn)中存在兩個問題:篦板、螺栓質(zhì)量差，平均每周需停機4~8 h處理篦板故障，故障率高;篦板結構不合理，當進料量 > 80 t/h 時 ，出現(xiàn)篦板堵塞現(xiàn)象，頻繁分料，造成生產(chǎn)波動。
2 . 3 焙燒制度不合理
2 . 3 . 1 培燒溫度高
球團原料為磁鐵礦時，由于工藝操作實踐經(jīng)驗的欠缺，熱工制度不合理，回轉窯的焙燒溫度仍控制 在 1 300~1 400℃，焙燒溫度過高，球團氧化急劇放熱，形成高溫區(qū)，發(fā)生液相固結反應，形成結圈，結圈后對風流系統(tǒng)產(chǎn)生影響。鏈篦機干燥、預熱效果下降，進入窯內(nèi)高溫爆裂，產(chǎn)生大量粉末，消耗了大量的熱量，同時加劇了窯內(nèi)結圈的形成，導致惡性循環(huán)，煤氣消耗增加，生產(chǎn)成本升高。
2 . 3 . 2 干燥 、預熱溫度不合理
鏈篦機-回轉窯工藝是利用回轉窯的熱廢氣，通過主引風機 ,將窯尾熱風引至鏈篦機進行干燥、預熱。鏈篦機的耐熱循環(huán)風機分為耐熱 1#風機和耐熱2#循環(huán)風機，當前 1#耐熱風機停用，2#耐熱風機從預熱二段抽過來的風分配到干燥一段和干燥二段 ，造成干燥一段和干燥二段熱廢氣不足，干燥效果 差 ，干燥一段溫度只有 140℃ ，生球進入干燥二段 ，因溫度升高較快，造成球團爆裂，粉末進入回轉窯 ，加劇了窯內(nèi)結圈。
2 . 3 . 3 回轉窯結圈周期短
回轉窯結圈周期短，每月都要停機對結圈物進行清理 ,嚴重時僅生產(chǎn) 10 d就需處理。窯中結圈厚度達0.5~1 m，結圈物掉落窯頭后，堵塞格篩，迫使休風處理。對回轉窯結圈物與球團礦進行化學分析 ，結果如表3所示。
其中，試樣3為球團礦。分析看出 ，除 SiO2、FeO外，結圈物與球團礦其他成分幾乎相同，因此可確定，結圈是因焙燒溫度過高，粒狀、粉狀爆裂物液相固結形成的。
2 . 3 . 4 環(huán)冷機余熱利用不完善
工藝線中環(huán)冷機分為 3個冷卻段，配置了 3 臺冷卻鼓風機，將來自回轉窯 1200℃的熱球團冷卻至 120℃。環(huán)冷一段熱風自窯頭進入回轉窯二次利用，環(huán)冷二段熱風進鏈篦機預熱一段二次利用，環(huán)冷三段熱廢氣(350℃左右)直接放散，造成熱量損失和環(huán)境污染。
焙燒溫度偏高和回轉窯正壓，風流系統(tǒng)不暢通，環(huán)冷機高溫段850~1050℃熱廢氣沒有得到有效利用，回轉窯熱源完全來自于煤氣燃燒熱，煤氣流量達到5500~6000 m3/h，煤氣消耗居高不下。
3 改進措施
3 . 1 二次配料配加膨潤土
對比試驗：將成分基本相同的混合料與加熱時間相同、溫度不同的膨潤土進行造球試驗,試驗結果如圖1所示。從圖 發(fā)現(xiàn)，加熱溫度在 600℃以下 時 ，生球合格率均在 85 % 以上，滿足工藝要求；750℃時成球合格率急劇下降 。可得結論：在750℃高溫時，膨潤土活性降低。通過資料證明，膨潤土在高溫時結構遭到破壞，700℃左右時失去羥基水，在球團內(nèi)部形成大量毛細管。由于大量毛細管的存在，孔隙周圍容易形成低熔點化合物，破壞了膨潤土的結構。膨潤土烘干溫度低于 200℃時，物理性能和冶金性能均較優(yōu)質(zhì)。
綜合試驗結論及實際生產(chǎn)配置，研究決定改進膨潤土配加方法，即 二 次配料。其配加工藝見圖2。在 2#干燥皮帶上方位置建兩個 50m3膨潤土料倉，通過氣力輸送入倉，螺旋給料機控制，與來自烘干的混合料，經(jīng)皮帶轉運、潤磨充分混勻， 球工序。
3 . 2 穩(wěn)定造球質(zhì)量
3 . 2 . 1 改進磨機篦板結構
為提高潤磨效果，對篦板結構進行了改造，將篦板孔由通孔改為喇叭口，進窄出寬，混合料和小鋼球能夠順利從篦板孔甩出 ,避免雜物堵塞篦板。同時提高篦板及螺栓質(zhì)量，降低故障停機率，優(yōu)化鋼球數(shù)量及配比，制定《磨機加鋼球、撿小鋼球、清篦板管理制度》，減少脹肚子現(xiàn)象，提高潤磨利用率。
3 . 2 . 2 改進圓盤造球機加水位置
對造球盤加水位置進行適應性改造，將加水點移到落料點正下方，在進料區(qū)形成數(shù)量較多的母球 ，改善生球粒度，提高成球效果。
3.2.3 改造盤底刮刀
對盤底刮刀進行改造，在現(xiàn)有旋轉刮刀基礎上增加了2個旋轉底刮刀，增加單位時間刮料頻次，穩(wěn)定底料厚度，同時減輕某一旋轉刮刀磨損嚴重造成造球盤底料高低不平、出現(xiàn)大球和大塊等不利于造球生產(chǎn)的現(xiàn)象。
3 . 2 . 4 改造造球機加水方式
按照“滴水成球、霧水長大、無水緊密”原則，在長大區(qū)域加設霧化噴頭，實現(xiàn)噴加霧化水。在成球區(qū)域加一橫向水管道，管道上打眼實現(xiàn)加滴狀水功能 ，提高成球效果，改善成球粒度。改造后結構如圖3所示。
3 . 3 優(yōu)化焙燒制度
為研究不同焙燒溫度對氧化球團性質(zhì)的影響在預熱溫度 900℃、預熱時間 10 min、焙燒時間 15min條件下進行試驗。分析焙燒溫度1100?1250℃對氧化球團孔隙率、Fe3O4含量(質(zhì)量分數(shù))影響，如圖4所示。
從圖4可知 ：隨著焙燒溫度的改變，球團孔隙率 在 26.68% ~ 15.58%變化 ，并且隨溫度的升高呈減小趨勢。而球團中Fe3O4含量也隨著溫度的升高而減少。當焙燒溫度為 1 1 0 0℃時，F(xiàn)e3O4含量為10.85%；1150 ℃：時為 3.74%；1200℃時減少為0.88%；溫度繼續(xù)升高到 1250℃：時球團中Fe3O4含量變成0.26%，這說明氧化過程進行得比較徹底。
由以上研究可知：一方面，隨著焙燒溫度的升高 ，磁鐵礦顆粒氧化以及結晶互聯(lián)更完全，使得球團結構更加致密;另一方面，溫度的升高可增大球團內(nèi)部起粘結作用的液相量，并改善其在球團內(nèi)部的分布狀況，從而使得球團內(nèi)部孔隙率減小，焙燒溫度1250℃時 ，球團氧化過程進行得比較徹底。
3 . 3 . 1低溫焙燒技術改造
回轉窯系統(tǒng)采用紅外線測溫，主要監(jiān)測窯中、窯頭焙燒溫度，其中窯中焙燒溫度控制在(1 250 ±50)℃，窯頭溫度控制在（1050 ± 20)℃，主要通過參考以上溫度控制煤氣量。
球團在鏈篦機內(nèi)氧化放熱完成 20%~30%，達到一定的強度，進入回轉窯后能夠減少爆裂，降低回轉窯粉末，減少熱量損失，提高焙燒效果。在采用高爐、焦爐煤氣混燒技術，不使用鏈篦機補熱燒嘴的情況下，預熱一段溫度(以7#煙罩溫度為參考)能夠達到 600?650℃，預熱二段溫度（以 11# 煙罩溫度為參考 )能夠達到 800?9 0 0℃，預熱溫度對比如表 4 所 示 ，形成了一個合理的溫度梯度，達到了預熱要求。且預熱一段溫度降低，能夠減輕生球爆裂 ，降低返礦量。
3 . 3 . 2 高爐 、焦爐煤氣混燒技術改造
焦爐煤氣作為回轉窯燃料，由于其熱值高，溫度不易控制，窯內(nèi)局部高溫，球團翻轉進入高溫區(qū)后 ，SO2受髙溫液相固結，形成結圈。為了解決這一問題，利用高爐煤氣熱值低、易控制、廢氣量大的特點 ，配加 10 % ?2 5 % 高爐煤氣，將焙燒溫度控制在 （1 250 ± 50) ℃，進入鏈篦機預熱段熱廢氣量隨之增加，提高了干燥預熱效果，減少生球爆裂，回轉窯粉末減少，結圈得到有效控制。
3 . 3 . 3提高熱量利用率
環(huán)冷機高溫段煙氣溫度較高，如果能充分利用其余熱，可節(jié)約能耗，并能夠穩(wěn)定低溫焙燒條件下回轉窯內(nèi)熱量，保證充足的氧化性氣氛。優(yōu)化改進一 、二次風比例和風量，在保證窯內(nèi)強氧化性氣氛和窯頭微負壓情況下，逐步增大二次風比例，降低煤氣消耗。同時，將環(huán)冷三段熱風通過管道引致鏈篦機干燥一段，提高干燥效果，杜絕污染物的排放。
4 結語
項目實施后，球團年產(chǎn)量達到了 64.36萬 t，增加了14.27萬 t，生產(chǎn)效率明顯提高；工序能耗降低了 2.71 kg/t，煤氣消耗降低 0.1 GJ/t）膨潤土消耗降低 2.91 kg/t，生產(chǎn)成本降低的同時環(huán)保效益顯著；開發(fā)了一種膨潤土的配加方法、一種低溫焙燒球團生產(chǎn)工藝方法，具有一定的推廣價值。
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