韓慧臻
（河鋼集團宣鋼公司 煉鐵廠，河北 宣化 075000）
摘要：針對河鋼宣鋼鏈箅機 － 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)中存在的工序能耗高、球團質(zhì)量流動大、回轉(zhuǎn)密結(jié)圈等問題，通過開展產(chǎn)線對標、工藝測定研究，找到了問題癥結(jié)所在，并通過制定實施生球造球優(yōu)化、輥篩篩分優(yōu)化、鏈箅機三段溫度壓力優(yōu)化、回轉(zhuǎn)窯環(huán)冷機用風(fēng)優(yōu)化四大工藝優(yōu)化方案，回轉(zhuǎn)密結(jié)圈時間由1.5個月延長到4個月，產(chǎn)量達 3145t／d，鏈箅機 － 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)波動小，可長周期穩(wěn)定順行，產(chǎn)線質(zhì)量、效率大大提升。
關(guān)鍵詞：鏈箅機；回轉(zhuǎn)窯；球團；結(jié)圈；篩分；環(huán)冷機
0 引言
球團生產(chǎn)工藝是一種通過高溫氣體焙燒，把細磨的鐵精礦粉制成球團的方法［1］。 球團礦作為良好的高爐爐料，與高堿度燒結(jié)礦搭配，可使高爐達到增產(chǎn)、節(jié)能，提高經(jīng)濟效益的目的，是鋼鐵生產(chǎn)中的重要一環(huán)［2］。 鏈箅機 － 回轉(zhuǎn)窯氧化球團生產(chǎn)線具有產(chǎn)品質(zhì)量高、原料適應(yīng)性強、單機生產(chǎn)能力大、可用煤做燃料、操作成本低等優(yōu)點，是目前國內(nèi)外大型氧化球團生產(chǎn)線首選的生產(chǎn)設(shè)備［3］。河鋼宣鋼煉鐵廠球團作業(yè)區(qū)1＃鏈箅機回轉(zhuǎn)窯年產(chǎn)100 萬 t合格的氧化球團礦，生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，整條生產(chǎn)線由原料系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、潤磨系統(tǒng)、造球系統(tǒng)、鏈箅機系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、環(huán)冷機等多個系統(tǒng)構(gòu)成［4］ 。投產(chǎn)以來，工序能耗高、造球質(zhì)量波動大、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈周期短等問題嚴重制約了球團礦的生產(chǎn)效率［5］ 。 基于河鋼宣鋼1＃回轉(zhuǎn)窯的工藝概況和系統(tǒng)功能［6］ ，針對影響目標參數(shù)實現(xiàn)的限制性因素，制定實施了4大工藝優(yōu)化方案，即生球質(zhì)量優(yōu)化，鏈箅機熱工制度優(yōu)化，回轉(zhuǎn)窯環(huán)冷機用風(fēng)優(yōu)化，輥篩篩分優(yōu)化等措施，旨在提高球團礦質(zhì)量，穩(wěn)定生產(chǎn)。
1 技術(shù)現(xiàn)狀
河鋼宣鋼1＃回轉(zhuǎn)窯由于原設(shè)計缺陷、設(shè)備老化、工藝參數(shù)匹配不合理等問題，存在窯頭正壓，回轉(zhuǎn)窯頻繁結(jié)圈，產(chǎn)、質(zhì)量水平低等問題，需從工藝、設(shè)備角度系統(tǒng)分析影響其提產(chǎn)提質(zhì)的關(guān)鍵因素，找準切入點，包括生球質(zhì)量有待提高，生球篩分有待提高，焙燒熱工制度需進一步完善，系統(tǒng)用風(fēng)應(yīng)合理調(diào)整以及相關(guān)設(shè)備、設(shè)施優(yōu)化改造。
2 技術(shù)提升方案
2.1 生球質(zhì)量及成球效果優(yōu)化
2.1.1 加強造球前各工序操作，穩(wěn)定原料水分
造球前原料水分的精確控制及水分穩(wěn)定性直接影響生球質(zhì)量和成球效果。 若采用濕度最小的礦粉造球，由于毛細水不足，母球長大很慢，而且結(jié)構(gòu)脆弱、強度極低；若礦粉濕度過大，盡管初始成球較快，但易造成母球相互黏結(jié)變形，生球粒度不均勻，同時過濕的礦粉還容易黏結(jié)在造球盤上。 過濕的生球強度也很差，在運輸過程中易變形、黏結(jié)破裂；干燥焙燒時將導(dǎo)致料層的透氣性變差，爆裂溫度降低，干燥焙燒時間延長，產(chǎn)量與質(zhì)量下降。
一般，礦粉的適宜成球水分是 8％ ～10％ ，且水分波動范圍很窄，一般不超過 ± 0.5％ ，這就需對造球前水分的穩(wěn)定性加以控制。
（1）為穩(wěn)定干燥工序，實行每日跑盤制度，發(fā)現(xiàn)下料量超出正常范圍時，及時進行處理，保證下料的準確性和穩(wěn)定性。 針對高爐煤氣壓力波動大的現(xiàn)狀，對1＃回轉(zhuǎn)窯兩臺干燥機燒嘴的電動調(diào)節(jié)閥進行更換，實現(xiàn)遠程調(diào)節(jié)。 在干燥崗位及中控室安裝煤氣壓力報警裝置，當煤氣壓力≤3.0 kPa及≥12 kPa時或 1min內(nèi)煤氣壓力變化超1 kPa時觸發(fā)警報，崗位人員根據(jù)煤氣壓力波動情況，及時對煤氣電動調(diào)閥進行調(diào)整， 從而穩(wěn)定干燥出口水分在 （ 6.0 ± 0.5）％ ，干燥后水分穩(wěn)定率提高 10個百分點，如表1所示。
（2）針對潤磨工序，為了提高磨機精粉處理量，減少磨機“脹肚” 現(xiàn)象，保護設(shè)備正常運行，干燥后水分控制在（6.0 ± 0.5）％ ，生球造球適宜水分控制在（7.0 ± 0.5）％ 。 通過實際生產(chǎn)摸索發(fā)現(xiàn)，造球盤中大量加水易產(chǎn)生泥疙瘩，導(dǎo)致成球快，生球的質(zhì)量得不到保證，影響后續(xù)生產(chǎn)。 通過改變工藝思路，在磨機后皮帶上增加打水管，對精粉進行均勻加水，使造球前原料水分穩(wěn)定在（6.5 ± 0.5）％ ，這樣造球盤中加水量減少近一半，成球效果及生球質(zhì)量得到了提高，可滿足后續(xù)生產(chǎn)要求。
2.1.2 造球工藝優(yōu)化，改善生球質(zhì)量
生球質(zhì)量在很大程度上決定著成品球團礦的質(zhì)量和產(chǎn)量，因此力求實現(xiàn)生球粒度均勻、機械強度高、熱穩(wěn)定性好、水分適宜。
（1）造球工藝改進。 造球盤的工藝參數(shù)包括直徑、轉(zhuǎn)速、邊高等。 適宜的轉(zhuǎn)速才能使物料沿著造球盤工作面滾動。 造球盤的轉(zhuǎn)速與傾角和物料性質(zhì)有關(guān)。 傾角過大，圓盤內(nèi)的物料帶不到母球形成區(qū)；傾角過小，盤內(nèi)的物料全拋到盤邊，盤心出現(xiàn)空料不能造球。 造球盤的傾角一般為45° ～50°。 造球盤的邊高與傾角和直徑有關(guān)，傾角小，邊高越大，填充率也越大，成球時間越長。經(jīng)生產(chǎn)觀察，以出球效果及生球質(zhì)量好的造球盤為標準，對其他造球盤進行工藝調(diào)整，將造球盤的角度均調(diào)整為47°，旋轉(zhuǎn)刮刀的轉(zhuǎn)速均調(diào)整為10 r／ min，旋轉(zhuǎn)刮刀與底襯的距離調(diào)整為30～40mm。 改進后，出球效果明顯好轉(zhuǎn)，落下強度提升到 5 ～8次，生球流量的穩(wěn)定性、布料的平整性均得到了提升。
（2）造球盤加水設(shè)施優(yōu)化向造球盤內(nèi)加水加料是一項重要和復(fù)雜的操作的。 生產(chǎn)過程中水和混合料是分別加入造球盤中，但兩者關(guān)系十分密切，加水與加料配合良好、適宜，才能造出水分適宜、粒度均勻的生球。 加入水量與生球質(zhì)量有較大的關(guān)系：加水量低于適宜值，成球速度減慢，生球粒度偏小，出球率減少；加水量高于適宜值，成球速度加快，產(chǎn)量提高，但是生球強度下降。 加入造球盤中的物料應(yīng)保證料面疏松。 造球過程中加水方法一般有兩種：一是滴狀水，加在下料點區(qū)域，形成母球；一種是霧狀水，噴到母球表面，使其迅速長大。 通過對造球盤加水設(shè)施摸索，對造球盤下料小皮帶頭輪位置、加水管的布局和位置、固定刮刀及旋轉(zhuǎn)刮刀、造球盤襯板進行了改造。 造球盤落料點較之前向盤內(nèi)延伸了 100mm，小皮帶下料點到邊板距離達到43cm（圖1），加水管由之前的一根管 增加為互相垂直的兩根管（ 圖2），成球效果明顯提升。
經(jīng)過改進，生球的落下強度、抗壓強度及抗磨性能改善，大球、雜球明顯減少，成球效果明顯提升，生球的爆裂溫度有所提高，減少了生球在鏈箅機中干燥、預(yù)熱時產(chǎn)生的粉末。 生球粒級組成見圖3。
2.2 大小輥篩改造，提高篩分效果
當物料從潤磨機中潤磨完成之后，會經(jīng)過皮帶機被傳送到圓盤造球機之中，開始進行造球［7］。 從 造球盤排出物料不僅有粒度合格的生球，還有部分大球、小球和粉末。 為了去除不合格的大球、小球和粉末，必須設(shè)置篩分裝置。 篩分裝置包括 25根大輥篩、41根小輥篩，大輥篩將 ＞ 16mm粒級以上的生球及雜球篩分出去，小輥篩將8mm粒級以下的生 球及粉末篩分出去，這樣可以避免把大量粉末和超粒級生球帶入鏈箅機，使生球粒度均勻，改善料層透氣性，提高產(chǎn)品球團礦的產(chǎn)量、質(zhì)量。 輥篩除了篩分功能外，對生球還有再造功能，可使生球進一步壓實，去除毛刺，光滑表面，提高強度，有利于生球干燥、焙燒的順利進行。 經(jīng)研究，對輥篩進行了全面改造，提高了篩分效果。
（1）將小輥篩篩輥加長 100mm，改造后小輥篩東西兩側(cè)的長度分別比鏈箅機篦床寬度增加約30mm，保證了鏈箅機兩邊布料量；同時調(diào)整布料車在各區(qū)域的停留時間。 小輥篩東西兩側(cè)加裝把邊，流料板兩側(cè)加裝擋板縮口后，鏈箅機料面非常平整，從東至西測量 料面 4個 點 的 高 度 為：172 mm、 170 mm、169 mm、171mm，布料效果非常好（圖4）， 徹底消除了鏈箅機東西兩側(cè)布料虧料的現(xiàn)象。
（2）輥篩兩側(cè)與擋料板接觸的位置是輥篩極易損壞的部位，一是由于擋料板與輥篩摩擦而產(chǎn)生磨損，二是從潤磨機漏出的小鋼球很容易卡在輥篩與擋料板之間的空隙，產(chǎn)生磨損。 更換下的輥篩往往中部比較完好，而端部磨損嚴重，為了提升篩分效果和減少備件的消耗，將輥篩端部 300mm 由空心改為實心耐磨不銹鋼材質(zhì)（圖 5），提高耐磨性，避免了大球進入鏈箅機的機會和由于磨損產(chǎn)生輥篩斷裂的事故。
（3） 輥篩的安裝傾角也非常重要。 傾角過小， 會降低篩分能力，不能滿足生產(chǎn)要求；傾角過大，篩 分能力有所提高，但會降低篩分效率。1＃回轉(zhuǎn)窯小 輥篩角度為 11°，略大，利用檢修，將輥篩重新安裝， 輥篩角度降至 10.5°后，篩分效果及效率明顯提高 （圖 6）。
（4）球團用原料經(jīng)過潤磨機磨細后供造球使 用，潤磨機內(nèi)定期添加直徑 100mm的鋼球用于磨 礦。 鋼球經(jīng)過不斷地磨損，直徑越來越小，當鋼球直徑小于 25 mm 后，從潤磨機出料篦板縫中隨物料進 入下游皮帶，再進入造球及輥篩，從而影響造球質(zhì)量 及輥篩壽命。 為此設(shè)置發(fā)明了揀鋼球裝置（圖 7）， 將出潤磨機后進入皮帶的鋼球揀出，減少對造球及 輥篩工序的影響。
通過對造球及輥篩的改造，改善了鏈箅機布料效果，提高了生球干燥、預(yù)熱效果，球團礦質(zhì)量大幅提升；提高了輥篩篩分能力，減少了濕返料進入下道工序的含量，使進入鏈箅機的粉末減少，顯著改善回 轉(zhuǎn)窯窯況。 濕返料量由100t ／h 降至 63 t ／ h，比例由50.0％ 降至 31.5％ 。
2.3 鏈箅機三段溫度壓力改進方案
由于設(shè)計原因，1＃鏈箅機的溫度梯度及熱工參數(shù)合理性不夠，各段溫度差較大，升溫速率快。 在原有設(shè)施條件下，人為降低預(yù)熱溫度，對應(yīng)測定布料后入鏈箅機 1＃風(fēng)箱碎球粒級及干燥一段煙罩溫度變化情況，找出預(yù)熱段煙罩溫度、干燥一段煙罩溫度與 1＃灰箱中碎料關(guān)系，確定河鋼宣鋼原料條件下生球爆裂溫度，如表 2 所示。
由表 2 可以看出，當干燥一段溫度在280 ℃ 以下時，1＃灰箱碎球大幅度減少，說明生球爆裂溫度在280～ 285 ℃。 同時，優(yōu)化干燥二段控制在 630 ～ 800 ℃，預(yù)熱段控制在1000 ～ 1050 ℃。合理目標溫度參數(shù)確定后，進行如下調(diào)整：
（1）鏈箅機三段內(nèi)隔墻調(diào)整 生球干燥的目的是使生球安全地承受預(yù)熱階段 的溫度應(yīng)力，避免進入預(yù)熱階段時產(chǎn)生裂紋或爆裂。 生球的干燥過程也是提高其熱穩(wěn)定性的過程，干燥 介質(zhì)的溫度高、流速大、濕度小，則干燥速度快。 但 若干燥速度過快，則生球表面汽化也快，當生球?qū)?性差時，內(nèi)部擴散速度低于表面，造成內(nèi)部仍還有水 分，而表面已形成干燥外殼，輕者使球產(chǎn)生裂紋，重 者產(chǎn)生爆裂。 從生產(chǎn)中看，干燥一段的 1＃灰箱中有 大量粉末和碎球，說明生球在干燥一段有爆裂現(xiàn)象。為了降低干燥一段和二段的溫度，將干燥一段和二 段之間隔墻的孔封堵六分之五，使孔洞的面積由1.26m2 減至 0.20 m2 ；干燥二段與預(yù)熱段之間隔墻 的孔封堵二分之一，使孔洞的面積由040 m2減至0.20m2 。 改造后（圖 8），干燥一段和干燥二段溫度 均降低，加熱速率變慢，使得溫度梯度更加合理，控 制了生球爆裂的發(fā)生。 改造前與改造后鏈箅機各段溫度對比見表 3。
（2）鏈箅機煙罩進風(fēng)管改造由于生球干燥所需時間占整個焙燒周期的1 ／4， 1＃回轉(zhuǎn)窯東西兩個耐熱風(fēng)機的回?zé)犸L(fēng)均進入干燥一段，而且匯入同一根管道，預(yù)熱段抽回的熱風(fēng)集中在距干燥一段進口3 ～ 4ｍ 的位置，干燥一段內(nèi)的溫度均勻性差，由于熱量集中且位于剛進入鏈箅機煙罩的位置，所以生球極易產(chǎn)生爆裂，也不利于干燥 一段干燥作用的發(fā)揮。 為此，在煙罩進風(fēng)管南側(cè) 2m 的位置新增加一根直徑 1000 mm鋼管，與原有 舊管道連接，這樣回?zé)犸L(fēng)從南北兩根管道進入干燥 一段內(nèi)，溫度不再集中，溫度均勻性得到改善，提高 了干燥效果，如圖 9所示。
2.4 回轉(zhuǎn)窯環(huán)冷機用風(fēng)優(yōu)化方案
2.4.1 合理調(diào)整主槍內(nèi)外風(fēng)比例及高爐、焦爐煤氣比例，動態(tài)控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫點位置
（1）優(yōu)化主槍燃燒器內(nèi)、外風(fēng)操作。 回轉(zhuǎn)窯主槍燃燒器從外向內(nèi)通道順序：軸流風(fēng)、旋流風(fēng)、高爐煤氣、焦爐煤氣、中心風(fēng)（圖 10）。 煤氣從通道按一定的擴散角向外噴出，旋流風(fēng)與噴出的煤氣混合以高速度螺旋前進，與高速射出的軸流風(fēng)束相遇。 軸流風(fēng)束的插入進一步增強了煤氣與風(fēng)的混合（包括周圍的二次風(fēng)），并可調(diào)節(jié)火焰的發(fā)散程度，能按需要調(diào)節(jié)火焰的長短、粗細，直到獲得所需的火焰形狀。 中心風(fēng)促使中心部分少量回流煤氣燃燒，使燃燒更為充分，并起穩(wěn)流的作用。 在燃燒器的外側(cè)增加攏焰罩防止軸向火焰發(fā)散，起到穩(wěn)定火焰的功效。 經(jīng)過生產(chǎn)摸索，形成了助燃風(fēng)內(nèi)、外風(fēng)調(diào)整制度及高爐、焦爐煤氣使用規(guī)定。 每周對內(nèi)、外風(fēng)進行兩次調(diào)整，開度30％ 和 70％ 輪換，這樣窯內(nèi)火焰長度就會得到有效調(diào)整，內(nèi)風(fēng)加大后，與噴出的煤氣混合，火焰發(fā)散范圍面積加大；外風(fēng)加大后，與噴出的煤氣混合，可增加火焰長度。 通過在生產(chǎn)時使用手持測溫槍對回轉(zhuǎn)窯窯頭、窯中、窯尾各部位進行測溫，和檢修時工藝人員對回轉(zhuǎn)窯內(nèi)、外風(fēng)按照不同比例進行調(diào)整混合，并進入回轉(zhuǎn)窯，通過觀察放置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)測風(fēng)儀的具體狀態(tài)，判斷測量內(nèi)、外風(fēng)可達到窯內(nèi)最遠距離相結(jié)合的方法，綜合分析出窯內(nèi)高溫點從原來的5m 集中區(qū)域，已擴大至窯頭到窯尾之間的 30m區(qū)域，高溫點不再集中，能有效防止結(jié)圈的產(chǎn)生。
（2）高爐煤氣用量大、焦爐煤氣用量小會使窯內(nèi)焙燒溫度不夠，火焰過長，造成球團焙燒不充分， 影響球團礦質(zhì)量；高爐煤氣用量小、焦爐煤氣用量大，會使窯內(nèi)溫度過高，火焰短且集中，容易形成結(jié) 圈。 生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，焦爐煤氣用量 2000 ～2600 m3／ h、 高爐煤氣用量 10000 ～15000 m3 ／h 為最適宜的比 例，并隨時根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行調(diào)整，保證窯壁 溫度在 1200 ～1250 ℃。
2.4.2環(huán)冷機溫度壓力優(yōu)化 環(huán)冷機冷卻是焙燒
球團礦過程中的重要環(huán)節(jié)，它雖然不直接作用于焙燒固結(jié)過程，卻極大地影響固結(jié)的結(jié)果。 冷卻速度過快，沿球團半徑收縮不均 勻，產(chǎn)生應(yīng)力，使球團礦強度降低。 當冷卻速度為70 ～80 ℃ ／min 時，球團礦強度最高，既能滿足球團 礦的強度，要求也能達到較好的冷卻效果。
改進措施如下：
（1）環(huán)冷機一段與二段、二段與三段風(fēng)箱間通風(fēng)孔全部封堵，環(huán)冷機一段與二段隔墻下降400mm（圖 11），可以有效防止風(fēng)箱間的竄風(fēng)，也可以減少環(huán)冷機一段、二段、三段之間熱量的流通，形成良好的回?zé)釡囟取?/p>
（2） 環(huán) 冷 機 布 料 厚 度 由 550mm 提 高 至650mm，平料坨刮料，保證布料平整。 在滿足冷卻效果的前提下，適當降低機速，可增加厚度，降低冷卻速度，促進球團礦再次氧化和強度提升。 環(huán)冷機 布料料層厚度為 550mm時，成品球抗壓強度為 2560N／ 個，布料厚度提高至 650mm 后，成品球抗 壓速度為2580N ／ 個，增加 20N ／ 個。 調(diào)整前，環(huán)冷一段溫度控制在950 ℃以上，環(huán)冷 二段溫度控制在 700～ 850℃；環(huán)冷一段壓力為2.0 ～ 2.3kPa ，環(huán)冷二段壓力為1.8 ～ 2.1kPa，通過 調(diào)整，環(huán)冷一段溫度控制在 1000 ～1050 ℃，環(huán)冷二 段溫度控制在 650 ～ 750 ℃；環(huán)冷一段壓力為2.1～ 2.5kPa ，環(huán)冷二段壓力為2.0 ～ 2.4kPa ，達到了環(huán) 冷一二段不串風(fēng)的效果，環(huán)冷機熱量得到充分利 用，改 善 了 回 轉(zhuǎn) 窯 的 焙 燒 效 果， 節(jié) 省 了 煤 氣 使 用量［8］。
3 實施效果
通過對造球設(shè)施改進、參數(shù)優(yōu)化，改善了成球效果，提高了生球流量和質(zhì)量的穩(wěn)定性；輥篩的改造大大提高了篩分效果，減少了粉末入窯量；通過合理進行溫度匹配，優(yōu)化工藝參數(shù)，有效防止了生球爆裂；對回轉(zhuǎn)窯環(huán)冷機的用風(fēng)改進，控制了各部回?zé)犸L(fēng)梯度。 扣除因環(huán)保管控及檢修影響的停機，改造前后河鋼宣鋼1＃回轉(zhuǎn)窯主要經(jīng)濟指標見表 4。 生球質(zhì)量提升、輥篩篩分改進、生球爆裂溫度 工業(yè)試驗研究、合理參數(shù)的匹配調(diào)整以及回轉(zhuǎn)窯、 環(huán)冷機用風(fēng)的優(yōu)化已在河鋼宣鋼 1＃回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)中 得到應(yīng)用，回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈時間由 1.5 個月延長至 4 個 月，產(chǎn)量水平明顯提高。
4 結(jié)語
上述措施的創(chuàng)新和應(yīng)用，深化了河鋼宣鋼 1＃鏈箅機 － 回轉(zhuǎn)窯長周期地穩(wěn)定順行，回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈時間延長，產(chǎn)量水平提高，達到3145t ／ d，在全國同類型 鏈箅機 － 回轉(zhuǎn)窯中處于先進水平。 同時，改造后生 產(chǎn)設(shè)備維持在較優(yōu)的狀態(tài)，降低了生產(chǎn)過程的波 動，確保了生產(chǎn)安全、穩(wěn)定和持續(xù)運行。
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