李志鵬
中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計研究院有限公司
摘 要：混合機(jī)作為燒結(jié)生產(chǎn)過程中十分重要的設(shè)備，其主要作用是將燒結(jié)所用各種原料按比例配合后進(jìn)行充分混合、制粒，使得混勻料均質(zhì)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(jié)生產(chǎn)的要求。本文將詳細(xì)闡述不同混合機(jī)的基本構(gòu)造及其在燒結(jié)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)生產(chǎn)；圓筒混合機(jī)；強(qiáng)力混合機(jī)
一、前言
利用混合機(jī)將燒結(jié)所用的含鐵原料、熔劑、燃料等進(jìn)行充分的混合，使物料各組分均勻分布，同時添加適當(dāng)?shù)乃趾驼羝纳莆锪系耐笟庑裕⑻岣吡蠝兀菬Y(jié)生產(chǎn)必要的工藝過程。
從當(dāng)前全球范圍內(nèi)鐵礦資源來看，天然富鐵塊礦產(chǎn)出的比例逐漸減少，而鋼鐵生產(chǎn)“對人造富礦”的需求持續(xù)增加。人造富礦（即燒結(jié)礦、球團(tuán)礦）所用原料均為細(xì)鐵粉礦和超細(xì)鐵精礦粉，這種開采、洗選的礦粉必須進(jìn)行定量配料、混合處理后方能達(dá)到燒結(jié)生產(chǎn)的要求。本文僅對配料混合工藝中所用的混合機(jī)的基本構(gòu)造及其應(yīng)用情況展開論述。
二、混合機(jī)的功能及應(yīng)用
燒結(jié)生產(chǎn)是高爐冶煉的原料準(zhǔn)備工序。為了滿足高爐冶煉要求，燒結(jié)礦在生產(chǎn)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(qiáng)度高，還原性好的結(jié)晶體；燒結(jié)過程在高溫、負(fù)壓條件下進(jìn)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(jié)過程除去，燒結(jié)過程要具備較好的氧化性氣氛。
燒結(jié)所用含鐵原料為礦山開采、洗選后的細(xì)粒礦粉和燒結(jié)生產(chǎn)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(jié)生產(chǎn)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(jìn)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(jié)過程中一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生理想的液相，最終產(chǎn)出高質(zhì)量的燒結(jié)礦。
混合機(jī)作為混合、制粒的關(guān)鍵設(shè)備，不僅投資費(fèi)用占比高，而且設(shè)備龐大，安裝各方面要求也高，一旦投入使用，混合機(jī)的各項性能將基本確定。因此，混合、制粒設(shè)備的選擇既要符合生產(chǎn)要求，又要經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
傳統(tǒng)上，細(xì)粉和粗顆粒料都是通過圓筒混合機(jī)來進(jìn)行混合和制粒的。但是，由于原料中部分超細(xì)粉的親水性較差，因此在傳統(tǒng)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(xù)制粒效果非常關(guān)鍵。
近幾十年來，許多燒結(jié)廠不斷對傳統(tǒng)的燒結(jié)料制備技術(shù)進(jìn)行革新，將革新重點放在了將已經(jīng)成熟應(yīng)用于球團(tuán)和鋼廠固廢回收的立式強(qiáng)力混合機(jī)應(yīng)用于燒結(jié)生產(chǎn)的工藝。
強(qiáng)力混合機(jī)應(yīng)用在燒結(jié)生產(chǎn)中有幾種方式：
第一、兩段強(qiáng)化混合制粒工藝(如圖1)
采用強(qiáng)力混合機(jī)替代一次圓筒混合機(jī)。即一段采用強(qiáng)力混合機(jī)，二段采用圓筒混合機(jī)的混合工藝。具有混勻度好，無需原料預(yù)混勻的優(yōu)點。
第二、兩段強(qiáng)力混合工藝(如圖2)
采用2臺強(qiáng)力混合機(jī)分別替代一次、二次圓筒混合機(jī)，即一段、二段均采用強(qiáng)力混合機(jī)的混合工藝。該工藝由奧圖泰開發(fā)，并應(yīng)用于巴西Usiminas公司1~3#燒結(jié)廠。
第三、三段混合制粒工藝
采用增加一段強(qiáng)力混合機(jī)作為一次混合機(jī)的工藝，即一 段采用強(qiáng)力混合機(jī)，二段、三段采用圓筒混合機(jī)，三段混合的工藝。該工藝在本鋼566m2燒結(jié)項目中首次應(yīng)用，中冶南方設(shè)計的山西立恒項目也已經(jīng)成功應(yīng)用該工藝。
第四、粗細(xì)粒分級強(qiáng)化制粒工藝
根據(jù)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(jié)原料中熔劑、燃料、除塵灰、添加水等通過一段強(qiáng)力混合機(jī)，一段圓筒混勻后得到的半成品混勻礦A。燒結(jié)用鐵礦粉等含鐵原料通過一段圓筒混合機(jī)混合后得到半成品混勻礦B。混勻礦A、混勻礦B經(jīng)膠帶機(jī)輸送進(jìn)一段圓筒制粒機(jī)制粒后送至燒結(jié)機(jī)機(jī)頭料倉。該工藝已成功應(yīng)用于日本住友祖島住友和歌山燒結(jié)廠。
實踐證明，采用強(qiáng)力混合機(jī)替代滾筒混合機(jī)或者增加一段強(qiáng)力混合機(jī)，能增強(qiáng)燒結(jié)混合料的混勻度，使得混合料中超細(xì)粉、燃料、熔劑等能充分混勻，使燒結(jié)原料透氣性增加，制粒效果增強(qiáng)。
近30年來，許多燒結(jié)廠不斷對傳統(tǒng)的燒結(jié)料制備技術(shù)進(jìn)行革新。日本住友、新日鐵等公司最早開始采用立式強(qiáng)力混合機(jī)用于燒結(jié)料混合。通過研究和在住友和歌山第三燒結(jié)廠的實踐，由于增加了愛立許強(qiáng)力混合機(jī)替代滾筒混合機(jī)，使燒結(jié)原料透氣性增加，制粒效果增強(qiáng)并且燒結(jié)速度提高了10%-12%。由此，生產(chǎn)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(fā)表于1995年4月2-5日美國Nash‐ville煉鐵大會上。
三、混合機(jī)的基本構(gòu)造及工作原理
（一）圓筒混合機(jī)
圓筒混合機(jī)通過筒體的旋轉(zhuǎn)，使物料在筒體內(nèi)呈＂螺旋狀”運(yùn)動。在運(yùn)動的過程中使物料反復(fù)“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(jī)主要由以下幾個部分構(gòu)成：
1、筒體
混合機(jī)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(jié)，再由筒節(jié)組合焊接成筒體，每節(jié)筒體縱向焊縫不超過兩條，且相鄰?fù)补?jié)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(jī)械加工成型后與筒體焊接。
3、主傳動裝置
混合機(jī)傳動形式為：電動機(jī)—限矩型液力偶合器（或者聯(lián)軸器）—硬齒面減速機(jī)—齒式聯(lián)軸器—小齒輪—大齒圈—筒體。
（1）小齒輪材質(zhì)40Cr，小齒輪軸材質(zhì)40Cr，整體鍛造，齒表面淬火，硬度HRC40-42，調(diào)質(zhì)硬度HB207～227。
（2）大齒圈上下剖分，鑄造加工而成，材質(zhì)為ZG310-570。
大齒圈通過鉸孔與筒體螺栓聯(lián)接。
4、微傳動裝置
混合機(jī)設(shè)有慢速傳動裝置，由電機(jī)直聯(lián)減速器，爪型離合器、主減速機(jī)和齒輪付實現(xiàn)混合機(jī)的微動運(yùn)轉(zhuǎn)。主要用于檢修混合機(jī)或更換襯板時以低速驅(qū)動混合機(jī)筒體。
5、托輪裝置
托輪裝置承受整個回轉(zhuǎn)部分的重量，和滾圈接觸，支承筒體平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。托輪材質(zhì)為鍛鋼45#，須調(diào)質(zhì)處理，與軸熱壓配合，軸材質(zhì)為鍛鋼40Cr，調(diào)質(zhì)處理。
6、擋輪裝置
擋輪裝置承受因筒體傾斜安裝產(chǎn)生的軸向力和齒輪嚙合后產(chǎn)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(cè)的滾圈兩側(cè)。通過錐形輪面和滾圈側(cè)面接觸，因接觸力較大，擋輪體材質(zhì)鍛鋼40Cr，輪面須淬火處理。
7、灑水裝置
混合機(jī)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(jié)構(gòu)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(yù)熱裝置
混合機(jī)內(nèi)采用射流預(yù)熱裝置，用脫除物理水的干蒸汽預(yù)熱混合料，蒸汽預(yù)熱將混合料料溫提高到 55℃（冬季）（夏季60 ℃）以上,避開燒結(jié)的露點溫度。
9、潤滑系統(tǒng)
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(nèi)含有易揮發(fā)稀釋劑，經(jīng)噴嘴噴出后馬上揮發(fā)，）即在潤滑表面形成固態(tài)油層，有效地防止接觸表面的磨損。
（二）強(qiáng)力混合機(jī)
強(qiáng)力混合采用逆流相對運(yùn)動的原理，使燒結(jié)原料中的水份、生石灰、超細(xì)粉等不易分布均勻的物料反復(fù)分散、混勻。它由順時針旋轉(zhuǎn)的混合桶、逆時針高速旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子偏心安裝（轉(zhuǎn)子上有多層槳葉），配多功能導(dǎo)料裝置。
多功能工具引導(dǎo)物料流，并推向攪拌工具。分散的物料流被導(dǎo)向相反方向運(yùn)動,產(chǎn)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(yùn)動形成的循環(huán)物料流的混合作用,產(chǎn)生微觀混合。旋轉(zhuǎn)的混合盤,特殊工具以及所運(yùn)用的工藝技術(shù)，將使物料產(chǎn)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(zhuǎn)的混合桶把物料輸送到逆時針高速旋轉(zhuǎn)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(qū)動的卸料門，確保物料在混合桶內(nèi)的停留時間和均勻度一致，可以對物料的波動進(jìn)行有效的補(bǔ)償，并保證混合的均勻度。
四、混合機(jī)的應(yīng)用
（一）圓筒混合機(jī)的應(yīng)用
圓筒混合機(jī)作為傳統(tǒng)的混勻、制粒設(shè)備廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)外大大小小的鋼鐵企業(yè)。綜合各方面因素，燒結(jié)廠通常采用兩段混合工藝，且都采用圓筒混合機(jī)，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(zhì)的不同而不同，同時也與外界條件存在一定的關(guān)系。當(dāng)前燒結(jié)生產(chǎn)中，改善混勻制粒效果的主要方法包括增加混合段數(shù)、延長混勻制粒的時間、采取強(qiáng)化制粒措施等。
在武鋼三燒、唐山東海鋼鐵等生產(chǎn)單位采用3段圓筒混合工藝，并從多方面采取強(qiáng)化制粒措施，包括：增加石灰用量、燒結(jié)粉塵預(yù)先造球制粒、混合料蒸汽預(yù)熱、添加各種添加劑、在混合機(jī)進(jìn)出口料端設(shè)導(dǎo)料版和擋圈并安裝強(qiáng)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(qiáng)度，增強(qiáng)混合料透氣性。雖然延長混合工藝在一定程度上增強(qiáng)了混勻、制粒的效果，但隨之而來的長期運(yùn)行成本也會大大增加，也未得到廣泛推廣應(yīng)用。
（二）強(qiáng)力混合機(jī)的應(yīng)用
傳統(tǒng)燒結(jié)工藝，含鐵礦粉與各種原燃料通過圓筒混合機(jī)來進(jìn)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(jié)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(dá)25%以上）；同時廠內(nèi)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(guān)鍵，這也將直接影響燒結(jié)料的透氣性。若透氣性差，就導(dǎo)致燒結(jié)過程不順，產(chǎn)量降低、質(zhì)量變差、粉塵增加、環(huán)境惡化。
為解決細(xì)粉物料對混勻制粒的影響，國內(nèi)外研究工作者們開發(fā)了一種強(qiáng)力混合機(jī)在燒結(jié)中的應(yīng)用的新技術(shù)，即在圓筒混合機(jī)之前加一段強(qiáng)力混合機(jī)的工藝。
實踐證明，使用強(qiáng)力混合機(jī)新工藝制粒效果增強(qiáng)，燒結(jié)速度、生產(chǎn)能力同比有大幅提高，同時燃料比例也有降低。
目前，國內(nèi)的本鋼、太鋼、立恒等燒結(jié)配混系統(tǒng)應(yīng)用了強(qiáng)力混合機(jī)工藝。
（三）圓筒混合機(jī)與強(qiáng)力混合機(jī)的比較
以處理能力Q=1200t/h的圓筒混合機(jī)和強(qiáng)力混合機(jī)進(jìn)行綜合比較，結(jié)果如表1所示。
由表可見，強(qiáng)力混合機(jī)不僅能提高各項工藝指標(biāo)，還能在很大程度上降低燒結(jié)成本，提高燒結(jié)效益。
五、結(jié)束語
采用強(qiáng)力混合的新技術(shù)改進(jìn)了細(xì)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(wěn)定了燒結(jié)生產(chǎn)并使之有所發(fā)展。對傳統(tǒng)的燒結(jié)配料混合工藝也增加了新的發(fā)展方向。
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