摘  要 圍繞制約鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)效率的問題，分析了生產(chǎn)能耗高、生球質(zhì)量不穩(wěn)定、焙燒制度不合理、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈周期短等主要制約因素，通過應(yīng)用二次配料、穩(wěn)定造球質(zhì)量系列改進(jìn)、鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒等多種技術(shù)措施，使煤氣消耗降低0.1GJ/t，膨潤(rùn)土消耗降低2.91kg/t，工序能耗降低2.71kg/t，年產(chǎn)量增加了14.27萬噸。

關(guān)鍵詞鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯  二次配料  低溫焙燒

Research and Application of Efficient Production Technology in 600 000 t Grate-kiln

LIXiuhaiSUNLianshengZHAO XiangdongLILin

(Shandong Steel Co., LTD., Laiwu Branch)

AbstractAround the cause of the grate-kiln production efficiency, analyzed the production of high energy consumption, the pellet quality is not stable, roasting temperaturewas not reasonable, ring in rotary kilnwas short, etc of the main factors, by applying the secondary ingredients, stable pelletizing quality improved, chain gas machine series, the grate-kiln at low temperature, and other technical measures, make the gas consumption was reduced by 0.1GJ/t, the bentoniteconsumptionwas reduced by 2.91kg/t,the process energy consumption was reduced by 2.71 kg/t,and annual productivity increased by 0.1427million ton.

Keywordsgrate-kilnthe secondary ingredientslow temperature roasting

1  前言

萊鋼60萬噸鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線2009年6月建成投產(chǎn)，主要工藝流程為：國(guó)內(nèi)外鐵精粉與膨潤(rùn)土按一定比例混合，經(jīng)干燥、潤(rùn)磨后，通過圓盤造球機(jī)造球，篩分布料后，在鏈篦機(jī)上干燥、預(yù)熱，回轉(zhuǎn)窯中焙燒，環(huán)冷機(jī)內(nèi)冷卻后，得到的8~16 mm合格成品球，供高爐使用。投產(chǎn)以來，工序能耗（膨潤(rùn)土、煤氣）高、造球質(zhì)量（落下強(qiáng)度、生球粒度）波動(dòng)大、焙燒制度不合理、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈周期短等，嚴(yán)重制約了球團(tuán)生產(chǎn)效率，年產(chǎn)量50.09萬噸，達(dá)不到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。為此，山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司采取膨潤(rùn)土配加方法工藝改進(jìn)、穩(wěn)定造球質(zhì)量設(shè)備改造、低溫焙燒工藝優(yōu)化等系列攻關(guān)，工序能耗由30.33kg/t降低至27.62kg/t，年產(chǎn)量達(dá)到了64.36萬噸，取得了顯著效果。

2  制約生產(chǎn)效率分析

2.1膨潤(rùn)土消耗高

60萬噸鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯使用雙山鈣基膨潤(rùn)土，配比在4%左右，與國(guó)內(nèi)先進(jìn)球團(tuán)廠相比差距較大，如表1所示。

從表1看出：60萬噸球團(tuán)膨潤(rùn)土消耗與鞍鋼弓礦相比，差距近20kg/t，膨潤(rùn)土消耗高增加了生產(chǎn)成本的同時(shí)，降低了球團(tuán)礦的品位，使成品礦中SiO2含量增加，煉鐵渣量增加，焦比上升，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。分析膨潤(rùn)土消耗量高的原因有：

2.1.1原料粒度粗、水份大、成球性差

進(jìn)廠原料主要為華聯(lián)系列、萊礦系列、魯中系列鐵精粉，其主要理化性能指標(biāo)見表2，分別按照20%、40%、40%配比進(jìn)行配料，精礦粒度較粗，水份偏大，成球性差，致使膨潤(rùn)土消耗高。

2.1.2工藝條件限制

烘干筒設(shè)計(jì)能力為90t/h，內(nèi)部揚(yáng)料裝置因設(shè)備原因被拆除，隨著產(chǎn)能的提升，混合料烘干效果不理想，進(jìn)入潤(rùn)磨機(jī)后，經(jīng)常出現(xiàn)混合料堵塞篦板不出料的“脹肚子”現(xiàn)象，頻繁分料，膨潤(rùn)土配加量隨之增加，生球落下強(qiáng)度、水分、粒度不穩(wěn)定，整個(gè)生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)。

2.1.3膨潤(rùn)土配加方法不合理

傳統(tǒng)配料工藝為：配料室根據(jù)生產(chǎn)指令按照一定比例配加鐵精粉與膨潤(rùn)土，經(jīng)膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)混合進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)，烘干機(jī)內(nèi)無揚(yáng)料裝置，部分混合料經(jīng)翻轉(zhuǎn)滾動(dòng)成球，且烘干室內(nèi)溫度達(dá)到800℃，經(jīng)過高溫烘干，膨潤(rùn)土理化性能發(fā)生變化，與鐵精粉進(jìn)行了初反應(yīng)，影響膨潤(rùn)土粘結(jié)性，致使膨潤(rùn)土消耗升高。

2.2生球質(zhì)量不穩(wěn)定

2.2.1生球質(zhì)量差

造球工藝要求：生球落下強(qiáng)度5~9下/個(gè)球，粒度8~16mm，占比85%以上。受烘干、潤(rùn)磨的影響，進(jìn)料水分、粒度波動(dòng)明顯，影響造球質(zhì)量。同時(shí)，加水方式不合理、刮料效果差，生球質(zhì)量波動(dòng)大，不合格生球進(jìn)入鏈篦機(jī)后，經(jīng)干燥、預(yù)熱，破裂產(chǎn)生粉末，加劇回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，影響球團(tuán)礦的產(chǎn)量。

2.2.2潤(rùn)磨利用率低

混合料經(jīng)過潤(rùn)磨后，能夠提高混合料粒度及表面活性，降低膨潤(rùn)土用量。60萬噸鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯，設(shè)計(jì)使用φ3.8×6.5m潤(rùn)磨機(jī)一臺(tái)，能力110t/h，在生產(chǎn)過程中，存在兩個(gè)問題：一是篦板、螺栓質(zhì)量差，平均每周需停機(jī)4~8h處理篦板故障，故障率高；二是篦板結(jié)構(gòu)不合理，當(dāng)進(jìn)料量大于80 t/h時(shí)，出現(xiàn)篦板堵塞“脹肚子”現(xiàn)象，頻繁分料，造成生產(chǎn)波動(dòng)。

2.3焙燒制度不合理

2.3.1焙燒溫度高

球團(tuán)原料為磁鐵礦時(shí)，由于工藝操作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的欠缺，熱工制度不合理，回轉(zhuǎn)窯的焙燒溫度仍控制在1300~1400℃左右，焙燒溫度過高，球團(tuán)氧化急劇放熱，形成高溫區(qū)，發(fā)生液相固結(jié)反應(yīng)，形成結(jié)圈，結(jié)圈后對(duì)風(fēng)流系統(tǒng)產(chǎn)生影響，鏈篦機(jī)干燥、預(yù)熱效果下降，進(jìn)入窯內(nèi)高溫爆裂，產(chǎn)生大量粉末，消耗了大量的熱量，同時(shí)加劇了窯內(nèi)結(jié)圈的形成，導(dǎo)致惡性循環(huán)，煤氣消耗增加，生產(chǎn)成本升高。

2.3.2干燥、預(yù)熱溫度不合理

鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝是利用回轉(zhuǎn)窯的熱廢氣，通過主引風(fēng)機(jī)，將窯尾熱風(fēng)引至鏈篦機(jī)進(jìn)行干燥、預(yù)熱。鏈篦機(jī)的耐熱循環(huán)風(fēng)機(jī)分為耐熱1#風(fēng)機(jī)和耐熱2#循環(huán)風(fēng)機(jī)，當(dāng)前1#耐熱風(fēng)機(jī)停用，2#耐熱風(fēng)機(jī)從預(yù)熱二段抽過來的風(fēng)分配到干燥一段和干燥二段，造成干燥一段和干燥二段熱廢氣不足，干燥效果差，干燥一段溫度只有140℃，生球進(jìn)入干燥二段，因溫度升高較快，造成球團(tuán)爆裂，粉末進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，加劇了窯內(nèi)結(jié)圈。

2.3.3回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈周期短

回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈周期短，每月都要停機(jī)對(duì)結(jié)圈物進(jìn)行清理，嚴(yán)重時(shí)僅生產(chǎn)10天就需處理。窯中結(jié)圈厚度達(dá)0.5~1m，結(jié)圈物掉落窯頭后，堵塞格篩，不得不休風(fēng)處理。為此，對(duì)回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈物與球團(tuán)礦進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果如表3所示。

其中，試樣3為球團(tuán)礦。分析看出，除SiO2、FeO外，結(jié)圈物與球團(tuán)礦其它成份幾乎相同，因此可確定，結(jié)圈是因焙燒溫度過高，粒狀、粉狀爆裂物液相固結(jié)形成的。

2.3.4環(huán)冷機(jī)余熱利用不完善

工藝線中環(huán)冷機(jī)分為三個(gè)冷卻段，配置了三臺(tái)冷卻鼓風(fēng)機(jī)，將來自回轉(zhuǎn)窯1200℃的熱球團(tuán)冷卻至120℃，環(huán)冷一段熱風(fēng)自窯頭進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯二次利用，環(huán)冷二段熱風(fēng)進(jìn)鏈篦機(jī)預(yù)熱一段二次利用，環(huán)冷三段熱廢氣（350℃左右）直接放散，350℃左右的廢氣直接放散造成熱量浪費(fèi)損失和環(huán)境污染。

焙燒溫度偏高和回轉(zhuǎn)窯正壓，風(fēng)流系統(tǒng)不暢通，環(huán)冷機(jī)高溫段850~1050℃熱廢氣沒有得到有效利用，回轉(zhuǎn)窯熱源完全來自于煤氣燃燒熱，煤氣流量達(dá)到5500~6000m3/h，煤氣消耗居高不下。

3  改進(jìn)措施

3.1  二次配料配加膨潤(rùn)土

對(duì)比試驗(yàn)：將成分基本相同的混合料與加熱時(shí)間相同、溫度不同的膨潤(rùn)土進(jìn)行造球試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖1發(fā)現(xiàn)，加熱溫度在600℃以下時(shí)，生球合格率均在85%以上，滿足工藝要求；750℃時(shí)成球合格率急劇下降?？傻媒Y(jié)論：在750℃高溫時(shí)，膨潤(rùn)土活性降低。通過資料證明，膨潤(rùn)土在高溫時(shí)結(jié)構(gòu)遭到破壞，700℃左右時(shí)失去羥基水，在球團(tuán)內(nèi)部形成大量毛細(xì)管，由于大量毛細(xì)管的存在，孔隙周圍容易形成低熔點(diǎn)化合物，破壞了膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)。膨潤(rùn)土烘干溫度低于200℃時(shí)，物理性能和冶金性能均較優(yōu)質(zhì)。

綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)論及實(shí)際生產(chǎn)配置，研究決定改進(jìn)膨潤(rùn)土配加方法，即：二次配料。主要配加工藝如圖2所示。在2#干燥皮帶上方位置建兩個(gè)50m3膨潤(rùn)土料倉(cāng)，通過氣力輸送入倉(cāng)，螺旋給料機(jī)控制，與來自烘干的混合料，經(jīng)皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)、潤(rùn)磨充分混勻，進(jìn)入造球工序。

3.2穩(wěn)定造球質(zhì)量

3.2.1改進(jìn)磨機(jī)篦板結(jié)構(gòu)

為提高潤(rùn)磨效果，對(duì)篦板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，將篦板孔由通孔改為“喇叭口”（如圖3所示），進(jìn)窄出寬，混合料和小鋼球能夠順利從篦板孔甩出，避免雜物堵塞篦板，造成“脹肚子”現(xiàn)象，同時(shí)提高篦板及螺栓質(zhì)量，降低故障停機(jī)率，優(yōu)化鋼球數(shù)量及配比，制訂《磨機(jī)加鋼球、撿小鋼球、清篦板管理制度》，減少“脹肚子”的現(xiàn)象，提高潤(rùn)磨利用率。

3.2.2改進(jìn)圓盤造球機(jī)加水位置

對(duì)造球盤加水位置進(jìn)行適應(yīng)性改造，將加水點(diǎn)移到落料點(diǎn)正下方，在進(jìn)料區(qū)形成數(shù)量較多的母球，改善生球粒度，提高成球效果。

3.2.3盤底刮刀改造

對(duì)盤底刮刀進(jìn)行改造，在現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)刮刀基礎(chǔ)上增加了2個(gè)旋轉(zhuǎn)底刮刀，增加單位時(shí)間刮料頻次，穩(wěn)定底料厚度，同時(shí)減輕某一旋轉(zhuǎn)刮刀磨損嚴(yán)重造成造球盤底料高低不平、出現(xiàn)大球和大塊等不利于造球生產(chǎn)的現(xiàn)象。

3.2.4改造造球機(jī)加水方式

按照“滴水成球、霧水長(zhǎng)大、無水緊密”原則，在長(zhǎng)大區(qū)域加設(shè)霧化噴頭，實(shí)現(xiàn)噴加霧化水，在成球區(qū)域加一橫向水管道，管道上打眼實(shí)現(xiàn)加滴狀水功能，提高成球效果，改善成球粒度。如圖4所示。

3.3優(yōu)化焙燒制度

為研究不同焙燒溫度對(duì)氧化球團(tuán)性質(zhì)的影響，在預(yù)熱溫度900℃、預(yù)熱時(shí)間10 min、焙燒時(shí)間15 min條件下進(jìn)行試驗(yàn)，分析焙燒溫度1100~1250℃對(duì)氧化球團(tuán)孔隙率、Fe3O4含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）影響，如圖5所示。

從圖5可知：隨著焙燒溫度的改變，球團(tuán)孔隙率在26.68%～15.58%之間變化，并且隨溫度的升高呈減小趨勢(shì)；而球團(tuán)中Fe3O4含量也隨著溫度的升高而減少，當(dāng)焙燒溫度為1100℃時(shí)，F(xiàn)e3O4含量為10.85%，1150℃時(shí)為3.74%，1200℃時(shí)減少為0.88%；溫度繼續(xù)升高到1250℃時(shí)球團(tuán)中Fe3O4含量變成0.26%，這說明氧化過程進(jìn)行得比較徹底。

由以上研究可知：一方面，隨著焙燒溫度的升高磁鐵礦顆粒氧化以及結(jié)晶互聯(lián)更完全，使得球團(tuán)結(jié)構(gòu)更加致密；另一方面，溫度的升高可增大球團(tuán)內(nèi)部起粘結(jié)作用的液相量，并改善其在球團(tuán)內(nèi)部的分布狀況，從而使得球團(tuán)內(nèi)部孔隙率減小，焙燒溫度1250℃時(shí)，球團(tuán)氧化過程進(jìn)行得比較徹底。

3.3.1低溫焙燒技術(shù)改造

回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)采用紅外線測(cè)溫，主要監(jiān)測(cè)窯中、窯頭焙燒溫度，其中窯中焙燒溫度控制在（1250±50）℃，窯頭溫度控制在（1050±20）℃，主要通過參考以上溫度控制煤氣量。

球團(tuán)在鏈篦機(jī)內(nèi)氧化放熱完成20~30%，達(dá)到一定的強(qiáng)度，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后能夠減少爆裂，降低回轉(zhuǎn)窯粉末，減少熱量損失，提高焙燒效果。在采用高爐、焦?fàn)t煤氣混燒技術(shù)，不使用鏈篦機(jī)補(bǔ)熱燒嘴的情況下，預(yù)熱一段溫度（以7#煙罩溫度為參考）能夠達(dá)到600~650℃，預(yù)熱二段溫度（以11#煙罩溫度為參考）能夠達(dá)到800~900℃，預(yù)熱溫度對(duì)比如表4所示，形成了一個(gè)合理的溫度梯度，達(dá)到了預(yù)熱要求。且預(yù)熱一段溫度降低，能夠減輕生球爆裂，降低返礦量。

3.3.2高爐、焦?fàn)t煤氣混燒技術(shù)改造

焦?fàn)t煤氣作為回轉(zhuǎn)窯燃料，由于其熱值高，溫度不易控制，窯內(nèi)局部高溫，球團(tuán)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入高溫區(qū)后， SiO2受高溫液相固結(jié)，形成結(jié)圈。為了解決這一問題，利用高爐煤氣熱值低，易控制、廢氣量大的特點(diǎn)，配加10～25%高爐煤氣，將焙燒溫度控制在（1250±50）℃，進(jìn)入鏈篦機(jī)預(yù)熱段熱廢氣量隨之增加，提高了干燥預(yù)熱效果，減少生球爆裂，回轉(zhuǎn)窯粉末減少，結(jié)圈得到有效控制。

3.3.3提高熱量利用率

環(huán)冷機(jī)高溫段煙氣溫度較高，如果能充分利用其余熱，可節(jié)約能耗，并能夠穩(wěn)定低溫焙燒條件下回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱量，保證充足的氧化性氣氛。優(yōu)化改進(jìn)一、二次風(fēng)比例和風(fēng)量，在保證窯內(nèi)強(qiáng)氧化性氣氛和窯頭微負(fù)壓情況下，逐步增大二次風(fēng)比例，降低煤氣消耗。同時(shí)，將環(huán)冷三段熱風(fēng)通過管道引致鏈篦機(jī)干燥一段，提高干燥效果，杜絕污染物的排放。

4  結(jié)論

項(xiàng)目實(shí)施后，球團(tuán)年產(chǎn)量年產(chǎn)量達(dá)到了64.36萬噸，增加了14.27萬噸，生產(chǎn)效率明顯提高；工序能耗降低了2.71 kg/t，煤氣消耗降低0.1 GJ/t，膨潤(rùn)土消耗降低2.91kg/t，生產(chǎn)成本降低的同時(shí)環(huán)保效益顯著；開發(fā)了一種膨潤(rùn)土的配加方法、一種低溫焙燒球團(tuán)生產(chǎn)工藝方法，具有一定的推廣價(jià)值。

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