官明徽

(馬鋼工程技術集團設計研究院 安徽馬鞍山 243000)

馬鋼1#、2#豎爐于2001年建成投產(chǎn)，并與2007年從原設計8m2擴容到10m2，產(chǎn)量由當初設計的80萬t/a，提高到120萬t/a。但隨著馬鋼(合鋼)搬遷，高爐的擴容增產(chǎn)，特別是4#高爐的建成投產(chǎn)，球團礦的供需矛盾凸顯出來，高爐球團礦的入爐比例低于15%[1]，嚴重制約了高爐的生產(chǎn)。

為保證球團的供應，必須增加球團礦的供給，新建球團生產(chǎn)線因受場地及投資的限制不可行；結(jié)合以往對豎爐擴容改造的成功經(jīng)驗，以及現(xiàn)場生產(chǎn)的實踐，擬對現(xiàn)有2座10 m2的豎爐進行擴容改造。

1#、2#豎爐的擴容改造工程在設計過程中吸收消化了國內(nèi)大量豎爐工程實例，實現(xiàn)了裝備大型化和現(xiàn)代化，降低生產(chǎn)成本，符合國家節(jié)能減排、降本增效的產(chǎn)業(yè)政策和最新的環(huán)保要求。

1 建設內(nèi)容及規(guī)模

馬鋼股份1#、2#豎爐大修改造項目設計指標為2座16 m2豎爐，單座豎爐生產(chǎn)成品球團礦為90萬t/a。

2 豎爐球團工藝設計創(chuàng)新特點

2.1 烘干機擴容改造

豎爐擴容改造后，1號烘干混勻機的處理能力需增大到250 t/h；因此必須對1號烘干混勻機進行改造。因受場地限制，只能利用現(xiàn)有烘干混勻機基礎，對其進行適當?shù)奶幚?，把筒體改為φ3.3×25 m，加大轉(zhuǎn)動機構(gòu)的負載能力，保證處理能力達到250 t/h-300 t/h。

煤氣燃燒爐是向烘干筒提供熱煙氣的燃燒裝置，爐體為臥式圓筒形，一端與烘干筒頭部相連。燃燒爐排出的煙氣溫度要求在900 ℃以下，所產(chǎn)生的煙氣由安裝在燃燒爐爐體上的煤氣燒嘴提供，燃燒室配用新型直流燒嘴和新型助燃風機。

助燃空氣由風機供風9-19No12.5D4(1450rpm)，風壓為9.068 kPa，供風能力為21381 m3/h。

改造后系統(tǒng)的排煙量約為45000 m3/h，為了保證煙氣的排放，煙囪需做相應改造。煙囪直徑增大為1.8 m，煙囪高度仍為45 m。

2.2 造球系統(tǒng)改造

1#和2#豎爐造球間，共計4臺φ6000 mm造球盤，造球機形式為老式造球盤，隨著產(chǎn)量的增加，現(xiàn)有造球機能力不夠，新增造球機因受場地限制，只能利用現(xiàn)有造球廠房和基礎，采用新型盤式回轉(zhuǎn)支承造球機，變頻調(diào)速[2]，盤面傾角采用液壓調(diào)整，該造球機設計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，運行平穩(wěn)，減少盤面跳動，調(diào)節(jié)方便，造出的生球均勻，有利于改善生球質(zhì)量，綜合考慮到產(chǎn)量的增長和投入成本的預算，本次將現(xiàn)有的4臺造球機更換，采用新型盤式回轉(zhuǎn)支撐的造球機，規(guī)格為φ6500 mm，每臺造球機臺時產(chǎn)量能達到80 t左右，能滿足改造后近階段的生產(chǎn)需要。

2.3 豎爐本體改造

豎爐本體的改造可借鑒現(xiàn)有豎爐擴容改造的成功經(jīng)驗，最大限度地利用現(xiàn)有廠房結(jié)構(gòu)，在不對廠房結(jié)構(gòu)進行改動的基礎上，通過對豎爐爐型進行優(yōu)化設計，把1#和2#豎爐焙燒面積擴容至16 m2。具體如下：

2.3.1 焙燒帶改造

為了保證燃燒室廢氣能夠穿透球?qū)樱瑢挾仍瓌t上不做大的增加，根據(jù)豎爐生產(chǎn)實際，寬度以2500 mm為宜。

2.3.2 烘干床改進

為了提高生球進入預熱帶和焙燒帶球團的強度，考慮增大烘干面積，角度由原來的100 °提高到108 °，增大烘干面積，配套的烘干風量也進一步提高。

因現(xiàn)有的烘干箅板為豎條型箅板容易堵料，且易脫落到爐內(nèi)，給生產(chǎn)和操作帶來不利的影響，本次將箅板全部改成橫條型，同時將固定爪加長使其不易脫落。

使用后現(xiàn)場基本解決箅板脫落爐內(nèi)的現(xiàn)象，堵料現(xiàn)象也基本杜絕。

2.3.3 導風墻改造

在保證焙燒面面積不受影響的條件下，適當增加導風墻寬度，使導風墻通風面積增大，與冷卻風量的增加相匹配，增加烘干廢氣量。

2.3.4 導風墻大水梁改進

考慮到導風墻面積和高度增加，其載荷也大幅提高，為了提高導風墻水梁強度，水梁鋼管由五根增加為六根。

同時考慮在導風墻的氣流接觸面堆焊耐磨材料，從而增加導風墻大氺梁的使用壽命。

原設計氺梁中間連接板采用不銹鋼板，但在在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，連接板并未起到連接作用，開爐后不久因受到高溫的燒烤，連接板發(fā)生扭曲變形，甚至撕裂。同時發(fā)現(xiàn)有的連接板卷曲后易形成導流管，引導含塵的高溫廢氣直接沖刷到導風墻大氺梁的鋼管上，因集中沖刷，雖然有耐磨堆焊層，但是還是在豎爐生產(chǎn)的后期，發(fā)現(xiàn)有局部穿孔，導致生產(chǎn)運行中不得已關閉該管道的冷卻水閥門。降低了豎爐導風墻的壽命。

本次取消原有的連接板，主要靠上部的橫托板設計成T型即起到托板作用，又起到連接作用。

使用后，豎爐導風墻大水梁使用壽命大幅提高，原使用壽命為1年作用，改造后可延長壽命約6個月左右。

2.3.5 爐身及其人孔的改進

爐身上部因直接與混氣室連接，燃燒室約1250 ℃的高溫廢氣直接對現(xiàn)有的爐身頂進行沖刷，時間長了，特別是產(chǎn)量提高后，且到生產(chǎn)的后期，耐材燒損或斷裂，使得高溫廢氣穿透耐材直達爐殼部位，高溫燒烤使爐殼發(fā)紅甚至燒透，影響生產(chǎn)。一般情況下，只能停產(chǎn)進行灌漿處理。雖然能緩解，但因耐材損壞，仍然堅持不了多久。

考慮到這些因素，在爐身頂部設計時，增加2個冷卻壁，將整個爐身上部覆蓋，即使出現(xiàn)以上情況，也能及時進行冷卻改善狀況，特別是爐子后期特別重要。

爐身人孔位置在齒輥的上方，內(nèi)有耐材隔溫隔熱，因耐火磚及保溫棉是后續(xù)砌筑，因此生產(chǎn)中易出現(xiàn)跑風漏氣現(xiàn)象。

為解決以上問題，爐身人孔采用迷宮設計，內(nèi)部采用石棉繩封堵，從而阻斷高溫廢氣的溢出。

2.3.6 齒輥破碎機

保持齒輥輥徑600 mm、輥間距80 mm不變，使齒輥數(shù)量由現(xiàn)有的8根增加到9根。輥子的破碎面采用特殊的耐熱及耐磨鋼制成，增加使用壽命。

2.3.7 直料管

豎爐直料管因所有高溫球團礦均通過豎爐下的2個直料管，其通道狹窄環(huán)境惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)直料管磨通漏風等現(xiàn)象，雖然有冷卻壁進行冷卻，但是若是內(nèi)部磨通后，很快就會造成直料管報廢，更換直料管必須排空爐內(nèi)熾熱的球團礦，工作環(huán)境危險且惡劣，易出安全事故。

為解決以上情況，直料管設計采用雙層水箱的的結(jié)構(gòu)形式，第一層水箱磨通后，可將進出水管封堵，使其成為一個空箱體，外部冷卻水箱繼續(xù)冷卻，大大延長了直料管的使用壽命，提高了豎爐的作業(yè)率。

2.3.8 豎爐冷卻風系統(tǒng)

經(jīng)過多次技術改造，現(xiàn)1#豎爐對應的冷卻風機為D900，其風量為900 m3/min，2#豎爐對應的風機為D850，其風量為850 m3/min，考慮到生產(chǎn)能力本次大幅提高，本次將這2臺風機同時擴容到D1200，風量和壓力分別為1200 m3/min和30 kPa。

2.3.9 帶冷機改造

現(xiàn)有1#和2#豎爐共用一臺80 m2輕型帶冷機，原對應的是2座8 m2豎爐，原設計處理能力120 t/h，目前已經(jīng)達到190 t/h，從使用情況來看，冷卻效果不佳，主要原因如下：

(1)超過原設計能力45%，且設備負載能力嚴重不足。

(2)球團物料上帶冷臺車時產(chǎn)生偏析，造成帶冷機頭、尾星輪兩邊拉力不均勻造成磨損。

(3)鏈節(jié)中的軸套、軸銷長期在高溫、超載、潤滑條件差工況下工作，造成磨損嚴重，累計到一定程度時兩條鏈節(jié)長度產(chǎn)生誤差，帶冷機運行過程中出現(xiàn)跑偏。

(4)物料在臺車上冷卻效果較差，主要原因是產(chǎn)量增加，而風機能力沒有增加，特別是風壓過小，料層吹不透；冷卻風量達不到要求，特別在夏季出現(xiàn)過燒皮帶現(xiàn)象。

這次擴容改造后，將帶冷機處理能力調(diào)整至250 t/h，臺車寬度為1800 mm，臺車料層不超過550 mm，帶冷機速度(調(diào)頻) ～1.2 m/min，最高速度為2 m/min；傳動電動機功率增加到37 kW;冷卻系統(tǒng)保持原有5臺風機，其中入料處3臺為G4-73型16號風機，出料處2臺風機為G4-73型14號風機。

傳動系統(tǒng)及頭尾輪：

根據(jù)理論計算如果產(chǎn)量達到250 t/h，帶冷機正常速度為1.2～1.5 m/min，調(diào)頻電動機功率37kW，傳動主軸直徑Φ400改成Φ430；相應的軸承座、大型聯(lián)軸器都要進行改動。

帶冷機傳動系統(tǒng)總速比為3150，電機到第一級減速器速比i1=31.5，為雙包絡蝸輪蝸桿減速器；第二級減速器速比i2=100，為硬齒面減速器；這一次硬齒面減速器能力要增加，機座號為ZFY800-100。

頭、尾鏈輪齒形需要加厚，鍛件合金鋼材質(zhì)，齒面進行調(diào)質(zhì)處理。

臺車結(jié)構(gòu)：

臺車寬度由現(xiàn)在的1500 mm改成1800 mm，通風面積也做相應的增加，臺車框架在剛性結(jié)構(gòu)上進行增強，每兩臺車之間增加一塊擋料板，目的是減少臺車在下料過程中漏料現(xiàn)象。

鏈板：

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鏈板是帶冷機傳動最主要部件，目前現(xiàn)場出現(xiàn)問題較多，使用壽命較短，磨損嚴重。這一次進行大改進，將鑄鋼鏈節(jié)改成合金鋼鋼板鏈節(jié)(鉚焊結(jié)構(gòu))，鏈節(jié)中隔套都要進行調(diào)整熱處理，銷軸表面進行淬火處理；增加鏈節(jié)厚度以增強鏈條強度。

風系統(tǒng)改造：

球團礦在帶冷機上冷卻風機風量、風壓是至關重要，一般情況冷卻1t燒結(jié)球團礦需要～2200 m3/h，總風量250 t/h×2200 m3/h=550000 m3；考慮到現(xiàn)在料層加厚，物料沒有進行篩分，臺車中球團礦透氣性很差，所以適當加大風機風量、風壓是可行的。這次改造還是5臺風機，前3臺風機所對應球團礦溫度最高，用G4-73型16號風機，風機風量為140000 m3/h；1#風機土建基礎還要向下降300 mm。2、3號風機只改變設備地腳螺栓。后面二臺風機保持不變G4-73型14號風機，風機風量為110000 m3/h；所以總風量為640000 m3/h。料層在450mm時風機風壓選用2000 Pa，改造后料層基本上在550 mm左右，所以這次選用3100 Pa。

下料漏槽：

這次改造帶冷臺車寬度發(fā)生變化，所以配套下料漏斗也要發(fā)生變化，料斗內(nèi)部采用階梯狀結(jié)構(gòu)，斜面采用耐磨層堆焊或者為耐磨襯板[3]。

集塵隔熱罩：

隨著臺車加寬而改變，將臺車與隔熱罩之間做好密封，距離尾輪35m全部采用隔熱罩密封處理。

目前除塵點有二處，主要集中在下料點，從現(xiàn)場使用情況看來是不夠的，這次改造準備在尾輪再增加一個除塵收集點。

2.3.10 鏈板輸送機改造內(nèi)容

由于單臺豎爐生產(chǎn)能力125 t/h，鏈板輸送機寬度B=1000，輸送角度為23 °，輸送速度為0.13 m/s，電機功率為30 kW。

傳動系統(tǒng)：

傳動功率增大30 kW，減速器能力做相應改動，型號為SHC Ⅱ 550-200-110 a；速比i=200；傳動系統(tǒng)土建基礎重新設計。

鏈板寬度：

隨著鏈板寬度增加，為提高鏈板剛性增加鏈板料斗鋼板厚度。

下料漏斗及除塵罩：

鏈板機下到帶冷機臺車的漏斗，寬度發(fā)生變化，漏斗內(nèi)部采用階梯狀結(jié)構(gòu)，斜面采用耐磨層堆焊或者為耐磨襯板。

2.3.11 除塵系統(tǒng)改造

現(xiàn)場兩臺1#、2#除塵器為50 m2三電場，除塵效率較低，且隨使用年限增加，內(nèi)部部件損壞嚴重，除塵器外殼銹蝕嚴重，導致漏風率增加，需對本體進行更換改造。

對現(xiàn)有的2臺50 m2三電場進行改造，改造后除塵器50 m2四電場，主要作為生產(chǎn)除塵用。不在考慮環(huán)境除塵。

新建除塵器設計風量按20×104 m3/h考慮，入口含塵濃度～10 g/m3(標態(tài))，要求排放濃度≤50 mg/m3(標態(tài))，可作為單獨的環(huán)境除塵用。

三臺50 m2四電場除塵器建成后，各為其責，排放濃度≤50 mg/m3(標態(tài))，解除了過去除塵器即要考慮生產(chǎn)除塵又要兼顧環(huán)境除塵困擾，便于現(xiàn)場生產(chǎn)操作。

3 生產(chǎn)實踐

1#、2#豎爐擴容改造后，點火、烘爐及投料生產(chǎn)非常順利，隨著生產(chǎn)運行逐步平穩(wěn)，各項生產(chǎn)指標穩(wěn)步上升，每座豎爐利用系數(shù)為7.10 t/m2·h，年產(chǎn)成品球團礦約90萬t/a。其他各項指標也達到先進水平，已經(jīng)達到和超過設計指標，對未來球團工程設計和發(fā)展方向具有借鑒意義。

4 結(jié)語

馬鋼股份1#、2#豎爐大修改造工程在設計過程中充分聽取了現(xiàn)場工程技術人員的意見，同時吸收消化了大量的優(yōu)秀豎爐球團工程經(jīng)驗，為該工程順利投產(chǎn)奠定了良好的基礎。該工程設計與實施對未來球團工程進一部大型化、現(xiàn)代化有著重大的指導意義。