提高球團(tuán)礦10～16mm比例優(yōu)化改造實(shí)踐

韋振寧 馬承勝 石楚剛 農(nóng)之建

(柳州鋼鐵股份有限公司燒結(jié)廠，廣西 柳州 545002)

0 引言

粒度組成是評(píng)價(jià)球團(tuán)礦質(zhì)量的一項(xiàng)基本指標(biāo)。高爐冶煉要求球團(tuán)礦粒度均勻，否則將影響爐料和煤氣流的分布，進(jìn)而影響高爐指標(biāo)。而球團(tuán)生產(chǎn)本身也要求均勻的粒度，球團(tuán)礦粒度過(guò)大則傳熱和傳質(zhì)速率慢，粒度過(guò)小則對(duì)料層透氣性產(chǎn)生較大影響，所以球團(tuán)礦的粒度影響干燥、預(yù)熱、焙燒和冷卻速率，球團(tuán)礦粒度愈均勻，料層透氣性愈高，球團(tuán)礦產(chǎn)量也愈高[1-2]。所以，改善球團(tuán)礦粒度均勻性對(duì)改善高爐和球團(tuán)生產(chǎn)指標(biāo)有著重要意義。

根據(jù)《GB/T 27692-2011高爐用酸性鐵球團(tuán)礦》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，衡量球團(tuán)礦粒度均勻性的指標(biāo)是8～16 mm比例，而柳鋼使用的標(biāo)準(zhǔn)比行業(yè)大2 mm，采用的是10～16 mm比例。柳鋼240萬(wàn)t/a鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯(以下簡(jiǎn)稱柳鋼240球團(tuán))建于2005年，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)球團(tuán)礦10～16 mm粒級(jí)比例偏低，通過(guò)采取一些攻關(guān)措施，10～16 mm粒級(jí)比例得到了提高。

1 影響球團(tuán)礦10～16 mm比例的因素

生球長(zhǎng)大速率不均勻會(huì)出現(xiàn)大量的大球和小球，生球強(qiáng)度、預(yù)熱球強(qiáng)度不均勻則會(huì)產(chǎn)生大量粉末或細(xì)顆粒，而篩分效果的好壞則直接影響的生球的粒度組成。因此影響生球長(zhǎng)大速率、生球強(qiáng)度、預(yù)熱球強(qiáng)度均勻及篩分效果的因素，也是影響球團(tuán)礦10～16 mm比例的主要因素。

1.1 除塵灰配用不均勻

在鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯氧化球團(tuán)生產(chǎn)中，會(huì)產(chǎn)生占鐵精礦用量3%左右的除塵灰[3-4]。因除塵灰為干料且經(jīng)高溫氧化過(guò)，其表面性質(zhì)與鐵精礦區(qū)別較大，除塵灰的配加對(duì)造球原料的水分和生球長(zhǎng)大速率影響很大。而造球時(shí)所要求的最適宜水分波動(dòng)范圍很窄，一般為0.5%。有研究表明[5]，生產(chǎn)中除塵灰要盡可能均勻添加，配比不能超過(guò)4%。柳鋼240球團(tuán)生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)因設(shè)備缺陷及現(xiàn)場(chǎng)管理不到位等原因，沒(méi)有對(duì)除塵灰有規(guī)律均勻地添加到混合料中，致使造球系統(tǒng)不穩(wěn)定、生球量及粒度波動(dòng)大。

1.2 膨潤(rùn)土下料波動(dòng)

膨潤(rùn)土配比越大，生球強(qiáng)度可能越高，但長(zhǎng)大速率越慢，若生球無(wú)法在正常的時(shí)間長(zhǎng)大，生球粒度會(huì)很?。慌驖?rùn)土配比過(guò)小，則生球強(qiáng)度差，在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生裂紋或粉碎，導(dǎo)致球團(tuán)礦小粒級(jí)比例增加。所以膨潤(rùn)土下料要穩(wěn)定，才能確保生球長(zhǎng)大速率和生球強(qiáng)度的均勻，以及球團(tuán)礦粒度的均勻。柳鋼240球團(tuán)膨潤(rùn)土采用的是螺旋秤下料，螺旋秤由于其工作原理和結(jié)構(gòu)的限制，其零點(diǎn)變化較大、計(jì)量控制精度較低、穩(wěn)定性差[6]，而且由于場(chǎng)地原因無(wú)法進(jìn)行有效標(biāo)定，影響了膨潤(rùn)土下料的穩(wěn)定，導(dǎo)致球團(tuán)礦粒度出現(xiàn)波動(dòng)。

1.3 高壓輥磨工況、輥磨效果波動(dòng)大

生球的抗壓強(qiáng)度與比表面積之間有著線性關(guān)系，生球長(zhǎng)大的速度隨著比表面積的提高而增加[7]?？梢?jiàn)，若原料比表面積出現(xiàn)波動(dòng)，則會(huì)影響生球粒度組成，進(jìn)而影響球團(tuán)礦10～16 mm比例。生產(chǎn)中使用高壓輥磨預(yù)處理精礦粉來(lái)改善其比表面積，高壓輥磨工況、輥磨效果的穩(wěn)定對(duì)球粒度組成有一定影響。高壓輥磨[8]是以“層壓破碎”原理工作的高效節(jié)能設(shè)備。在一定高度料柱的自重壓力下，物料強(qiáng)制給入輥間，礦石被相向旋轉(zhuǎn)的具有一定結(jié)構(gòu)的壓輪表面的高強(qiáng)度耐磨材料及其間填充的物料的粗糙表面鉗住，并在輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)下卷入不斷壓縮的空間，使物料間的空隙在高壓下得到充分壓縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全粒級(jí)的破碎或在顆粒內(nèi)部形成微裂紋。高壓輥磨的工況、輥磨效果主要由直料斗料位決定，適宜的料位范圍極窄。由于原料流動(dòng)性變化，長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，高壓輥磨直料斗料位難以控制，料位過(guò)高則負(fù)載過(guò)大、電流超限跳閘，被迫停機(jī)；過(guò)低則負(fù)載過(guò)低，輥縫無(wú)法打開，失去輥磨作用。精礦粉在進(jìn)行高壓輥磨處理后，比表面積提高的幅度波動(dòng)較大，范圍在50～500 cm2/g，對(duì)生球粒度組成穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響。

1.4 返料雜物無(wú)有效出口

柳鋼240球團(tuán)精礦粉在進(jìn)入原料場(chǎng)前有除鐵器吸除大鐵塊，在配料系統(tǒng)有雜物輥篩篩除一些雜物，但由于場(chǎng)地及設(shè)計(jì)缺陷，返料循環(huán)系統(tǒng)無(wú)有效排雜出口。石頭、小鐵塊等雜物進(jìn)入返料系統(tǒng)后，在系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)，導(dǎo)致造球大塊料多，不但影響造球成球效果，還使成品球出現(xiàn)很多大塊。大塊過(guò)多時(shí)，只能將造球10#盤對(duì)應(yīng)的10#大球輥篩中間的輥?zhàn)尤〕鰯?shù)根，使10#盤未經(jīng)篩除大球的生球連同雜物大塊一起進(jìn)入鏈-回-環(huán)系統(tǒng)，最終成為大塊成品球。

1.5 篩分布料系統(tǒng)不合理

柳鋼240球團(tuán)采用的篩分工藝是一個(gè)造球盤對(duì)應(yīng)一個(gè)大球輥篩，各個(gè)大球輥篩篩除大球后匯集到球一皮帶，然后再通過(guò)擺頭皮帶+寬皮帶+小球輥篩集中篩除小球后，將粒度合格的球布到鏈篦機(jī)上。因小球輥篩設(shè)計(jì)能力較小，最大篩分能力僅為220 t/h，而正常生球量達(dá)300 t/h左右，所以很難將小球篩干凈。另外，由于大球輥篩下到球一皮帶的生球要經(jīng)過(guò)溜料板導(dǎo)流，這就造成了溜料板長(zhǎng)期結(jié)料。結(jié)塊物料在生球的沖刷下形成大塊物料，大塊物料脫落后進(jìn)入鏈-回-環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致成品球出現(xiàn)較多大塊物料。

1.6 熱工制度不合理

柳鋼240球團(tuán)鏈篦機(jī)設(shè)有三段(鼓風(fēng)干燥、抽風(fēng)干燥、預(yù)熱)四室(鼓風(fēng)干燥、抽風(fēng)干燥、預(yù)熱I、預(yù)熱Ⅱ)。生球進(jìn)入鏈篦機(jī)爐罩后，依次經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段和預(yù)熱I段、預(yù)熱Ⅱ段。抽風(fēng)干燥段熱源來(lái)自預(yù)熱Ⅱ段風(fēng)箱，氣流溫度400 ℃左右。預(yù)熱I段的熱源來(lái)自環(huán)玲機(jī)第二冷卻段，氣流溫度800 ℃左右。抽風(fēng)干燥段與預(yù)熱I段間的溫度梯度較大，加上預(yù)熱Ⅱ段熱源全部來(lái)自回轉(zhuǎn)窯主燒嘴，為避免回轉(zhuǎn)窯結(jié)窯，回轉(zhuǎn)窯溫度有所控制，所以預(yù)熱Ⅱ段溫度偏低，生球干燥預(yù)熱效果不好，粉末及裂紋較多。

2 提高球團(tuán)礦10～16 mm比例的優(yōu)化改造措施

2.1 除塵灰及膨潤(rùn)土倉(cāng)下料改造

使用經(jīng)驗(yàn)[9]表明，使用半封閉式皮帶秤替代螺旋秤的應(yīng)用方案計(jì)量過(guò)程更穩(wěn)定、準(zhǔn)確。為此，2017年對(duì)7#、8#除塵灰倉(cāng)和2019年對(duì)膨潤(rùn)土倉(cāng)進(jìn)行改造，將除塵灰倉(cāng)和膨潤(rùn)土倉(cāng)雙螺旋的下料方式均改為了下料更均勻的螺旋+皮帶的下料方式，并實(shí)現(xiàn)了鏈碼標(biāo)定。另外，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)管理，確保除塵灰連續(xù)均勻配用，降低除塵灰對(duì)造球的影響。

2.2 優(yōu)化高壓輥磨控制

柳鋼通過(guò)自主創(chuàng)新改造，設(shè)計(jì)開發(fā)氣體壓力料位計(jì)和高壓輥磨自動(dòng)化程序。氣體壓力料位計(jì)[10]是在高壓輥磨上方直料斗倉(cāng)壁開孔，在其外部安裝進(jìn)氣管，前端由恒壓氣源經(jīng)進(jìn)氣軟管向下部進(jìn)氣管供氣，在進(jìn)氣管上方實(shí)裝下部回流管，回流管末端接回流軟管至下部壓力變送器，將壓力值轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示，根據(jù)回流管壓力值與料倉(cāng)料位的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照，將壓力換算成料位高度顯示。在氣體壓力料位計(jì)基礎(chǔ)下，通過(guò)安裝高壓輥磨自動(dòng)化程序，確立以“料柱”為關(guān)鍵參數(shù)，如料少時(shí)，加快前道工序，減慢后續(xù)工序，料多時(shí)反之，通過(guò)高壓輥磨料柱高度，雙速調(diào)整給、排料量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制輥磨壓力、靜、動(dòng)輥頻率、速度，穩(wěn)定高壓輥磨機(jī)磨礦效果，解決高壓輥磨反復(fù)高負(fù)荷跳閘，低負(fù)荷無(wú)效的問(wèn)題。高壓輥磨預(yù)處理后精礦粉比表面積的提高波動(dòng)幅度由50～500 cm2/g降至100～300 cm2/g，較為穩(wěn)定，如圖1所示。

圖1 高壓輥磨預(yù)處理后精礦粉比表面積的提高幅度

2.3 返料雜物落地改造

通過(guò)改造，在10#大球輥所篩出的大球落下的位置新增一條皮帶，使10#大球輥所篩出的大球落在該皮帶上，如圖2所示。該皮帶具備正反轉(zhuǎn)功能，皮帶正轉(zhuǎn)時(shí)所篩出的大球進(jìn)入返料系統(tǒng)循環(huán)，皮帶反轉(zhuǎn)時(shí)所篩出的大球進(jìn)入返料落地倉(cāng)。通過(guò)固定時(shí)間開啟反轉(zhuǎn)功能，使返料系統(tǒng)中石頭、小鐵塊等雜物得以排出返料循環(huán)系統(tǒng)，有效減少了循環(huán)的雜物量和成品球大塊物料的出現(xiàn)。

圖2 返料雜物落地改造

2.4 篩分布料系統(tǒng)優(yōu)化改造

2.4.1 大球輥篩改造

對(duì)大球輥篩進(jìn)行改造，更換磨損的大球輥篩，并對(duì)大球輥篩側(cè)擋板進(jìn)行重新定位安裝，最大程度上減小輥縫和側(cè)擋板縫隙，減少漏料。另外，取消大球輥篩下的轉(zhuǎn)運(yùn)擋料板，舍棄最后輥縫中篩出來(lái)的生球，有效降低了球一皮帶上的大塊物料。

2.4.2 取消寬皮帶，優(yōu)化小球輥篩布料

表1是篩分布料系統(tǒng)優(yōu)化改造前后參數(shù)對(duì)比情況。通過(guò)取消寬膠帶機(jī)后改造擺動(dòng)膠帶機(jī)，將原寬皮帶區(qū)域用于增加小球輥篩，即將原擺頭皮帶+寬皮帶+小球輥篩的布料方式改為擺頭皮帶+小球輥篩，小球輥篩由原先的24根輥提高到51根輥，使得篩分面積大幅增大，最大篩分能力由220 t/h提高到了385 t/h，滿足了生產(chǎn)要求。另外對(duì)小球輥篩部分輥?zhàn)舆M(jìn)行變頻改造，優(yōu)化小球輥篩輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速，將中部和下部幾根輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速由正常的82 r/min降至41 r/min，使得生球在小球輥篩中下部實(shí)現(xiàn)均勻分布，提高了小球輥篩的有效篩分面積及篩分布料效果。

表1 篩分布料系統(tǒng)優(yōu)化改造前后參數(shù)對(duì)比

2.5 優(yōu)化熱工制度

通過(guò)在抽風(fēng)干燥段和預(yù)熱I段之間增設(shè)熱風(fēng)爐，在鏈篦機(jī)頭部增加煤氣燃燒器(見(jiàn)圖3)，解決抽風(fēng)干燥段與預(yù)熱I段間的溫度梯度較大和預(yù)熱Ⅱ段溫度偏低問(wèn)題[11]。通過(guò)燃燒焦?fàn)t煤氣提供500～1 000 ℃的熱風(fēng)，供給到抽干燥段和預(yù)熱I段之間的煙罩中，以降低兩段間的溫度梯度；鏈篦機(jī)頭部煤氣燒嘴則對(duì)預(yù)熱Ⅱ段進(jìn)行補(bǔ)充熱量。增加熱風(fēng)爐后抽干段煙罩溫度提高了60～120 ℃，增加頭部燒嘴后鏈篦機(jī)預(yù)熱段煙罩溫度比之前提高50～100 ℃，如表2所示。通過(guò)提高抽干段和預(yù)熱Ⅱ段煙罩溫度，優(yōu)化熱工制度，改善了生球干燥預(yù)熱效果，成品球粉末及小顆粒減少。

表2 優(yōu)化前后抽干段和預(yù)熱Ⅱ段煙罩溫度

圖3 鏈篦機(jī)風(fēng)流簡(jiǎn)圖

3 實(shí)施效果

圖4是2013年至2021年上半年球團(tuán)礦10～16 mm比例情況。通過(guò)實(shí)施設(shè)備改造和工藝優(yōu)化，加強(qiáng)對(duì)除塵灰使用和循環(huán)雜物的管理，球團(tuán)礦10～16 mm比例從2015年開始逐年提高，由2015年的77.58%逐步提高到了2021年上半年的82.71%，取得了較好的效果。

圖4 2013年至2021年上半年球團(tuán)礦10～16 mm比例

4 結(jié)語(yǔ)

生球長(zhǎng)大速率、生球強(qiáng)度、預(yù)熱球強(qiáng)度及篩分效果是影響球團(tuán)礦10～16 mm比例的主要因素。通過(guò)除塵灰及膨潤(rùn)土倉(cāng)下料改造，優(yōu)化高壓輥磨控制，返料雜物落地改造，優(yōu)化熱工制度等措施的實(shí)施，使得生球長(zhǎng)大速率、生球強(qiáng)度和預(yù)熱球強(qiáng)度更加均勻和穩(wěn)定，通過(guò)篩分布料系統(tǒng)優(yōu)化改造，使得生球篩分效果更好，最終球團(tuán)礦10～16 mm比例實(shí)現(xiàn)了逐步提高，取得了較好的效果。