配礦燒結(jié)中試平臺雙工位燒結(jié)杯系統(tǒng)的研發(fā)

王元輝

(上海西重所重型機械成套有限公司，上海201900)

寶鋼燒結(jié)杯實驗室自1985年建成投產(chǎn)，每年為寶鋼燒結(jié)廠配礦方案的確定、新礦種的開發(fā)和燒結(jié)工藝的優(yōu)化進行了大量的燒結(jié)試驗。1997年及2006年曾進行過兩次小的改善性維修，但依然滿足不了當(dāng)前公司現(xiàn)場服務(wù)、生產(chǎn)技術(shù)支撐以及研究院配礦燒結(jié)研發(fā)單元的工作需求。因而投建新的配礦燒結(jié)中試平臺，用于鐵礦粉燒結(jié)性能測定及燒結(jié)新工藝的評價，以便指導(dǎo)燒結(jié)廠的配礦、選礦。雙工位燒結(jié)杯系統(tǒng)可實現(xiàn)兩臺燒結(jié)杯同時進行試驗工作。其布置形式可分為：混料、破碎、稱量、運料小車、鼓風(fēng)冷卻系統(tǒng)、落下、篩分、落下篩分除塵系統(tǒng)、分樣器、移動除塵器、轉(zhuǎn)鼓強度試驗機、鄂破、對輥破、操作平臺等可共用，燒結(jié)杯、燒結(jié)杯回轉(zhuǎn)裝置、點火器、布料裝置、檢測系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、旋風(fēng)除塵器、調(diào)節(jié)風(fēng)門及以后風(fēng)機系統(tǒng)部分采用兩套獨立系統(tǒng)。

1 燒結(jié)杯

雙工位燒結(jié)杯系統(tǒng)，配套燒結(jié)杯體3套，兩用一備。其中燒結(jié)杯體1、2采用?300 mm×1 000 mm為常規(guī)試驗使用，燒結(jié)杯體3采用?200 mm×700 mm，為滿足?200 mm燒結(jié)試驗需要。燒結(jié)杯體1高度方向每隔100 mm設(shè)一個測溫點，共9個測溫?zé)犭娕?，在燒結(jié)杯體外壁沿S形熱電偶錯開布置，信號送PLC，對燒結(jié)過程燒結(jié)杯各層的溫度進行實時監(jiān)測。3套燒結(jié)杯體的爐內(nèi)筒均采用耐熱不銹鋼310S制造，可確保鍋體長期在高溫下使用而不變形。燒結(jié)杯體2鍋體上法蘭采用裝配形式，由高分別為700 mm、100 mm、200 mm的三節(jié)裝配而成，接口密封，以滿足幾種常規(guī)料層深度試驗需要。燒結(jié)杯內(nèi)筒和外筒中間加保溫層，以確保燒結(jié)杯工作時外壁溫度為低于60℃的安全溫度。

燒結(jié)杯配套透氣性測試用的風(fēng)速儀裝置，透氣性測試時放置在燒結(jié)杯上方，以測試燒結(jié)過程透過燒結(jié)杯的空氣流量，并進行實時監(jiān)測。風(fēng)速儀裝置采用?100 mm的鋼管制作，風(fēng)速儀安裝在鋼管上，鋼管底座放置在燒結(jié)杯上方。透過燒結(jié)杯的氣流必然經(jīng)過鋼管，通過檢測鋼管內(nèi)氣體流速，從而可以計算出透過燒結(jié)杯的氣體流量。

2 點火系統(tǒng)及點火器旋轉(zhuǎn)升降裝置

根據(jù)雙工位的要求，設(shè)置兩套點火器系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)升降裝置。旋轉(zhuǎn)及升降裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便安全。點火系統(tǒng)圖見圖1。

兩套點火器共有四個工位(預(yù)熱工位1、燒結(jié)杯1、預(yù)熱工位2、燒結(jié)杯2)，預(yù)熱工位上高度可調(diào)。點火器設(shè)置熱電偶，便于檢測溫度，真實反應(yīng)點火爐膛溫度。通過點火器旋轉(zhuǎn)及升降裝置的動作，將點火器移送到各個工位。點火器高度調(diào)節(jié)范圍：600 mm～1 400 mm。

點火系統(tǒng)實現(xiàn)煤氣量和空氣量的自動調(diào)節(jié)，點火器的溫度可以按要求設(shè)定。點火溫度在900～1 200℃之間可調(diào)(爐膛溫度)，精度±10℃。

另外，通過點火器點火后，點火器可提供足量(約500 N·m3/h)的溫度為100～350℃的熱風(fēng)供模擬燒結(jié)試驗使用。點火裝置有煤氣用量和空氣耗量檢測裝置，并可提供數(shù)據(jù)。點火煤氣量、助燃空氣量可在線測量和數(shù)據(jù)采集。

1—手動球閥 2—壓力表 3—過濾器 4—穩(wěn)壓閥 5—壓力表 6—低壓開關(guān) 7—安全電磁閥(V1) 8—煤氣檢漏裝置 9—比例調(diào)節(jié)閥 10—金屬軟管 11—主電磁閥(V2) 12—金屬軟管 13—手動球閥 14—點火電磁閥(Vp) 15—手動球閥 16—燒嘴 17—金屬軟管 18—手動球閥 19—蝶閥+執(zhí)行機構(gòu) 20—風(fēng)壓開關(guān) 21—風(fēng)機 22—燃燒控制箱 23—熱電偶+溫控表 24—旋渦流量計 25—壓力傳感器 26—旋渦流量計 27—壓力傳感器

圖1 點火系統(tǒng)圖
Figure 1 Ignition system illustration

3 燒結(jié)杯回轉(zhuǎn)裝置

燒結(jié)杯回轉(zhuǎn)裝置兩套，分別與兩套燒結(jié)杯對應(yīng)布置。

燒結(jié)杯回轉(zhuǎn)裝置是通過電機直聯(lián)型臥式減速機帶動齒輪機構(gòu)將燒結(jié)杯翻轉(zhuǎn)180°，從而將燒結(jié)杯內(nèi)燒結(jié)好的料倒入單輥破碎機內(nèi)進行破碎，結(jié)構(gòu)簡單、可靠。

4 破碎機蓋板開閉裝置及單輥破碎機

破碎機蓋板開閉裝置共一套，該設(shè)備通過電機直聯(lián)型臥式減速機帶動蓋板旋轉(zhuǎn)120°實現(xiàn)蓋板的開閉。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、可靠。蓋板采用電動、手動切換，蓋板輕便，密封好。目的：防止破碎過程物料飛濺，減少粉塵外逸，通常將破碎機上口關(guān)閉，防止人、物跌落，確保安全。

單輥破碎機一套 ，對燒結(jié)好的鐵礦進行有效破碎，使之變成一定粒度的鐵礦塊，便于后期的實驗。單輥破碎機上口落料喇叭口大，破碎機深度設(shè)計充分考慮燒結(jié)料的高度，能完全容納。采用偏心結(jié)構(gòu)便于破碎，同時破碎機對燒結(jié)礦的破碎能滿足所需的粒度要求。

5 布料、稱重裝置

為滿足兩套燒結(jié)杯試驗要求，配置兩套布料裝置。該布料裝置用于將混料機混合后的待燒結(jié)的料均勻的分布在燒結(jié)杯的同一表面內(nèi)，通過該布料裝置可實現(xiàn)自動均勻布料。在寶鋼原有燒結(jié)杯系統(tǒng)布料裝置基礎(chǔ)上進行技術(shù)改進，下料設(shè)可調(diào)振動電機，確保卸料順暢。升降機構(gòu)采用滾珠絲桿傳動，由于絲桿長，為保證穩(wěn)定，頂部采用框架固定。

將電子稱放置在一個升降機構(gòu)上，實現(xiàn)過程的自動稱量。稱量裝置機構(gòu)穩(wěn)定，量程：0～300 kg，精度±50 g。

通過小車運送，將料斗內(nèi)的燒結(jié)礦依次運送到落下試驗裝置和篩分裝置處進行落下試驗和篩分。

6 落下、篩分裝置

該設(shè)備用于對燒結(jié)礦進行兩次2 m落下強度試驗。形式與寶鋼原有結(jié)構(gòu)類似，落料的安息角大于45°。實驗裝置高度加高，落料避免積料，小車軌道順暢，倒料干凈，從而確保試驗的順利進行。

篩分裝置是通過對落下強度試驗后的燒結(jié)礦進行自動記數(shù)往復(fù)振動篩分，篩分后的各層篩子上的燒結(jié)礦取出后稱量，以分析燒結(jié)礦各種粒度比例。篩箱的篩孔是正方形，從大到小有8種尺寸：50 mm、25 mm、20 mm、15 mm、10 mm、6.3 mm、5 mm、0。

7 混料裝置

該設(shè)備可實現(xiàn)筒體多角度傾翻，筒體旋轉(zhuǎn)圈數(shù)可任意設(shè)定，定量人工加水，混合均勻，達(dá)到所需造粒效果，并達(dá)到模擬現(xiàn)場生產(chǎn)的目的。

混料筒采用套筒形式(借鑒澳大利亞實驗室)，筒內(nèi)徑可調(diào)至400 mm、600 mm。喇叭口采用裝配形式。混料機設(shè)定量加水裝置。加水方式為水泵和壓縮空氣兩種。

配套裝料料筒一只。

8 燒結(jié)杯排煙系統(tǒng)

燒結(jié)杯排煙系統(tǒng)共兩套，由管道、落料管、膨脹節(jié)、管道支架、流量計(精度：1%)、壓力傳感器(壓力精度：1%)、測溫?zé)犭娕?精度：±3℃)、煙氣冷卻器、旋風(fēng)除塵器、自動調(diào)節(jié)碟閥、自動排水器和多級離心風(fēng)機、排氣筒等構(gòu)成。管道安裝有氣體分析儀、煙道采樣器，信號送PLC。煙氣分析儀采樣接口匯總，兩個系統(tǒng)采用電磁閥切換。

(1)管道采用不銹鋼304制造。

(2)流量計、壓力傳感器對燒結(jié)過程的煙氣流量和壓力進行測量。流量計采用進口威巴流量探頭，微壓差檢測，以滿足低流量高精度檢測的需要，同時適應(yīng)高粉塵濃度的工況。為了檢測的準(zhǔn)確性，對管路進行了變徑，使檢測點管道直徑減小到100 mm，提高管道內(nèi)煙氣流速，以提高檢測的準(zhǔn)確性。

(3)煙氣冷卻器采用間接水冷管式換熱器，對燒結(jié)產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M行冷卻，可將煙氣由700℃冷卻到≤100℃。下面設(shè)置排水閥。

(4)旋風(fēng)除塵器對燒結(jié)實驗中產(chǎn)生的煙塵進行凈化。除塵效率大于80%。

(5)自動調(diào)節(jié)碟閥可對系統(tǒng)煙氣的流量和壓力進行自動調(diào)節(jié)，確保燒結(jié)實驗過程穩(wěn)定進行。

(6)煙氣冷卻器設(shè)置自動排水器可將實驗過程煙氣中的冷凝水自動排走，以保護風(fēng)機和排煙管道不被腐蝕。

(7)多級離心風(fēng)機及消音器。離心風(fēng)機軸承采用水冷。與常規(guī)的使用羅茨風(fēng)機相比，多級高壓離心風(fēng)機適應(yīng)性強，對粉塵和溫度及腐蝕性的適應(yīng)性大大強于羅茨風(fēng)機，大大降低風(fēng)機的維護，確保系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

9 強力混合機的引進與采用

為研究不同混合方式對混合制粒以及燒結(jié)工藝過程的影響，根據(jù)試驗需要本中試平臺引進強力混合機，產(chǎn)量：150 L，240 kg。

應(yīng)用強力混合機的優(yōu)勢是：

(1)不需要預(yù)混(原料場)。

(2)燒結(jié)料的混合均勻度極高和均勻的透氣性，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度增加 3%。

(3)即使原料和添加劑的細(xì)度極高，仍然可以達(dá)到較高的利用系數(shù)，燒結(jié)機的產(chǎn)量增加 10%。

(4)由于固體燃料得到極佳的分散，所以燃料消耗低，焦粉用量減少0.5%。

10 燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度試驗裝置

(1)ISO轉(zhuǎn)鼓試驗機一套：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑為1 000 mm，內(nèi)寬為500 mm。鋼板厚度不小于5 mm。如果轉(zhuǎn)鼓的任何局部位置的厚度已磨損至3 mm，應(yīng)更換新的鼓體。馬達(dá)功率不小于1.5 kW，以保證轉(zhuǎn)數(shù)均勻，并在停轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)鼓再繼續(xù)轉(zhuǎn)動一周以內(nèi)能夠停下來。采用計數(shù)器自動控制規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速規(guī)定為25±1 r/min。依據(jù)粒徑分布原則，對燒結(jié)成品按照J(rèn)IS轉(zhuǎn)鼓強度測試方法或ISO轉(zhuǎn)鼓強度測試方法計算出進入轉(zhuǎn)鼓的礦料(<10 mm不進轉(zhuǎn)鼓測試)，然后進轉(zhuǎn)鼓試驗機，轉(zhuǎn)鼓后稱量計算轉(zhuǎn)鼓強度和抗磨強度。帶除塵裝置。

(2)JIS轉(zhuǎn)鼓試驗機一套。測定高爐用塊狀鐵礦石機械強度的方法主要采用轉(zhuǎn)鼓強度(TI)試驗法。寶鋼日常生產(chǎn)中測定高爐用天然塊礦、燒結(jié)礦等的機械強度均采用日本JIS M 8712標(biāo)準(zhǔn)。測定原理如下：將干燥好后的粒度為10 mm～50 mm的試樣23 kg置于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的轉(zhuǎn)鼓(?914 mm×457 mm)試驗裝置中，轉(zhuǎn)鼓以(24±1) r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動200轉(zhuǎn)后，將試樣全部取出進行篩分，試驗結(jié)果以+10 mm粒級占全部試樣的百分比來表示試樣的轉(zhuǎn)鼓強度指數(shù)TI。

11 鼓風(fēng)冷卻裝置

鼓風(fēng)冷卻裝置由管道、測溫?zé)犭娕?、調(diào)節(jié)碟閥、風(fēng)機等組成。對燒結(jié)后的燒結(jié)塊進行鼓風(fēng)冷卻，煙氣有效捕集，確保崗位粉塵濃度低于8 mg/Nm3。鼓風(fēng)冷卻單獨設(shè)置工位。鼓風(fēng)風(fēng)量是1 000 m3/h，風(fēng)壓是3 000 Pa。 冷卻至100℃。鼓風(fēng)冷卻吸塵、除塵裝置。鼓風(fēng)冷卻工位采用頂部引風(fēng)，料層高度考慮300 mm。

12 布氏漏斗測定單礦吸水性

在進行燒結(jié)配料前，向布氏漏斗倒入500 g水測定500 g單礦的滴下水重。求其飽和凈吸水量，用來衡量單礦的吸水性，并測試礦料的堆比重。

13 鄂破，對輥破對燒結(jié)成品進行化驗、還原分析

對燒結(jié)成品進行小鄂破碎，小鄂的出料粒度<5 mm。

對燒結(jié)成品進行大鄂破碎,大鄂的出料粒度10 mm～30 mm。

對輥破碎, 出料粒度<3 mm。

14 操作平臺

操作平臺是設(shè)備安裝和操作人員工作的場所，必須牢固和方便。架體采用型鋼焊接結(jié)構(gòu)，面板采用花紋鋼板。操作平臺采用2 m高度，以方便平臺下設(shè)備操作和維護。操作平臺上設(shè)操作室，內(nèi)設(shè)空調(diào)、通信、照明 。配現(xiàn)場通訊兩套：其中固定廣播系統(tǒng)一套。增加監(jiān)控點，4個點畫面(輔助設(shè)備、燒結(jié)杯，風(fēng)機房，平臺下面)。

15 除塵系統(tǒng)

落下篩分、破碎機、鼓風(fēng)冷卻、輔助設(shè)備的除塵系統(tǒng)由管道、閥門、濾筒除塵器、風(fēng)機和排氣筒構(gòu)成?？蓪⒏鲹P塵點產(chǎn)生的煙塵排走并進行凈化，確保崗位粉塵、排放粉塵濃度達(dá)標(biāo)。濾筒除塵器處理風(fēng)量Q=20 000 m3/h。濾筒除塵器占地小，除塵效率高，可適應(yīng)實驗室場地有限、對環(huán)境要求高的需要。

16 分樣器

旋轉(zhuǎn)式分樣器可處理約1 000 kg的試料分樣。主要部件包括料斗、支架、給料器、旋轉(zhuǎn)受料裝置、分料桶等。根據(jù)分隔槽的大小、容積和縮分比可將樣品等分成30等份。鋼結(jié)構(gòu)部分采用碳鋼制作。旋轉(zhuǎn)受料裝置由導(dǎo)料斗和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)勻速旋轉(zhuǎn)，各導(dǎo)料斗相同，均布在給料器下面，每個導(dǎo)料斗所留下的料樣相同，每個導(dǎo)料斗下面有1只分料桶受料。

通過定量給料，均勻取料，實現(xiàn)自動均勻取樣。取樣方便，均勻，效率高，節(jié)省人力。

17 移動式除塵器

對無固定排灰點設(shè)置移動式除塵器。內(nèi)置濾筒，占空間小，壓縮空氣自動反吹清灰。操作簡單，吸氣臂可移至死角地帶，操作安全。例如：人工配料過程、現(xiàn)場臨時揚塵點等處的除塵。

18 控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

(1)整個燒結(jié)全過程的控制采用以西門子系列高性能PLC為平臺的基礎(chǔ)自動化控制及儀表過程自動化控制為一體的過程控制系統(tǒng)，確?？刂葡到y(tǒng)的先進性。西門子系統(tǒng)在硬件上為系統(tǒng)提供一個先進的、面向未來的、開放的控制平臺。其基本系統(tǒng)包括HMI系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、通訊網(wǎng)落、分布式I/O及模塊式系統(tǒng)。完成工程的全自動化控制及過程控制。電氣控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實現(xiàn)燒結(jié)杯試驗工作手動和自動兩種摸式。采用PLC實現(xiàn)自動操作，負(fù)壓調(diào)節(jié)控制、點火溫度的調(diào)節(jié)控制、廢氣溫度流量成分的檢測等。

(2)整個燒結(jié)過程均可在HMI的人機畫面上直觀的予以顯示，所有的過程數(shù)據(jù)亦顯示在畫面上。如點火器溫度、熱風(fēng)溫度、風(fēng)機負(fù)壓、燒結(jié)溫度、廢氣溫度、廢氣流量、煤氣流量、燒結(jié)料層溫度、所有重要的限位狀態(tài)及空氣流量等數(shù)據(jù)和關(guān)鍵點。

所有的過程中的控制和設(shè)定值亦可在畫面上進行設(shè)定。風(fēng)機運行效率，料車上升速度，閥門閉合程度等非常容易的根據(jù)試驗要求在畫面上重新設(shè)定。人工操作簡單化，保證人員安全，并實現(xiàn)了全程監(jiān)控。對工藝參數(shù)的測量，實現(xiàn)計算機控制和數(shù)據(jù)的實時采集，并有實時圖表、畫面顯示。

(3)試驗控制系統(tǒng)是基于西門子系列PLC，試驗控制方式及控制程序可以根據(jù)試驗的工藝要求進行編制。

(4)數(shù)據(jù)采集按照每次試驗保存，自動生成試驗報表及打印，數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL表格。

19 結(jié)論

寶鋼研究院新增雙工位燒結(jié)杯系統(tǒng)，使燒結(jié)杯試驗效率提高，產(chǎn)能提高一倍左右。技術(shù)裝備、檢測手段、自動化程度、運行穩(wěn)定性等方面進一步提升，對工藝參數(shù)的測量，實現(xiàn)了計算機控制和數(shù)據(jù)的實時采集，并有實時圖表、畫面顯示。充分考慮環(huán)保要求，各崗位粉塵得到了有效的控制。目前雙工位燒結(jié)杯系統(tǒng)在國內(nèi)為首創(chuàng)，燒結(jié)杯勞動生產(chǎn)率滿足目前實際生產(chǎn)和任務(wù)的要求，提高了燒結(jié)試驗的效率。對燒結(jié)廠配礦、選礦起著關(guān)鍵性指導(dǎo)作用，并將帶來極大的效益。

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