張 森
（中鋼設(shè)備有限公司， 北京 100080）
摘 要：探究鏈篦機 - 回轉(zhuǎn)窯 - 環(huán)冷機氧化球團工藝設(shè)計過程中的設(shè)備選型。通過分析某公司 180 萬 t 鏈篦機 - 回轉(zhuǎn)窯 - 環(huán)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(shè)備的選型優(yōu)化，使類似生產(chǎn)規(guī)模鏈篦機 - 回轉(zhuǎn)窯 - 環(huán)冷機氧化球團工程的工藝設(shè)備選型更好地服務(wù)于生產(chǎn)。
鍵詞：鏈篦機；回轉(zhuǎn)窯；氧化球團
某公司鏈篦機 - 回轉(zhuǎn)窯 - 環(huán)冷機氧化球團工程由中鋼設(shè)備有限公司總承包，設(shè)計年產(chǎn)氧化球團 180萬 t。新建球團廠布置在老廠區(qū)的原豎爐生產(chǎn)區(qū)內(nèi)，涉及原料大棚及部分脫硫脫硝系統(tǒng)利舊，總工藝平面圖的布置既要避免對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的造成影響，又要使工藝流程、物料運輸流程、能源介質(zhì)路由合理順暢，以便于生產(chǎn)管理及檢修維護，同時要遵循國家、行業(yè)和地方適用的有關(guān)質(zhì)量、環(huán)境和職業(yè)健康安全的規(guī)定。
1 工藝設(shè)計特點
1.1 平面布置
某公司年產(chǎn) 180 萬 t 氧化球團工程建在原豎爐生產(chǎn)區(qū)內(nèi)，在該場地的西南角保留原豎爐生產(chǎn)系統(tǒng)料棚及配料室，場地的南邊保留原有脫硫及部分除塵系統(tǒng)，場地的東邊保留原有成品轉(zhuǎn)運站及膠帶機通廊，場地內(nèi)保留的建構(gòu)筑物和生產(chǎn)設(shè)施交錯縱橫，場地條件非常復(fù)雜。工藝總平面布置需要充分利用現(xiàn)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(cè)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(zhuǎn)窯 - 環(huán)冷機等主要生產(chǎn)設(shè)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(tǒng)靠近原有煤粉制備系統(tǒng)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(zhuǎn)運系統(tǒng)的膠帶機通廊上，中控室布置在場地的中間區(qū)域，新建兩套環(huán)境除塵系統(tǒng)，一套放置在干燥室屋頂，另一套架設(shè)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(chǎn)要求。
1.2 生產(chǎn)工藝流程
新建生產(chǎn)線主要工藝流程包括鐵精礦預(yù)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(chǎn)使用的含鐵原料為智利礦和國產(chǎn)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(jié)劑，改善鐵精礦成球性，提高生球質(zhì)量，使生球的粒度更趨近于均勻。
回轉(zhuǎn)窯燃料采用轉(zhuǎn)爐煤氣 + 煤粉。轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)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(guī)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(fā)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(shè)計了旁路系統(tǒng)，當鐵精礦的水分達到標準要求時，可以利用旁路系統(tǒng)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(shè)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(shè)計了旁路系統(tǒng)，當高壓輥磨設(shè)備出現(xiàn)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(tǒng)運至造球工序。在輥壓配料室設(shè)有 1 個膨潤土倉，1 個熔劑倉（預(yù)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(jīng)人工拆袋后通過倉式泵氣力輸送至膨潤土倉，倉下設(shè)有失重稱，以實現(xiàn)自動化配料。原料及成品環(huán)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(shè)備混均效果好，并且運行可靠，作業(yè)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?；炀蟮奈锪贤ㄟ^ 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(diào)整范圍為 43°～53°, 傾角調(diào)整方式為電動，轉(zhuǎn)速為 0～8.0 r/min?；旌狭贤ㄟ^ P1 膠帶機，傳送至造球室的混合料倉，所有的混合料倉均設(shè)置稱重料位計與檢測料位，混合料倉內(nèi)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(nèi)部。造球機的轉(zhuǎn)速、傾角、加水量等參數(shù)均可調(diào)節(jié)，使得成球效率達到最佳。
1.8 布料
造球室生產(chǎn)的生球通過 L1 膠帶機運送至往復(fù)布料機，往復(fù)布料機通過平移機構(gòu)驅(qū)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(fù)布料機和寬膠帶機均為變頻調(diào)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(tǒng)返回造球室重新造球。鏈篦布料端設(shè)置料厚檢測裝置，通過實時反饋自動調(diào)節(jié)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(yù)熱
對生球進行干燥和預(yù)熱處理，目的是使生球得到很好干燥，并采用均勻預(yù)熱來讓干球形成一定的強度[ 3]。對生球進行干燥和預(yù)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(diào)速范圍 1.2～3.6 m/min，鏈篦機傳動裝置設(shè)置于排料端，傳動裝置采用頭部雙側(cè)柔性傳動裝置，能適應(yīng)需機構(gòu)整體隨機熱位移的工況，并采用變頻調(diào)速滿足生產(chǎn)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(yù)熱Ⅰ段的長度為 9 m，預(yù)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(huán)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(fā)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(yù)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(yù)熱I 段 650 ℃以上的溫度下，不發(fā)生爆裂等現(xiàn)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(yù)熱 I 段。預(yù)熱 I 段的熱源，是利用環(huán)冷機 II段的熱廢氣，采用部分預(yù)熱 II 段的熱廢氣來作為補充。預(yù)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(jié)，使其可以承受預(yù)熱 II 段 950～1 050 ℃以上的高溫。預(yù)熱I 段設(shè)置 3 個風箱，長為 9 m，預(yù)熱時間約為 3.4 min。預(yù)熱Ⅰ段風箱兩側(cè)設(shè)有集氣總管，預(yù)熱Ⅰ段與抽風干燥段的熱廢氣經(jīng)過靜電除塵系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)處理，達到相關(guān)標準后排放。
4）預(yù)熱 II 段。預(yù)熱 II 段的熱源，是采用回轉(zhuǎn)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(nèi)部結(jié)晶水的分解，還會被加熱、部分固結(jié)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(zhuǎn)窯中承受不斷的沖擊，并且不發(fā)生破裂。預(yù)熱 II 段設(shè)置 6 個風箱，長度 18 m，預(yù)熱時間約 6.8 min。
1.10 球團的焙燒
生球在鏈篦機里經(jīng)過干燥、預(yù)熱等程序后，初步固結(jié)得到一定強度，然后送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行回轉(zhuǎn)窯內(nèi)?；剞D(zhuǎn)窯的長度為 36 m，內(nèi)徑為 Φ5.4 m，斜度為4.25%，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍 0.45~1.6 r/min?；剞D(zhuǎn)窯的內(nèi)襯是使用預(yù)制耐火磚和高強耐火澆注料復(fù)合制造形成的，預(yù)制帶和澆注帶是沿窯身進行間隔布置，預(yù)制帶采用兩層布置，分別為耐磨層和隔熱層，使回轉(zhuǎn)窯的內(nèi)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(nèi)襯的使用壽命，有效降低回轉(zhuǎn)窯外皮溫度?；剞D(zhuǎn)的大齒輪是采用兩個小齒輪來驅(qū)動運行的，每個小齒輪是采用兩個液壓馬達作為動力源[4]?；剞D(zhuǎn)窯所需的熱量由裝在窯頭經(jīng)專門設(shè)計的雙調(diào)節(jié)燒嘴提供，通過改變燒嘴伸入窯內(nèi)的長度和調(diào)節(jié)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(jù)原料情況調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速，使球團礦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)有足夠的停留時間，保證球團礦的質(zhì)量。
1.11 球團的冷卻
在達到焙燒的時間后，焙燒好的球團經(jīng)過窯頭罩中的固定篩進入環(huán)冷機進行冷卻，球團通常在環(huán)冷機中冷卻 45 min 左右。球團礦通過布料裝置布在環(huán)冷機的臺車上，布料的高度約 760 mm，料厚是利用環(huán)冷機轉(zhuǎn)速調(diào)整來控制的。環(huán)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(shè)置 3 臺鼓風冷卻風機和 1 臺結(jié)構(gòu)冷卻風機。
2 結(jié)論
該工藝方案充分利舊老廠的建構(gòu)筑物和生產(chǎn)設(shè)施，合理利用空間，優(yōu)化物流和能源流，根據(jù)原料條件合理選取工藝參數(shù)，為達產(chǎn)達標奠定良好基礎(chǔ)。
參考文獻
[1] 李會義.回轉(zhuǎn)窯托輪漏油的一種根治方法[ J ] .燒結(jié)球團，2019（3）：43.
[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(huán)冷機內(nèi)球團礦熱過程數(shù)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(chǎn)線設(shè)計[ D] .沈陽：東北大學, 2008.