大型带式焙烧机球团技术的研究与应用
2014-09-10 20:38 来源：钢联资讯 作者：韩志国
1球团生产技术发展现状
1.1国内球团技术应用现状
据统计，2003年，我国球团矿产量为3000万t，其中竖炉球团矿产量为2400万t，带式机产量为325.3万t，链箅机-回转窑产量为193.3万t，所占比例分别为82.2%、11.2%和6.6%。到2011年我国年产球团矿能力已经接近2亿t，其中建成的链箅机-回转窑氧化球团矿生产线约140余条，年产量约1.03亿t；带式焙烧机生产线3条，年产量约728万t；竖炉200余座，年产量约0.9亿，所占比例分别为51.5%、3.5%和45%。
国内球团矿近几年来的主要进步表现在以下几个方面：
1）铁精矿资源多元化。由于选矿技术的进步，特别是反浮选技术和细磨技术的应用，国产铁精矿品位大幅提高、二氧化硅含量下降。此外还大量使用进口高品位、低硅磁铁精矿，以提高球团矿品位，降低高炉渣量。
2）强化原料准备工序。研究表明，润磨机、高压辊磨机的采用对改善造球混合料的粒度组成和比表面积、颗粒形貌、表面亲水性和成球性有显著的效果。国内厂家的生产经验表明，润磨机和高压辊磨机的应用可提高生球强度，降低膨润土的用量，强化球团焙烧。
3）设备大型化和多样化。适应了集约化和专业化的发展趋势，进一步提升了节能减排和环境保护的效率。
目前，国外球团生产，带式机生产能力为2.05亿t，占世界总能力的66.43%；链箅机-回转窑球团矿生产能力8060万t，占世界总能力的26.17%；竖炉球团矿生产能力为2300万t，占世界的7.4%。从带式机、链箅机-回转窑设备如此大的采用比例不难看出，设备大型化是目前国内外球团生产的一个重要标志，是未来球团工业发展的总趋势。它在相当程度上反映出一个时期内的球团工艺水平和机械制造水平，同时也从侧面反映出球团的科学研究水平。竖炉球团由于自身条件难以大型化，其发展已处于停滞状态。
2.带式焙烧机球团技术工艺技术特点
对于以赤铁矿粉为主的原料，带式焙烧机工艺具有作业率高、产品成本低等诸多优势。据统计，在目前正在使用的球团工艺中，带式焙烧机系统约占世界球团产量的55%-60%，在采用赤铁矿粉为原料的球团工艺中76%为带式焙烧机系统，如图1所示。首钢国际工程公司在设计的首钢京唐球团工程中就采用了带式焙烧机球团工艺。
图1球团厂工艺与原料生产能力示意图
带式焙烧机与链箅机-回转窑球团工艺在生球布料以前的工序（如配料、干燥、磨矿、混合、造球等）相同，区别在于焙烧系统。带式焙烧机球团工艺是采用一台带式焙烧机设备来完成干燥、预热、焙烧、冷却等工艺过程，而链箅机-回转窑工艺则是分别采用链箅机、回转窑和环冷机三大主机来完成干燥、预热、焙烧、冷却等工艺过程。带式焙烧机主要有以下技术特点：
第一，干燥、预热、焙烧、冷却全部工艺过程在一台设备上进行，设备简单、可靠，操作维护方便，热效率高，单机能力大，特别适宜使用赤铁矿铁粉原料生产球团矿。
(1)由于球团在带式焙烧机上是相对静止的，料末量的产生大大降低，从而省去回热风除尘的设备投资及运行费用。
(2)由于球团在带式焙烧机上相对静止，不会产生链箅机-回转窑工艺中的结圈及大块问题，生产操作难度大大降低。
(3)由于没有预热后球的转运，对预热后球的强度没有要求，从而可以降低粘结剂消耗量，提高球团品位。
(4)由于没有预热后球的转运，原料粒度可以较回转窑法粗一些，从而节省磨矿投资和磨矿电耗。
第二，预热段和焙烧段装有多个燃烧器，便于精确控制温度。
(1)具有更高的工艺操作灵活性；
(2)工艺过程温度梯度容易调整；
(3)更换原料时容易采用不同焙烧温度及温度梯度。
第三，带式焙烧机上罩耐火材料静止不动，不直接与球团接触，没有机械磨损，没有急剧的温度变化，没有热裂纹，减少了粉尘负荷。
(1)耐火材料使用寿命更长；
(2)降低了维修费用；
(3)球团厂作业率更高，一年作业时间可达350天。
第四，台车可以离线维修
(1)更低的维修费用；
(2)更少、更短的停机时间 ；
(3)球团厂作业率更高，一年作业时间可达350天。
第五，一冷段900℃冷却废气直接回焙烧段和预热段，350℃的风箱热风回抽风干燥段，350℃的二冷段回热风回鼓风干燥。
(1)由于没有回转窑，带式焙烧机总长度小于链箅机-回转窑-环冷机总长度，总的散热面积小，降低了散热损失；
(2)降低了操作费用。
3.首钢国际工程公司在带式焙烧机系统中主要技术创新点
3.1带式焙烧机主要技术创新点
(1)机头布料技术
带式焙烧机的布料设备包括生球布料和铺边底料两个部分。生球布料由3个设备联合组成：往复布料器—宽皮带—双层辊筛布料器。宽皮带的速度可调，其宽度一般比焙烧机台车宽300mm左右。在宽皮带上装有电子秤，随时测出给到台车上的生球量。边底料从铺底料槽分别通过边底料溜槽给到台车上，并用阀门调节给料量。铺底料槽装有称量装置，控制料槽料位。
由首钢国际工程公司自主创新开发的往复式布料器可以实现单行程布料功能，布料速度根据宽皮带机速可调节，保证生球布料方向垂直于宽皮带，而且在宽皮带上生球料厚均匀。此种布料形式相对于链箅机-回转窑工艺中的摆头皮带可降低生球转运次数和落差，有效保护生球质量，提高生球粒度合格率，保证在带式焙烧机上生球层具有较好的透气性，并降低厂房高度和占地面积。生球经宽皮带到双层辊筛，将不合格的大球和小球进行筛除，最后将9-16mm的合格生球均匀布置到台车上。除此之外，双层辊筛筛分过程还可以起到提高生球质量、粒度均匀、表面光滑、粉末少的效果。
设计延长了辊式布料器工作面的有效长度（增加辊子数量），有助于提高生球布料的均匀性。因为随着生球在辊子上滚动行程的增加，生球在辊子上分布的均匀性也必然提高。
(2)改进的柔性传动技术
带式焙烧机传动选用进口产品，根据京唐球团生产工况，对供货商提出相应的改进要求，并自主对安装方式进行设计改进，主要体现在：
① 采用BFT柔性传动减速机，实现调整好后整体出厂整体吊装，确保一次安装到位，现场不需要对齿轮位置进行调整。提高设备精确性，杜绝外界污染影响。
② 采用多点测控，同时在机旁显示和远程监视控制，方便岗位工人根据机旁显示及时发现和处理问题。增加设备可靠性。
③ 对传动增加测速装置，实行有效力矩保护。
④ 在焙烧机传动上首次采用外涨套连接，以适应大型焙烧机传递大扭矩的要求，同时避免传统内涨套容易损坏主轴表面问题，有效保护传动主轴。
⑤ 首次自主设计新型力矩平衡装置的基础安装连接底座，方便安装调整和更换。
(3)台车跑偏调整技术
为防止带式焙烧机台车跑偏，在大星轮的自由轮（非传动）端设有调整装置。需要时可以通过调整此装置，使主轴（自由端）前后移动一定距离以达到纠正跑偏。
(4)台车自动复位技术
尾部星轮安装在活动性框架上（摆架）。由于焙烧机是在热状态下工作，而台车与台架的热胀程度往往是不同的（材质不同），为使焙烧机在工作状态能自由伸缩，机尾都采用摆架形式。摆架作用之一就使吸收台车水平方向的线膨胀；摆架的另一个作用就是避免台车在尾部（由水平轨道向弯道和由弯道向水平轨道过渡之处）拉缝，这样不但消除了台车之间的冲击，而且也避免了球团及碎料粉料的散漏和减少漏风。卸料时漏下的散料由散料漏斗收集，经散料溜槽排除。
(5)新型台车箅条的应用
在整个焙烧过程中，台车要循环经过装料、加热、冷却、卸料等过程，又要承受自重、料重和抽风负压的作用。尤其要经长时间的反复高温作用，这一点上比烧结台车更为突出，带式焙烧机台车最高温度为900℃。箅条由于与焙烧物料直接接触，所经受的最高温度比台车本体更高。其使用寿命对焙烧机的生产效率、经济效益影响很大，因为箅条寿命不但直接影响箅条消耗量，而其还在很大程度上影响焙烧机作业率，尤其是箅条的有效透气性更影响焙烧机单位时间生产率。为适应球团生产工艺上的需要，要求箅条必须具有抗剧烈温度变化和抗高温氧化性能，同时还必须具有一定机械强度。具体改进措施如下：
① 每辆台车安装3种不同类型箅条，均匀分布气流，防止局部过热，提高箅条使用寿命。
②台车和箅条材质选用含钨、镍、铬等合金，可以有效耐高温、耐腐蚀、抗变形。
③台车栏板采用挡风槽设计，解决边缘效应。
④铺边料和底料的设计，降低部分台车承受的高温，有效保护箅条和台车。
3.2其它工艺设计创新点
(1)设计有内配煤工序，对于增加成品球团的孔隙率和还原性提供工艺措施，可以降低总燃料消耗、降低台车箅条温度和风机电耗。此种高气孔率、高还原性的球团用于高炉生产能提高生产率和降低热耗。
(2)熔剂及煤制粉系统采用热废气回用新工艺，降低系统热耗，降低热风炉设备规格，减少设备投资，减少废气排放量，有利于环保；能够控制磨机入口热风含氧量在8%以下，保证煤制粉的安全。
(3)根据球团干燥特点，采用短粗型圆筒干燥机，相比常规长径比干燥机，筒体用钢量、驱动功率、尾气出筒体流速具有优势。驱动功率的优势能够减少电耗，降低运营成本；尾气出筒体的流速低，相应能够减小除尘器的负荷，确保排放达标。干燥机采用180度布置的液压马达驱动，降低驱动功率，干燥机运转更平稳。
(4)采用先进的高压辊压机，增加铁精矿比表面积，保证造球效果。
(5)配料系统采用计算机自动控制配料，给料设备采用变频调速技术，提高了原料重量配比的精确度。
(6)造球采用国产先进的φ7.5m固定刮刀圆盘造球机，可调整倾角，可变频调速，成球率高，利用系数高。
(7)采用先进的风流系统，充分回收利用焙烧系统的高温烟气的显热，最大限度的利用热能，降低球团的热耗。
(8)主要生产过程采用计算机进行集中控制和调节，主要工艺生产环节采用工业电视监控和管理，自动化水平高。
(9)高度重视保护环境，对含粉尘的废气采用高效除尘器予以净化，达到国家标准后排放，有效保护环境。
(10)除尘灰采用浓相气力输送返回配料室使用，能够充分回收和利用资源。
4.带式焙烧技术生产实践与应用
首钢国际工程公司设计的首钢京唐球团厂带式焙烧机生产线自2010年8月8日投产以来，设备运行良好，日均产球团12000t，最大产量13500t。具体生产分析如下：
1）成品球产品质量以及设备作业率等各项指标均位于国内领先地位，目前在国内先进球团行业7项技术经济指标对比中，5项位于国内领先水平：成品球团品位66.5%；球团抗压强度3300N；小于5mm粒级在0.238%左右；SiO2含量3.4%左右；FeO含量平均0.7%左右;工序能耗16kg/t。
2）球团带式焙烧机自投产后设备运行十分平稳，设备作业率92%以上，球团人员配备103人，每班18人，远远低于国内其他球团厂。
3）带式焙烧机四大智能控制系统应用，即风机系统、料厚控制系统、铺底料循环系统、烧嘴系统，极大地稳定了生产，降低了煤气消耗，特别是烧嘴系统的温度优化控制，优化匹配煤气流量与空气的比值，球团煤气能耗从40m3/t降低到目前的30m3/t，每吨球团降低10m3，按照年产球团400万t、焦炉煤气单价0.41元/m3计算，每年可节省0.41元/m3×400万t×10 m3/t=1640万元。
经过近一年的实际运行，证明京唐球团带式焙烧机设计合理，设备运行稳定可靠，设备总体情况令人满意，达到预期效果。其装备技术水平已达到国内一流，国际先进，成为国内外球团行业示范厂。
5.带式焙烧技术的推广应用前景
按2008-2009年国内大中型钢铁企业球团生产线的建设规模，在2010年我国铁球团矿的产能将为1.6-1.7亿t，增加新的铁球团矿产能的空间并不大。淘汰技术水平低、能耗高、成本高、污染严重的小球团，建设大中型球团生产线是必然的发展趋势。目前，国内大多数球团生产线的规模均在250万t/a以下，带式焙烧机球团的发展将为我国球团生产线大型化开创新的思路。
目前，我国钢铁企业铁原料近1/3需要从国外进口，进口原料大部分为赤铁矿原料。目前国内还没有球团矿原料采用70%以上赤铁矿原料、稳定生产的大型球团厂。带式焙烧机生产工艺对原料的适应性强，对生产赤铁矿球团有很大的技术优势，带式焙烧机工艺具有作业率高、产品质量好、产品成本低等诸多优势。据统计，在目前正在使用的球团工艺中，在采用赤铁矿粉为原料的球团工艺中76%为带式焙烧机系统。
鉴于国内钢铁企业多为长线流程，所生产的球团矿多为高炉炉料。要增加高炉炉料中球团矿的比例，就必须有熔剂球团。国内链箅机-回转窑球团工艺生产熔剂性球团还在起步阶段，生产的熔剂性球团碱度不高、生产尚不稳定。而采用带式焙烧机生产工艺对生产熔剂性球团有相当的技术优势,不会出现链箅机-回转窑球团工艺生产熔剂性球团时的一些问题。因此，带式焙烧机球团技术在我国未来会有很好的发展前景。
首钢国际工程公司设计的首钢京唐球团项目是国内唯一的一条大型带式焙烧机球团生产线，焙烧机面积504m2、年产能力400万t，是目前国内已投产最大的带式焙烧机生产线，根据近三年来的生产实践验证，设备运行稳定可靠，设备装备技术达到国内一流，国际先进水平，生产取得了显著的经济效益、社会效益和环境效益。该生产线在首钢京唐钢铁厂的成功应用对我国球团技术的发展将产生积极的促进和示范作用。目前，首钢国际工程公司又承揽了包钢500万t/a带式焙烧机工程设计，为我国球团带式焙烧机工艺技术发展贡献力量，为我国球团行业的发展开辟新的途径。
（撰稿人： 韩志国）
