邢守正 黃亞蕾 蘇 琴 劉月星

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司,遼寧 大連 116600)

0 引言

在球團生產(chǎn)工藝中，鏈箅機-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機已經(jīng)是比較成熟的設(shè)計工藝。中冶北方在2000年以后，先后設(shè)計了30多條國內(nèi)外球團生產(chǎn)線，規(guī)模有80、120、150、180、200、240、260、300、500萬t，其中以200萬t生產(chǎn)線最多。通過收集現(xiàn)場施工，生產(chǎn)前調(diào)試，生產(chǎn)后的整改等寶貴經(jīng)驗，總結(jié)出一套目前國內(nèi)先進的鏈回環(huán)生產(chǎn)工藝，并成功應(yīng)用于中陽鋼鐵球團場的設(shè)計和建設(shè)中，取得了很好的效果。

中陽鋼鐵廠位于山西省呂梁市中陽縣，鋼鐵廠中原有的球團廠采用豎爐工藝，為了響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保要求，新建鏈回環(huán)球團廠代替豎爐球團廠。球團廠采用的鐵礦石為嵐縣赤鐵礦，采用的燃料為焦爐煤氣和高爐煤氣。中冶北方根據(jù)中陽鋼鐵廠的自身情況，決定設(shè)計建設(shè)一條200萬t/a鏈箅機回轉(zhuǎn)窯球團廠。球團廠的主要車間包括精礦倉庫、預(yù)配料室、精礦干燥室、輥壓配料室、混合室、造球室、鏈箅機室、回轉(zhuǎn)窯、環(huán)冷機、成品球團倉。三大主機規(guī)模為：鏈箅機4.5m×51m，回轉(zhuǎn)窯Φ6.1m×38m，環(huán)冷機121m2。設(shè)計中，中冶北方將最先進的工藝全面應(yīng)用于球團工藝中，2019年開始設(shè)計，2021年8月正式生產(chǎn)，無論從能耗還是成品球團的質(zhì)量都達到了理想的效果。

1 精礦干燥室的設(shè)計

為了保證合適的鐵精礦水分，設(shè)計中選用了一臺Φ3.6m×31m的圓筒干燥機。進料水分在10%，出料水分為8%。

干燥機的廢氣接入環(huán)境除塵器除塵后，排入大氣。干燥機的廢氣溫度是70 ℃，當70 ℃廢氣進入環(huán)境布袋除塵器后，由于結(jié)露嚴重影響布袋除塵器的正常工作。本工程采用補熱的方式，將干燥爐內(nèi)的600 ℃熱氣通過管道引入環(huán)境布袋除塵器的進口管道處，通過管道上的調(diào)節(jié)閥門及溫度檢測裝置，控制熱氣的混合量，將進入到除塵器的混合廢氣溫度控制在115 ℃，此溫度既可以保證布袋除塵器無法結(jié)露，又可以保證布袋不被高溫?zé)龎挠绊懻Ｉa(chǎn)。圖1為具體布置形式。

1—干燥機；2—干燥爐；3—補熱管道；4—調(diào)節(jié)閥門圖1 干燥機補熱

2 鏈箅機室的優(yōu)化設(shè)計

2.1 鏈箅機干燥段的設(shè)計

中冶北方在鏈箅機干燥段的設(shè)計上采用的工藝始終為鼓風(fēng)干燥段與抽風(fēng)干燥段相結(jié)合的形式。

鼓風(fēng)干燥段的熱空氣來自環(huán)冷機3段，由鼓風(fēng)干燥風(fēng)機將環(huán)冷機3段上罩的熱廢氣送入鏈箅機鼓風(fēng)干燥段風(fēng)箱，熱氣流自下而上穿過生球料層，料層厚度可達到200 mm以上，經(jīng)過換熱后，氣流攜帶水分進入鏈箅機上罩，鼓干段上罩內(nèi)的廢氣經(jīng)爐罩除塵器除塵后可直接排入大氣。

抽風(fēng)干燥段的熱廢氣來自鏈箅機預(yù)熱2段，由回?zé)犸L(fēng)機將預(yù)熱2段風(fēng)箱的熱廢氣送入鏈箅機抽風(fēng)干燥段上罩，熱廢氣自上而下穿過球團料層，經(jīng)過換熱后，含水廢氣與預(yù)熱一段廢氣混合，然后經(jīng)過主電除塵器，主抽風(fēng)機后進入脫硫系統(tǒng)。

2.2 鏈箅機鼓風(fēng)干燥段補熱的設(shè)計

鼓風(fēng)干燥段作為鏈箅機熱風(fēng)系統(tǒng)的第一個工作區(qū)域，它所干燥出的水分越多，不但可以減輕抽風(fēng)干燥段的“壓力”，又可以減少未干燥完的球團進入預(yù)熱I段發(fā)生爆裂的風(fēng)險。加大進入鼓風(fēng)干燥段熱廢氣的溫度(流量一定的情況下)，是強化干燥效果最為明顯的手段。鼓風(fēng)干燥段的熱風(fēng)來自環(huán)冷機3段，理論溫度在200 ℃左右；環(huán)冷機2段的熱風(fēng)溫度在600 ℃左右，設(shè)計中在環(huán)冷機冷卻2段與環(huán)冷機冷卻3段的熱風(fēng)管道之間設(shè)計2～3根兌熱風(fēng)管道，兌熱風(fēng)管道上設(shè)計可調(diào)節(jié)閥門，通過調(diào)節(jié)閥門的開啟度來控制環(huán)冷機冷卻2段兌入環(huán)冷機冷卻3段的熱風(fēng)量，提高鏈箅機鼓風(fēng)干燥段的熱風(fēng)的溫度及流量，從而加大鏈箅機鼓風(fēng)干燥段生球水分的干燥能力。圖2為具體布置形式。

1—環(huán)冷機2段熱風(fēng)管道；2—環(huán)冷機3段熱風(fēng)管道；3—補熱管道；4—調(diào)節(jié)閥門

2.3 鏈箅機鼓風(fēng)干燥段密封風(fēng)箱的設(shè)計

鏈箅機鼓風(fēng)干燥段的風(fēng)箱在生產(chǎn)過程中是正壓操作，風(fēng)箱頂部與鏈箅機采用法蘭連接，由于法蘭之間存在縫隙，導(dǎo)致風(fēng)箱內(nèi)部部分熱廢氣從縫隙中溢出。熱廢氣中不但含有粉塵，而且溫度在200°左右，所以鏈箅機在鼓風(fēng)干燥段周圍環(huán)境要差一些。

設(shè)計中在鏈箅機鼓風(fēng)干燥段上回程段尾部增加一段寬1.5 m的密封風(fēng)箱，風(fēng)箱兩側(cè)設(shè)有除塵管道接口。將密封風(fēng)箱與環(huán)境除塵連接，在生產(chǎn)中密封風(fēng)箱內(nèi)部為負壓操作。將鼓風(fēng)干燥段風(fēng)箱漏出的熱廢氣通過密封風(fēng)箱及除塵系統(tǒng)排入大氣，收集到的灰塵通過氣力輸送系統(tǒng)進入球團配料系統(tǒng)。圖3鏈箅機鼓風(fēng)干燥段密封風(fēng)箱。

1—鏈箅機鼓風(fēng)干燥段；2—密封風(fēng)箱；3—密封風(fēng)箱除塵口圖3 鏈箅機鼓風(fēng)干燥段密封風(fēng)箱

2.4 爐罩除塵器補熱的設(shè)計

鏈箅機鼓風(fēng)干燥段上罩的廢氣是只含有灰塵的氣體，所以設(shè)計爐罩除塵系統(tǒng)除塵即可。爐罩除塵器為布袋除塵器，而鼓風(fēng)干燥段上罩廢氣的溫度僅為60 ℃左右，直接進入布袋除塵器后會結(jié)露影響生產(chǎn)，設(shè)計中仍可采用補熱的方法。

將環(huán)冷機2段的熱風(fēng)管道內(nèi)的熱風(fēng)通過管道引入爐罩布袋除塵器的進口管道上，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)兌入的熱風(fēng)量使進入到爐罩布袋除塵器的廢氣溫度達到115 ℃。這里采用環(huán)冷機2段的熱風(fēng)管道加熱爐前取熱風(fēng)，是因為此熱風(fēng)內(nèi)同樣只含有灰塵。圖4爐罩除塵器補熱管道。

1—環(huán)冷機2冷段熱風(fēng)管道；2—補熱管道；3—爐罩除塵器進口管道；4—調(diào)節(jié)閥門

2.5 鏈箅機預(yù)熱段補熱的設(shè)計

中陽球團廠含鐵原料為嵐縣赤鐵礦，生產(chǎn)中沒有FeO的放熱，所以設(shè)計中在預(yù)熱I段和預(yù)熱II段采用輔助燒嘴補熱，通過燒嘴燃燒燃料產(chǎn)生的熱量來達到生產(chǎn)中的要求。

在設(shè)計中，預(yù)熱Ⅰ段采用管道加熱爐。環(huán)冷機冷卻2段的熱氣通過管道進入到鏈箅機預(yù)熱Ⅰ段上罩，在熱風(fēng)管道上布置一臺管道加熱爐。來自2冷段的熱氣通過管道進入到加熱爐內(nèi)，利用燒嘴燃燒燃料來加熱熱氣，使熱氣的溫度達到預(yù)熱Ⅰ段生產(chǎn)所需要的溫度后，在進入到鏈箅機預(yù)熱Ⅰ段上罩內(nèi)。圖5為鏈箅機預(yù)熱Ⅰ段管道加熱圖。

1—來自環(huán)冷機2冷段熱風(fēng)管道；2—管道加熱爐；3—鏈箅機預(yù)熱Ⅰ段上罩熱風(fēng)管道；4—管道加熱爐燒嘴；5—助燃風(fēng)機

預(yù)熱Ⅱ段的輔助燒嘴設(shè)計在回轉(zhuǎn)窯窯尾罩內(nèi)。在窯尾罩上設(shè)計安裝兩臺輔助燒嘴，燃燒器正對著鏈箅機預(yù)熱Ⅱ段上罩。燒嘴在窯尾罩的空腔內(nèi)燃燒從而加熱來自回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的廢氣，加熱后的廢氣進入到鏈箅機預(yù)熱Ⅱ段上罩內(nèi)。圖6為鏈箅機預(yù)熱Ⅱ段輔助燒嘴圖。

1—回轉(zhuǎn)窯窯尾罩；2—輔助燃嘴；3—助燃風(fēng)機圖6 鏈箅機預(yù)熱Ⅱ段輔助燒嘴

2.6 鏈箅機抽風(fēng)干燥段、預(yù)熱I段上罩熱風(fēng)管道的設(shè)計

鏈箅機抽風(fēng)干燥段的作用是用來干燥鼓風(fēng)干燥段未干燥完球團中的水分，理論上經(jīng)過鼓風(fēng)、抽風(fēng)干燥后，球團內(nèi)的水分都應(yīng)該干燥完。沒有水分的球團進入到預(yù)熱Ⅰ段進行初步的加熱固化，提升強度。但往往在實際生產(chǎn)中，由于溫度、風(fēng)量等原因，導(dǎo)致球團經(jīng)過鼓風(fēng)、抽風(fēng)干燥后應(yīng)殘留一些水分進入到鏈箅機預(yù)熱I段。由于爆裂溫度的存在，尚存水分的球團進入到預(yù)熱I段后，預(yù)熱I段的溫度高于爆裂溫度，導(dǎo)致球團在預(yù)熱I段和抽風(fēng)干燥段的連接處發(fā)生爆裂。爆裂的球團進入到回轉(zhuǎn)窯后變成粉末，隨著熱風(fēng)進入到熱風(fēng)管道內(nèi)，管道內(nèi)長時間的積灰不但加重了管道自身的重量，更為嚴重的阻礙了熱風(fēng)的通過，從而影響生產(chǎn)的運行。

在以往設(shè)計中，預(yù)熱Ⅰ段的熱風(fēng)來自環(huán)冷機2段，通過管道進入到預(yù)熱Ⅰ段上罩內(nèi)；抽風(fēng)干燥段的熱風(fēng)來自鏈箅機預(yù)熱Ⅱ段，通過回?zé)犸L(fēng)機及管道進入到抽風(fēng)干燥段內(nèi)。

在中陽球團廠的設(shè)計中，中冶北方進行了熱風(fēng)管道的修改。通過熱風(fēng)管道的改造將部分應(yīng)該進入到抽風(fēng)干燥段內(nèi)的熱風(fēng)引入預(yù)熱Ⅰ段上罩內(nèi)，引入的位置在抽風(fēng)干燥段和預(yù)熱Ⅰ段鏈接處。通過改造，可以使預(yù)熱I段上罩靠近抽風(fēng)干燥段的溫度略高于抽風(fēng)干燥段內(nèi)溫度，有效降低了生球在預(yù)熱Ⅰ段和抽風(fēng)干燥段的連接處發(fā)生爆裂的風(fēng)險。圖7為鏈箅機預(yù)熱I段和抽風(fēng)干燥段上罩風(fēng)管改造圖。

1—鏈箅機預(yù)熱Ⅰ段上罩風(fēng)管；2—抽風(fēng)干燥段上罩風(fēng)管；3—抽風(fēng)干燥段進入預(yù)熱Ⅰ段的熱風(fēng)管道

3 環(huán)冷機4冷段廢氣零排放的設(shè)計

在以往的設(shè)計中，環(huán)冷機4冷段的廢氣有的是直接排放，有的是先除塵后排放。隨著環(huán)保和節(jié)能減排要求的日益嚴格，在本設(shè)計中，環(huán)冷機4冷段的廢氣通過管道引入到環(huán)冷機2冷段鼓風(fēng)冷卻風(fēng)機的進口，將環(huán)冷機4冷段的廢氣作為環(huán)冷機2冷段的冷媒。

環(huán)冷機4冷段風(fēng)管從環(huán)冷機上罩引出，風(fēng)管上設(shè)計由兩個閥門(一個為可調(diào)節(jié)型，一個為開閉型)和一個放散管道。放散管道由開閉型閥門控制，當生產(chǎn)初期調(diào)試時關(guān)閉可調(diào)節(jié)閥門，打開開閉型閥門，將環(huán)冷機4冷段廢氣通過放散管道排放至大氣內(nèi)；當正常生產(chǎn)時，關(guān)閉開閉型閥門，打開可調(diào)節(jié)閥門，環(huán)冷機4冷段廢氣由環(huán)冷機2段冷卻風(fēng)機抽進風(fēng)機，進而鼓入環(huán)冷機2冷卻段冷卻成品球團。

環(huán)冷機2段冷卻風(fēng)機進口管道設(shè)計為三通管道，管道一端連接風(fēng)機進口，一端連接環(huán)冷機4冷段廢氣管道，一端連接風(fēng)機進口調(diào)節(jié)閥。生產(chǎn)時，如果出現(xiàn)冷卻效果不理想時，通過打開三通管道一端的進口調(diào)節(jié)閥，將環(huán)境中的冷空氣抽入風(fēng)機與來自環(huán)冷機4冷段廢氣混合后進入環(huán)冷機2段，混合后的氣體不但風(fēng)量加大而且氣體溫度也降低了，從而改善冷卻效果。圖8為環(huán)冷機4冷段無外排設(shè)計圖。

1—環(huán)冷機4號冷卻風(fēng)機；2—環(huán)冷機2號冷卻風(fēng)機；3—4冷段廢氣主管道；4—可調(diào)節(jié)型閥門；5—開閉型閥門；6—放散管道；7—三通管道；8—風(fēng)機進口調(diào)節(jié)閥

4 熱風(fēng)管道上在線排灰的設(shè)計

球團在鏈箅機內(nèi)爆裂后，會在鏈箅機預(yù)熱段及回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵通過熱風(fēng)被帶入各個熱風(fēng)管道內(nèi)。管道內(nèi)的風(fēng)速過低的話，風(fēng)中的灰塵會沉積在管道內(nèi)，久而久之積灰越積越多，灰塵堵塞管道，管道內(nèi)通過的熱風(fēng)量減少，從而影響正常的生產(chǎn)。

在設(shè)計中，從理論上優(yōu)化熱風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，減少生球在鏈箅機里爆裂，從而降低管道內(nèi)的粉塵量；同時在熱風(fēng)管道的設(shè)計中增加了在線排灰系統(tǒng)的設(shè)計，通過排灰系統(tǒng)可以及時有效的將管道內(nèi)的積灰排放出去。

在排灰系統(tǒng)布置的選擇上，從理論+現(xiàn)場實現(xiàn)出發(fā)，選擇了環(huán)冷機2段至鏈箅機預(yù)熱I段的熱風(fēng)管道，鏈箅機預(yù)熱II段至鏈箅機抽風(fēng)干燥段的熱風(fēng)管道。這兩段管道灰塵量比較大，所以排灰系統(tǒng)盡量多布置一些。

排灰系統(tǒng)由排灰溜槽，排灰管道，手動插板閥和雙層泄灰閥組成。圖9為排灰系統(tǒng)圖。

1—排灰溜槽；2—排灰管道；3—手動插板閥；4—雙層泄灰閥圖9 排灰系統(tǒng)圖

5 鏈箅機預(yù)熱段側(cè)墻耐火材料的設(shè)計

5.1 鏈箅機預(yù)熱段側(cè)墻耐火材料的設(shè)計

鏈箅機預(yù)熱段分為Ⅰ，Ⅱ兩段，預(yù)熱I段內(nèi)溫度為～700 ℃左右，預(yù)熱Ⅱ段內(nèi)溫度為～1000 ℃左右。特別是預(yù)熱Ⅱ段前端靠近回轉(zhuǎn)窯的區(qū)域，是高溫?zé)煔鉀_刷最厲害的地方，所以耐火材料的耐磨性、保溫性就顯得十分重要。

在設(shè)計中，鏈箅機預(yù)熱段側(cè)墻采用單層硅酸鈣板+單層輕質(zhì)耐火磚+重質(zhì)澆注料的組合形式。單層硅酸鈣板導(dǎo)熱系數(shù)很小，作為隔熱材料可以有效阻礙熱量的散失；單層輕質(zhì)耐火磚有一定的強度和較低的導(dǎo)熱系統(tǒng)，所以生產(chǎn)中既可以保護硅酸鈣板不受熱氣的沖刷，又可以作為隔熱材料使用；重質(zhì)澆注料具有很高的強度及耐腐蝕性，它布置在耐火材料砌筑的最外層，直接與熱氣流接觸。圖10為鏈箅機預(yù)熱段側(cè)墻耐火材料砌筑圖。

1—鏈箅機側(cè)墻鋼板；2—硅酸鈣板；3—輕質(zhì)耐火磚；4—重質(zhì)澆注料圖10 鏈箅機預(yù)熱段側(cè)墻耐火材料砌筑圖

5.2 環(huán)冷機給料斗耐火材料的設(shè)計

環(huán)冷機給料斗是受高溫球團沖刷最嚴重的部位，耐火材料的選擇與砌筑形式直接關(guān)系到給料斗的使用壽命。所以在本次設(shè)計中，對環(huán)冷機給料斗耐火材料的設(shè)計也進行了優(yōu)化整改。

環(huán)冷機給料斗分為兩個部分，一部分只有熱風(fēng)通過，沒有高溫球團的沖刷，所以這部分在設(shè)計中采用的是預(yù)制磚和澆注料的復(fù)合砌筑形式；另一部分為高溫球團落料區(qū)，該區(qū)域在生產(chǎn)中受到高溫球團的沖刷，所以耐火材料選擇的是高玉材質(zhì)，砌筑形式選擇多用剛玉制耐火磚，剛玉制澆注料僅用于填縫。在給料斗落料區(qū)底部托板處設(shè)計不銹鋼防砸塊。給料斗兩部分之間有一道分隔墻，內(nèi)部通風(fēng)冷卻，頂部設(shè)計預(yù)制磚防砸塊，通風(fēng)的一側(cè)為預(yù)制磚和澆注料的復(fù)合砌筑結(jié)構(gòu)，落料的一側(cè)全為預(yù)制磚砌筑。圖11為環(huán)冷機給料斗砌筑圖。

1—剛玉制預(yù)制磚；2—剛玉制澆注料；3—不銹鋼防砸塊；4—給料斗隔墻頂部預(yù)制磚防砸塊；5—給料斗隔墻

6 總結(jié)

中冶北方在中陽200萬t鏈箅機球團項目設(shè)計上應(yīng)用了很多新方法，新思路，實際生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用并且取得了良好的效果。球團廠在2021年8月投產(chǎn)，投產(chǎn)的第三天便順利達產(chǎn)且球團礦指標完全滿足生產(chǎn)要求。中冶北方在這些新工藝中申請了相關(guān)的專利，并成功得到了授權(quán)，在將來的球團廠設(shè)計中會有更多的應(yīng)用。

隨著國家對環(huán)境保護，節(jié)能減排的政策日益嚴格，球團廠在設(shè)計中還有很多值得去深究的地方。如何強化鼓風(fēng)干燥段的干燥能力，如何做到回轉(zhuǎn)窯低氮燃燒，帶式焙燒機在中國鋼廠的應(yīng)用，這些領(lǐng)域都是今后中冶北方在球團領(lǐng)域研究的方向。