軟錳礦中頻還原焙燒爐結(jié)構(gòu)改進試驗研究

胡 平，蔣 赟

（1.貴州能礦錳業(yè)集團有限公司，貴州 銅仁 554001；2.貴州省電池用錳材料工程技術(shù)研究中心，貴州 銅仁 554001）

貴州能礦錳業(yè)集團工程技術(shù)中心自主研發(fā)的焙燒豎爐[1-4]是生產(chǎn)錳制品的較為先進的工業(yè)爐窯，焙燒反應方程式2MnO2+C→2MnO+CO2。該焙燒爐呈圓柱形，由還原爐管、加熱裝置、冷卻裝置、給料出料裝置及溫度控制系統(tǒng)組成。設備總體布局如圖1。

還原爐管從上至下依次為烘干段、預熱段及還原段，每段均設置測溫點，并通過溫度控制系統(tǒng)集中控制。加熱裝置由不銹鋼管和銅質(zhì)感應線圈組成，線圈內(nèi)通冷卻水循環(huán)冷卻，線圈與爐管之間采用玻璃棉層隔熱，玻璃棉層同時起到保溫作用。還原段下方連接冷卻段，該部分爐管被循環(huán)冷卻水箱包圍[1]。

圖1 中頻爐結(jié)構(gòu)示意圖

該設備是一種將工頻50Hz交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l的裝置，把三相工頻交流電整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應線圈里流過的中頻交變電流，在感應圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應圈里金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流而加熱。

用焙燒爐生產(chǎn)錳制品時，考量焙燒爐性能優(yōu)異的因素一般主要有該焙燒爐的穩(wěn)定性能、產(chǎn)量、還原電耗以及還原率?；谶@些因素，對該焙燒爐做了相應的改進。

1 結(jié)構(gòu)對比及改進

對焙燒爐進行穩(wěn)定性試驗時，下料速度一直沒有得到提高，分析可能原因是由于線圈分布不合理，上部低溫段溫度較低，長度過長，不利于水汽的排出；中部大功率的密線圈大部分處于加熱烘干段，溫度在800℃以上的線圈長度僅為1145mm，使得大功率線圈不能較好地為礦石的還原提供高溫環(huán)境，最終導致高溫還原段長度沒有得到增加。所以對焙燒爐做了如下改進。

1.1 給料裝置

原給料裝置采用中心進料的方式，中頻爐排氣面積僅為爐管內(nèi)壁與進料管外壁之間的圓環(huán)面積，排氣面積?。徊⑶疫M料管插入深度為1.5m，導致爐管上1.5m的加熱線圈無法對物料進行加熱，導致熱量的浪費，不利于物料的烘干和中頻爐排汽。

針對上述原因，本次試驗設計并制作了一種周邊進料、中心排氣的給料裝置。整個下料裝置與原下料裝置相比，增加了一個固汽分流裝置，將原來的進料管改為了排氣管。改造之后，下料斗內(nèi)的物料經(jīng)固汽分流裝置分流進入爐管與排氣管之間的圓環(huán)內(nèi)，增加了上部線圈的熱量利用率；物料加熱產(chǎn)生的水蒸氣通過排氣管底部和連接縫隙進入排氣管，經(jīng)固汽分流裝置導流后通過下料漏斗上的排氣孔排出，從而增大了中頻爐的排氣面積，非常有利于物料的烘干和中頻爐的排汽。

1.2 中頻爐線圈分布

如圖2、圖3所示，本次改造將原6#線圈去掉，將4#線圈切掉了80mm。然后將4#、5#線圈并聯(lián)安裝在距中頻爐頂部400mm的位置；將原1#、2#、3#線圈并聯(lián)后串聯(lián)在4#、5#線圈的下部；將原7#線圈串聯(lián)在1#、2#、3#線圈的下部，距加熱段底部880mm的位置。

1.3 熱電偶分布

如圖2、圖3所示，本次試驗在前一階段的基礎上增加的4個熱電偶，熱電偶之間的間距均為680mm，均勻地分布在爐管上。通過總結(jié)設備改造前后的運行溫度分布情況發(fā)現(xiàn)，在設備運行過程中，隨試驗參數(shù)的調(diào)整，溫度波動并不大。因此將設備改造前后的溫度分布情況取平均值，根據(jù)爐管縱向高度依次標注于圖2、圖3中。

圖2 改造前設備示意圖

圖3 改造后設備示意圖

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 原料檢測數(shù)據(jù)分析

在試驗過程中，對入爐前的物料（澳籽錳礦石與煤炭和谷殼的比例為1000:100:30）充分混合，采用四分法后，取樣分析，做三個平行。分析結(jié)果如表1所示。由表中可知，本次試驗所用混合礦石的全錳為43.25%（干基），水分為5.79%，含碳量為7.13%。按化學計量比計算，本次試驗所采用的錳礦石所需消耗的還原碳所占百分比應大于4.95%，從檢測數(shù)據(jù)表明，本次試驗所用混合物料碳含量足夠，理論上不會影響錳礦石的還原率。

表1 中頻焙燒爐試驗原料分析

2.2 出料速度

在焙燒爐啟動前用熟料填滿爐管，檢查水冷系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)，確認無異常后開啟焙燒爐升溫（為避免局部溫度過高導致物料燒結(jié)，在升溫的同時啟動下料電機，將其調(diào)節(jié)至較低的排料速度，保持物料在管內(nèi)流動）。溫度達到830℃以上啟動下料裝置并開始給入原料，并將下料速度電機變頻器設定至預定頻率，使之均勻產(chǎn)出物料。

經(jīng)過大量的試驗，取得比較明顯的效果。我們對焙燒爐結(jié)構(gòu)改進前后進行了實際運行數(shù)據(jù)的對比。結(jié)果表明：①改進前，在167.8h內(nèi)，本實驗在連續(xù)進料25000Kg，產(chǎn)出18946Kg；②改進后，在155.5h內(nèi)，連續(xù)進料29683Kg,連續(xù)出料21563Kg。平均出料速度從112.91Kg/h提高到138.67Kg/h，效果非常明顯，產(chǎn)量提升幅度達22.81%，具體記錄如表2。

表2 改進前后進出料數(shù)據(jù)對比

2.3 電耗

改進前，Φ400中頻焙燒爐焙燒還原電耗總計7448.12 kw·h，單位電耗為7448.12÷18.946=393.12 kw·h/噸還原礦；改進或后，Φ400中頻爐還原電耗總計7628.4 kw·h，單位電耗為7628.4÷21.563=353.77kw·h/噸還原礦。由數(shù)據(jù)可知，改進后還原單位礦石的電耗比改進前降低39.55 kw·h/噸還原礦。電耗具體數(shù)據(jù)如表3。

表3 改進前后電耗對比

2.4 還原率

在試驗過程中，每生產(chǎn)1袋還原礦采一個綜合樣。采樣的時間間隔約為5h一次，每次在圓盤出料口處用采樣鏟接取20秒，最終根據(jù)出料情況混合形成綜合樣品。

圖4 改進前后的還原率波動情況對比

由圖4所示，改進前，在統(tǒng)計階段內(nèi)還原率的最大值為98.50%，最小值為85.56%，算術(shù)平均值為95.69%，整組數(shù)據(jù)的標準偏差為2.66%，變異系數(shù)為2.78%。改進后，在所取的統(tǒng)計時間內(nèi)，還原率最大值為99.7%，最小值為94.7%，還原率加權(quán)平均值為97.85%，整組數(shù)據(jù)的標準差為1.14%，變異系數(shù)為1.17%。通過對比改進前后的對比，改進后不僅還原率提高了，而且穩(wěn)定性也大幅提高了。

3 結(jié)語

通過對焙燒爐給料裝置、線圈分布、熱電偶分布的改進，改進后的出料速度比之前提高了25.76 Kg·h-1，改進后的電耗率比之前節(jié)省了39.55 kw·h/噸還原礦，改進后的還原率比之前提高了2.16%，而且穩(wěn)定率也有了大幅度的提高。通過這次改進，極大地提高了該焙燒爐的可用性，對于中頻還原爐應用于軟錳礦還原焙燒提供了試驗數(shù)據(jù)支撐。