煉鐵燒結(jié)機械設備的技術性分析與研究

蘇升勇

（石橫特鋼有限公司，山東 肥城 271612）

隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼鐵行業(yè)受到了較大的沖擊。在鋼鐵行業(yè)中，煉鐵燒結(jié)設備是一項重要的環(huán)節(jié)。燒結(jié)工藝是根據(jù)原料特性選擇加工程序、燒結(jié)工藝制度，而燒結(jié)質(zhì)量將直接關系到最終的生產(chǎn)質(zhì)量。因此，對于煉鐵燒結(jié)機械設備的關鍵技術進行分析與研究，總結(jié)可以促進燒結(jié)設備改進的措施，提高燒結(jié)設備質(zhì)量，更好地滿足高爐冶煉的需求。

1 燒結(jié)機械設備

1.1 燒結(jié)工藝

燒結(jié)是將按一定比例混合不同粉狀的含鐵原料、溶劑、燃料，然后進行造粒，通過布料器鋪到燒結(jié)機臺車上，經(jīng)過充分燃燒，會出現(xiàn)高溫，并呈現(xiàn)出一系列的物理反應和化學反應。一些物質(zhì)在混合物中軟化或熔化，形成一定量的液相材料，與未發(fā)生熔化的礦粉顆粒混合。燃燒結(jié)束時，溫度降低，導致礦粉顆粒和液相物質(zhì)以塊狀形式結(jié)合。整個過程稱為燒結(jié)，產(chǎn)生的材料稱為燒結(jié)礦。目前，燒結(jié)工藝主要通過生產(chǎn)人造富礦的方式進行?；诋斍暗臒Y(jié)技術而言，最常見的是抽風燒結(jié)技術。其主要是通過振動篩、單輥破碎機等設備對燒結(jié)礦進行篩分，最后對于成品燒結(jié)礦進行高爐冶煉。而燒結(jié)礦如果質(zhì)量較差，可以將其重新進行燒結(jié)。

1.2 燒結(jié)設備

從燒結(jié)設備的生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，主要包括以下幾種：

第一，配料和混合設備，其中給料機與混合機負責混合，皮帶輸送機負責輸送物料；

第二，燒結(jié)機。主要包括驅(qū)動裝置、密封裝置、臺車、單輥破碎機、點火裝置等；

第三，環(huán)形冷卻系統(tǒng)。主要涉及冷卻風機、臺車、給料和卸料裝置、散料收集運輸設備等。第四，除塵設備。除塵設備主要有布袋除塵器、靜電除塵器和多管除塵器。燒結(jié)廠使用的燒結(jié)機主要有間歇式抽風燒結(jié)機、帶式抽風燒結(jié)機。其中，帶式牽引機是最常用的。該設備性能優(yōu)良，機械化程度高，適合在不同原料的燒結(jié)和大規(guī)模自動化生產(chǎn)中應用。另外，帶式燒結(jié)機有投資成本低、操作方便等優(yōu)勢，但是其劣勢在于燒結(jié)機生產(chǎn)效率低下。

2 煉鐵燒結(jié)機械設備的關鍵技術

2.1 褐鐵礦燒結(jié)技術

基于礦源質(zhì)量來看，褐鐵礦體積比小，孔隙率低，吸水能力強，易被吸附過多，影響燒結(jié)生產(chǎn)質(zhì)量。隨著優(yōu)質(zhì)能源數(shù)量的不斷減少，礦產(chǎn)資源的數(shù)量也越來越多，所以褐鐵礦也成為了當前常用的燒結(jié)原料之一。因此，當褐鐵礦燒結(jié)技術應用于燒結(jié)工藝時，燒結(jié)廠必須要提高褐鐵礦燒結(jié)工藝的生產(chǎn)質(zhì)量與效率，促進冶金、鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展。對于褐鐵礦燒結(jié)的質(zhì)量來說，其關鍵在于配比準確性。經(jīng)過實踐研究表明，最佳的褐鐵礦燒結(jié)技術的燒結(jié)比為：在燒結(jié)廠增加褐鐵礦比例時，應將褐鐵礦粉的比例降至1mm以下。在燒結(jié)過程中，褐鐵礦粉提高了燒結(jié)生產(chǎn)率和燒結(jié)滾筒強度，降低了固體燃料消耗，提高了燒結(jié)還原率。

2.2 厚料層燒結(jié)技術

燒結(jié)廠燒結(jié)設備采用的厚料層燒結(jié)技術是基于“燒結(jié)料層自動蓄熱原理”。該技術需要結(jié)合低溫燒結(jié)技術應用，既能提高燒結(jié)過程的節(jié)能效果，減少燒結(jié)過程的排放，又能夠提高燒結(jié)質(zhì)量。通過厚料層燒結(jié)技術，能夠有效提高燒結(jié)質(zhì)量和燒結(jié)效率，并且還可以有效降低燒結(jié)中的燃料消耗和總熱耗量。

2.3 天然氣噴吹的低碳燒結(jié)技術

在燒結(jié)過程中，會產(chǎn)生大量的二氧化碳。為了減少二氧化碳的排放量，一些燒結(jié)廠選擇噴吹天然氣粉末燒結(jié)技術，主要用于燒結(jié)機臺車的定位。在側(cè)面上方進行天然氣陪吃，可以保持燒結(jié)機的燒結(jié)溫度在1200～1400℃。該技術能夠顯著降低燒結(jié)礦的焦粉用量，提高燒結(jié)礦的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。天然氣噴吹的低碳燒結(jié)技術中燒結(jié)設備的工作原理是提高燒結(jié)溫度，延長燒結(jié)時間，但為了防止燒結(jié)機最高燒結(jié)溫度過高，增加鐵礦石與石灰的反應時間，增加燒結(jié)礦內(nèi)部孔隙率，提高燒結(jié)礦強度，降低焦粉比和返料率，減少燒結(jié)過程中的二氧化碳排放。燒結(jié)機械設備采用天然氣噴吹的低碳燒結(jié)技術，能夠提高生產(chǎn)效率的同時，降低空氣污染。

2.4 低溫燒結(jié)技術

該技術是基于“鐵酸鈣理論”實現(xiàn)的，在燒結(jié)過程中，燒結(jié)溫度低于1300℃時，燒結(jié)形成復合鐵酸鈣。而在溫度升高時，將會把復合鐵酸鈣分解。傳統(tǒng)的冶金工業(yè)和鋼鐵工業(yè)中，通過提高燒結(jié)溫度來實現(xiàn)燒結(jié)技術。溫度的升高會使許多燒結(jié)材料形成熔體，從而使燒結(jié)原料燒結(jié)和礦化。低溫燒結(jié)技術和高溫燒結(jié)技術相比較而言，低溫燒結(jié)技術是通過控制燒結(jié)溫度來控制燒結(jié)原料的熔化程度。低溫燒結(jié)技術固結(jié)的礦石比和與高溫燒結(jié)技術的礦石冷強度更高。同時，關于礦其他特征參數(shù)，低溫燒結(jié)技術固結(jié)的礦石在冷強度、熱穩(wěn)定性、還原特性、軟熔特性、礦相特性以及還原粉化特性等方面具有顯著的效果，比高溫燒結(jié)技術質(zhì)量高。因此，低溫燒結(jié)技術具有更好的質(zhì)量、性能，不僅可以提高燒結(jié)質(zhì)量，而且可以提高能源利用率，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

2.5 復合造塊技術

該技術可以分為鑲嵌式燒結(jié)法和復合造塊法。隨著巴西和澳大利亞等鐵礦石供應商減少了優(yōu)質(zhì)鐵礦粉的供應。在提升低價礦成本之后，開始生產(chǎn)低渣比燒結(jié)礦，同時研發(fā)出了鑲嵌式燒結(jié)方法。鑲嵌式燒結(jié)法的燒結(jié)工藝為：將粉礦研制成小球，然后在燒結(jié)設備布料過程中，將小球放在燒結(jié)料層中間。在常規(guī)燒結(jié)溫度下，小球可以獲得最佳的孔隙結(jié)構(gòu)。鑲嵌式燒結(jié)方法的原則是通過小球空隙，確保小球不會出現(xiàn)過熔，從而提高燒結(jié)料層的透氣性。在鑲嵌式燒結(jié)工藝下，燒結(jié)小球的過程中，主要熱源是頂部混合料燒結(jié)過程中的堿度。并相應降低小球堿度。而復合造塊法的燒結(jié)流程為：分離小鐵粉，制作成酸性球團，然后將粗鐵粉與其他燒結(jié)原料進行充分混合，之后進行燒結(jié)。復合造塊法可以制備出燒結(jié)礦內(nèi)含有酸性球團礦的高質(zhì)量復合煉鐵爐料，并且還能夠解決酸堿比、超細礦粉等難處理資源的問題。在超細精礦配比相同的情況下，表1所示為復合造塊法和常規(guī)燒結(jié)的工藝指標對比情況。

表1 常規(guī)燒結(jié)和復合造塊法的工藝指標對比

2.6 燒結(jié)配礦技術

在過去，人們非常關注燒結(jié)原料的化學成分和粒度組成。然而，燒結(jié)原料（如鐵礦粉）僅在室溫下具有性能，而在高溫下不具有良好的性能。因此，燒結(jié)工藝必須滿足原材料的需要。這種方法非常落后，燒結(jié)工藝的生產(chǎn)效率非常低。隨著燒結(jié)設備和燒結(jié)工藝的不斷發(fā)展和創(chuàng)新優(yōu)化，燒結(jié)工藝得到了改進，燒結(jié)廠高溫燒結(jié)原料的效率得到了顯著提高，燒結(jié)礦綜合利用程度提高，原料燒結(jié)工藝與生產(chǎn)特點互補，鐵礦資源得到充分利用，促進燒結(jié)設備的高效生產(chǎn)和高質(zhì)量生產(chǎn)。

3 煉鐵燒結(jié)機械設備的工藝改造與技術優(yōu)化

3.1 返礦配加方式優(yōu)化

燒結(jié)機內(nèi)循環(huán)返礦配加通常采用“內(nèi)配”模式，調(diào)整返礦配比時，需要手動鐵料，以改變?nèi)蹌┖腿剂系膶嶋H配比。而通過優(yōu)化燒結(jié)機的配料計算程序，將燒結(jié)機內(nèi)循環(huán)返礦配加采用的“內(nèi)配”模式切換到“外配”模式。通過這一改變，燒結(jié)機在進行調(diào)整返礦配比時，可以基于程序自動根據(jù)物料配比進行調(diào)整，以避免熔劑和燃料比例被動變化的問題，提高燒結(jié)礦質(zhì)量，保障質(zhì)量穩(wěn)定。

3.2 新型環(huán)冷機改造

經(jīng)過多年的使用，原來的燒結(jié)機原有老式環(huán)冷機，會出現(xiàn)冷卻效果差、設備老化變形、物料拋灑嚴重等眾多問題，經(jīng)過大量的研究和論證，可以對老式環(huán)冷機進行了換型改造。新型冷卻機的環(huán)密封性好，運行穩(wěn)定，排放完全，能夠顯著改善啟動現(xiàn)象，冷卻效果好，降低了風機冷卻能耗，取得了經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

3.3 建立燒結(jié)機換料操作標準化模型

為了避免鐵料配比調(diào)整過程中燒結(jié)礦質(zhì)量波動、燒結(jié)趨勢等問題，需要專業(yè)人員對于各機組燒結(jié)機工藝設備配置、儀表量程、配比計算、原燃料基礎數(shù)據(jù)等進行分析和計算，并在此基礎上建立燒結(jié)機的換料操作模型。在每次調(diào)整配比前，應發(fā)布進料標準化說明，包括料倉配置、加水量的調(diào)整、燃料調(diào)整、熔劑以及和燒結(jié)礦成分的管理規(guī)則等，對于各項內(nèi)容進行詳細規(guī)定，為換料操作提供指導。如圖1所示為具體模型圖。通過建立鐵料換料操作標準化運行模式，規(guī)范換料運行管理，實現(xiàn)了換料預判和回收率。

圖1

3.4 燒結(jié)機布料工藝優(yōu)化

為提高燒結(jié)機布料環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，需要加強篦網(wǎng)管理，降低混礦中雜物。圍繞布料操作，對于布料滾筒、壓料輥、活頁門、擋料板等環(huán)節(jié)進行改造，進一步完善布料檢查環(huán)節(jié)，提高布料的操作水平，保證臺車寬度、長度的均勻性。而自主發(fā)明的燒結(jié)機對分離器、門扇、轉(zhuǎn)鼓、擋料板等進行了不斷的改造。完善布料檢查和考核制度，提高布料操作水平，確保臺車長度和寬度方向的均勻性。臺車的長度和寬度為穩(wěn)定燒結(jié)趨勢創(chuàng)造了條件。見圖2為燒結(jié)機圓輥兩側(cè)粘料清理裝置。

圖2 燒結(jié)機圓輥兩側(cè)粘料清理裝置

3.5 燒結(jié)機漏風治理

燒結(jié)機長時間運行后，會出現(xiàn)漏風率增大，利用率降低等問題。其中，在燒結(jié)機滑道、頭尾密封、機頭除塵器卸灰閥、大煙道等部分容易出現(xiàn)漏風點。為此，考慮對于燒結(jié)機進行改造。采用新型端部密封取代老式彈簧式密封，采用耐用的雙層排灰閥代替舊的刀口式卸灰閥，采用柔性無油尼龍密封取代老式滑板密封。改造之后的燒結(jié)機漏風率可以得到顯著降低。

3.6 采用返礦提前噴水潤濕工藝

為了改善混合料制粒效果，充分發(fā)揮內(nèi)循環(huán)返礦在混合機制粒過程中充當?shù)摹昂诵摹弊饔?，技術人員在各機組配料室返礦皮帶秤上均加裝了噴水潤濕裝置，并借助電動調(diào)節(jié)閥和電磁流量計實現(xiàn)了上位機遠程自動控制功能，改善了混合料的制粒效果。

4 結(jié)語

綜上所述，通過開展燒結(jié)設備關鍵技術的研究，能夠提高燒結(jié)廠工藝裝備水平。而燒結(jié)廠需要充分認識到燒結(jié)設備存在的問題，對燒結(jié)設備進行改進，應用和結(jié)合先進的燒結(jié)技術，采用大量新型技術和工藝，不斷提高燒結(jié)生產(chǎn)的燒結(jié)效率和質(zhì)量，提高燒結(jié)廠的經(jīng)濟效益和社會效益，完善燒結(jié)系統(tǒng)，為高爐穩(wěn)定運行提供原料保障。本文還存在一些不足之處，僅供參考。