鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程熱狀態(tài)工藝優(yōu)化

劉建華

回轉(zhuǎn)窯球團產(chǎn)線中鏈篦機回轉(zhuǎn)窯環(huán)冷機各部溫度優(yōu)化控制是提高球團產(chǎn)質(zhì)水平的重要環(huán)節(jié)。宣鋼通過對球團產(chǎn)線工藝系統(tǒng)全面跟蹤，對關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)反復摸索，進行了造球前原料穩(wěn)定性優(yōu)化，造球工藝優(yōu)化，鏈篦機煙罩隔墻改造，環(huán)冷機隔墻改造及用風優(yōu)化，提升了球團工序能力及產(chǎn)質(zhì)量水平。

1 鏈篦機焙燒室溫度優(yōu)化

（1）球團礦在鏈篦機上的焙燒過程中，借助回轉(zhuǎn)窯的熱廢氣，通過內(nèi)部循環(huán)，完成生球的脫水干燥、預熱和氧化，溫度梯度明顯，干燥的目的是使經(jīng)干燥的球團能夠安全承受預熱階段的較高溫度下的內(nèi)應力，干燥段主要是生球水分蒸發(fā)，部分結(jié)晶水分解，系統(tǒng)脫水80%主要發(fā)生在干燥段。生球干燥后，在進入焙燒之前，存在一過渡階段，即預熱階段，球團礦在預熱階段的焙燒對成品球的質(zhì)量和產(chǎn)量都有重要的影響，預熱段主要發(fā)生磁鐵礦氧化成三氧化二鐵碳酸鹽硫化物分解，氧化，硫化物的煅燒等，干球氧化55%～70%在預熱段，氧化對于球團礦的機械強度和還原性狀具有決定性的影響。

1#回轉(zhuǎn)窯鏈篦機機頭球亞鐵高，主要原因是鏈篦機預熱段短，有效焙燒面積少，球團礦在鏈篦機預熱段氧化不充分，機頭氧化亞鐵在8.5%。生球必須經(jīng)過干燥，因為預熱階段的溫度往往高于生球破裂溫度。未經(jīng)干燥的生球直接進入預熱階段，其結(jié)構(gòu)會受到破壞，使球?qū)油笟庑詯夯?，給預熱焙燒工序帶來困難，最終導致生產(chǎn)率降低，成品球質(zhì)量不均勻。

所謂生球破裂溫度，即生球干燥時結(jié)構(gòu)遭到破壞時的初始溫度。生球結(jié)構(gòu)破壞形式有兩種，其一是生球表面出現(xiàn)裂紋；其二是在干燥過程中整個生球炸裂散開。生球表面產(chǎn)生裂紋時的初始溫度稱為裂紋溫度，生球炸裂散開時的初始溫度稱為爆裂溫度。生球濕度高于最大吸附水時，爆裂溫度高于裂紋溫度，生球濕度介于最大吸附水和裂紋毛細水之間，生球爆裂溫度和裂紋溫度重合。不管生球產(chǎn)生裂紋還是炸裂，在干燥過程中都應該盡可能避免這種現(xiàn)象出現(xiàn)。

（2）根據(jù)生產(chǎn)實際情況，跟蹤1#鏈篦機卸灰閥各個灰箱返料情況，在干燥段第2個風箱開始出現(xiàn)生球爆裂，因此調(diào)整干燥一段和干燥二段隔墻窟窿大小。生球在鏈篦機中經(jīng)過干燥、預熱，使生球脫去水分，形成一定強度，從而滿足在回轉(zhuǎn)窯中進一步焙燒的要求。預熱球強度差，進入窯內(nèi)會形成粉末，最終影響成品球團礦的質(zhì)量。

一直以來，1#回轉(zhuǎn)窯的成品球團礦抗壓與2#回轉(zhuǎn)窯相比較差，其中很重要的原因是1#鏈篦機干燥一段溫度高，生球干燥效果不好，存在生球爆裂現(xiàn)象；預熱段高溫時間短，造成球團礦在鏈篦機氧化不充分，鏈篦機機頭球氧化亞鐵高，因此對干燥一段與干燥二段隔墻孔進行部分封堵，降低干燥一段溫度，降低環(huán)冷機隔墻高度，阻止環(huán)冷3段冷風竄到2段，有效利用環(huán)冷機二冷段回熱風，合理布置鏈篦機各段溫度；2#回轉(zhuǎn)窯鏈篦機分4段，各段風箱分布數(shù)量干燥1段3個，干燥2段2個，預熱1段2個，預熱2段7個。1#回轉(zhuǎn)窯鏈篦機分3段，各段風箱分布數(shù)量干燥1段4個，干燥2段4個，預熱段5個。鏈篦機隔墻改造前，1#窯干燥1段焙燒時間5.7min，干燥2段焙燒時間5.7min，預熱段焙燒時間7.15min，2#窯干燥1段焙燒時間4.22min，干燥2段焙燒時間2.8min，預熱1段焙燒時間2.8min，預熱2段焙燒時間9.35min，1#回轉(zhuǎn)窯干燥段長，預熱段短，生球在溫度較高的預熱段運行時間短，導致生球預熱效果差，強度低。增加預熱段長度會改善預熱球的強度，同時也有利于產(chǎn)量提高。

球團1#鏈篦機共13個風箱，鏈篦機有效焙燒長度39m，分干燥一段（4個風箱）、干燥二段（4個風箱）、預熱段（5個風箱），其中干燥一段12m，干燥二段12m，預熱段15m。

2#鏈篦機共14個風箱，鏈篦機有效焙燒長度41m，分干燥一段（3個風箱）、干燥二段（2個風箱）、預熱一段（2個風箱）、預熱二段（7個風箱），其中干燥一段9m、干燥二段6m、預熱一段6m、預熱二段20m。

1#鏈篦機速度按2.1m/min測算1#鏈篦機各段焙燒時間：干燥一段，風箱4個，長度12m，焙燒時間5.7min，干燥二段風箱4個，長度12m，焙燒時間5.7min，預熱段風箱5個，長度15m，焙燒時間7.15min，1#鏈篦機有效焙燒長度39m，風箱13個，焙燒時間18.55min。

測算2#鏈篦機各段焙燒時間：干燥一段，風箱3個，長度9m，焙燒時間4.2min，干燥二段風箱2個，長度6m，焙燒時間2.8min，預熱段一段風箱2個，長度6m，焙燒時間2.8min，預熱段二段風箱7個，長度20m，焙燒時間9.35min，2#鏈篦機有效焙燒長度41m，風箱14個，焙燒時間19.17min。

球團礦在1#鏈篦機干燥段焙燒時間比在2#鏈篦機干燥段焙燒時間長4.38min，球團礦在1#鏈篦機預熱段焙燒時間比在2#鏈篦機預熱段（預熱一段+預熱二段）焙燒時間短5min。

為使球團礦在1#鏈篦機上焙燒更加合理，可對1#鏈篦機焙燒各段進行2種方案改造：

方案1、一期干燥二段減少1個風箱增加到預熱段，1#鏈篦機各段焙燒時間：干燥一段，風箱4個，長度12m，焙燒時間5.7min，干燥二段風箱3個，長度9m，焙燒時間4.28min，預熱段風箱6個，長度18m，焙燒時間8.57min。

方案2、將一期干燥一段、干燥二段、預熱段改成干燥一段、干燥二段、預熱一段、預熱二段：干燥一段，風箱3個，長度9m，焙燒時間4.2min，干燥二段風箱2個，長度6m，焙燒時間2.8min，預熱段一段風箱2個，長度6m，焙燒時間2.8min，預熱段二段風箱6個，長度18m，焙燒時間8.57min。

方案1改造后較改造前，球團礦在1#鏈篦機預熱段焙燒時間將延長1.42min，方案2改造后較改造前，球團礦在1#鏈篦機預熱段焙燒時間將延長4.27min。方案1改造容易實施，改造費用低，方案2改造難度大，不易實施。

采用方案1，對干燥2段與預熱段之間舊隔墻拆除，在舊隔墻北邊也就是干燥2段方向3m處新建隔墻，預熱段長度增加3m。下部風箱熱風走向也做相應改造：耐熱風機熱風主管與主抽風機熱風主管相連，在改造的風箱支管北側(cè)熱風主管內(nèi)砌墻進行封堵，由之前連接主抽風機主管道改為連接耐熱風機主管道。由于預熱段與干燥2段煙罩頂部有高度差，隔墻拆除后，在原隔墻頂部位置容易造成耐材塌落，使鏈篦機煙罩頂部燒損，熱量損失。將預熱段與干燥2段煙罩頂部之間按15度角平緩過渡，有效防止因耐材脫落造成煙罩頂部燒損。

改造后，鏈篦機各段溫度趨于合理，預熱段溫度基本持平，改造前、后鏈篦機各段煙罩溫度對比，改造前干燥一段煙罩280℃～310℃，干燥二段煙罩700℃～980℃，預熱段煙罩1020℃～1050℃，改造后干燥一段煙罩230℃～270℃，干燥二段煙罩650℃～800℃，預熱段煙罩1020℃～1050℃。改造前、后鏈篦機風箱生球爆裂、機頭亞鐵對比：改造前干燥一段2#風箱爆裂生球比例44%，干燥一段3#風箱爆裂生球比例40%，機頭球Fe08.5%，改造后干燥一段2#風箱爆裂生球比例32%，干燥一段3#風箱爆裂生球比例25%，機頭球Fe07.4%。

經(jīng)測算生球在鏈篦機預熱段運行時間增加1.42min，通過觀察，機頭鏟料板處黑球明顯減少，減少了黑球入窯，為窯內(nèi)更好進行焙燒氧化奠定了基礎(chǔ)。預熱球強度和成品球團礦強度均有所提高，產(chǎn)量水平較改造前有所提升。改造前、后機頭、窯頭、成品球抗壓強度對比。改造前機頭球抗壓783N窯頭球抗壓1143N成品球團礦抗壓2576N改造后機頭球抗壓938N窯頭球抗壓1318N成品球團礦抗壓2610N。

2 環(huán)冷機隔墻改造及用風優(yōu)化

環(huán)冷機溫度壓力優(yōu)化：

環(huán)冷機冷卻是焙燒球團礦過程中的重要環(huán)節(jié)，它雖然不直接作用焙燒固結(jié)過程，卻極大地影響固結(jié)的結(jié)果，過快的冷卻速度，造成沿球團半徑收縮不均勻，產(chǎn)生應力，使球團礦強度降低。當冷卻速度為70℃/min～80℃/min時球團礦強度最高，既能滿足球團礦強度也能達到球團礦冷卻效果，球團礦冷卻，還能有效的利用廢氣熱能，節(jié)省燃料，被加熱熱空氣可返回干燥二段，作為干燥二段的熱介質(zhì)。

改進如下：

（1）環(huán)冷機一段與二段，二段與三段風箱間通風孔全部封堵，環(huán)冷機一段與二段隔墻下降400mm，可以有效防止風箱間的竄風，減少環(huán)冷機一段、二段、三段之間熱量的流通，形成良好的回熱溫度。

（2）環(huán)冷機一冷段回熱風作為回轉(zhuǎn)窯二次風回到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，為回轉(zhuǎn)窯提供熱量，環(huán)冷機二冷段回熱風回到鏈篦機干燥二段，為鏈篦機干燥二段提供熱量，因此提高環(huán)冷機布料厚度，可有效提高環(huán)冷機一冷段和二冷段溫度，生產(chǎn)工藝系統(tǒng)熱循環(huán)利用更加充分合理，環(huán)冷機布料厚度由550mm提高至650mm，平料坨刮料，保證布料平整。環(huán)冷機料層厚度在滿足冷卻效果的前提下，機速適當降低，增加厚度，降低冷卻速度，促進球團礦的再次氧化和強度的提升。

通過調(diào)整，環(huán)冷一段溫度由950℃～1020℃提高到1000℃～1050℃，環(huán) 冷 二 段 溫 度 由580℃～720℃提 高 到650℃～750℃；環(huán)冷一段壓力2.1kp～2.5kpa，環(huán)冷二段壓力2.0kpa～2.4kpa，達到了環(huán)冷一二段不串風的效果。

3 造球前原料穩(wěn)定性優(yōu)化

成球是將細磨物料加水潤濕，在機械力和毛細力作用下滾動而形成一定粒度的生球，造球前原料水分的精確控制及水分穩(wěn)定性直接影響到生球質(zhì)量和成球效果。細磨物料能夠成球是因為經(jīng)過細磨的干物料表面都具有較大的自由能。顆粒越細，比表面積越大，其表面自由能越大，從而使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，細磨物料具有吸引其他物質(zhì)，使顆粒相結(jié)合，減小其自由能，力求達到穩(wěn)定的傾向。

對于造球的物料，特別是精礦粉和添加劑，由于都磨得很細，比表面積（所謂比表面積是指單位質(zhì)量或單位體積的固體物料所具有的表面積）很大，常在1500cm2/g～2000cm2/g范圍內(nèi)，過剩的表面能也很大。這種表面能量的不平衡狀態(tài)，使其表面具有非常的活性，能吸附周圍的介質(zhì)，從而為生球的形成提供了條件。

細磨物料與水作用的能力也是不同的，那些表面與水的作用力很小，不易被水潤濕的物質(zhì)成為疏水性物質(zhì)；而表面與水具有很大的結(jié)合力，易被水潤濕的物質(zhì)稱為親水性物質(zhì)。若原料水分不足，生球同樣很難長大。因為在成球的初期，礦粒之間毛細水不足，礦粒之間的空隙就可能被空氣填充，顆粒之間的結(jié)合非常脆弱。不過水分不足的物料，可以在造球時補充加水。若采用過濕的物料，則母球容易相互粘結(jié)或變形，而使生球粒度不均勻。同時過濕的生球和過濕的物料，容易粘在造球機上使操作發(fā)生困難，輕者破壞母球的正常運行軌跡，重者使母球失去滾動能力，使造球過程無法進行。此外過濕的生球，強度小、塑性大、易變形。在運輸和干燥時相互粘結(jié)，影響料層透氣性，從而影響焙燒過程的產(chǎn)量。

一般礦粉的適宜成球水分是8%～10%，且要求適宜的水分波動范圍很窄，一般不超過±0.5%，這樣就需要對造球前水分的穩(wěn)定性加以控制。

（1）為穩(wěn)定干燥工序，實行每日跑盤制度，發(fā)現(xiàn)下料量超出正常范圍，及時進行處理，保證下料的準確性和穩(wěn)定性。針對高爐煤氣壓力波動大的現(xiàn)狀，對2#回轉(zhuǎn)窯兩臺干燥機燒嘴的電動調(diào)節(jié)閥進行更換，實現(xiàn)遠程調(diào)節(jié)。在干燥崗位及中控室安裝煤氣壓力報警裝置，當煤氣壓力≤3.0kpa及≥12kpa時或一分鐘內(nèi)煤氣壓力變化超1kpa時報警，崗位人員根據(jù)煤氣壓力波動情況，及時對煤氣電動調(diào)閥進行調(diào)整，從而穩(wěn)定干燥出口水分在6.0±0.5%，干燥后水分穩(wěn)定率提高10個百分點。

（2）針對潤磨工序，保證潤磨機內(nèi)鋼球高度，提高潤磨機處理能力，為了提高磨機精粉處理量，減少磨機“脹肚”現(xiàn)象，保護設(shè)備正常運行，干燥后水分控制在6.5±0.5，生球造球適宜水分控制在7.0±0.5，通過實際生產(chǎn)摸索發(fā)現(xiàn)，造球盤中大量加水不利于成球，盤中易產(chǎn)生泥疙瘩，造球盤內(nèi)加水量大，生球成球快，生球的質(zhì)量得不到保證，影響后續(xù)生產(chǎn)。通過改變工藝思路，在磨機后帶上增加打水管，打水管與皮帶運行方向垂直，下部為一排直徑3mm打水孔，對精粉進行均勻加水，使造球前原料水分穩(wěn)定在7.0±0.5%，造球盤中加水量減少近一半，成球效果及生球質(zhì)量得到了提高，滿足后續(xù)生產(chǎn)要求。

4 造球工藝優(yōu)化

生球質(zhì)量在很大程度上決定著成品球團礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。力求實現(xiàn)生球粒度均勻、機械強度高、熱穩(wěn)定性好、水分適宜。

4.1 造球工藝改進

造球盤的工藝參數(shù)有直徑、轉(zhuǎn)速、邊高等，適宜的轉(zhuǎn)速才能使物料沿著造球盤工作面滾動。造球盤的轉(zhuǎn)速與傾角和物料性質(zhì)有關(guān)。傾角過大時圓盤內(nèi)的物料帶不到母球形成區(qū)，傾角過小時盤內(nèi)的物料全拋到盤邊，盤心出現(xiàn)空料不能造球，造球盤的傾角一般為45°～50°。造球盤的邊高與傾角和直徑有關(guān)，傾角小，邊高越大，填充率就越大，成球時間就長。通過生產(chǎn)中觀察，以出球效果及生球質(zhì)量好的造球盤為標準，對其他造球盤進行工藝調(diào)整，將造球盤的角度均調(diào)整為46°，旋轉(zhuǎn)刮刀的轉(zhuǎn)速均調(diào)整為10轉(zhuǎn)/分，旋轉(zhuǎn)刮刀與底襯的距離調(diào)整為30mm～40mm。此外，由于旋轉(zhuǎn)刮刀腿易磨損，掉落，對所有的旋轉(zhuǎn)刮刀焊角鋼進行加固，防止刮刀腿掉落，劃傷皮帶。改進后，出球效果得到了明顯好轉(zhuǎn)，落下強度提升到5次～8次，生球流量的穩(wěn)定性、布料的平整性均得到了提升。

4.2 造球盤加水設(shè)施優(yōu)化

水分在礦粉成球過程中起著重要作用，干燥的細磨礦粉是不可能滾動成球的。如果水分過多或不足，同樣也會影響造球的效率和生球的質(zhì)量。保持適宜的水分是礦粉成球的重要條件和必要條件，細磨物料的成球是細磨物料在造球設(shè)備中被水潤濕并在機械力及毛細力的作用下滾動成圓球的一個連續(xù)過程。干燥的細磨礦粉被水潤濕后，按水在礦物表面活動能力的不同具有四種存在形態(tài)，即吸附水、薄膜水、毛細水和重力水。吸附水、薄膜水、毛細水和重力水的總含量稱為全水量。重力水對礦粒具有浮動作用，在成球過程中起著有害影響，所以只有當水分處于毛細水含量范圍內(nèi)，成球過程才有實際意義。

向造球盤內(nèi)加水加料是一項重要和復雜的操作。生產(chǎn)過程中水和混合料是分別加入造球盤中的，但兩者關(guān)系十分密切，加水與加料配合良好、適宜，才能造出水分適宜、粒度均勻的生球。加水方法一般采用“滴水成球、霧水長大、無水緊密”的操作方法，加料方法要符合“既易形成母球，又能使母球迅速長大和緊密”的原則，為此必須把物料加在母球區(qū)和長球區(qū)，而禁止在緊密區(qū)下料。加入水量與生球質(zhì)量有較大的關(guān)系：低于適宜值，成球速度減慢，生球粒度偏小，出球率減少。高于適宜值，成球速度加快，產(chǎn)量提高，但是生球強度下降。加入造球盤中物料，應保證料面疏松。造球過程中加水方法一般有兩種：一是滴狀水，加在下料點區(qū)域，形成母球，一種是霧狀水，噴到母球表面，使其迅速長大。通過對造球盤加水設(shè)施摸索，對給造球盤下料小皮帶頭輪位置、加水管的布局和位置、固定刮刀及旋轉(zhuǎn)刮刀、造球盤襯板進行了改造。造球盤落料點較之前向盤內(nèi)延伸100mm，小皮帶下料點到邊板距離達到43cm，加水管移動到距離下料點更近的位置，由之前的一根管增加為互相垂直的兩根管，成球效果明顯得到提升。

經(jīng)過改進后，生球的落下強度、抗壓強度及抗磨性能改善，生球水分由改造前7.8%降低到面前7.2%，生球在鏈蓖機焙燒過程中，減少了料冷凝水的產(chǎn)生。生球的氧化和固結(jié)速度與生球的尺寸有關(guān)，由于生球的導熱性較差，生球尺寸不宜過大，生球尺寸愈大氧化逾難進入球團內(nèi)部，致使球團的氧化和固結(jié)進行的愈慢愈不完全，球團的氧化和還原時間與球團直徑的平方成正比，生球尺寸一般不大于16mm下限按冶煉要求不小于8mm～9mm，最有利尺寸為10mm～12mm.經(jīng)過以上改造，進一步優(yōu)化了生球粒級，大球、雜球明顯減少，成球效果明顯提升，生球的爆裂溫度有所提高，減少了生球在鏈篦機中干燥、預熱時產(chǎn)生的粉末，鏈篦機布料均勻，生球粒級組成對比，改造前8mm～16mm合格粒級75%，改造后8mm～16mm合格粒級86%，合格粒級提高11個百分點。

通過對造球前干燥煤氣壓力進行報警、磨后打水的改造，提升了造球前原料的穩(wěn)定性；對造球設(shè)施改進、參數(shù)優(yōu)化，改善了造球的成球效果，提高了生球流量和質(zhì)量的穩(wěn)定性；通過對鏈篦機煙罩隔墻進行改造，增加了高溫段焙燒時間，提高了機頭球及產(chǎn)品球團礦強度；對環(huán)冷機各段隔墻的改造及用風改進，控制了各部回熱風梯度。在扣除因環(huán)保管控及檢修影響停機后，項目實施前后宣鋼1#回轉(zhuǎn)窯主要經(jīng)濟指標，2020年平均日產(chǎn)量為2810t，抗壓強度為2608n/個球，轉(zhuǎn)鼓強度為95.49%，2021年平均日產(chǎn)量為2930t，抗壓強度為2632n/個球，轉(zhuǎn)鼓強度為95.61%。

生球質(zhì)量的優(yōu)化、輥篩篩分改進、鏈蓖機預熱段干燥段面積調(diào)整、合理參數(shù)的匹配調(diào)整以及回轉(zhuǎn)窯、環(huán)冷機用風的優(yōu)化，合理利用煤氣流量，進一步提升了球團工序能力及產(chǎn)、質(zhì)量水平。