天鋼200萬t鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯高硅球團(tuán)礦生產(chǎn)實踐

宿金列

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，天津 300301）

天鋼200萬t鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯高硅球團(tuán)礦生產(chǎn)實踐

宿金列

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，天津 300301）

天鋼煉鐵廠200萬t鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線使用高硅磁鐵礦和國內(nèi)低品味赤鐵礦，使成品球抗壓強(qiáng)度受到影響。通過實驗研究和生產(chǎn)實踐，找出影響成品球抗壓強(qiáng)度的主要影響因素。通過調(diào)整造球參數(shù)、采用薄料層快機(jī)速、提高預(yù)熱和焙燒溫度等途徑，使成品球抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定在2 500～3 200 N/個，提高了成品球質(zhì)量。

回轉(zhuǎn)窯 固結(jié) 機(jī)理 球團(tuán) 抗壓強(qiáng)度 質(zhì)量

1 引言

天鋼200萬t鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線是天鋼為進(jìn)一步完善生產(chǎn)布局，使高爐爐料結(jié)構(gòu)趨于合理而建設(shè)，工程于2010年動工，2011年4月點火烘爐，在開產(chǎn)1個月之后生產(chǎn)基本穩(wěn)定。但是由于來料品種多變，尤其在9月份使用高硅磁鐵礦和國內(nèi)低品位赤鐵礦后，使成品球抗壓強(qiáng)度受到影響。球團(tuán)作業(yè)區(qū)邊生產(chǎn)邊總結(jié)，經(jīng)過不到半個月的時間，找出了比較合理的操作制度來指導(dǎo)生產(chǎn)，使成品球抗壓能夠穩(wěn)定在2 500～3 200 N/個，成品球質(zhì)量獲得了較大的提高。

2 生產(chǎn)原料

鐵礦以及赤鐵礦。原料的化學(xué)成分及粒度組成見表1。

由表1可以看出：除了高硅鐵精礦粉TFe含量較高之外，其他精粉的TFe含量較低，最低僅為56.99%；三種鐵精礦粉的含硅量都超過了8%，最高達(dá)到11.17%；三種鐵精礦的-200目都大于70%，均符合造球工藝對原料的要求。

表1 鐵精礦粉化學(xué)成分分析及粒度組成/%

3 影響天鋼成品球抗壓強(qiáng)度的主要因素

3.1 添加赤鐵礦對成品球抗壓強(qiáng)度的影響

已有的實驗研究和生產(chǎn)實踐證明，采用赤鐵礦粉生產(chǎn)球團(tuán)與磁鐵礦相比，在成球性、固結(jié)機(jī)理上主要有以下不同的特點：

（1）赤鐵礦粉成球難，其表現(xiàn)為：落下強(qiáng)度低，合格生球水分大，導(dǎo)致干燥時間長、能耗高。

（2）赤鐵礦粉球團(tuán)比磁鐵礦球團(tuán)難焙燒。表現(xiàn)在赤鐵礦焙燒需要比磁鐵礦更多的熱量、更高的溫度以及更窄的熱工操作空間。

由于赤鐵礦FeO含量比磁鐵礦低很多，而FeO在氧化過程中屬于放熱反應(yīng)，所以焙燒赤鐵礦比焙燒磁鐵礦需要更多的熱量；

在固結(jié)機(jī)理上，赤鐵礦固結(jié)機(jī)理主要為Fe2O3的晶粒長大和再結(jié)晶，不會再氧化，沒有晶格轉(zhuǎn)變，原子的活動能力比氧化新生成的赤鐵礦弱，固結(jié)困難，成品球抗壓強(qiáng)度低，需要更高的預(yù)熱和焙燒溫度。而磁鐵礦中的Fe3O4在焙燒過程中分步氧化成γ-Fe2O3和α-Fe2O3，在γ-Fe2O3向α-Fe2O3轉(zhuǎn)變過程中，晶型由立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄?，晶格轉(zhuǎn)變大幅提高了成品球的強(qiáng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于赤鐵礦晶粒長大所產(chǎn)生的固化作用。

3.2 SiO2含量對成品球抗壓強(qiáng)度的影響

現(xiàn)實生產(chǎn)中精粉中脈石含量越少越好，SiO2含量的多少對成品球抗壓有比較大的影響。球團(tuán)在焙燒的過程中，主要以固相反應(yīng)為主，同時球團(tuán)中的脈石也產(chǎn)生固相反應(yīng)。由于脈石類反應(yīng)產(chǎn)物多為低熔物或共熔化合物，因此在較高的焙燒溫度下要融化而出現(xiàn)液相。一方面因為液相對固相表面的潤濕及表面張力作用，使固相顆粒拉近，達(dá)到更緊密的排列。同時液相也起了充填孔隙的作用。這就使球團(tuán)礦孔隙率減少，提高球團(tuán)礦致密化程度；但是另一方面，當(dāng)SiO2偏高時，如果磁鐵礦氧化不完全或生成的赤鐵礦再次分解，就可能產(chǎn)生較多的硅酸鹽渣相，這時會出現(xiàn)較多液相，使固相粒子被隔開，氧化鐵粒子之間的再結(jié)晶連接無法產(chǎn)生，甚至使已經(jīng)聚集再結(jié)晶的粒子分開，結(jié)果使球團(tuán)礦強(qiáng)度降低。

4 提高成品球抗壓的途徑

生球經(jīng)過干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱和冷卻的過程，使得球團(tuán)礦的強(qiáng)度達(dá)到高爐冶煉的要求。工藝制度及參數(shù)的合理選擇直接影響到球團(tuán)的強(qiáng)度。

在提高并穩(wěn)定成品球抗壓強(qiáng)度的摸索過程中，天鋼球團(tuán)作業(yè)區(qū)主要對生球強(qiáng)度、料層厚度，預(yù)熱溫度，焙燒溫度，氧化性氣氛進(jìn)行了探索。

4.1 調(diào)整造球參數(shù)提高生球質(zhì)量

由于赤鐵礦顆粒之間的結(jié)合力較小，造球難度較磁鐵礦要高。因此，天鋼球團(tuán)對造球參數(shù)做出了相應(yīng)的調(diào)整。

（1）適當(dāng)降低單盤產(chǎn)量，增開球盤穩(wěn)定產(chǎn)量，降低單盤料量延長造球時間，提高生球強(qiáng)度；全磁鐵礦生產(chǎn)時，天鋼球團(tuán)一般開5～6盤生產(chǎn)，單盤生球量可達(dá)50～60 t/h。在添加一定量的赤鐵礦之后，單盤生球量難以達(dá)到原來的水平，同時生球質(zhì)量也出現(xiàn)了下滑。因此，天鋼球團(tuán)將球盤數(shù)量增加至6～7盤，單盤生球量降至45～55 t/h，延長了鐵精粉在球盤內(nèi)的停留時間，提高了生球的強(qiáng)度。

（2）適當(dāng)調(diào)節(jié)球盤轉(zhuǎn)速、傾角等參數(shù)，提高生球質(zhì)量和粒度合格率。生球質(zhì)量和球盤轉(zhuǎn)速、傾角有很大的關(guān)系。轉(zhuǎn)速慢可能使精粉不能達(dá)到球盤高處滾落，導(dǎo)致母球數(shù)量少，生球強(qiáng)度低；轉(zhuǎn)速高會使精粉甩至盤邊，不僅沒有滾動效果，而且生球被壓縮坍塌失去強(qiáng)度。傾角也是如此，過大或過小都不能實現(xiàn)最好的效果。天鋼球團(tuán)針對每個球盤的特點細(xì)心調(diào)節(jié)，逐步摸索出適宜的球盤參數(shù)。

4.2 控制料層厚度

（1）天鋼球團(tuán)鏈篦機(jī)干燥和預(yù)熱分四個段進(jìn)行。依次是鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段、預(yù)熱1段和預(yù)熱2段。生球在進(jìn)入鼓風(fēng)干燥段后受風(fēng)溫影響開始脫水，在經(jīng)過部分脫水后進(jìn)入抽風(fēng)干燥段，進(jìn)行二次干燥，待毛細(xì)水基本脫除后再進(jìn)入預(yù)熱段預(yù)熱。

（2）在鼓風(fēng)干燥段，脫水沿料層自下而上進(jìn)行。干燥開始，下層生球脫水相對較快，而上層生球由于受下層生球脫水產(chǎn)生的蒸汽影響，在一段時間內(nèi)出現(xiàn)表面結(jié)露和過濕現(xiàn)象，隨著干燥過程的進(jìn)行，這一現(xiàn)象會逐漸得到緩解和消失。進(jìn)入抽風(fēng)干燥段后，脫水沿料層自上而下進(jìn)行，上層球相對脫水較快。應(yīng)該說，鼓抽結(jié)合的生球干燥方法是目前較為合理的干燥方式。

（3）但是當(dāng)料層布的過厚時，如果生球水分較大，在抽風(fēng)干燥時料層下部過濕現(xiàn)象比較嚴(yán)重，使生球容易產(chǎn)生裂紋甚至爆裂。這時就需要增加干燥時間或者降低料層厚度，實踐表明，采用“薄料層快機(jī)速”可以明顯降低生球的爆裂，其效果要好于“厚料層慢機(jī)速”，這是由于薄層干燥能夠減少水汽在料層下部冷凝的程度，使下層球的強(qiáng)度能承受上層球的壓力和介質(zhì)穿過球?qū)拥膲毫?，保持料層有良好的透氣性。圖1為與預(yù)熱時間10 min，預(yù)熱溫度1 110℃，焙燒溫度1 280℃，料層厚度對成品球抗壓的影響。

圖1 料層厚度對成品球抗壓強(qiáng)度的影響

（4）由圖1可以看出，在保證預(yù)熱時間的前提下，適當(dāng)提高鏈篦機(jī)速度，當(dāng)鏈篦機(jī)布料厚度在150～160 mm時可以較好的控制生球爆裂，同時成品球抗壓能夠穩(wěn)定在2 500～3 000 N/個。當(dāng)料層厚度超過170 mm以后，對成品球抗壓強(qiáng)度的影響加大，平均抗壓強(qiáng)度低于2 000 N/個，僅有1 983 N/個，當(dāng)料層厚度在150～160 mm時，平均抗壓強(qiáng)度2 771 N/個，完全能夠滿足高爐冶煉的要求。

4.3 提高預(yù)熱溫度

（1）由于天鋼球團(tuán)所使用精粉原料中SiO2含量較高，如果生球在預(yù)熱過程中氧化不完全，在進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行高溫焙燒的過程中，就有可能生成硅酸鹽渣相，渣相中的鐵橄欖石（2FeO·SiO2）很容易與Fe2O3、FeO及SiO2形成熔化溫度更低的熔體，液相將礦粒包圍，冷卻時液相凝固，使球團(tuán)固結(jié)。但由于鐵橄欖石不易結(jié)晶，常成玻璃相，使球團(tuán)強(qiáng)度降低。因此，天鋼在生產(chǎn)高硅球團(tuán)過程中采取盡量提高預(yù)熱段溫度，使球團(tuán)在進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯高溫焙燒前完成大部分氧化。

（2）由圖2可知，球團(tuán)礦的抗壓隨著預(yù)熱溫度的升高而提高，這是由于氧化溫度的升高，磁鐵礦氧化生成赤鐵礦的速度加快，加速晶格變化及提高新生晶體表面原子的遷移能力，有利于相鄰的顆粒之間形成晶鍵，當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到一定溫度以后，球團(tuán)在很短的時間內(nèi)就可以完成氧化，所以再延長球團(tuán)礦的預(yù)熱時間對抗壓強(qiáng)度的影響不大。當(dāng)預(yù)熱2段溫度達(dá)到1 110℃時，成品球平均抗壓可以達(dá)到2 670 N/個，當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)1 130℃以后，隨著溫度的升高，球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度增加變慢，再提高預(yù)熱溫度對成品球抗壓的影響逐漸變小。

圖2 預(yù)熱溫度對成品球抗壓強(qiáng)度的影響

4.4 提高焙燒溫度

（1）焙燒溫度對球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響最大，合理焙燒溫度的選擇應(yīng)以保證鐵精礦粉固相再結(jié)晶強(qiáng)度為出發(fā)點。鐵精礦粉固相再結(jié)晶只有當(dāng)溫度高于其有效固結(jié)溫度后才能高效地進(jìn)行，同時其固結(jié)程度還取決于在這一溫度以上保持的時間，這樣才能保證球團(tuán)礦具有較高的強(qiáng)度。若溫度偏低則各種物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行較慢，以致難以達(dá)到理想的固結(jié)效果。

圖3 焙燒溫度對成品球抗壓強(qiáng)度的影響

（2）由圖3可以看出，隨著溫度的升高，成品球的抗壓強(qiáng)度逐漸升高，在焙燒溫度達(dá)到1 280℃時成品球的抗壓強(qiáng)度有了較大的提高。當(dāng)焙燒溫度由1 200℃提高到1 280℃時成品球的抗壓強(qiáng)度由平均1 856 N/個提高到2 973 N/個。

4.5 保持合理的焙燒時間

圖4 焙燒時間對抗壓強(qiáng)度的影響

圖4為焙燒溫度1 280℃，焙燒時間對成品球抗壓強(qiáng)度的影響，由圖4可以看出，隨著焙燒時間的延長，抗壓強(qiáng)度逐漸升高，超過12 min再增加焙燒時間對成品球的抗壓強(qiáng)度影響變小。已有的實驗已經(jīng)證明，有一個使抗壓強(qiáng)度保持一定的臨界時間。通常，在臨界溫度以內(nèi)，焙燒溫度越高，臨界時間越短，抗壓強(qiáng)度亦越大。然而，若達(dá)不到最適宜焙燒溫度，即使長時間加熱，也達(dá)不到要求的抗壓強(qiáng)度。在實際生產(chǎn)中，提高焙燒時間必須是在不影響產(chǎn)量的前提下，所以為了提高生球抗壓而刻意的提高焙燒時間在實際生產(chǎn)中是不可取的。

4.6 保證氧化性氣氛

（1）生球預(yù)熱和焙燒過程中，氣體介質(zhì)的特性將嚴(yán)重影響生球的氧化、脫硫和固結(jié)。焙燒過程中應(yīng)保證氧化性氣氛，對于磁鐵礦可以使其繼續(xù)完成氧化過程。對于赤鐵礦由于需要更高的焙燒溫度，一定的氧化性氣氛又利于減弱及避免Fe2O3分解生成的Fe3O4，F(xiàn)e3O4與SiO2生成鐵橄欖石，形成渣相固結(jié)，造成球團(tuán)礦強(qiáng)度下降。

（2）天鋼在實際生產(chǎn)過程中，將窯頭負(fù)壓保持在-10 Pa～-20 Pa，鏈篦機(jī)煙罩負(fù)壓-20 Pa～-30 Pa，保證了生球在干燥、預(yù)熱過程中良好透氣性的同時提供了必要氧化性氣氛。同時鏈篦機(jī)煙罩負(fù)壓不宜過大，負(fù)壓過大會使布在鏈篦機(jī)下部的生球產(chǎn)生變形或者裂紋。

4.7 調(diào)整冷卻參數(shù)

（1）環(huán)冷機(jī)冷卻分4段，一冷段熱氣流通過受料斗上部窯頭罩和平行管道直接入窯作二次風(fēng)，提高窯內(nèi)溫度。2冷段熱氣流通過熱風(fēng)管直接引入鏈篦機(jī)預(yù)熱1段作為補(bǔ)充熱源。3冷段低溫風(fēng)被送至鏈篦機(jī)鼓風(fēng)干燥段作為熱源。4冷段廢氣通過環(huán)冷機(jī)上煙囪排放。

（2）天鋼球團(tuán)作業(yè)區(qū)在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)預(yù)熱時間、溫度，焙燒時間、溫度一定的情況下，窯頭球抗壓強(qiáng)度達(dá)到1 500～2 000 N/個，而成品球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度波動非常大，甚至出現(xiàn)成品球抗壓強(qiáng)度低于窯頭球抗壓強(qiáng)度的情況。通過分析，造成這種現(xiàn)象的主要因素是冷卻速度。成品球在環(huán)冷機(jī)內(nèi)部不僅有冷卻過程，而且還存在二次氧化固結(jié)的作用。冷卻速度過快，容易導(dǎo)致沿球團(tuán)礦半徑收縮不均，產(chǎn)生應(yīng)力，使球團(tuán)礦的強(qiáng)度降低，而且不利于紅球的再氧化，造成FeO含量高；冷卻速度過低，必將導(dǎo)致4冷段成品球溫度偏高，使成品皮帶受損，造成停產(chǎn)事故。

（3）通過以上分析我們得知：天鋼球團(tuán)出現(xiàn)成品球強(qiáng)度低于窯頭球的主要原因為冷卻速度偏快。為此，天鋼球團(tuán)對環(huán)冷機(jī)冷卻制度作出了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整：在保證不出紅球的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制1冷段風(fēng)門開度，適當(dāng)提高2冷段與3冷段的溫度，嚴(yán)禁紅球過快冷卻。控制1冷段風(fēng)門可以降低窯頭球的初始冷卻速度，防止強(qiáng)度下降；而適當(dāng)提高環(huán)冷3段的溫度能夠提高鼓干段風(fēng)箱溫度，有利于生球脫水，但該溫度也不宜過高，鼓干段風(fēng)箱溫度過高會導(dǎo)致生球干燥過快，使生球表面形成致密的外殼不利于生球內(nèi)部的干燥。當(dāng)環(huán)冷3段溫度為250～350℃時，鼓干段風(fēng)箱溫度為170～200℃，鼓干段煙罩溫度達(dá)到60～70℃，減少了生球結(jié)露的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

高硅球?qū)︻A(yù)熱溫度焙燒溫度要求比較高，在保證設(shè)備及耐火材料的前提下，適當(dāng)提高預(yù)熱及焙燒溫度有利于成品球抗壓強(qiáng)度的提高。生球在鏈篦機(jī)內(nèi)預(yù)熱干燥的過程中應(yīng)保證料層的透氣性，使位于料層下部間的生球干燥完全，同時提供良好的氧化性氣氛。在保證預(yù)熱時間以及不影響產(chǎn)量的前提下，適當(dāng)降低料層厚度有助于生球的干燥預(yù)熱。紅球在冷卻的過程中，應(yīng)保持冷卻的均勻性，使紅球在冷卻的過程中進(jìn)一步完成氧化固結(jié)。

[1]張一敏.球團(tuán)理論與工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

[2]范廣權(quán).球團(tuán)礦生產(chǎn)技術(shù)問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

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Practice of High Silicon Pellet Production at TISCO 2000000t Grate Rotary Kiln

SU Jin-lie
Iron-making Plant,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited,Tianjin 300301,China

The crushing strength of finish pellet was affected when high silicon magnetite and domestic low grade hematite were adopted at 2 000 000 t grate rotary kiln production line of the Iron-making Plant,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited(TISCO).The major influential factors were found through experimental study and production practice.The finish pellet quality was improved after pellet crushing strength was stabilized at 2 500～3 200 N/piece by adjusting pelletizing parameters,adopting thin bed and fast grate speed and increasing preheating and heating temperature.

rotary kiln;consolidation;mechanism;pellet; crushing strength;quality

宿金列（1958—），河北故城人，工程師，現(xiàn)任天鋼煉鐵廠球團(tuán)作業(yè)區(qū)作業(yè)長，主要從事高爐、球團(tuán)生產(chǎn)方面的專業(yè)技術(shù)工作，E-mail：jjlintj@sohu.com。

（收稿 2012-05-18 編輯 崔建華）