帶式焙燒機球團新技術研究與應用
2019-11-01
1 前言
近些年，由于我國鐵(tie)礦(kuang)資(zi)源(yuan)的(de)劣(lie)、貧、雜、難選化(hua)，為提高鐵(tie)礦(kuang)利用效率必(bi)須進(jin)行細(xi)磨，導致(zhi)國產(chan)鐵(tie)精(jing)礦(kuang)細(xi)粒度居多(duo)，有一半鐵(tie)精(jing)粉適合生產(chan)球團礦(kuang)。另外隨著國家持續推動鋼鐵(tie)行業(ye)實施清潔生產(chan)、超低排放，球團工藝相比燒結工藝更加(jia)清潔環保(bao)。所以，在高爐爐料(liao)中增加(jia)球團礦(kuang)用量，已被各大鋼鐵(tie)企業(ye)列(lie)入發展(zhan)規(gui)劃(hua)中。
北京首鋼(gang)(gang)國(guo)際工程技術有(you)限公(gong)司(si)多年(nian)來一(yi)(yi)直從事球團(tuan)技術的(de)研究。2000年(nian)研發(fa)(fa)的(de)中國(guo)國(guo)內第一(yi)(yi)條鏈篦機(ji)-回(hui)轉窯球團(tuan)生(sheng)產線成(cheng)功投產，2010年(nian)研發(fa)(fa)的(de)中國(guo)第一(yi)(yi)條大(da)型帶式(shi)焙(bei)燒(shao)機(ji)球團(tuan)生(sheng)產線成(cheng)功投產，2015年(nian)研發(fa)(fa)的(de)包鋼(gang)(gang)新(xin)體系統500萬t/a帶式(shi)焙(bei)燒(shao)機(ji)球團(tuan)生(sheng)產線成(cheng)功投產。在2條大(da)型帶式(shi)焙(bei)燒(shao)機(ji)技術的(de)基礎(chu)上(shang)，北京首鋼(gang)(gang)國(guo)際工程技術有(you)限公(gong)司(si)持續創(chuang)新(xin)，在總承包的(de)首鋼(gang)(gang)京唐2#、3#帶式(shi)焙(bei)燒(shao)機(ji)球團(tuan)生(sheng)產線上(shang)設(she)計采用了多項新(xin)技術。
2 高爐大比例配加熔劑性球團礦的必要性和發展
2017年(nian)中鋼協(xie)會員單位(wei)的(de)高爐(lu)爐(lu)料(liao)結(jie)(jie)構(gou)大致為燒結(jie)(jie)礦(kuang)(kuang)78%、球(qiu)團礦(kuang)(kuang)13%、塊礦(kuang)(kuang)9%。適(shi)宜的(de)爐(lu)料(liao)結(jie)(jie)構(gou)是高爐(lu)生產最優化和低(di)(di)成本化的(de)保證。提高高爐(lu)爐(lu)料(liao)球(qiu)團礦(kuang)(kuang)配比，可提高入爐(lu)礦(kuang)(kuang)含鐵(tie)品位(wei)、降低(di)(di)噸鐵(tie)用礦(kuang)(kuang)量、降低(di)(di)燃料(liao)比、增加(jia)產量，還(huan)可降低(di)(di)污染物排放、促(cu)進煉鐵(tie)系統節能(neng)減排、降低(di)(di)造塊工藝(yi)煙氣(qi)治理(li)的(de)費(fei)用。
高爐(lu)(lu)爐(lu)(lu)渣(zha)來(lai)自(zi)燒結礦(kuang)(kuang)、球團(tuan)礦(kuang)(kuang)、塊(kuai)礦(kuang)(kuang)、焦炭和煤(mei)粉，爐(lu)(lu)渣(zha)堿(jian)度(du)(du)(du)一般(ban)要(yao)求在1.0-1.2。燒結礦(kuang)(kuang)堿(jian)度(du)(du)(du)一般(ban)為1.8-2.2，當球團(tuan)礦(kuang)(kuang)配比(bi)在50%左右，球團(tuan)礦(kuang)(kuang)堿(jian)度(du)(du)(du)需(xu)(xu)要(yao)在1.0左右，才(cai)能(neng)達到(dao)爐(lu)(lu)渣(zha)堿(jian)度(du)(du)(du)要(yao)求。因此，高爐(lu)(lu)采用(yong)大比(bi)例球團(tuan)礦(kuang)(kuang)爐(lu)(lu)料結構，需(xu)(xu)要(yao)采用(yong)熔劑性球團(tuan)礦(kuang)(kuang)。
2015年12月-2017年9月，首鋼京唐多次進行高爐大比例球團（最高55%）+石灰石/鋼渣的工業試驗，驗證了京唐高爐大球團比冶煉的可行性；2018年10月-2019年1月，采用堿性球團+酸性球團+燒結礦+生礦的爐料結構進行了2次工業試驗，確定了高爐的爐料結構，找到了堿性球團質量控制的關鍵；2019年4月26日3號高爐投產以來，球團礦配比逐步提升，最高達59.1%，在此過程中高爐壓量關系穩定、爐況持續穩定。目前，首鋼京唐3座高爐均采用～53%球團礦的爐料結構，3號高爐利用系數為2.34 t/（m3·d），燃料(liao)比(bi)(bi)為(wei)481kg/t，綜合(he)入爐礦品位為(wei)61.3%，渣量降(jiang)低至225kg/t。實踐證明，球團礦配比(bi)(bi)提(ti)高(gao)10%，噸鐵(tie)約能降(jiang)低5kg燃料(liao)比(bi)(bi)。
3 帶式焙燒機球團工藝技術特點
球(qiu)團(tuan)礦的生產工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)主要有三(san)種：鏈篦(bi)機-回(hui)轉窯(yao)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)、豎(shu)爐工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)、帶(dai)式焙(bei)燒機工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)。我國球(qiu)團(tuan)產量鏈篦(bi)機-回(hui)轉窯(yao)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)約(yue)占(zhan)58.6%，豎(shu)爐工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)約(yue)占(zhan)36.0%，帶(dai)式焙(bei)燒機工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)約(yue)占(zhan)5.4%。由于設(she)計(ji)及(ji)設(she)備(bei)制造(zao)能力的限制，帶(dai)式焙(bei)燒機工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)在(zai)我國的發(fa)展相對緩(huan)慢。帶(dai)式焙(bei)燒機工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)與(yu)鏈篦(bi)機-回(hui)轉窯(yao)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)的比較，見表1。
表1 帶式焙燒機工藝(yi)與鏈篦機-回(hui)轉窯工藝(yi)比(bi)較
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名稱 |
鏈篦機-回轉窯藝 |
帶式焙燒機工藝 |
評價 |
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1) |
球團種類 |
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a)赤鐵礦球團 |
較難 |
適應 |
鏈篦機-回(hui)轉(zhuan)窯工藝(yi)中(zhong)預(yu)熱球的(de)轉(zhuan)運和回(hui)轉(zhuan)窯結(jie)圈(quan)問(wen)題，較難(nan)適應赤鐵礦(kuang)球團(tuan)和熔劑性球團(tuan)；帶式焙燒機工藝(yi)預(yu)熱、焙燒段燒嘴的(de)可(ke)控性，適用于(yu)各種類型的(de)球團(tuan) |
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b)磁鐵礦球團 |
適應 |
適應 |
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c)赤磁混合礦球團 |
適應 |
適應 |
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d)熔劑性球團 |
較難 |
適應 |
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2) |
單機產量 |
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a)200~600萬t/a |
滿足 |
滿足 |
世(shi)界上已投產球團單機(ji)最大產量(liang)，帶式焙燒機(ji)為(wei)925萬t/a，鏈篦機(ji)-回轉窯為(wei)600萬t/a |
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b)600~925萬(wan)t/a |
不滿足 |
滿足 |
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3) |
燃料類型 |
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a)天然氣(qi)/煤氣(qi)/混合煤氣(qi) |
適應 |
適應 |
鏈(lian)篦機(ji)-回轉(zhuan)窯工藝適(shi)用(yong)于(yu)所(suo)有的燃料條件；帶式焙(bei)燒機(ji)工藝無法采用(yong)煤粉，但內配(pei)煤量比(bi)鏈(lian)篦機(ji)-回轉(zhuan)窯工藝略(lve)高 |
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b)燃油/重油 |
適應 |
適應 |
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c)煤粉 |
適應 |
不適應 |
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d)內配煤 |
少量 |
適中量 |
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4) |
燃料消耗 |
略高 |
略低 |
帶(dai)式(shi)焙(bei)燒機(ji)流程短(duan)，臺車(che)回溫低，無冷卻水(shui)和(he)冷卻風，熱利用(yong)率更(geng)高，燃耗降低5-10% |
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5) |
電力消耗 |
相當 |
相當 |
帶式(shi)焙燒(shao)機(ji)料層厚壓差(cha)大，鏈篦機(ji)-回轉(zhuan)窯設備交(jiao)接處多(duo)，漏風(feng)較(jiao)多(duo) |
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6) |
成品球質量 |
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a)抗壓強度 |
滿足 |
滿足 |
帶式焙燒機料層厚，上下(xia)層球強(qiang)度有(you)差(cha)(cha)別，鏈篦機-回轉窯球滾動均勻性強(qiang)，但(dan)球團過于緊實，還原性略差(cha)(cha) |
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b)空隙率 |
稍小 |
稍大 |
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c)還原性 |
正常 |
稍好 |
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7) |
粉塵產生量 |
偏多 |
偏少 |
鏈篦(bi)機(ji)-回轉窯轉接(jie)點多(duo)，球在窯內滾動 |
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8) |
設備維護量 |
大 |
小 |
帶式焙(bei)燒機(ji)設備(bei)簡單，臺車(che)在線更換(huan)，耐火材料不與球團接觸，使用壽命長 |
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9) |
作業率 |
正常 |
偏高 |
帶(dai)式焙燒(shao)機作業率能達(da)到(dao)95%以上 |
4 帶式焙燒機球團工藝新技術
4.1 熔劑(ji)球團技術
1）采(cai)用石(shi)灰石(shi)或消石(shi)灰作為(wei)熔(rong)劑，滿足高爐對球(qiu)團礦(kuang)堿度的(de)要求。2）采(cai)用消石(shi)灰作熔(rong)劑時(shi)，可減少(shao)粘結劑用量。3）適宜的(de)焙燒溫度比(bi)酸性球(qiu)團礦(kuang)有所降(jiang)低，降(jiang)低NOx的(de)生成量。
4.2 鎂質(zhi)球團技(ji)術(shu)
1）采用(yong)白云石、菱鎂(mei)石、橄欖(lan)石、氧(yang)化鎂(mei)粉等作(zuo)為鎂(mei)質熔劑，滿足高爐對球團(tuan)礦MgO含(han)量(liang)的要求(qiu)。2）球團(tuan)礦內添加MgO，能有(you)效提高球團(tuan)礦的冶金(jin)性能、降低(di)還(huan)原(yuan)(yuan)膨脹(zhang)指數(shu)、改善低(di)溫還(huan)原(yuan)(yuan)粉化指數(shu)；還(huan)能降低(di)燒(shao)結(jie)礦MgO含(han)量(liang)，提高燒(shao)結(jie)機利用(yong)系(xi)數(shu)和(he)燒(shao)結(jie)礦強度。
4.3 含鈦球團技(ji)術
1）添加含TiO2的原料，滿足高爐對球團礦TiO2含量的要(yao)求。2）含鈦(tai)球(qiu)團(tuan)礦會使高爐(lu)爐(lu)缸和側壁上形成TiN（TiC）層，由(you)于(yu)TiN（TiC）的熔點高達(da)2950℃（3140℃），從而達(da)到護爐(lu)效果，提(ti)高高爐(lu)爐(lu)齡。
4.4 先進的自動造球技術
利用專用圖(tu)像(xiang)分析軟件對攝(she)像(xiang)儀(yi)攝(she)取(qu)的生(sheng)球(qiu)團圖(tu)像(xiang)進(jin)行(xing)實時(shi)分析，自動調整造球(qiu)相關參數(shu)，實現自動造球(qiu)，保證(zheng)生(sheng)球(qiu)質量，減少(shao)勞(lao)動定員。
4.5 先進的往復式布料器
1）頭部伸縮采(cai)用(yong)移動小(xiao)車，采(cai)用(yong)液壓油缸驅動；2）移動小(xiao)車速度與輸送帶(dai)的帶(dai)速相匹配，實(shi)現單向下(xia)料(liao)，保證(zheng)料(liao)面平整；3）減少生球轉運次數和落差，避免對生球的破壞(huai)，提高生球合格率。
4.6 先(xian)進的分級(ji)布料系統
分級(ji)布(bu)料(liao)輥篩（見圖1）技(ji)術特(te)點(dian)為(wei)：
圖1分級布料輥篩
1）4m臺車僅采用(yong)φ85mm的輥子(zi)(zi)，輥間凹槽淺，篩分效果好；2）輥子(zi)(zi)采用(yong)離心鑄(zhu)造，撓度小、不(bu)易(yi)變形，生(sheng)(sheng)球合格(ge)率高(gao)；3）輥子(zi)(zi)表(biao)面設置涂層(ceng)，不(bu)易(yi)粘料(liao)、使(shi)用(yong)壽命(ming)長(chang)；4）采用(yong)新型側擋(dang)板，不(bu)會在輥子(zi)(zi)表(biao)面產(chan)生(sheng)(sheng)拉溝，輥子(zi)(zi)使(shi)用(yong)壽命(ming)長(chang)。
分(fen)(fen)(fen)級(ji)布料(liao)(liao)(liao)（見圖2）的優點：1）分(fen)(fen)(fen)級(ji)篩分(fen)(fen)(fen)及更(geng)大(da)的篩分(fen)(fen)(fen)面積(ji)提(ti)高(gao)粉料(liao)(liao)(liao)的篩分(fen)(fen)(fen)效率；2）提(ti)高(gao)料(liao)(liao)(liao)層透氣(qi)性(xing)；3）提(ti)高(gao)單位面積(ji)焙(bei)燒(shao)機的風量；4）縮(suo)短反應(ying)時(shi)間(jian)；5）降低燃料(liao)(liao)(liao)消(xiao)耗；6）提(ti)高(gao)焙(bei)燒(shao)機生(sheng)產(chan)能力；7）改善球團(tuan)礦(kuang)的物(wu)理性(xing)能。
圖2 分級布料料層示意圖
4.7 先進的厚料層焙燒(shao)技術
1）降(jiang)低料層底部強(qiang)度(du)低的球團礦比(bi)例；2）降(jiang)低帶式焙燒(shao)機速(su)度(du)；3）更好地干(gan)燥、預熱(re)、焙燒(shao)和(he)冷卻；4）增加產量。
4.8 先(xian)進的燃燒系統
1）自動(dong)(dong)點火，實(shi)現在(zai)線燒嘴(zui)在(zai)線啟停；2）火焰監測，實(shi)現熄火自動(dong)(dong)識別、自動(dong)(dong)吹掃，保證(zheng)生(sheng)產(chan)(chan)安全；3）空氣(qi)過剩系(xi)數低至15%以下，降低NOx的產(chan)(chan)生(sheng)；4）先進閥組(zu)及(ji)控制系(xi)統，實(shi)現單個或單組(zu)燒嘴(zui)溫(wen)度自動(dong)(dong)控制。
4.9 先進的內(nei)配燃料(liao)技(ji)術(shu)
采用內配燃料工藝，增加成品球團(tuan)礦(kuang)的(de)(de)孔隙率(lv)和還原性(xing)(xing)，降(jiang)低總(zong)燃料消(xiao)耗、臺車篦條的(de)(de)溫度和風機的(de)(de)電(dian)耗，提(ti)高(gao)(gao)系統的(de)(de)生產(chan)能力。這(zhe)種高(gao)(gao)氣孔率(lv)、高(gao)(gao)還原性(xing)(xing)的(de)(de)球團(tuan)礦(kuang)用于高(gao)(gao)爐生產(chan)，能提(ti)高(gao)(gao)生產(chan)率(lv)和降(jiang)低熱耗。
4.10 先進(jin)的臺車、星輪及彎軌(gui)技術
選(xuan)用(yong)(yong)性價比高的(de)材質，適應焙(bei)燒(shao)(shao)機(ji)高溫、熱(re)(re)交變等(deng)工(gong)況要求，設計出合理的(de)臺(tai)車結構，有效提高臺(tai)車的(de)使用(yong)(yong)壽命(ming)，僅需備用(yong)(yong)幾塊(kuai)臺(tai)車用(yong)(yong)作(zuo)(zuo)在(zai)線(xian)換篦條使用(yong)(yong)，大量節省(sheng)臺(tai)車備件費用(yong)(yong)，大幅提高帶(dai)式焙(bei)燒(shao)(shao)機(ji)作(zuo)(zuo)業(ye)率。臺(tai)車壽命(ming)問題(ti)的(de)解(jie)決掀起了中國球團行業(ye)的(de)帶(dai)式焙(bei)燒(shao)(shao)機(ji)球團熱(re)(re)。
頭輪部星輪及彎軌采(cai)用(yong)符(fu)合(he)帶式(shi)焙燒(shao)機運(yun)(yun)行特點的(de)結構，運(yun)(yun)行平穩(wen)，無碰撞異響，齒面采(cai)用(yong)可更換(huan)設計，方便生產檢(jian)修。
4.11 先進的非(fei)水冷結(jie)構(gou)梁和隔(ge)墻
側密封梁采(cai)用先進的非(fei)水(shui)冷梁技術(shu)，隔(ge)墻取消支撐(cheng)水(shui)冷梁采(cai)用吊掛結構，實(shi)現帶式焙燒機零(ling)冷卻水(shui)用量，避免水(shui)梁因(yin)腐蝕泄漏對設(she)備及耐火材(cai)料的破(po)壞。
4.12 先進的密封技術
先(xian)進風(feng)箱端部及隔斷密封(feng)技術，結構簡(jian)單、適應熱狀(zhuang)態、運行穩(wen)定、維修方(fang)便，有(you)效解決(jue)密封(feng)裝(zhuang)置在橫向和縱向的隨(sui)動問(wen)題，能夠有(you)效消除積灰現象。
新型(xing)爐罩與(yu)臺車間的密(mi)(mi)封(feng)(feng)技術(shu)：密(mi)(mi)封(feng)(feng)板(ban)靠(kao)自重與(yu)臺車摩擦板(ban)形成密(mi)(mi)封(feng)(feng)，密(mi)(mi)封(feng)(feng)性能(neng)好；優化結構、使用(yong)壽(shou)命長；檢修維護(hu)方便。
4.13 先進的自動控制技術
帶式焙燒機(ji)自(zi)動(dong)調速；工藝風(feng)(feng)機(ji)自(zi)動(dong)調整(zheng)(zheng)轉速；風(feng)(feng)系統(tong)閥門自(zi)動(dong)調整(zheng)(zheng)開度；鋪底料篩自(zi)動(dong)調整(zheng)(zheng)給料量；整(zheng)(zheng)個帶式焙燒機(ji)實現計算機(ji)自(zi)動(dong)控(kong)制。
5首鋼京唐2#、3#球團生產線(xian)應用情況
北京首鋼國際工程技術有限公司總承包的首鋼京唐2#、3#兩條504m2帶式焙燒(shao)機球(qiu)團生產線于(yu)2019年5月(yue)、6月(yue)先后投產，各系統(tong)運行(xing)穩定(ding)，7天達(da)(da)到設計指標，球(qiu)團礦堿度實現1.0-1.2，熱耗(hao)(hao)、電耗(hao)(hao)、工序(xu)能耗(hao)(hao)等各項技術指標都達(da)(da)到了國(guo)內領先，國(guo)際先進的(de)水(shui)平，為首(shou)鋼京(jing)唐(tang)特(te)大(da)型(xing)高爐(lu)“穩產順(shun)行(xing)、安全高效、經濟長壽”的(de)生產提(ti)供了優質原料。隨著(zhu)首(shou)鋼京(jing)唐(tang)2#、3#帶式焙燒(shao)機球(qiu)團生產線的(de)順(shun)利投產以及首(shou)鋼京(jing)唐(tang)3座高爐(lu)大(da)比(bi)(bi)例(li)球(qiu)團的(de)穩定(ding)運行(xing)，國(guo)內已經興起高爐(lu)大(da)比(bi)(bi)例(li)球(qiu)團冶煉(lian)的(de)熱潮。
表2 京唐2#、3#帶式(shi)球(qiu)團焙燒機球(qiu)團生產線主要(yao)技術指標(biao)
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項(xiang) 目 |
指標 |
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平均抗壓強度 |
3100N/P |
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轉(zhuan)鼓指數（+6.3 mm） |
97.0% |
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抗磨指數 -0.5mm |
3.5% |
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低(di)溫還原(yuan)粉化 +6.3mm |
97.0% |
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低(di)溫(wen)還原粉化 -0.5mm |
3.0% |
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焦爐(lu)煤氣 |
28Nm3/tp |
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電耗 |
24kwh/tp |
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工序能耗 |
20kgce/tp |
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