周茂偉
（常熟市龍騰特種鋼有限公司 燒結廠 江蘇 蘇州 215511）
摘要：針對燒結機邊緣效應的產生誘導因素較多，近年來眾多鋼鐵企業都在進行設備工藝提升改造來消除邊緣效應的產生，單獨進行某一項提升改造，很難達到有效抑制、消除邊緣效應的效果。本文從燒結機臺車欄板、篦條、臺車銷、側密封以及布料工藝、鋪底料使用等多種工藝技術提升出發，以設備改造、工藝調整相結合的聯合措施，在提高主抽風量利用率的同時，有效抑制燒結機邊緣效應的產生，使得燒結礦冶金性能顯著提高，燒結礦固體燃耗、煤氣消耗等均有顯著下降趨勢。
關鍵詞：燒結機；燒結礦；邊緣效應；冶金性能；固體燃耗；煤氣消耗
隨著國家對鋼鐵行業去產能化進程持續開展，綠色鋼鐵已經成為企業生存與發展的向往和追求。伴隨著鋼鐵行業的高速發展，企業間競爭愈來愈烈，鐵水的成本最低化、質量最優化和利潤最大化已然成為鋼鐵企業的生存之道。燒結礦生產作為煉鐵生產過程中重要工序之一，燒結礦的品質是否優質、成本是否經濟直接影響到高爐煉鐵的順行與鐵水成本。因此，嚴格管控燒結礦質量與成本越來越多地引起各鋼鐵企業的高度關注。燒結機作為燒結生產工藝的核心裝備，主體結構的科學性、適應生產的合理性、操作控制的簡易性都是直接或間接影響著燒結礦質量和成本的重要因素。
在燒結生產過程中，各種含鐵物料、熔劑、燃料等按照預定配比進行配料，經過混勻、潤濕、造球后均勻分布到燒結機臺車上進行點火抽風燒結。由于燒結料是顆粒狀物料，在燒結過程中會出現一定的收縮，燒結過的物料和臺車兩端的欄板會出現縫隙，造成兩欄板處的風阻減小，欄板處的燒結速度加快，當臺車運行到燒結機尾部時 ，欄板處的燒結過程提前完成，往往此時臺車中間位置的燒結礦下部還有一層燒結料沒有完全燒結。臺車欄板處由于燒結完成，透氣性大幅度提高，導致大量風從欄板處通過，臺車中間處的通風量大幅度減少，使得中間處的燃燒速度更慢，這種現象被稱為邊緣效應（ 圖—1），而邊緣效應正是造成燒結礦產量、質量下降和成本升高的主要因素。本文以常熟市龍騰特種鋼有限公司燒結廠（以下簡稱龍騰特鋼燒結廠）180㎡燒結機為基礎，通過對燒結機臺車主體結構以及燒結機附屬裝備、工藝的技術改進，有效抑制了燒結機邊緣效應產生，提高了主抽風量利用率，燒結礦冶金性能顯著提高，燒結礦固體燃耗、煤氣消耗等均有顯著下降趨勢，技改效果良好。
圖—1
1 燒結機臺車主體構造技改抑制邊緣效應
燒結機臺車是燒結生產核心裝備之一，根據燒結機機型和燒結面積的不同，燒結機臺車規格尺寸各不相同。隨著燒結機的大型化發展，燒結機臺車單車面積愈來愈大，燒結機產能也越來越高。燒結機臺車一般由臺車主體車架、臺車欄板、臺車輪、彈性滑板和篦條、隔熱墊、篦條壓塊（臺車銷）等組成（圖－2）。以上組件中燒結機臺車欄板構造、臺車車架側密封板、篦條壓塊（臺車銷）以及篦條的結構等都不同程度影響著燒結機邊緣效應的產生。
圖—2
1.1 臺車欄構造技術改進
燒結機臺車欄板構造根據不同機型設計方式不盡相同。有些單位采用上下欄板分體結構，有些單位采取單體式欄板結構。不論其結構如何設計，臺車欄板內側與混合料接觸面傳統上都為平面設計（圖－3）。燒結生產過程中，混合料經點火器點火后，在主抽風機抽風作用下，燒結機臺車料層自上而下逐步生成燒結礦。隨著冷風繼續通過上層燒結礦層，燒結礦冷卻后體積收縮，使得料層與臺車欄板內側面間隙由下而上逐漸增大，隨著臺車欄板兩側通風率加大而形成有害漏風，導致燒結機邊緣效應產生。針對燒結機臺車欄板構造對于燒結機斷面邊緣效應產生的影響，龍騰特鋼燒結廠嘗試將臺車欄板內側進行“波紋鋸齒狀”升級改造（圖－4）。欄板內側面由之前平面狀改造成“波紋鋸齒”狀，布料過程中部分混合料填充到欄板“波紋鋸齒狀”深槽內起到阻風作用（圖—6），降低了臺車欄板邊緣有害漏風，輔助緩解燒結機邊緣效應的產生。
圖—3改造前 圖—4改造后
圖—5改造前邊緣縫隙 圖—6改造后邊緣縫隙
1.2 臺車篦條的技術改進
大多數鋼鐵企業燒結機臺車篦條使用的爐篦條規格外形參數基本一致，篦條緊密排列在燒結機臺車上，篦條之間具有均勻的篦條縫隙（圖－7），縫隙一般在6—8mm之間有的企業篦條間隙≥8mm。由于燒結機臺車本身邊緣透氣性就好，燒結機臺車兩側篦條間隙與中間篦條間隙若一致，將導致靠近欄板兩側位置的篦條風量通過率較大，在燒結生產過程中，主抽風量通過欄板處料層的速度大于臺車中間料層，加劇了燒結機邊緣效應的產生。另外，由于靠近臺車欄板兩側風量通過率過大且同步帶走的粉塵顆粒物也較多，導致該部位篦條磨損率加快，最終形成風阻愈來愈小、通風率愈來愈大，更加繼續加劇邊緣效應的產生。再次，由于篦條經過燒蝕磨損或變形，臺車篦條緊密程度發生變化，靠近臺車欄板邊緣篦條傾斜間隙增大，導致臺車欄板邊緣漏料形成風洞，加劇了邊緣效應的產生（圖－8）。龍騰特鋼燒結廠結合自身燒結機工藝特點，針對篦條質量進行質量提升，使用周期達到18個月以上不燒損，并連續幾年進行邊緣篦條實驗技術攻關，結合業內同行業使用經驗，設計制作了符合自身燒結機臺車使用的邊緣篦條，將靠近欄板兩側3—4根普通篦條直接置換成特制邊緣篦條（圖－9），加大了臺車兩側篦條的風阻，有效降低了臺車兩側風量通過率，降低了臺車兩側垂直燒結速度，從而抑制了邊緣效應的產生。
圖—7
圖—8
圖—9
1.3 燒結機篦條壓塊技術改造
燒結機臺車為防止篦條脫落，在臺車欄板上開圓孔并串入壓塊固定臺車邊緣篦條，起到防止篦條脫落的作用。同步為防止篦條壓塊脫落，壓塊圓棒開孔用開口銷進行固定。一般會在開口銷前端安裝墊片，起到阻風的作用（圖－10傳統壓塊）。實際生產過程中，燒結機臺車篦條壓塊與臺車欄板配合度不是十分緊密，存在壓塊圓棒與欄板圓孔間隙過大、開口銷位置離臺車欄板距離太遠、墊片不具備壓實欄板孔洞等現象（圖－11），導致大量有害漏風進入燒結料層底部，既加劇了燒結機邊緣效應產生，又可能導致臺車銷位置同樣形成“窩狀”燒生料，惡化燒結生產趨勢。為了消除臺車篦條壓塊造成的漏風影響，緩解燒結機斷面邊緣效應的產生，龍騰特鋼燒結廠實驗性將傳統篦條壓塊由開口銷固定模式技改成螺栓螺母固定模式（圖－12）。篦條壓塊圓棒經過車削成螺絲桿狀，附加墊片后由配套螺母進行緊固壓實（圖－13），有效預防了臺車篦條壓塊產生的有害漏風，緩解了燒結機斷面邊緣效應的產生。
圖－10 圖－11
圖－12 圖－13
1.4 燒結機臺車欄板螺栓和側密封耐磨板技術改進
在燒結機運行過程中，在機尾擺架作用下，燒結機臺車與臺車之間對接面應該緊密捏合。實際生產中臺車間對接面由于燒結機尾部卸料、臺車間運轉摩擦和臺車間起拱搭肩等因素側密封耐磨板磨損嚴重，或因熱脹冷縮現象存在臺車欄板螺栓松動欄板錯位等因素，導致臺車對接面間隙過大形成有害漏風（圖－14），加劇了燒結機邊緣效應的產生，使得燒結礦質量下降、返礦率上升，嚴重時在臺車對接面處形成“窩狀”燒生料，直接惡化燒結生產趨勢。因此，龍騰特鋼燒結廠將臺車欄板螺栓等級由之前8.8級的普通螺栓升級到目前12.9級的高強螺栓，使其具有抗高溫、不易變形、不易松動的特點。側密封耐磨板準備充足備件，磨損嚴重時及時下線更換，可起到降低臺車對接面有害漏風的作用，輔助性降低燒結機斷面邊緣效應的產生（圖－15）。
圖－14
圖－15
2 機附屬裝備的技術改進
2.1 梭式布料工藝改進
隨著我國改革開放以后國內經濟發展突飛猛進，包括世界上對于鋼鐵需求量越來越大，導致鋼鐵冶煉原材料需求量和競爭力越來越強烈。為了降低鋼鐵冶煉成本，眾多鋼鐵企業更多的開始采購低品質物料進行燒結生產。由于其價位低的優點，導致在礦粉的粒度、水分和有害元素等方面存在著不利于燒結生產或影響鐵水質量的因素。鐵礦粉粒度過大且粒度差較大，在混料造球過程形成大顆粒“圓球”。混合料經混勻造球后進入混合料倉時一般采用梭式布料器進行穿梭布料。采用梭式布料器工藝可有利于穩定燒結機混合料在臺車寬度方向粒度相對均勻。實際生產過程中，梭式布料器穿梭布料時，在混合料倉中間位置仍然會產生“料峰”（中間高、兩側低），混合料中大顆粒“圓球”偏析進入混合料倉兩側（圖－16），導致燒結機布料過程中形成“偏析”即：大顆粒“圓球”分布到臺車兩側靠近欄板區域，使得臺車兩側料層過于疏松、透氣性過好，加劇了燒結機邊緣效應的產生。另外，由于礦石顆粒較大和透氣性太強，燒結過程中料層無法達到大粒級礦石“熔點”溫度，導致燒結礦液相生成較差，降低了燒結礦強度。
為了消除梭式布料器布料過程中產生的大顆粒物料偏析，龍騰特鋼燒結廠經過多次試驗，將梭式布料器兩側A和B端行程換向PLC控制器中增加延時換向程序，在梭式布料器穿梭布料換向時，根據混合料倉兩側欠料情況進行精準延時換向進行物料填補，在緊靠混合料倉兩側倉壁位置形成向料倉中心位置的凹形料面（圖－17），使其混合料大顆粒向料倉中間位置偏析，從而緩解了臺車兩側大顆粒物料過多導致的透氣性過強而形成的邊緣效應和低強度燒結礦。
圖－16
圖－17
2.2 鋪底料工藝技改
為了提高燒結機料層透氣性和保護篦條延長壽命，預防混合料堵塞爐篦條，減少粉塵進入燒結機大煙道，燒結生產一般都采取鋪底料工藝，即在燒結機臺車布料前，在爐篦條上鋪厚度為30—50mm、粒度在10—20mm間的燒結礦。在實際生產過程中，由于鋪底料倉進料口為固定式下料口，鋪底料進入料倉后倉中間形成“錐體”，大粒級鋪底料偏析到料倉兩側（圖－18），燒結機臺車兩側鋪底料粒級大于臺車中間位置，導致臺車兩側透氣性加強，加劇了燒結機斷面邊緣效應的產生。其次，生產過程中鋪底料擺動漏斗兩側磨損速度高于中間位置，再由于在鋪底料厚度調節板作用下，燒結機臺車兩側鋪底料厚度會高于臺車中間位置，使得臺車兩側料層透氣性有所提高，加劇了燒結機斷面邊緣效應的產生。
為了消除鋪底料因素對于燒結機斷面邊緣效應產生的影響，龍騰特鋼燒結廠嘗試將鋪底料漏斗進行外形改造。將鋪底料漏斗外形尺寸兩側面進行內收至燒結機臺車兩側80—100mm不鋪設鋪底料（圖－19），使混合料直接分布到燒結機臺車上，等同于加厚了臺車邊緣料層厚度，降低了臺車兩側料層透氣性，緩解了燒結機斷面邊緣效應的產生。
圖－18
圖－19改造前后對比
2.3 圓輥布料器粘料清理機構改造
燒結機臺車布料工藝一般采用圓輥布料器聯合多輥布料器（常見七輥布料器或九輥布料器），生產過程中，在圓輥布料器兩側擋圈夾角容易形成粘料，致使圓輥布料器兩側下料減少，導致臺車靠近欄板兩側“欠料”料層較薄，料層通風率較強、垂直燒結速度過快，產生邊緣效應。為了消除圓輥粘料造成的臺車欄板處欠料，可利用圓輥后面清掃器支架制作圓輥擋圈夾角清料器，一般制作成可調節鋼制刮刀，可緩解圓輥擋圈夾角粘料造成的燒結機臺車欄板邊緣欠料。
2.4 疏料器技術改造
當燒結機采取厚料層燒結生產工藝后，各燒結廠普遍在圓輥布料器下安裝疏料器，以防止布料過程中物料壓實，導致料層透氣性變差，影響垂直燒結速度。由于燒結機臺車本身就具有邊緣通風率高的特點，極易產生邊緣效應，如果靠近臺車欄板處進行疏料器疏松物料，就會導致臺車兩側透氣性高于臺車中間位置，加劇燒結機產生邊緣效應。因此可將疏料器疏料改造成可拆解疏料齒，根據邊緣效應程度可將靠近欄板處疏料齒選擇性拆除，以增加臺車兩側物料密實性，降低臺車兩側通風率，緩解燒結機邊緣效應的產生。
2.5 燒結機布料采用壓輥壓料技術
燒結機采用壓輥壓料技術是將燒結機臺車靠近欄板兩側表面料層壓實后起到阻風作用。有些企業壓料方式相對簡單，在靠近臺車欄板兩側懸掛2塊壓料板或增加配重，進行料面表層壓料，但效果不明顯。龍騰特鋼燒結廠自行設計制作了懸掛式可調節圓形“實心”和半實心“厚壁”壓輥，用連接軸懸掛在布料平臺下，壓輥與料面接觸后依靠燒結機運行產生壓輥旋轉動力，依靠壓輥自重力將燒結機兩側料面壓實，起到了阻風作用并緩解了燒結機邊緣效應的產生。
3 結論
龍騰特鋼燒結廠經過論證，先后對燒結機臺車欄板進行“波紋鋸齒狀”改進、邊緣篦條的設計與使用、臺車篦條壓塊的改進試驗、鋪底料工藝的改進、布料壓輥技術的實施、梭式布料器偏析布料的工藝提升、圓輥刮刀和疏料器改造等綜合措施的同步實施，共同作用在一臺燒結機上后效果顯著，燒結機斷面兩側由之前的嚴重過燒（圖－20）和嚴重的邊緣效應從本質上得到了消除，斷面紅層厚度均勻（圖－21），燒結礦質量顯著提高。
圖－20聯合措施改造前
圖－21聯合措施改造后
圖－22
根據圖27所示，燒結機通過各種聯合措施技改后，不僅邊緣效應現象得到了徹底消除，而且通過生產數據對比可見：聯合措施改造后較比改造前燒結機料層厚度提高21.33mm；燒結機負壓提高了0.35kpa；固體燃料消耗（濕）下降1.98kg/t；煤氣消耗下降0.78m3/t；轉鼓強度提高0.43%；RDI+3.15升高2.53%；5—10mm粒級燒結礦比例下降0.22%；燒結礦FeO含量降低0.24%。由此可見，隨著燒結機邊緣效應的消除，燒結主抽風量利用率得到有效提高。隨著風量利用率的提高，燒結礦冶金性能有所改善，燒結礦成本消耗逐漸呈下降趨勢，聯合措施技改后綜合效果顯著。（數據僅供參考）
參考文獻
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