链篦机-回转窑-环冷机球团新工艺
与中国球团技术发展
徐亚军 王纪英 李长兴（北京首钢设计院 北京 100041）
1、前言
高炉精料是冶金工作者始终探讨的技术课题。我国高炉炉料生产较早从前苏联引进了烧结技术并一直 延用至今。从资源条件讲，我国铁矿资源以贫矿为主，细磨精矿粉更适合于生产球团而不是烧结，欧美国家 从六十年代开始发展球团矿生产从而使其高炉炉料结构等到了有效改善，在链篦机!回转窑!环冷机球团 技术研究成功以前，我国球团矿生产主要采用的是竖炉生产工艺，竖炉球团由于受工艺限制，受热不均匀、产 品质量差，不能满足大型高炉生产的要求，而且其单炉生产规模也难以扩大，难以满足大型钢铁企业规模要 求。因此开发大型球团生产技术成为我国钢铁生产的迫切要求。
国外球团厂多建在矿山或港口，便于运输和减少倒运，燃料采用天然气，资源丰富。我国的能源资源以 煤为主，以煤为燃料更符合我国国情。大型球团生产工艺主要有带式烧结机法和链篦机!回转窑法两种。 两者均适于用气、油为燃料，后者则可以用煤作燃料，所以链篦机!回转窑球团技术更适合于在我国发展。 北京首钢设计院会同首钢矿业公司等单位，自1996年开始对链篦机!回转窑!环冷机球团工艺技术进 行开发研究，以填补我国这一技术空白。
2、100万吨/年球团生产线技术应用取得成功
链篦机一回转窑-环冷机球团工艺技术开发研究应用于首钢矿业公司球团厂改造。首钢球团厂原有的链篦机一回转窑生产线于1986年6月建成。原设计采用煤基直接还原工艺,年产30万t金属化球团矿。主体工艺设备为4×52m链篦机,(φ4,7×74m回转窑,(φ)3.7×50m冷却筒)。由于一些客观原因,1989年在对这条生产线进行了简单改造后,改生产氧化球团矿。1989年转产氧化球团矿以来,对这条生产线的工艺设备进行了多次技术改造。但是由于生产工艺设备与生产工艺没有完全配套,使氧化球团矿的生产存在一些不易解决的问题,如球团矿的抗压强度偏低,FeO含量偏高,主机作业率低,能耗高:造成产量低,成本高,产品缺乏市场竞争力。1999年首钢决定采用链篦机一回转窑一环冷机技术对这条生产线进行改造。
2.1技术难点及其研究解决
2.1.1合理工艺流程的确定
链篦机一回转窑球团工艺流程包括物料流程和气体流程。选择何种布料设备、干燥、预热设备、烧结设备、冷却设备是物料流程的关键:冷却球团的热废气如何循环使用,既满足生球的干燥预热、焙烧固结等工艺要求,又使热量得到较大程度的有效利用是气体流程的关键。在充分论证的基础上确定工艺流程如下:
2.1.2合理工艺参数的确定
该项目主要工艺参数是根据北京科技大学试验结论研究制定的,试验以首钢铁精矿为原料,对水分子干燥动力学参数、磁铁矿氧化动力学参数、球团矿的导热性和生球性能进行了试验。并在此基础上对链篦机回转窑一环冷机工艺过程进行了全过程的仿真模拟,最终研究确定参数如下:
表1 链篦机主要工艺参数
总有效面积 ㎡ | 台时产量 t/h | 利用系数 t/(㎡·d) | 料厚 mm | 干燥段 | 预热段 |
有效面积㎡ | 时间min | 风温℃ | 有效面积㎡ | 时间min | 风温℃ | 热风含氧% |
166 | 168.0 | 24.29 | 160~180 | 72 | 11 | 350 | 82 | 12.5 | 1050 | >12 |
表2 回转窑主要工艺参数表
窑长m | 窑径m | 利用系数t/(m³·d) | 焙烧温度℃ | 球在窑内保留时间min | 焙烧时间min |
35 | 4.7 | 8.16 | 1250 | 28.2 | >15 |
表3 环冷机主要工艺参数表
一冷段 | 二冷段 | 三冷段 |
有效面积 ㎡ | 时间 min | 废气温度 ℃ | 风量 万m³/h | 有效面积 ㎡ | 时间 min | 废气温度 ℃ | 风量 万m³/h | 有效面积 ㎡ | 时间 min | 废气温度 ℃ | 风量 万m³/h |
20.2 | 15.2 | 1000 | 12 | 24.24 | 18.2 | 450 | 12 | 24.24 | 18.2 | 100 | 12
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2.1.3合理的设备设计
该工艺的设备主要是链篦机、回转窑、环冷机三大设备。三大设备设计合理是生产系统稳定运行的基础保证。这方面国内缺乏设计经验。链篦机系统做了较多的改造。在原有设备基础上，将机长由52m改为41.5m，按工艺要求调整了预热 段和干燥段烟罩和风箱的分配，并将干燥段分为两段；为使热气流通畅，将预热段烟罩拱顶抬高，链篦机头部 加铲料板，利用回转窑尾高温废气对球团矿预热，提高球团矿的氧化效果。在原有设备的基础上，对链篦机 篦板、链节、侧板、密封结构和溜槽等都进行了改造，改善了设备运行和维护状况，减少漏风，保证工艺顺利。 回转窑将窑长74m截短为35m，三支承改为两支承，使物料和气流的通过更为合理，减少了筒体散热。 也使维修运转费用和故障率大为降低。对回转窑头尾密封罩及密封结构进行改造，使回转窑在负压操作状 态下减少漏风，改善操作环境。原配备的两台315kw双传动的直流电机改为两台200kw 变流变频调速电 机传动（一用一备）。同时根据工艺需要对回转窑的斜度、填充率、转速和窑尾缩口等进行了重新设计。 新建φ12.5m环冷机代替原来2台φ3.7m×50m 冷却筒做为冷却设备。从回转窑排出的炽热的球团矿，通过环冷机受料斗上的固定筛布到环冷机台车上。环冷机设.个风箱三台鼓风机，环冷机的转速根据回 转窑的转速可以调节。环冷机罩分为三个区，一冷、二冷区回收热风至回转窑和链篦机，三冷区废气温度较 低，通过烟囱排放。
2.1.4 合理的生产操作
链篦机-回转窑-环冷机球团工艺国内尚无先例，合理的生产操作方法必定有研究摸索的过程。首钢 球团厂在生产实践中进行了深入细致的摸索并形成了一套完整的操作技术。
2.2 技术应用效果
2000年10月18日，首钢球团厂改造工程正式投产，经过一个月的试运行后，顺利进入了稳定生产状态，主要技术经济指标发生了显著的变化。
主要经济技术指标比较表
主要技术指标 | 单位 | 改造前 | 改造后 | 变化率/% |
球团年产量 | 万吨 | 72.2 | 120.0 | +66.2 |
设备日历作业率 | % | 80.07 | 90.4 | +10.3 |
燃煤消耗 | Kg/t | 52.10 | 19.1 | -65.9 |
电耗 | kWh/t | 49.70 | 35.94 | -27.7 |
水耗 | m³/t | 0.922 | 0.07 | -93 |
修理费 | 万元/年 | 2170 | 1320 | -39.2 |
工序能耗 | kg标煤/t | 63.54 | 31.31 | -50.7 |
球团抗压强度 | N/个球 | 1653 | 2100 | +27.0 |
球团矿亚铁含量 | % | 7.08 | 0.68 | -90.4 |
3、 200万吨／年球团生产线技术更加完善 链篦机-回转窑-环冷机球团工艺技术应用成功后，经济效益显著，对技术研究人员和生产单位都产生 了很大的鼓舞。首钢总公司果断决定建设第二条球团生产线，规模确定为200万吨／年，产品确定为熔剂性 球团。在200万吨／年球团生产线建设中，技术人员在总结经验基础上，考察吸取了国外的先进技术，技术上更加合理。
3.1工艺技术
3.1.1采用国际上较先进的风流系统
3.1.2 采用立式混合机技术
立式混合机较卧式混合机具有混合效果均匀、设备事故率低、检修方便、电耗低等优点。其电耗可降低%。
3.1.3采用挠性篦床技术
链篦机采用挠性篦床技术后，大大减轻了小轴的受力负荷，为链篦机设备大型化提供了技术保障。
3.1.4采用可调式铲料板技术
链篦机采用可调式铲料板结构，改善了铲料板在高温下的受力状况，而且可实现在线调整，降低了机头 漏料率。
3.1.5回转窑采用液压马达传动
回转窑驱动采用液压马达较传统的电机(减速机方式具有起动性能好、可靠度高、维护量低、齿圈受力 均匀等优势。
3.1.6回转窑托轮采用滚动轴承
回转窑托轮采用滚动轴承代替滑动轴承，降低了运行阻力，简化了托轮组结构，提高了使用寿命，也便于 安装和维护。
3.1.7采用变刚度弹簧板技术
回转窑大齿圈与筒体的连接采用变刚度弹簧板结构，保证了传动装置运转的平稳性，减少了对窑内衬的 冲击负荷。
3.1.8采用新型可调垫铁技术
回转窑托圈采用新型可调垫铁技术后，使垫铁更换成为可能，并非常方便。
4、推广应用
链篦机(回转窑(环冷机球团工艺技术的开发应用成功，在扩大生产规模、提高产品质量、降低消耗、节 约能源、保护环境等多方面显示出了强大的生命力，在我国冶金行业产生了巨大影响。从第一条生产线投产 至今短短三年时间，该技术先后在首钢、武钢、柳钢、鞍钢等十几家企业得到推广应用，投产及在建生产线20余条，规模总量达到3600万t／年。这些项目建成投产后将使我国高炉炉料结构发生重大改观。
5、值得注意的问题
5.1注重原料研究
原料不同常常在球团生产中表现差异较大。一些企业在原料尚未落实的情况下就开工建设，容易造成 生产不正常或不能达到预期目的。应加强项目建设的计划性。
5.2注重技术论证
链篦机-回转窑-环冷机球团工艺技术是一套在高温状态下工作的生产系统，强调工艺的合理性和设备的可靠性，严禁频繁停机。故企业在项目建设中应注重技术的论证，否则一旦系统不能正常生产将会给企 业带来重大经济损失。
我国近几年来球团矿的生产的发展迅速和技术装备水平的提高，为我国炼铁原料工业摆脱低水平、重复 建设开创了新的局面。其意义十分深远：
（1）对合理的高炉炉料结构的认识和理解将进一步加深。同时更加看重优质球团矿优良的冶金性能对 高炉炼铁带来的作用和经济效益。有的高炉炼铁工作者已体会到没有优质的氧化球团矿、高炉难以维持稳 定的运行，有的已尝到了使用球团矿的甜头（对提高产量和降低焦比）。有着强烈的增加球团矿用量的要求。
（2） 球团矿生产采用链篦机——回转窑技术更适合我国炼铁原料加工工业的发展。它的优点是：
① 更适合于大型化发展，较大可达500万t/a（单系列）。
② 更适于提高球团的质量（特别是质量的均匀性）。
③ 可用煤作燃料。这适于我们这样产煤大国的能源供源，同时可降低球团矿的生产成本。
④ 其合金钢等高等级材料使用量较少。基本实现了国产化，节约了投资。
结语：
随着高炉炼铁技术和球团矿生产技术的发展，球团矿的生产必将在我国进一步得到发展并在生产技术 上赶上世界先进水平。同时也将给我国高炉炼铁的技术更上一层楼创造更为良好的条件，开创新的局面。
