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)礦粒度過大則傳熱和傳質(zhì)速率慢，粒度過小則對料層透氣性產(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t/a鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯(以下簡稱柳鋼240球團(tuán))建于2005年，在較長時(shí)間內(nèi)球團(tuán)礦10～16 mm粒級比例偏低，通過采取一些攻關(guān)措施，10～16 mm粒級比例得到了提高。

1 影響球團(tuán)礦10～16 mm比例的因素

生球長大速率不均勻會出現(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，其表面性質(zhì)與鐵精礦區(qū)別較大，除塵灰的配加對造球原料的水分和生球長大速率影響很大。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4%。柳鋼240球團(tuán)生產(chǎn)線投產(chǎn)以來因設(shè)備缺陷及現(xiàn)場管理不到位等原因，沒有對除塵灰有規(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 膨潤土下料波動(dòng)

膨潤土配比越大，生球強(qiáng)度可能越高，但長大速率越慢，若生球無法在正常的時(shí)間長大，生球粒度會很小；膨潤土配比過小，則生球強(qiáng)度差，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生裂紋或粉碎，導(dǎo)致球團(tuán)礦小粒級比例增加。所以膨潤土下料要穩(wěn)定，才能確保生球長大速率和生球強(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]，而且由于場地原因無法進(jìn)行有效標(biāo)定，影響了膨潤土下料的穩(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，生球長大的速度隨著比表面積的提高而增加[7]。可見，若原料比表面積出現(xiàn)波動(dòng)，則會影響生球粒度組成，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)處理精礦粉來改善其比表面積，高壓輥磨工況、輥磨效果的穩(wěn)定對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)對全粒級的破碎或在顆粒內(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，長時(shí)間以來，高壓輥磨直料斗料位難以控制，料位過高則負(fù)載過大、電流超限跳閘，被迫停機(jī)；過低則負(fù)載過低，輥縫無法打開，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，對生球粒度組成穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響。

1.4 返料雜物無有效出口

柳鋼240球團(tuán)精礦粉在進(jìn)入原料場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，但由于場地及設(shè)計(jì)缺陷，返料循環(huán)系統(tǒng)無有效排雜出口。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。大塊過多時(shí)，只能將造球10#盤對應(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)過溜料板導(dǎo)流，這就造成了溜料板長期結(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 除塵灰及膨潤土倉下料改造

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)量過程更穩(wěn)定、準(zhǔn)確。為此，2017年對7#、8#除塵灰倉和2019年對膨潤土倉進(jìn)行改造，將除塵灰倉和膨潤土倉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)場管理，確保除塵灰連續(xù)均勻配用，降低除塵灰對造球的影響。

2.2 優(yōu)化高壓輥磨控制

柳鋼通過自主創(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料位的實(shí)測數(shù)據(jù)對照，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)荷無效的問題。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。通過固定時(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

對大球輥篩進(jìn)行改造，更換磨損的大球輥篩，并對大球輥篩側(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)對比情況。通過取消寬膠帶機(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)對比

2.5 優(yōu)化熱工制度

通過在抽風(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段溫度偏低問題[11]。通過燃燒焦?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。通過實(shí)施設(shè)備改造和工藝優(yōu)化，加強(qiáng)對除塵灰使用和循環(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

生球長大速率、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。通過除塵灰及膨潤土倉下料改造，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。