李志鵬
中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司
摘 要：混合機作為燒結生產過程中十分重要的設備，其主要作用是將燒結所用各種原料按比例配合后進行充分混合、制粒，使得混勻料均質化的同時改善其粒度分布、改善混勻物料的透氣性，滿足燒結生產的要求。本文將詳細闡述不同混合機的基本構造及其在燒結生產中的應用。
關鍵詞：燒結生產；圓筒混合機；強力混合機
一、前言
利用混合機將燒結所用的含鐵原料、熔劑、燃料等進行充分的混合，使物料各組分均勻分布，同時添加適當的水分和蒸汽，改善物料的透氣性，并提高料溫，是燒結生產必要的工藝過程。
從當前全球范圍內鐵礦資源來看，天然富鐵塊礦產出的比例逐漸減少，而鋼鐵生產“對人造富礦”的需求持續增加。人造富礦（即燒結礦、球團礦）所用原料均為細鐵粉礦和超細鐵精礦粉，這種開采、洗選的礦粉必須進行定量配料、混合處理后方能達到燒結生產的要求。本文僅對配料混合工藝中所用的混合機的基本構造及其應用情況展開論述。
二、混合機的功能及應用
燒結生產是高爐冶煉的原料準備工序。為了滿足高爐冶煉要求，燒結礦在生產過程中除配加含鐵原料外，還需配入其它添加物，以期獲得強度高，還原性好的結晶體；燒結過程在高溫、負壓條件下進行，要求原料必須具有良好的透氣性；同時，原料中的90%硫通過燒結過程除去，燒結過程要具備較好的氧化性氣氛。
燒結所用含鐵原料為礦山開采、洗選后的細粒礦粉和燒結生產過程自生的返礦以及冶金過程的含鐵返料等。為了滿足燒結生產各種條件，就要加入適量的熔劑、燃料和水，而這些添加物組分比例相差很大。必須進行攪拌混合，使其各組分均勻分布；同時，使混勻礦的粒度有所改善，滿足燒結過程中一系列復雜的物理、化學反應，產生理想的液相，最終產出高質量的燒結礦。
混合機作為混合、制粒的關鍵設備，不僅投資費用占比高，而且設備龐大，安裝各方面要求也高，一旦投入使用，混合機的各項性能將基本確定。因此，混合、制粒設備的選擇既要符合生產要求，又要經濟環保。
傳統上，細粉和粗顆粒料都是通過圓筒混合機來進行混合和制粒的。但是，由于原料中部分超細粉的親水性較差，因此在傳統工藝中很難使得水分均勻地分散，而水的均勻分散對于后續制粒效果非常關鍵。
近幾十年來，許多燒結廠不斷對傳統的燒結料制備技術進行革新，將革新重點放在了將已經成熟應用于球團和鋼廠固廢回收的立式強力混合機應用于燒結生產的工藝。
強力混合機應用在燒結生產中有幾種方式：
第一、兩段強化混合制粒工藝(如圖1)
采用強力混合機替代一次圓筒混合機。即一段采用強力混合機，二段采用圓筒混合機的混合工藝。具有混勻度好，無需原料預混勻的優點。
第二、兩段強力混合工藝(如圖2)
采用2臺強力混合機分別替代一次、二次圓筒混合機，即一段、二段均采用強力混合機的混合工藝。該工藝由奧圖泰開發，并應用于巴西Usiminas公司1~3#燒結廠。
第三、三段混合制粒工藝
采用增加一段強力混合機作為一次混合機的工藝，即一 段采用強力混合機，二段、三段采用圓筒混合機，三段混合的工藝。該工藝在本鋼566m2燒結項目中首次應用，中冶南方設計的山西立恒項目也已經成功應用該工藝。
第四、粗細粒分級強化制粒工藝
根據原料粒級、配加量的不同，采用分段混合，合并制粒的混勻制粒工藝。即將燒結原料中熔劑、燃料、除塵灰、添加水等通過一段強力混合機，一段圓筒混勻后得到的半成品混勻礦A。燒結用鐵礦粉等含鐵原料通過一段圓筒混合機混合后得到半成品混勻礦B。混勻礦A、混勻礦B經膠帶機輸送進一段圓筒制粒機制粒后送至燒結機機頭料倉。該工藝已成功應用于日本住友祖島住友和歌山燒結廠。
實踐證明，采用強力混合機替代滾筒混合機或者增加一段強力混合機，能增強燒結混合料的混勻度，使得混合料中超細粉、燃料、熔劑等能充分混勻，使燒結原料透氣性增加，制粒效果增強。
近30年來，許多燒結廠不斷對傳統的燒結料制備技術進行革新。日本住友、新日鐵等公司最早開始采用立式強力混合機用于燒結料混合。通過研究和在住友和歌山第三燒結廠的實踐，由于增加了愛立許強力混合機替代滾筒混合機，使燒結原料透氣性增加，制粒效果增強并且燒結速度提高了10%-12%。由此，生產能力也提高了8%-10%，同時降低焦粉的添加比例0.5%。該研究成果發表于1995年4月2-5日美國Nash‐ville煉鐵大會上。
三、混合機的基本構造及工作原理
（一）圓筒混合機
圓筒混合機通過筒體的旋轉，使物料在筒體內呈＂螺旋狀”運動。在運動的過程中使物料反復“滾落”、拋撒、前移，從而完成物料的混勻與制粒過程。
圓筒混合機主要由以下幾個部分構成：
1、筒體
混合機筒體直徑 φ3.5m～5.5m，長度 12m～25m。通常采用Q345B鋼板卷制焊接成筒節，再由筒節組合焊接成筒體，每節筒體縱向焊縫不超過兩條，且相鄰筒節的縱向焊縫相互錯開 90 度；一混筒體鋼板厚度正常 20mm，過渡段 38mm，滾道處55mm；二混筒體鋼板厚度正常 22mm，過渡段 40mm，滾道處60mm。
2、滾圈
滾圈采用45#鋼整體鍛造，機械加工成型后與筒體焊接。
3、主傳動裝置
混合機傳動形式為：電動機—限矩型液力偶合器（或者聯軸器）—硬齒面減速機—齒式聯軸器—小齒輪—大齒圈—筒體。
（1）小齒輪材質40Cr，小齒輪軸材質40Cr，整體鍛造，齒表面淬火，硬度HRC40-42，調質硬度HB207～227。
（2）大齒圈上下剖分，鑄造加工而成，材質為ZG310-570。
大齒圈通過鉸孔與筒體螺栓聯接。
4、微傳動裝置
混合機設有慢速傳動裝置，由電機直聯減速器，爪型離合器、主減速機和齒輪付實現混合機的微動運轉。主要用于檢修混合機或更換襯板時以低速驅動混合機筒體。
5、托輪裝置
托輪裝置承受整個回轉部分的重量，和滾圈接觸，支承筒體平穩轉動。托輪材質為鍛鋼45#，須調質處理，與軸熱壓配合，軸材質為鍛鋼40Cr，調質處理。
6、擋輪裝置
擋輪裝置承受因筒體傾斜安裝產生的軸向力和齒輪嚙合后產生的附加軸向力，限制筒體的軸向竄動，擋輪成對安裝在下料口側的滾圈兩側。通過錐形輪面和滾圈側面接觸，因接觸力較大，擋輪體材質鍛鋼40Cr，輪面須淬火處理。
7、灑水裝置
混合機的給水裝置，采用高壓霧化噴頭，對物料均勻噴灑霧化水；
噴水裝置由鋼結構梁、給水管道和噴嘴以及兩端支架等組成，給水管軸向貫穿筒體。
8、蒸汽預熱裝置
混合機內采用射流預熱裝置，用脫除物理水的干蒸汽預熱混合料，蒸汽預熱將混合料料溫提高到 55℃（冬季）（夏季60 ℃）以上,避開燒結的露點溫度。
9、潤滑系統
滾圈與托輪間、滾圈與擋輪間、大齒圈與小齒輪間采用噴油潤滑。
油霧噴射到被潤滑表面上（油內含有易揮發稀釋劑，經噴嘴噴出后馬上揮發，）即在潤滑表面形成固態油層，有效地防止接觸表面的磨損。
（二）強力混合機
強力混合采用逆流相對運動的原理，使燒結原料中的水份、生石灰、超細粉等不易分布均勻的物料反復分散、混勻。它由順時針旋轉的混合桶、逆時針高速旋轉的三維混合工具（槳葉，多層刀頭）、固定的L型刮板等組成。
混合桶水平旋轉，轉子偏心安裝（轉子上有多層槳葉），配多功能導料裝置。
多功能工具引導物料流，并推向攪拌工具。分散的物料流被導向相反方向運動,產生宏觀混合。兩個不同速度的高速攪拌工具對由混合桶和多功能工具運動形成的循環物料流的混合作用,產生微觀混合。旋轉的混合盤,特殊工具以及所運用的工藝技術，將使物料產生水平方向和垂直方向的流動。因而,物料將得到最佳的混合均勻度。
順時針旋轉的混合桶把物料輸送到逆時針高速旋轉的槳葉上來使物料充分的混合，固定的L型刮板把混合桶帶過去的物料擋向混合工具及卸料門，保證物料能100%的混合充分，并且能通過卸料門正常卸料。通過傳感器控制的伺服驅動的卸料門，確保物料在混合桶內的停留時間和均勻度一致，可以對物料的波動進行有效的補償，并保證混合的均勻度。
四、混合機的應用
（一）圓筒混合機的應用
圓筒混合機作為傳統的混勻、制粒設備廣泛的應用于國內外大大小小的鋼鐵企業。綜合各方面因素，燒結廠通常采用兩段混合工藝，且都采用圓筒混合機，一次混合的目的在于混勻，二次混合的主要作用是制粒。
混勻制粒（造球）的效果隨物料性質的不同而不同，同時也與外界條件存在一定的關系。當前燒結生產中，改善混勻制粒效果的主要方法包括增加混合段數、延長混勻制粒的時間、采取強化制粒措施等。
在武鋼三燒、唐山東海鋼鐵等生產單位采用3段圓筒混合工藝，并從多方面采取強化制粒措施，包括：增加石灰用量、燒結粉塵預先造球制粒、混合料蒸汽預熱、添加各種添加劑、在混合機進出口料端設導料版和擋圈并安裝強化制粒擋料板、采用含油尼龍襯板和霧化噴水等以提高混合料的成球率和小球強度，增強混合料透氣性。雖然延長混合工藝在一定程度上增強了混勻、制粒的效果，但隨之而來的長期運行成本也會大大增加，也未得到廣泛推廣應用。
（二）強力混合機的應用
傳統燒結工藝，含鐵礦粉與各種原燃料通過圓筒混合機來進行混勻和制粒。近年來，隨著高品位天然鐵礦粉資源逐漸枯竭，鐵礦粉在燒結中的使用比例逐漸減少，人工選礦鐵精粉的使用比列將大大提高（有的單位精礦比例達25%以上）；同時廠內含鐵返粉的配加比例也逐步提高，而這部分返粉的親水力往往會比較差。
需要指出的是，水分的均勻分散對于制粒效果非常關鍵，這也將直接影響燒結料的透氣性。若透氣性差，就導致燒結過程不順，產量降低、質量變差、粉塵增加、環境惡化。
為解決細粉物料對混勻制粒的影響，國內外研究工作者們開發了一種強力混合機在燒結中的應用的新技術，即在圓筒混合機之前加一段強力混合機的工藝。
實踐證明，使用強力混合機新工藝制粒效果增強，燒結速度、生產能力同比有大幅提高，同時燃料比例也有降低。
目前，國內的本鋼、太鋼、立恒等燒結配混系統應用了強力混合機工藝。
（三）圓筒混合機與強力混合機的比較
以處理能力Q=1200t/h的圓筒混合機和強力混合機進行綜合比較，結果如表1所示。
由表可見，強力混合機不僅能提高各項工藝指標，還能在很大程度上降低燒結成本，提高燒結效益。
五、結束語
采用強力混合的新技術改進了細粒鐵礦粉的混勻性和“成球”性，在鐵礦原料不斷變化的情況下，穩定了燒結生產并使之有所發展。對傳統的燒結配料混合工藝也增加了新的發展方向。
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