带式球团焙烧机的发展与展望

1带式球团焙烧机的发展与展望孙志勇（资源与环境工程学院，矿物加工工程，07112016）摘要通过对带式球团焙烧机的发展历史的回顾和工艺特点及优缺点的分析，结合国内外的情况及目前球团矿的发展形势，对带式球团焙烧机工艺进行了展望与评述。关键词焙烧机带式焙烧机球团矿发展随着高炉炼铁技术的进步，“精料”工作受到高度重视，酸性球团矿与高碱度烧结矿搭配，可以构成高炉合理的炉料结构，可使高炉利用系数提高、焦比降低。目前国内球团矿生产呈增长的发展态势，球团矿产量从1999年的1194万t增加到2002年的2416万t，同我国目前生铁产量所需要的原料相比，其所占比例仍非常低，与冶金行业的发展不相适应。因此，增加氧化球团生产能力，改善高炉炉料结构，提高球团矿比例也成为一种发展趋势。[1]目前国内生产球团矿的主要方法是采用竖炉、带式焙烧机、链算机一回转窑三种工艺方法。选择和采用什么样的焙烧工艺关系到一个球团厂建设的优劣和成败，因此我们必须认真对待，必须从基本理论到工程方案以及技术经济等方面进行深入的研究和探讨，这样才能使决策更科学、更正确。带式焙烧机球团法是在1951年才开始应用于球团生产，在1962年以前带式焙烧机一直发展很缓慢，直至工艺和设备作了许多重大的改革，如采用摆动皮带机和辊式布料器、密封装置，设铺底、铺边料，采用鼓风干燥和回流换热等措施后，才得到较迅速的发展。在带式焙烧机球团工艺的发展过程中，曾在工业上得到应用的机型主要有4种：抽风式、鼓风式、鲁奇型、德腊沃一鲁奇（即DL型带式焙烧机）。我国带式焙烧机氧化球团生产的开发较晚，直到1973年才在包头钢铁公司建成投产了我国第一台162ｍ2带式焙烧机，其后于1989年在鞍山钢铁公司又建成了第二台321.6m2带式焙烧机。这两套带式焙烧机氧化球团装置的建成投产和多年的生产实践，为我国带式焙烧机氧化球团的发展，及设计、施工、设备制造和生产操作等方面提供了成熟的经验和可靠的依据。1带式球团焙烧机的发展与特点[2,3]带式焙烧机是一种历史最古老，灵活性最大、使用范围最广的细粒物料造块设备，但用于球团生产却是20世纪50年代才开始的。由于当时对带式焙烧机的急切需要，这项研究工作在全世界各地几乎是同时而又独立的进行着。60年代以后得到迅速发展，70年代生产能力占球团总生产能力上升到56.1%。图1是某带式焙烧工艺流程。带式焙烧机发展如此之快，主要是具有下列特点：（1）生球料层较薄（200～400mm），可避免料层压力负荷过大，又可保持料层透2气性均匀。（2）工艺气流以及料层透气性所产生的任何波动只能影响到一部分料层，而且随着台车水平移动，这些波动很快就消除。（3）可根据原料不同，设计成不同温度、气体流量、速度和流向的各个工艺段，因此带式焙烧机可以用来焙烧各种原料的生球。（4）采用热气流循环，利用焙烧球团矿的显热，球团能耗较低。（5）可以制造大型带式焙烧机，单机能力大。带式焙烧机法可分为固体燃料鼓风带式焙烧机法、麦基型带式焙烧机法和鲁尔基—德腊伏型带式焙烧机法。固体燃料鼓风带式焙烧机法流程的特点是生球表面滚上煤粉后经多次分层装入焙烧机，再进行自下而上鼓风干燥、预热、点火、焙烧和冷却过程，而在焙烧机上仅分为抽风点火区、鼓风焙烧区、鼓风冷却区及抽风冷却区。在生产实践中，由于所用铁矿石品种较多，其性质有时差别又大，故在焙烧过程中，要求能快速而准确地调整和控制温度与气氛，以及焙烧时间等，因此，采用固体燃料就难于达到上述要求，而采用气（液）体燃料的抽风焙烧就易于满足上述要求，所以，固体燃料鼓风带式焙烧机法球团矿质量不能满足用户要求，便停止生产。麦基型与鲁尔基—德腊伏型两者有许多相似之处，是以气（液）为燃料的球团焙烧机，下面以鲁尔基—德腊伏型为例介绍带式焙烧机的焙烧流程。图1某钢铁公司二烧车间135m2带式焙烧工艺流程鲁尔基—德腊伏型带式焙烧机工艺首先由德国鲁尔基公司创立的，并在加拿大国际镍公司投产了第一台这样的带式焙烧机，后经鲁尔基—德腊伏修改，至今称为世界上运用最广泛的带式焙烧机。31）工艺特点。主要表现在：①采用圆盘造球机制备生球；②采用辊式筛分布料机，对生球起筛分和布料作用，并降低生球落差，节省膨润土用量；③采用铺边料和铺底料的方法，以防止拦板、篦条、台车底架梁过热，见图2；④生球采用鼓风和抽风并用的干燥工艺，先由下向上往生球料层鼓入热风，然后向下抽风干燥，避免下层球过湿，而削弱球的结构；⑤为了回收球团矿显热，采用鼓风冷却，冷却风首先经过台车和底料层预热后，再穿过高温球团料层，避免了球团矿冷却速度过快，使球团矿质量得到改善。图2带式焙烧机布料系统示意图1.台车；2.铺底料矿槽；3.辊式布料机；4.铺边料矿槽；5.鼓风干燥炉罩；6.风箱；7.返料漏斗2）工艺类型。鲁尔基—德腊伏带式焙烧机法最主要功能就是能将各种矿石有效地生产球团矿。它可以根据不同的矿石类型采用不同的气体循环方式和换热方式，一般分为如下四种类型：第一种类型处理赤、磁混合精矿的，见图3（a）。该类带式焙烧机采用鼓风循环和抽风循环混合使用，提高热能的利用，利用冷却段热风直接循环换热。第二种类型[图3(b)]是由第一种类型稍加修改后用于处理磁铁矿精矿球团（如美国派勒特诺布球团厂）的，主要修改是炉罩内换热气流全部采用直接循环，取消了炉罩换热风机，将冷却段较冷端气流排入大气。第三种类型[图3(c)]为生产赤铁矿球团工艺。为了适合于生球需要较长干燥和预热时间的特点，增大了焙烧机的面积。同时增加抽风干燥和预热区所需的风量，采用炉罩换热气流全部直接循环，其特点是将抽风预热和抽风均热区的风箱热风往干燥区循环，这样便弥补了抽风干燥所需加的风量。第四种类型[图3(d)]为处理含有害元素的铁矿石球团工艺。它可以从高温抽风区排除废气，以消除某些矿物产生的易挥发性污染物对环境的污染，如砷、氟、硫等，也可以处理含有结晶水的矿。4图3鲁尔基—德腊伏带式焙烧机气流循环流程20世纪80年代鲁尔基公司又设计了一种以煤代油的新型带式焙烧机。使用这种焙烧机的方法称为鲁尔基多级燃烧法。该法首先将煤破碎到一定粒度组成，通过一种特制的煤粉分配器在鼓风冷却两侧用低压空气将煤粉喷入炉内，并借助于从下向上鼓入的冷却机，将煤粉分配到各段中去燃烧。煤粉在带式焙烧机内的燃烧由三种类型组成：固定层燃烧、流态化燃烧和飘飞燃烧。该工艺要求煤粉有合理的粒度组成，煤的灰分熔点要高于球团焙烧温度，至于煤种不限，烟煤、无烟煤、褐煤等均可。这类流程目的在于降低球团成本。图4为该机构造图，这种流程可使用100%的煤或煤气或油，也可使用这几种燃料以任何一种比例关系在带式焙烧机上焙烧。第一个这样的球团厂建在库德雷慕克铁矿公司。该厂用50%的油和50%的高灰分煤进行燃烧。图4全部烧煤或煤气或油的球团焙烧机5综合上述可以看出，带式球团焙烧工艺具有一定的灵活性，采用哪一类型的工艺流程，可以根据原料的特性加以选择。目前大多数带式焙烧工艺均有以下共同特征：1）大多数带式焙烧机铺有底料和边料，使整个料层得到充分的焙烧，减轻台车烧损，延长使用寿命。球层厚度一般为300～400毫米，另铺有75～100毫米底料，料层的总厚度为400～500毫米。2）主要采用鼓风与抽风混合流程。生球的干燥普遍采用先鼓风后抽风的方案，这是强化干燥过程，提高球团矿产量和质量的有效措施；而球团矿的冷却一般均采用鼓风冷却，可以防止球团温度骤变而影响质量。焙烧温度一般为1290～1400℃，成品球要求冷却到90～120℃。3）鼓风冷却区炉罩内的热空气，一部分直接循环，一部分借助风机循环，循环的热气一般用于抽风区。4）各抽风区风箱废气的最热部分，必要时进行温度调节后，循环到鼓风干燥区，或抽风预热区。5）干燥区的废气由于温度较低，含水汽多，均排入烟囱。为了保证带式焙烧机的气流循环，需要采用下列几种主要风机：1）冷却风机：送风至冷却区风箱。2）炉罩换热风机：使低温冷却区罩内温度较低的空气循环到抽风区的低温端，有时取消这种风机，改为直接循环。3）风箱换热风机和鼓风干燥风机：前者用于抽风区较高温度端的热气循环，并与后者串联，将热废气送入鼓风干燥区。4）风箱排气风机和炉罩排气风机：将抽风和鼓风干燥区含水汽高的废气排入烟囱，或者用于排出高温区含有有害成分的气体。此外，有时还使用一些辅助的风机，用于放风或供给调节用的冷风。2带式球团焙烧机的优缺点[4]带式焙烧机焙烧球团矿在五十年代中期就开始了，由于它独特的优越性，曾经也经历过一段辉煌的时光，到1972年为止，世界上已有带式焙烧机近70台左右，总面积超过10000平方米。2.1带式焙烧机工艺的优点1）球团焙烧的整个工艺过程———干燥、预热、焙烧、冷却都在一个设备上完成，具有工艺过程简单、布置紧凑、所需设备吨位轻等特点，为工厂缩小占地面积、减少工程量、实现焙烧气体的循环利用以及降低热耗和电耗创造了条件。2）能适应扩大生产规模的要求和实现大型化的要求。其最大已达到750m2，单机产量达500万t以上。3）对原料的适应性比竖炉强。这是因为在整个焙烧过程中，球团都处于静料层状态，不会因升温过程中球团本身强度的变化（时高时低）和球与球之间的相对运动而产生粉末。因而带式焙烧工艺基本适应于所有的矿种。4）由于热系统的合理设置和管路短，在理论上讲，带式焙烧机的热耗可以达到最低水6平，而且在实践中也创造出了最好记录。2.2带式焙烧机的缺点1）耐高温特殊合金钢的用量大、档次高。在目前国产化的条件下有较大的难度,特别是在质量方面很难保证。2）在生产过程中，对原料的稳定性要求高。这是由于焙烧（干燥、预热、焙烧、冷却）的全过程均在同一个设备上进行，靠调整机速来改变球团在各阶段的停留时间是不可能的。如要改变，除非改变上部炉罩的分段和风箱的配置，这将是十分麻烦的。因而带式焙烧机的建设一般适合于大型矿业公司和原料供应长期相当稳定的钢铁厂，例如南美的一些厂家等。在日本，钢铁工业发展早期建设球团厂时，由于考虑到了原料来源的复杂性，在设计和制造了带式焙烧机后，也没有采用。这是值得我们注意和思考的。3）成品球团的质量有不均匀的现象。由于球团在升温过程中，上下料层在各段炉罩的最高温度下停留时间的长短相差很大，因而会影响到成品球团矿的最终强度。另外，炉罩内温度和在台车上多多少少存在的边缘效应，也会影响成品球团矿的质量。4）必须使用高热值的煤气和重油作燃料。使用煤的实践在工业上没有长期成功的经验。鲁奇公司曾研究过一项在上部风罩中喷煤燃烧的专利技术，但仅在印度德穆克雷得厂使用了一个月后就不再继续了。在能源危机期间，美国的带式焙烧设备也曾采用过燃煤的技术，即在带式焙烧机旁加设烧煤的燃烧室来供热，终因排渣困难（很难实现液体排渣）和严重恶化劳动环境而终止使用。带式焙烧机工艺是一项十分成熟的球团生产工艺，但也受到一些条件（如原料、燃料和设备制造材料）的制约，在采用该工艺时，需要十分认真地对待。从表1[3，4]可以看出三种生产球团矿主要设备的工艺特点的不同。7表1三种设备的主要优缺点设备名称优缺点生产能力球团矿质量基建投资管理费用耗电量竖炉优点：设备简单，对材质无特殊要求，操作维护方便，热效率高。缺点：单机生产能力小，最大年产量50万吨，加热不均匀，一般只适应于焙烧磁铁矿球团。最大单机产量约2000吨/日，适于中小型企业一般低低高带式焙烧机优点：全部工艺过程在一台设备上进行，设备简单、可靠、操作维护方便，热效率高，单机生产能力大，达500万吨/年，适应焙烧各种原料。缺点：球团矿上下层质量不匀，台车易耗损，需要高温耐热合金钢较多，需铺边底料，流程较复杂。单机生产能力大，最大为6000～6500吨/日，适于大量生产良好中高中链篦机-回转窑优点：焙烧设备较简单。焙烧均匀，单机生产能力大，适应各种原料的球团焙烧。缺点：干燥预热、焙烧和冷却需分别在三台设备上进行，设备环节多，操作不当时易“结圈”单机生产能力大，最大为6500～12000吨/日，适于大量生产好高中低3展望与结论随着我国高炉大型化和合理高炉炉料需要高质量酸性球团矿的要求，极需建设一批大型球团厂。以竖炉球团矿为主的格局，将变为以