帶式焙燒機(jī)球團(tuán)新技術(shù)研究與應(yīng)用
2019-11-01
1 前言
近些年，由于我國鐵礦資源的劣、貧、雜、難選化，為提高鐵礦利用效率必須進(jìn)行細(xì)磨，導(dǎo)致國產(chǎn)鐵精礦細(xì)粒度居多，有一半鐵精粉適合生產(chǎn)球團(tuán)礦。另外隨著國家持續(xù)推動鋼鐵行業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)、超低排放，球團(tuán)工藝相比燒結(jié)工藝更加清潔環(huán)保。所以，在高爐爐料中增加球團(tuán)礦用量，已被各大鋼鐵企業(yè)列入發(fā)展規(guī)劃中。
北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司多年來一直從事球團(tuán)技術(shù)的研究。2000年研發(fā)的中國國內(nèi)第一條鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線成功投產(chǎn)，2010年研發(fā)的中國第一條大型帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線成功投產(chǎn)，2015年研發(fā)的包鋼新體系統(tǒng)500萬t/a帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線成功投產(chǎn)。在2條大型帶式焙燒機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司持續(xù)創(chuàng)新，在總承包的首鋼京唐2#、3#帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)采用了多項(xiàng)新技術(shù)。
2 高爐大比例配加熔劑性球團(tuán)礦的必要性和發(fā)展
2017年中鋼協(xié)會員單位的高爐爐料結(jié)構(gòu)大致為燒結(jié)礦78%、球團(tuán)礦13%、塊礦9%。適宜的爐料結(jié)構(gòu)是高爐生產(chǎn)最優(yōu)化和低成本化的保證。提高高爐爐料球團(tuán)礦配比，可提高入爐礦含鐵品位、降低噸鐵用礦量、降低燃料比、增加產(chǎn)量，還可降低污染物排放、促進(jìn)煉鐵系統(tǒng)節(jié)能減排、降低造塊工藝煙氣治理的費(fèi)用。
高爐爐渣來自燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦、焦炭和煤粉，爐渣堿度一般要求在1.0-1.2。燒結(jié)礦堿度一般為1.8-2.2，當(dāng)球團(tuán)礦配比在50%左右，球團(tuán)礦堿度需要在1.0左右，才能達(dá)到爐渣堿度要求。因此，高爐采用大比例球團(tuán)礦爐料結(jié)構(gòu)，需要采用熔劑性球團(tuán)礦。
2015年12月-2017年9月，首鋼京唐多次進(jìn)行高爐大比例球團(tuán)（最高55%）+石灰石/鋼渣的工業(yè)試驗(yàn)，驗(yàn)證了京唐高爐大球團(tuán)比冶煉的可行性；2018年10月-2019年1月，采用堿性球團(tuán)+酸性球團(tuán)+燒結(jié)礦+生礦的爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了2次工業(yè)試驗(yàn)，確定了高爐的爐料結(jié)構(gòu)，找到了堿性球團(tuán)質(zhì)量控制的關(guān)鍵；2019年4月26日3號高爐投產(chǎn)以來，球團(tuán)礦配比逐步提升，最高達(dá)59.1%，在此過程中高爐壓量關(guān)系穩(wěn)定、爐況持續(xù)穩(wěn)定。目前，首鋼京唐3座高爐均采用～53%球團(tuán)礦的爐料結(jié)構(gòu)，3號高爐利用系數(shù)為2.34 t/（m3·d），燃料比為481kg/t，綜合入爐礦品位為61.3%，渣量降低至225kg/t。實(shí)踐證明，球團(tuán)礦配比提高10%，噸鐵約能降低5kg燃料比。
3 帶式焙燒機(jī)球團(tuán)工藝技術(shù)特點(diǎn)
球團(tuán)礦的生產(chǎn)工藝主要有三種：鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝、豎爐工藝、帶式焙燒機(jī)工藝。我國球團(tuán)產(chǎn)量鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝約占58.6%，豎爐工藝約占36.0%，帶式焙燒機(jī)工藝約占5.4%。由于設(shè)計(jì)及設(shè)備制造能力的限制，帶式焙燒機(jī)工藝在我國的發(fā)展相對緩慢。帶式焙燒機(jī)工藝與鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝的比較，見表1。
表1 帶式焙燒機(jī)工藝與鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝比較
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名稱 |
鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯藝 |
帶式焙燒機(jī)工藝 |
評價(jià) |
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1) |
球團(tuán)種類 |
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a)赤鐵礦球團(tuán) |
較難 |
適應(yīng) |
鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝中預(yù)熱球的轉(zhuǎn)運(yùn)和回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈問題，較難適應(yīng)赤鐵礦球團(tuán)和熔劑性球團(tuán)；帶式焙燒機(jī)工藝預(yù)熱、焙燒段燒嘴的可控性，適用于各種類型的球團(tuán) |
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b)磁鐵礦球團(tuán) |
適應(yīng) |
適應(yīng) |
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c)赤磁混合礦球團(tuán) |
適應(yīng) |
適應(yīng) |
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d)熔劑性球團(tuán) |
較難 |
適應(yīng) |
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2) |
單機(jī)產(chǎn)量 |
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a)200~600萬t/a |
滿足 |
滿足 |
世界上已投產(chǎn)球團(tuán)單機(jī)最大產(chǎn)量，帶式焙燒機(jī)為925萬t/a，鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯為600萬t/a |
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b)600~925萬t/a |
不滿足 |
滿足 |
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3) |
燃料類型 |
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a)天然氣/煤氣/混合煤氣 |
適應(yīng) |
適應(yīng) |
鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝適用于所有的燃料條件；帶式焙燒機(jī)工藝無法采用煤粉，但內(nèi)配煤量比鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝略高 |
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b)燃油/重油 |
適應(yīng) |
適應(yīng) |
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c)煤粉 |
適應(yīng) |
不適應(yīng) |
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d)內(nèi)配煤 |
少量 |
適中量 |
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4) |
燃料消耗 |
略高 |
略低 |
帶式焙燒機(jī)流程短，臺車回溫低，無冷卻水和冷卻風(fēng)，熱利用率更高，燃耗降低5-10% |
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5) |
電力消耗 |
相當(dāng) |
相當(dāng) |
帶式焙燒機(jī)料層厚壓差大，鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯設(shè)備交接處多，漏風(fēng)較多 |
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6) |
成品球質(zhì)量 |
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a)抗壓強(qiáng)度 |
滿足 |
滿足 |
帶式焙燒機(jī)料層厚，上下層球強(qiáng)度有差別，鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球滾動均勻性強(qiáng)，但球團(tuán)過于緊實(shí)，還原性略差 |
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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(chǎn)生量 |
偏多 |
偏少 |
鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)接點(diǎn)多，球在窯內(nèi)滾動 |
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8) |
設(shè)備維護(hù)量 |
大 |
小 |
帶式焙燒機(jī)設(shè)備簡單，臺車在線更換，耐火材料不與球團(tuán)接觸，使用壽命長 |
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9) |
作業(yè)率 |
正常 |
偏高 |
帶式焙燒機(jī)作業(yè)率能達(dá)到95%以上 |
4 帶式焙燒機(jī)球團(tuán)工藝新技術(shù)
4.1 熔劑球團(tuán)技術(shù)
1）采用石灰石或消石灰作為熔劑，滿足高爐對球團(tuán)礦堿度的要求。2）采用消石灰作熔劑時(shí)，可減少粘結(jié)劑用量。3）適宜的焙燒溫度比酸性球團(tuán)礦有所降低，降低NOx的生成量。
4.2 鎂質(zhì)球團(tuán)技術(shù)
1）采用白云石、菱鎂石、橄欖石、氧化鎂粉等作為鎂質(zhì)熔劑，滿足高爐對球團(tuán)礦MgO含量的要求。2）球團(tuán)礦內(nèi)添加MgO，能有效提高球團(tuán)礦的冶金性能、降低還原膨脹指數(shù)、改善低溫還原粉化指數(shù)；還能降低燒結(jié)礦MgO含量，提高燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)和燒結(jié)礦強(qiáng)度。
4.3 含鈦球團(tuán)技術(shù)
1）添加含TiO2的原料，滿足高爐對球團(tuán)礦TiO2含量的要求。2）含鈦球團(tuán)礦會使高爐爐缸和側(cè)壁上形成TiN（TiC）層，由于TiN（TiC）的熔點(diǎn)高達(dá)2950℃（3140℃），從而達(dá)到護(hù)爐效果，提高高爐爐齡。
4.4 先進(jìn)的自動造球技術(shù)
利用專用圖像分析軟件對攝像儀攝取的生球團(tuán)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，自動調(diào)整造球相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動造球，保證生球質(zhì)量，減少勞動定員。
4.5 先進(jìn)的往復(fù)式布料器
1）頭部伸縮采用移動小車，采用液壓油缸驅(qū)動；2）移動小車速度與輸送帶的帶速相匹配，實(shí)現(xiàn)單向下料，保證料面平整；3）減少生球轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)和落差，避免對生球的破壞，提高生球合格率。
4.6 先進(jìn)的分級布料系統(tǒng)
分級布料輥篩（見圖1）技術(shù)特點(diǎn)為：
圖1分級布料輥篩
1）4m臺車僅采用φ85mm的輥?zhàn)樱侀g凹槽淺，篩分效果好；2）輥?zhàn)硬捎秒x心鑄造，撓度小、不易變形，生球合格率高；3）輥?zhàn)颖砻嬖O(shè)置涂層，不易粘料、使用壽命長；4）采用新型側(cè)擋板，不會在輥?zhàn)颖砻娈a(chǎn)生拉溝，輥?zhàn)邮褂脡勖L。
分級布料（見圖2）的優(yōu)點(diǎn)：1）分級篩分及更大的篩分面積提高粉料的篩分效率；2）提高料層透氣性；3）提高單位面積焙燒機(jī)的風(fēng)量；4）縮短反應(yīng)時(shí)間；5）降低燃料消耗；6）提高焙燒機(jī)生產(chǎn)能力；7）改善球團(tuán)礦的物理性能。
圖2 分級布料料層示意圖
4.7 先進(jìn)的厚料層焙燒技術(shù)
1）降低料層底部強(qiáng)度低的球團(tuán)礦比例；2）降低帶式焙燒機(jī)速度；3）更好地干燥、預(yù)熱、焙燒和冷卻；4）增加產(chǎn)量。
4.8 先進(jìn)的燃燒系統(tǒng)
1）自動點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)在線燒嘴在線啟停；2）火焰監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)熄火自動識別、自動吹掃，保證生產(chǎn)安全；3）空氣過剩系數(shù)低至15%以下，降低NOx的產(chǎn)生；4）先進(jìn)閥組及控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單個或單組燒嘴溫度自動控制。
4.9 先進(jìn)的內(nèi)配燃料技術(shù)
采用內(nèi)配燃料工藝，增加成品球團(tuán)礦的孔隙率和還原性，降低總?cè)剂舷摹⑴_車篦條的溫度和風(fēng)機(jī)的電耗，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。這種高氣孔率、高還原性的球團(tuán)礦用于高爐生產(chǎn)，能提高生產(chǎn)率和降低熱耗。
4.10 先進(jìn)的臺車、星輪及彎軌技術(shù)
選用性價(jià)比高的材質(zhì)，適應(yīng)焙燒機(jī)高溫、熱交變等工況要求，設(shè)計(jì)出合理的臺車結(jié)構(gòu)，有效提高臺車的使用壽命，僅需備用幾塊臺車用作在線換篦條使用，大量節(jié)省臺車備件費(fèi)用，大幅提高帶式焙燒機(jī)作業(yè)率。臺車壽命問題的解決掀起了中國球團(tuán)行業(yè)的帶式焙燒機(jī)球團(tuán)熱。
頭輪部星輪及彎軌采用符合帶式焙燒機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)，無碰撞異響，齒面采用可更換設(shè)計(jì)，方便生產(chǎn)檢修。
4.11 先進(jìn)的非水冷結(jié)構(gòu)梁和隔墻
側(cè)密封梁采用先進(jìn)的非水冷梁技術(shù)，隔墻取消支撐水冷梁采用吊掛結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)帶式焙燒機(jī)零冷卻水用量，避免水梁因腐蝕泄漏對設(shè)備及耐火材料的破壞。
4.12 先進(jìn)的密封技術(shù)
先進(jìn)風(fēng)箱端部及隔斷密封技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)熱狀態(tài)、運(yùn)行穩(wěn)定、維修方便，有效解決密封裝置在橫向和縱向的隨動問題，能夠有效消除積灰現(xiàn)象。
新型爐罩與臺車間的密封技術(shù)：密封板靠自重與臺車摩擦板形成密封，密封性能好；優(yōu)化結(jié)構(gòu)、使用壽命長；檢修維護(hù)方便。
4.13 先進(jìn)的自動控制技術(shù)
帶式焙燒機(jī)自動調(diào)速；工藝風(fēng)機(jī)自動調(diào)整轉(zhuǎn)速；風(fēng)系統(tǒng)閥門自動調(diào)整開度；鋪底料篩自動調(diào)整給料量；整個帶式焙燒機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動控制。
5首鋼京唐2#、3#球團(tuán)生產(chǎn)線應(yīng)用情況
北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司總承包的首鋼京唐2#、3#兩條504m2帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線于2019年5月、6月先后投產(chǎn)，各系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，7天達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，球團(tuán)礦堿度實(shí)現(xiàn)1.0-1.2，熱耗、電耗、工序能耗等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先，國際先進(jìn)的水平，為首鋼京唐特大型高爐“穩(wěn)產(chǎn)順行、安全高效、經(jīng)濟(jì)長壽”的生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)原料。隨著首鋼京唐2#、3#帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線的順利投產(chǎn)以及首鋼京唐3座高爐大比例球團(tuán)的穩(wěn)定運(yùn)行，國內(nèi)已經(jīng)興起高爐大比例球團(tuán)冶煉的熱潮。
表2 京唐2#、3#帶式球團(tuán)焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線主要技術(shù)指標(biāo)
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項(xiàng) 目 |
指標(biāo) |
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平均抗壓強(qiáng)度 |
3100N/P |
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轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（+6.3 mm） |
97.0% |
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抗磨指數(shù) -0.5mm |
3.5% |
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低溫還原粉化 +6.3mm |
97.0% |
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低溫還原粉化 -0.5mm |
3.0% |
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焦?fàn)t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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