張 森
（中鋼設備有限公司， 北京 100080）
摘 要：探究鏈篦機 - 回轉窯 - 環冷機氧化球團工藝設計過程中的設備選型。通過分析某公司 180 萬 t 鏈篦機 - 回轉窯 - 環冷機氧化球團工程中干燥機、高壓輥磨機、混合機、圓盤造球機等設備的選型優化，使類似生產規模鏈篦機 - 回轉窯 - 環冷機氧化球團工程的工藝設備選型更好地服務于生產。
鍵詞：鏈篦機；回轉窯；氧化球團
某公司鏈篦機 - 回轉窯 - 環冷機氧化球團工程由中鋼設備有限公司總承包，設計年產氧化球團 180萬 t。新建球團廠布置在老廠區的原豎爐生產區內，涉及原料大棚及部分脫硫脫硝系統利舊，總工藝平面圖的布置既要避免對現有生產系統的造成影響，又要使工藝流程、物料運輸流程、能源介質路由合理順暢，以便于生產管理及檢修維護，同時要遵循國家、行業和地方適用的有關質量、環境和職業健康安全的規定。
1 工藝設計特點
1.1 平面布置
某公司年產 180 萬 t 氧化球團工程建在原豎爐生產區內，在該場地的西南角保留原豎爐生產系統料棚及配料室，場地的南邊保留原有脫硫及部分除塵系統，場地的東邊保留原有成品轉運站及膠帶機通廊，場地內保留的建構筑物和生產設施交錯縱橫，場地條件非常復雜。工藝總平面布置需要充分利用現有場地條件將精礦干燥室布置在場地的西北角，將輥壓室配料室和造球室布置在的北側平行于場地的短邊，由于場地長度受限，造球室與鏈篦機室成 90°布置，將鏈篦機 - 回轉窯 - 環冷機等主要生產設施延場地最長邊布置[1]，在滿足防火間距的前提下，混合室盡量貼近鏈篦機室布置；煤粉計量與輸送系統靠近原有煤粉制備系統布置既滿足防火間距要求又縮短了煤粉輸送距離，成品倉布置在原成品轉運系統的膠帶機通廊上，中控室布置在場地的中間區域，新建兩套環境除塵系統，一套放置在干燥室屋頂，另一套架設在 M1膠帶機通廊上，該布置方案既充分利用了空間減少主線長度又滿足生產要求。
1.2 生產工藝流程
新建生產線主要工藝流程包括鐵精礦預配料、干燥、輥壓、配料、混合、造球、焙燒和成品篩分貯運等。工藝流程圖見圖 1。
1.3 含鐵原料、燃料
球團生產使用的含鐵原料為智利礦和國產礦，配比為 50%赤鐵礦 +50%磁鐵礦，通過汽車運輸進廠。采用膨潤土作為黏結劑，改善鐵精礦成球性，提高生球質量，使生球的粒度更趨近于均勻。
回轉窯燃料采用轉爐煤氣 + 煤粉。轉爐煤氣發熱值約 1 400 kcal/m3 ，年最大用量：8.58×107 m3 ；煤粉熱值約 6 500 kcal/kg，年最大用量：1.85 萬 t。精礦干燥采用高爐煤氣作為燃料，按照高爐煤氣熱值≥750 kcal/m3 計算，年最大用量 6.3×107 m3 。
1.4 精礦干燥
鐵精礦的水分一般在 10%左右，當原料水分不大于 9%時高壓輥磨機的輥壓效果比較理想，因此采用干燥工藝嚴格控制進入高壓輥磨機的原料水分。本工程采用 1 臺規格為 Φ3.2 m×20 m 圓筒干燥機，正常處理能力不低于 260 t/h（烘干料），蒸發強度為 40 kg水（m3/ · h），干燥后精礦中水分可脫除約 2%，保證鐵精礦水分滿足高壓輥磨工序要求。熱風爐使用高爐煤氣作為熱源，沿著料流的方向，對物料進行干燥處理。同時干燥處理工序還設計了旁路系統，當鐵精礦的水分達到標準要求時，可以利用旁路系統傳送到輥壓工序。
1.5 輥壓及配料
本工程采用高壓輥磨機對鐵精礦進行細磨處理，增加鐵精礦的比表面積，提高鐵精礦的成球性。高壓輥磨機的最大處理能力為 330 t/h，輥壓室頂層設置 1臺雜物輥篩，可將鐵精礦中雜物篩除，保護高壓輥磨機。輥壓室設計了旁路系統，當高壓輥磨設備出現故障或者鐵精礦比表面積能夠滿足造球要求時，鐵精礦可由旁路系統運至造球工序。在輥壓配料室設有 1 個膨潤土倉，1 個熔劑倉（預留），1 個除塵灰倉。膨潤土采用汽車運輸，袋裝入廠，在膨潤土庫貯存，經人工拆袋后通過倉式泵氣力輸送至膨潤土倉，倉下設有失重稱，以實現自動化配料。原料及成品環境除塵器（布袋除塵器）、多管除塵器和電除塵器的除塵灰，是利用氣力輸送到除塵灰倉[ 2]。鐵精礦利用氣力輸送到高壓輥磨后，膨潤土和除塵灰通過 M1 膠帶機運送到混合室。
1.6 混合
混合工藝采用德國進口立式混合機，做大處理能力 400 t/h(濕基)，混合效率≥98%，該設備混均效果好，并且運行可靠，作業率高。通過混合強化鐵精礦和膨潤土的混均度，降低膨潤土用量，提供成品球團礦品位。混均后的物料通過 P1 膠帶機運送至造球室。
1.7 造球
造球室 Φ7.5 m 圓盤造球機共配置 4 臺，其中 3 臺用于運行，1 臺作為備用。造球機盤邊高度為 650 mm，傾角調整范圍為 43°～53°, 傾角調整方式為電動，轉速為 0～8.0 r/min。混合料通過 P1 膠帶機，傳送至造球室的混合料倉，所有的混合料倉均設置稱重料位計與檢測料位，混合料倉內襯安裝耐磨防粘料襯板，在錐段下出口位置安裝振動漏斗，通過定量給料膠帶機傳送物料到造球機內部。造球機的轉速、傾角、加水量等參數均可調節，使得成球效率達到最佳。
1.8 布料
造球室生產的生球通過 L1 膠帶機運送至往復布料機，往復布料機通過平移機構驅動將生球布置在大球輥式篩分機上，篩除＞16 mm 的不合格生球，＜16 mm的生球布在 B=4 200 mm 寬膠帶機上, 往復布料機和寬膠帶機均為變頻調速，以獲得最佳的布料均勻性。
寬膠帶機接收均勻布料后將生球布到輥式布料機上，篩除＜8 mm 不合格的小球，并將 8～16 mm 合格生球均勻布在鏈箅機的箅床上。不合格生球由濕返膠帶機系統返回造球室重新造球。鏈篦布料端設置料厚檢測裝置，通過實時反饋自動調節鏈篦機運行速度以保證鏈篦機箅床上的布料厚度，生球料層厚度約 200 mm。
1.9 生球干燥與預熱
對生球進行干燥和預熱處理，目的是使生球得到很好干燥，并采用均勻預熱來讓干球形成一定的強度[ 3]。對生球進行干燥和預熱處理過程都是在鏈篦機上進行的，鏈篦機的寬度為 4.0 m，長度為 48.0 m，料層厚度 180～220 mm，鏈箅機運行速度為 2.65 m/min, 調速范圍 1.2～3.6 m/min，鏈篦機傳動裝置設置于排料端，傳動裝置采用頭部雙側柔性傳動裝置，能適應需機構整體隨機熱位移的工況，并采用變頻調速滿足生產的要求。鏈箅機可以分為 4 段，其中鼓風干燥段的長度為 9 m，抽風干燥段的長度為 12 m，預熱Ⅰ段的長度為 9 m，預熱Ⅱ段的長度為 18 m，生球在鏈箅機中處理的時間大概為 17 min。
1）鼓風干燥段。鼓風干燥段利用環冷機Ⅲ段的熱廢氣，溫度為約 150 ℃，需通過回熱風管兌熱風補熱，使煙氣溫度達到約 200 ℃。熱廢氣從料層下方向上鼓風穿過整個料層，在此過程生球脫水、干燥，使其能夠在抽風干燥段 300 ℃以上的溫度下而不發生爆裂。鼓風干燥段共安裝風箱 3 個，鼓風干燥段的長度為 9 m，干燥時間大概為 3.4 min。
2）抽風干燥段。抽風干燥段的熱源，是采用預熱Ⅱ段耐熱風機回收的熱廢氣，熱廢氣的溫度約為 0～380 ℃，熱廢氣從料層上方向下抽風穿過整個料層，在這個階段生球可以脫水和干燥，可以使生球在預熱I 段 650 ℃以上的溫度下，不發生爆裂等現象。抽風干燥段共安裝風箱 4 個，長度約為 12 m，抽風干燥的時間大概為 4.5 min。
3）預熱 I 段。預熱 I 段的熱源，是利用環冷機 II段的熱廢氣，采用部分預熱 II 段的熱廢氣來作為補充。預熱Ⅰ段的溫度通常會被控制在 700 ℃，生球在此段中會被進一步的干燥，并且被初步氧化，固結，使其可以承受預熱 II 段 950～1 050 ℃以上的高溫。預熱I 段設置 3 個風箱，長為 9 m，預熱時間約為 3.4 min。預熱Ⅰ段風箱兩側設有集氣總管，預熱Ⅰ段與抽風干燥段的熱廢氣經過靜電除塵系統和脫硫系統處理，達到相關標準后排放。
4）預熱 II 段。預熱 II 段的熱源，是采用回轉窯窯尾的熱廢氣，這種熱廢氣的溫度為 1 000～1 050 ℃。生球在此溫下會完成內部結晶水的分解，還會被加熱、部分固結硬化和進一步氧化，生球的強度會得到顯著的提升，能夠在回轉窯中承受不斷的沖擊，并且不發生破裂。預熱 II 段設置 6 個風箱，長度 18 m，預熱時間約 6.8 min。
1.10 球團的焙燒
生球在鏈篦機里經過干燥、預熱等程序后，初步固結得到一定強度，然后送入回轉窯內進行回轉窯內。回轉窯的長度為 36 m，內徑為 Φ5.4 m，斜度為4.25%，轉速調節范圍 0.45~1.6 r/min。回轉窯的內襯是使用預制耐火磚和高強耐火澆注料復合制造形成的，預制帶和澆注帶是沿窯身進行間隔布置，預制帶采用兩層布置，分別為耐磨層和隔熱層，使回轉窯的內襯具有良好的隔熱性及耐磨性、較好抗熱震性和較高的抗沖擊性，提高窯內襯的使用壽命，有效降低回轉窯外皮溫度。回轉的大齒輪是采用兩個小齒輪來驅動運行的，每個小齒輪是采用兩個液壓馬達作為動力源[4]。回轉窯所需的熱量由裝在窯頭經專門設計的雙調節燒嘴提供，通過改變燒嘴伸入窯內的長度和調節一次風量的大小，控制燃燒。球團的焙燒溫度一般為1 200～1 250 ℃，可以根據原料情況調節回轉窯的轉速，使球團礦在回轉窯內有足夠的停留時間，保證球團礦的質量。
1.11 球團的冷卻
在達到焙燒的時間后，焙燒好的球團經過窯頭罩中的固定篩進入環冷機進行冷卻，球團通常在環冷機中冷卻 45 min 左右。球團礦通過布料裝置布在環冷機的臺車上，布料的高度約 760 mm，料厚是利用環冷機轉速調整來控制的。環冷機處理能力約 220 t/h，有效冷卻面積為 100 m2 ，中徑 Φ18.5 m，臺車寬 2.2 m，設置 3 臺鼓風冷卻風機和 1 臺結構冷卻風機。
2 結論
該工藝方案充分利舊老廠的建構筑物和生產設施，合理利用空間，優化物流和能源流，根據原料條件合理選取工藝參數，為達產達標奠定良好基礎。
參考文獻
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[2] Junxiao FENG，Kaili Liang，ZhiBin Sun，等.Cooling process of iron ore pellets in an annular cooler[ J ] .礦物冶金與材料學報，2011（3）： 285-291.
[3] 馮俊小，梁凱麗，張材，等.環冷機內球團礦熱過程數學模型[ J ] . 北京科技大學學報，2010（12）：1 596-1 600.
[ 4] 毛蕊.本鋼 200 萬 t 氧化球團生產線設計[ D] .沈陽：東北大學, 2008.