馬鋼鏈窯“低溫大風(fēng)”操作實(shí)踐

段再基，黃世來，宋云鋒，張瑞先

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三煉鐵總廠球團(tuán)分廠，安徽馬鞍山 243000）

馬鋼鏈窯“低溫大風(fēng)”操作實(shí)踐

段再基，黃世來，宋云鋒，張瑞先

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三煉鐵總廠球團(tuán)分廠，安徽馬鞍山 243000）

根據(jù)球團(tuán)礦氧化焙燒理論和生產(chǎn)實(shí)踐，馬鋼鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線實(shí)施了“低溫大風(fēng)”操作，核心思想是在保證成品球質(zhì)量穩(wěn)定和回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)氣氛良好的前提下降低煤氣消耗。將窯頭溫度從1 100℃下調(diào)到1 050℃左右、生球水分從10.0%降到8.8%左右、增加產(chǎn)能提高熱能利用率、變頻擺動(dòng)皮帶均勻料層厚度、優(yōu)化鏈篦機(jī)風(fēng)箱溫度梯度、提高原料系統(tǒng)和通過大數(shù)據(jù)開發(fā)回轉(zhuǎn)窯焙燒自動(dòng)化操作程序等，鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線煤氣單耗從0.799GJ/t降到0.550GJ/t，達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平，同時(shí)球團(tuán)礦質(zhì)量得到提高，F(xiàn)eO含量超1.0%的比例從34.94%降到0。

球團(tuán)；煤氣消耗；溫度穩(wěn)定性

在攻關(guān)活動(dòng)前，馬鋼鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的煤氣消耗較高，2015年下半年平均煤氣消耗達(dá)到0.690GJ/t，特別是2016年1月煤氣消耗達(dá)到0.799GJ/t的最高點(diǎn)，與國(guó)內(nèi)的先進(jìn)指標(biāo)0.500GJ/t有較大的差距，降低鏈窯煤氣消耗的攻關(guān)迫在眉睫。

1 下調(diào)焙燒溫度

馬鋼鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線所用的含鐵原料都屬于磁鐵精礦粉，在焙燒的過程中，最重要的一個(gè)反應(yīng)是Fe3O4氧化成Fe2O3，F(xiàn)e2O3再結(jié)晶固結(jié)[1]，使得球團(tuán)礦具有較高強(qiáng)度。溫度對(duì)球團(tuán)礦Fe3O4氧化成Fe2O3的過程有重要影響，隨著溫度的升高，F(xiàn)e3O4的氧化速度加快，球團(tuán)礦表面新生成的Fe2O3再結(jié)晶及聚晶長(zhǎng)大，體積逐漸收縮，表面孔隙率逐漸減少，但溫度過高，球團(tuán)礦表面形成致密的Fe2O3外殼，外殼收縮，孔隙率過少，阻礙了氧離子向球團(tuán)內(nèi)部擴(kuò)散，抑制了球團(tuán)礦內(nèi)部進(jìn)一步氧化[2]，球團(tuán)礦易形成“夾心”結(jié)構(gòu)，降低了球團(tuán)礦質(zhì)量。所以磁鐵精礦的球團(tuán)焙燒并不是溫度越高越好，而是有一個(gè)適宜的溫度區(qū)間。

對(duì)2015年9月至2016年2月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯窯頭月平均溫度與球團(tuán)礦FeO月平均含量具有較強(qiáng)的線性關(guān)系（窯中溫度失靈），窯頭溫度與成品球FeO線性回歸方程式如下：

式中，Y為成品球FeO月平均值，%；T為回轉(zhuǎn)窯窯頭的月平均溫度，℃。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，要穩(wěn)定球團(tuán)礦FeO含量，（平均值需要小于0.6%），代入回歸方程得到，窯頭溫度不要高于1 053℃，而目前回轉(zhuǎn)窯的平均溫度在1 090～1 100℃，高出適宜的窯頭溫度將近40℃，所以根據(jù)球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度和回轉(zhuǎn)窯氣氛，下調(diào)焙燒溫度，把窯頭溫度從1 100℃降到1 050℃左右，回轉(zhuǎn)窯焦?fàn)t煤氣流量從8 900m3/h降到8 300m3/h，下降幅度為600m3/h。

2 控制生球水分

根據(jù)球團(tuán)礦在鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯焙燒過程中的熱平衡計(jì)算，熱支出中生球水分蒸發(fā)帶走熱量比例24.43%左右，因此降低生球水分，減少熱支出，可以有效降低回轉(zhuǎn)窯煤氣消耗。生球干燥過程中，主要指脫除自由水，生球水分越高，蒸發(fā)需要的熱量越高，水分蒸發(fā)需要的熱量公式如下：

式中，Q為水蒸發(fā)需要的熱量，kJ；C為蒸汽比熱容，kJ/（kg·K）；M為水的質(zhì)量，kg；Δt為水蒸發(fā)前后的溫度變化，℃。

攻關(guān)前，我廠的生球水分為10.0%，攻關(guān)后生球水分降到8.4%，以320t/h的上料量為例，計(jì)算得到攻關(guān)后生球蒸發(fā)帶走的熱量比攻關(guān)前降低3.0GJ，相當(dāng)于約210m3的焦?fàn)t煤氣的發(fā)熱量。通過降低生球水分，回轉(zhuǎn)窯焦?fàn)t煤氣流量8 300m3/h下降到約8 000m3/h。

另外為了降低生球水分，通過增加原料綜合倉存儲(chǔ)量、精礦粉室內(nèi)打堆、行車抓干料等措施不但降低造球來料水分，烘干筒的進(jìn)料水分從10.5%降到8.8%，使烘干筒的高爐煤氣流量從12 000m3/h下降到9 000m3/h，進(jìn)一步降低了工序的煤氣消耗。

3 提高熱能的利用率

磁鐵礦氧化是強(qiáng)氧化過程，氧化過程中放出大量的熱能，化學(xué)反應(yīng)式如下：

資料表明，1kg的FeO完全氧化成Fe2O3放出1 952kJ的熱量。生產(chǎn)球團(tuán)礦的過程中，磁鐵礦放熱量占到系統(tǒng)需要總熱量的50%，所以增加球量，增加磁鐵礦的自身氧化放熱量。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，球量增加，環(huán)冷機(jī)各段溫度上升，為了冷卻球團(tuán)礦，環(huán)冷機(jī)各段冷卻風(fēng)門增加，即風(fēng)量增加。以環(huán)冷機(jī)余熱利用為例，其中環(huán)冷機(jī)I段回?zé)犸L(fēng)總共進(jìn)行被余熱利用三次，首先是環(huán)冷機(jī)I段回?zé)犸L(fēng)返回到回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行焙燒球團(tuán)礦，第二次余熱利用是從回轉(zhuǎn)窯窯尾到鏈篦機(jī)預(yù)熱II段進(jìn)行預(yù)熱球團(tuán)礦，第三次是鏈篦機(jī)II段到抽干段進(jìn)行干燥球團(tuán)礦，由此來看，增加球量，不但提高了自身磁鐵礦氧化放熱量，而且增加了余熱利用的效率。另外根據(jù)鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯熱平衡，系統(tǒng)的熱損失包括機(jī)體散熱、管道損失、水冷帶走熱量、放空氣體帶走熱量、鏈篦機(jī)篦板帶走熱、干返料帶走熱等，無論球量多少，系統(tǒng)的熱損失幾乎是定值，所以球量越高，噸球的熱損失越低，煤氣單耗越低。通過把上料量從300t/h提高到320t/h，余熱利用率上升，系統(tǒng)熱損失下降，雖熱回轉(zhuǎn)窯煤氣流量沒有變化，但球量增加，使得噸球煤氣單耗下降。

4 均勻鏈篦機(jī)布料

我廠鏈篦機(jī)布料模式為擺動(dòng)皮帶+寬皮帶+大輥篩，攻關(guān)前鏈篦機(jī)篦床東西兩側(cè)布料經(jīng)常不均，兩側(cè)料層厚度相差20～40mm，料層厚度對(duì)料層的透氣性有極大影響，布料不均導(dǎo)致兩側(cè)氣流不均，即透氣性不均。應(yīng)用最廣的料層透氣性公式為沃伊斯等在大規(guī)模實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上確定的Voice公式。

式中，P為透氣性指數(shù)，m/m·min；Q為通風(fēng)風(fēng)量，m/min；A為料面面積，m2；Δp為壓力損失，mmH2O；n為實(shí)驗(yàn)測(cè)定系數(shù)，一般計(jì)算取值0.6左右，與物料粒度以及焙燒過程有關(guān)。

根據(jù)上述公式推測(cè)，在P、Δp一定的情況下，料層厚度越高，Q/A越低，即料層越厚，單位面積通風(fēng)風(fēng)量越低，理論上料層越厚的地方，需要的風(fēng)量越多，才能完全干燥預(yù)熱，這就造成鏈篦機(jī)兩側(cè)球團(tuán)礦的干燥預(yù)熱嚴(yán)重不均，從操作參數(shù)來看，東回?zé)犸L(fēng)機(jī)入口溫度只有390℃，但西回?zé)犸L(fēng)機(jī)入口溫度達(dá)到430℃，兩個(gè)回?zé)犸L(fēng)機(jī)的入口溫度差達(dá)到40℃。為了保證成品球團(tuán)礦FeO和入窯球團(tuán)的強(qiáng)度，需要消耗更多的煤氣來焙燒球團(tuán)礦。通過變頻擺動(dòng)皮帶的措施，均勻鏈篦機(jī)料層的厚度，達(dá)到調(diào)節(jié)鏈篦機(jī)東西兩側(cè)料厚的目的，實(shí)現(xiàn)鏈篦機(jī)均勻布料。采取變頻擺動(dòng)皮帶后，均勻兩側(cè)料厚，東西回?zé)犸L(fēng)機(jī)入口溫差從40℃下降到10℃左右，回轉(zhuǎn)窯焦?fàn)t煤氣流量從8 000m3/h下降到7 600m3/h。

5 優(yōu)化風(fēng)箱溫度梯度

在以往的生產(chǎn)過程中，強(qiáng)調(diào)鏈篦機(jī)煙罩溫度的重要性，忽視了鏈篦機(jī)風(fēng)箱溫度。鏈篦機(jī)篦床下面由2排38 個(gè)風(fēng)箱組成，鏈篦機(jī)煙罩中的熱氣與篦床上的球團(tuán)礦進(jìn)行熱傳遞后，熱氣進(jìn)入到風(fēng)箱里，在此過程中，球團(tuán)礦溫度上升，熱氣溫度下降，所以風(fēng)箱溫度對(duì)球團(tuán)礦干燥預(yù)熱的實(shí)際情況更具代表性。因此，根據(jù)生球的干燥機(jī)理以及球團(tuán)礦的預(yù)熱氧化規(guī)律，恢復(fù)了鏈篦機(jī)風(fēng)箱蝶閥的調(diào)節(jié)功能，優(yōu)化鏈篦機(jī)風(fēng)箱溫度梯度，優(yōu)化后鼓干風(fēng)箱溫度上升，加快生球的干燥速度，降低預(yù)熱I段球團(tuán)的升溫速度，防止球團(tuán)急劇升溫，減少生球干燥過程中的爆裂現(xiàn)象，減少粉末入窯，防止回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，而且為進(jìn)一步降低氧化焙燒溫度創(chuàng)造了條件，攻關(guān)前預(yù)熱II段風(fēng)箱的最高溫度為558℃，優(yōu)化風(fēng)箱溫度梯度后，預(yù)熱II段最高風(fēng)箱溫度降到510℃，下降幅度為48℃，回轉(zhuǎn)窯焦?fàn)t煤氣流量從7 600m3/h下降到7 200m3/h。

6 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

以造球穩(wěn)定為核心和以焙燒操作穩(wěn)定為基礎(chǔ)來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止生產(chǎn)大幅度波動(dòng)帶來回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈、關(guān)鍵設(shè)備故障率高等問題的出現(xiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定是降低煤氣消耗的前提，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性措施如下：

6.1 提高原料系統(tǒng)的穩(wěn)定性

原料系統(tǒng)的穩(wěn)定是造球崗位穩(wěn)定的前提，進(jìn)一步明確原料系統(tǒng)的工藝紀(jì)律，提高原料系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過及時(shí)檢測(cè)烘干筒進(jìn)出物料的水分，把烘干筒出料水分穩(wěn)定在7.0%到7.2%；通過加強(qiáng)對(duì)磨機(jī)電流的監(jiān)控，要求磨機(jī)磨料量穩(wěn)定在170t/h到180t/h；明確造球穩(wěn)定的三個(gè)指標(biāo)，一是生球流量波動(dòng)幅度15t/h以內(nèi)，二是生球落下強(qiáng)度在5到6次/0.5m，三是造球濕返率要求在19.5%到21.5%。

6.2 通過大數(shù)據(jù)開發(fā)回轉(zhuǎn)窯焙燒自動(dòng)化操作

攻關(guān)前，中控工對(duì)煤氣的調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、風(fēng)門開度的調(diào)節(jié)等隨意性較大，往往是根據(jù)個(gè)人的對(duì)系統(tǒng)的理解進(jìn)行調(diào)節(jié)，人為因素造成系統(tǒng)的焙燒參數(shù)大幅度波動(dòng)的情況頻繁發(fā)生，通過鏈窯近3a來的大量的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)，開發(fā)回轉(zhuǎn)窯焙燒自動(dòng)化操作程序，達(dá)到穩(wěn)定焙燒參數(shù)的目的，回轉(zhuǎn)窯煤氣的每次調(diào)整幅度少于300m3/h，同向調(diào)整的間隔時(shí)間大于1h；以回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度作為調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)窯煤氣的第一參照溫度，要求窯尾溫度波動(dòng)幅度為20℃；要求環(huán)冷機(jī)機(jī)速調(diào)整幅度少于0.05m/min；在生球量穩(wěn)定情況下，不輕易調(diào)整主抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、東西回?zé)犸L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

通過明確原料系統(tǒng)的工藝紀(jì)律和回轉(zhuǎn)窯焙燒自動(dòng)化操作，提高了原料系統(tǒng)和焙燒參數(shù)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高，原來回轉(zhuǎn)窯煤氣的波動(dòng)幅度達(dá)到1 000m3/h以上，攻關(guān)后，回轉(zhuǎn)窯煤氣的波動(dòng)幅度下降到200～500m3/h。由于系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提高，成品質(zhì)量和回轉(zhuǎn)窯氣氛得到了保證，回轉(zhuǎn)窯的焦?fàn)t煤氣流量進(jìn)一步從7 200m3/h下降到6 700m3/h。

7 結(jié)束語

馬鋼三鐵鏈窯實(shí)施“低溫大風(fēng)”操作以來，采取了下調(diào)焙燒溫度、降低生球水分、提高熱能的利用率、均勻鏈篦機(jī)布料、優(yōu)化風(fēng)箱溫度梯度、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性等主要措施，把工序的煤氣消耗從0.799GJ/t降到0.550GJ/t，進(jìn)入到行業(yè)內(nèi)的先進(jìn)水平，每個(gè)月的直接效益達(dá)到100萬元以上；另外低煤氣消耗延長(zhǎng)了高溫設(shè)備的使用壽命，減少了大型設(shè)備故障率，大幅度降低了焙燒設(shè)備的維修費(fèi)用。

[1] 傅菊英，姜濤，朱德慶.燒結(jié)球團(tuán)學(xué)[M].長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1996.

[2] 姜昌偉，傅菊英，李思導(dǎo)，等.凹山磁鐵精礦球團(tuán)焙燒特性研究[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，（5）：435-437.

[3] 馮俊小，孫志武，張宇，等.鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的熱診斷與節(jié)能分析[J].燒結(jié)球團(tuán)，2007，（6）：29-34.

[4] 周威，王林.鏈篦機(jī)布料不均原因及改進(jìn)[J].鞍鋼技術(shù)，2010，（5）：40-42.

Operation Practice of “Low Temperature and Strong Wind” in Rotary Kiln

Duan Zai-ji，Huang Shi-lai，Song Yun-feng，Zhang Rui-xian

According to the theory and production practice of pelletized oxidation roasting，Maanshan Iron and Steel chain graterotary kiln production line has implemented the operation of “l(fā)ow temperature and wind”.The core idea is to reduce the gas consumption under the premise of ensuring the quality of finished ball and the good atmosphere of rotary kiln，The kiln temperature from 1100 ℃down to about 1050 ℃，the ball water from 10.0% to 8.8% or so，increase production capacity to improve heat utilization，frequency swing belt uniform material layer thickness，optimize the chain grate bellows temperature gradient，Raw material system and through the development of large data rotary kiln roasting automation procedures，chain grate-rotary kiln production line gas consumption from 0.799GJ/t down to 0.550GJ/t，to the domestic and international advanced level，while the pellet quality has been improved，The ratio of FeO content exceeding 1.0% decreased from 34.94% to zero.

pellet；gas consumption；temperature stability

TF521.1；TF046.6

B

1003-6490（2017）12-0157-02

2017-10-19

段再基（1984—），男，安徽馬鞍山人，工程師，主要從事球團(tuán)工藝技術(shù)管理工作。