帶式球團焙燒機的發(fā)展與展望

1、帶式球團焙燒機的發(fā)展與展望孫志勇（資源與環(huán)境工程學院，礦物加工工程，07112016）摘 要 通過對帶式球團焙燒機的發(fā)展歷史的回顧和工藝特點及優(yōu)缺點的分析，結合國內外的情況及目前球團礦的發(fā)展形勢，對帶式球團焙燒機工藝進行了展望與評述。關鍵詞 焙燒機 帶式焙燒機 球團礦 發(fā)展隨著高爐煉鐵技術的進步，“精料”工作受到高度重視，酸性球團礦與高堿度燒結礦搭配，可以構成高爐合理的爐料結構，可使高爐利用系數提高、焦比降低。目前國內球團礦生產呈增長的發(fā)展態(tài)勢，球團礦產量從1999年的1194萬t增加到2002年的2416萬t，同我國目前生鐵產量所需要的原料相比，其所占比例仍非常低，與冶金行業(yè)的發(fā)展不相適應。

2、因此，增加氧化球團生產能力，改善高爐爐料結構，提高球團礦比例也成為一種發(fā)展趨勢。1 目前國內生產球團礦的主要方法是采用豎爐、帶式焙燒機、鏈算機一回轉窯三種工藝方法。選擇和采用什么樣的焙燒工藝關系到一個球團廠建設的優(yōu)劣和成敗，因此我們必須認真對待，必須從基本理論到工程方案以及技術經濟等方面進行深入的研究和探討，這樣才能使決策更科學、更正確。帶式焙燒機球團法是在1951年才開始應用于球團生產，在1962年以前帶式焙燒機一直發(fā)展很緩慢，直至工藝和設備作了許多重大的改革，如采用擺動皮帶機和輥式布料器、密封裝置，設鋪底、鋪邊料，采用鼓風干燥和回流換熱等措施后，才得到較迅速的發(fā)展。在帶式焙燒機球團工藝的發(fā)

3、展過程中，曾在工業(yè)上得到應用的機型主要有4種：抽風式、鼓風式、魯奇型、德臘沃一魯奇（即DL型帶式焙燒機）。我國帶式焙燒機氧化球團生產的開發(fā)較晚，直到1973年才在包頭鋼鐵公司建成投產了我國第一臺1622帶式焙燒機，其后于1989年在鞍山鋼鐵公司又建成了第二臺321.6m2帶式焙燒機。這兩套帶式焙燒機氧化球團裝置的建成投產和多年的生產實踐，為我國帶式焙燒機氧化球團的發(fā)展，及設計、施工、設備制造和生產操作等方面提供了成熟的經驗和可靠的依據。1 帶式球團焙燒機的發(fā)展與特點2,3帶式焙燒機是一種歷史最古老，靈活性最大、使用范圍最廣的細粒物料造塊設備，但用于球團生產卻是20世紀50年代才開始的。由于當時

4、對帶式焙燒機的急切需要，這項研究工作在全世界各地幾乎是同時而又獨立的進行著。60年代以后得到迅速發(fā)展，70年代生產能力占球團總生產能力上升到56.1%。圖1是某帶式焙燒工藝流程。帶式焙燒機發(fā)展如此之快，主要是具有下列特點：（1） 生球料層較?。?00400mm），可避免料層壓力負荷過大，又可保持料層透氣性均勻。（2） 工藝氣流以及料層透氣性所產生的任何波動只能影響到一部分料層，而且隨著臺車水平移動，這些波動很快就消除。（3） 可根據原料不同，設計成不同溫度、氣體流量、速度和流向的各個工藝段，因此帶式焙燒機可以用來焙燒各種原料的生球。（4） 采用熱氣流循環(huán)，利用焙燒球團礦的顯熱，球團能耗較低。（

5、5） 可以制造大型帶式焙燒機，單機能力大。帶式焙燒機法可分為固體燃料鼓風帶式焙燒機法、麥基型帶式焙燒機法和魯爾基德臘伏型帶式焙燒機法。固體燃料鼓風帶式焙燒機法流程的特點是生球表面滾上煤粉后經多次分層裝入焙燒機，再進行自下而上鼓風干燥、預熱、點火、焙燒和冷卻過程，而在焙燒機上僅分為抽風點火區(qū)、鼓風焙燒區(qū)、鼓風冷卻區(qū)及抽風冷卻區(qū)。在生產實踐中，由于所用鐵礦石品種較多，其性質有時差別又大，故在焙燒過程中，要求能快速而準確地調整和控制溫度與氣氛，以及焙燒時間等，因此，采用固體燃料就難于達到上述要求，而采用氣（液）體燃料的抽風焙燒就易于滿足上述要求，所以，固體燃料鼓風帶式焙燒機法球團礦質量不能滿足用戶要

6、求，便停止生產。麥基型與魯爾基德臘伏型兩者有許多相似之處，是以氣（液）為燃料的球團焙燒機，下面以魯爾基德臘伏型為例介紹帶式焙燒機的焙燒流程。圖1 某鋼鐵公司二燒車間135m2帶式焙燒工藝流程魯爾基德臘伏型帶式焙燒機工藝首先由德國魯爾基公司創(chuàng)立的，并在加拿大國際鎳公司投產了第一臺這樣的帶式焙燒機，后經魯爾基德臘伏修改，至今稱為世界上運用最廣泛的帶式焙燒機。1） 工藝特點。主要表現在：采用圓盤造球機制備生球；采用輥式篩分布料機，對生球起篩分和布料作用，并降低生球落差，節(jié)省膨潤土用量；采用鋪邊料和鋪底料的方法，以防止攔板、篦條、臺車底架梁過熱，見圖2；生球采用鼓風和抽風并用的干燥工藝，先由下向上往生

7、球料層鼓入熱風，然后向下抽風干燥，避免下層球過濕，而削弱球的結構；為了回收球團礦顯熱，采用鼓風冷卻，冷卻風首先經過臺車和底料層預熱后，再穿過高溫球團料層，避免了球團礦冷卻速度過快，使球團礦質量得到改善。圖2 帶式焙燒機布料系統示意圖1.臺車；2.鋪底料礦槽；3.輥式布料機；4.鋪邊料礦槽；5.鼓風干燥爐罩；6.風箱；7.返料漏斗2）工藝類型。魯爾基德臘伏帶式焙燒機法最主要功能就是能將各種礦石有效地生產球團礦。它可以根據不同的礦石類型采用不同的氣體循環(huán)方式和換熱方式，一般分為如下四種類型：第一種類型處理赤、磁混合精礦的，見圖3（a）。該類帶式焙燒機采用鼓風循環(huán)和抽風循環(huán)混合使用，提高熱能的利用，

8、利用冷卻段熱風直接循環(huán)換熱。第二種類型圖3(b)是由第一種類型稍加修改后用于處理磁鐵礦精礦球團（如美國派勒特諾布球團廠）的，主要修改是爐罩內換熱氣流全部采用直接循環(huán)，取消了爐罩換熱風機，將冷卻段較冷端氣流排入大氣。第三種類型圖3(c)為生產赤鐵礦球團工藝。為了適合于生球需要較長干燥和預熱時間的特點，增大了焙燒機的面積。同時增加抽風干燥和預熱區(qū)所需的風量，采用爐罩換熱氣流全部直接循環(huán)，其特點是將抽風預熱和抽風均熱區(qū)的風箱熱風往干燥區(qū)循環(huán)，這樣便彌補了抽風干燥所需加的風量。第四種類型圖3(d)為處理含有害元素的鐵礦石球團工藝。它可以從高溫抽風區(qū)排除廢氣，以消除某些礦物產生的易揮發(fā)性污染物對環(huán)境的污

9、染，如砷、氟、硫等，也可以處理含有結晶水的礦。圖3 魯爾基德臘伏帶式焙燒機氣流循環(huán)流程20世紀80年代魯爾基公司又設計了一種以煤代油的新型帶式焙燒機。使用這種焙燒機的方法稱為魯爾基多級燃燒法。該法首先將煤破碎到一定粒度組成，通過一種特制的煤粉分配器在鼓風冷卻兩側用低壓空氣將煤粉噴入爐內，并借助于從下向上鼓入的冷卻機，將煤粉分配到各段中去燃燒。煤粉在帶式焙燒機內的燃燒由三種類型組成：固定層燃燒、流態(tài)化燃燒和飄飛燃燒。該工藝要求煤粉有合理的粒度組成，煤的灰分熔點要高于球團焙燒溫度，至于煤種不限，煙煤、無煙煤、褐煤等均可。這類流程目的在于降低球團成本。圖4為該機構造圖，這種流程可使用100%的煤或煤

10、氣或油，也可使用這幾種燃料以任何一種比例關系在帶式焙燒機上焙燒。第一個這樣的球團廠建在庫德雷慕克鐵礦公司。該廠用50%的油和50%的高灰分煤進行燃燒。圖4 全部燒煤或煤氣或油的球團焙燒機綜合上述可以看出，帶式球團焙燒工藝具有一定的靈活性，采用哪一類型的工藝流程，可以根據原料的特性加以選擇。目前大多數帶式焙燒工藝均有以下共同特征：1） 大多數帶式焙燒機鋪有底料和邊料，使整個料層得到充分的焙燒，減輕臺車燒損，延長使用壽命。球層厚度一般為300400毫米，另鋪有75100毫米底料，料層的總厚度為400500毫米。2） 主要采用鼓風與抽風混合流程。生球的干燥普遍采用先鼓風后抽風的方案，這是強化干燥過程

11、，提高球團礦產量和質量的有效措施；而球團礦的冷卻一般均采用鼓風冷卻，可以防止球團溫度驟變而影響質量。焙燒溫度一般為12901400，成品球要求冷卻到90120。3） 鼓風冷卻區(qū)爐罩內的熱空氣，一部分直接循環(huán)，一部分借助風機循環(huán)，循環(huán)的熱氣一般用于抽風區(qū)。4） 各抽風區(qū)風箱廢氣的最熱部分，必要時進行溫度調節(jié)后，循環(huán)到鼓風干燥區(qū)，或抽風預熱區(qū)。5） 干燥區(qū)的廢氣由于溫度較低，含水汽多，均排入煙囪。為了保證帶式焙燒機的氣流循環(huán)，需要采用下列幾種主要風機：1） 冷卻風機：送風至冷卻區(qū)風箱。2） 爐罩換熱風機：使低溫冷卻區(qū)罩內溫度較低的空氣循環(huán)到抽風區(qū)的低溫端，有時取消這種風機，改為直接循環(huán)。3） 風箱

12、換熱風機和鼓風干燥風機：前者用于抽風區(qū)較高溫度端的熱氣循環(huán)，并與后者串聯，將熱廢氣送入鼓風干燥區(qū)。4） 風箱排氣風機和爐罩排氣風機：將抽風和鼓風干燥區(qū)含水汽高的廢氣排入煙囪，或者用于排出高溫區(qū)含有有害成分的氣體。此外，有時還使用一些輔助的風機，用于放風或供給調節(jié)用的冷風。2 帶式球團焙燒機的優(yōu)缺點4帶式焙燒機焙燒球團礦在五十年代中期就開始了，由于它獨特的優(yōu)越性，曾經也經歷過一段輝煌的時光，到1972年為止，世界上已有帶式焙燒機近70臺左右，總面積超過10000平方米。2.1帶式焙燒機工藝的優(yōu)點1）球團焙燒的整個工藝過程干燥、預熱、焙燒、冷卻都在一個設備上完成，具有工藝過程簡單、布置緊湊、所需設

13、備噸位輕等特點，為工廠縮小占地面積、減少工程量、實現焙燒氣體的循環(huán)利用以及降低熱耗和電耗創(chuàng)造了條件。2）能適應擴大生產規(guī)模的要求和實現大型化的要求。其最大已達到750m2，單機產量達500萬t以上。3）對原料的適應性比豎爐強。這是因為在整個焙燒過程中，球團都處于靜料層狀態(tài)，不會因升溫過程中球團本身強度的變化（時高時低）和球與球之間的相對運動而產生粉末。因而帶式焙燒工藝基本適應于所有的礦種。4）由于熱系統的合理設置和管路短，在理論上講，帶式焙燒機的熱耗可以達到最低水平，而且在實踐中也創(chuàng)造出了最好記錄。2.2帶式焙燒機的缺點1）耐高溫特殊合金鋼的用量大、檔次高。在目前國產化的條件下有較大的難度,特

14、別是在質量方面很難保證。2）在生產過程中，對原料的穩(wěn)定性要求高。這是由于焙燒（干燥、預熱、焙燒、冷卻）的全過程均在同一個設備上進行，靠調整機速來改變球團在各階段的停留時間是不可能的。如要改變，除非改變上部爐罩的分段和風箱的配置，這將是十分麻煩的。因而帶式焙燒機的建設一般適合于大型礦業(yè)公司和原料供應長期相當穩(wěn)定的鋼鐵廠，例如南美的一些廠家等。在日本，鋼鐵工業(yè)發(fā)展早期建設球團廠時，由于考慮到了原料來源的復雜性，在設計和制造了帶式焙燒機后，也沒有采用。這是值得我們注意和思考的。3）成品球團的質量有不均勻的現象。由于球團在升溫過程中，上下料層在各段爐罩的最高溫度下停留時間的長短相差很大，因而會影響到成

15、品球團礦的最終強度。另外，爐罩內溫度和在臺車上多多少少存在的邊緣效應，也會影響成品球團礦的質量。4）必須使用高熱值的煤氣和重油作燃料。使用煤的實踐在工業(yè)上沒有長期成功的經驗。魯奇公司曾研究過一項在上部風罩中噴煤燃燒的專利技術，但僅在印度德穆克雷得廠使用了一個月后就不再繼續(xù)了。在能源危機期間，美國的帶式焙燒設備也曾采用過燃煤的技術，即在帶式焙燒機旁加設燒煤的燃燒室來供熱，終因排渣困難（很難實現液體排渣）和嚴重惡化勞動環(huán)境而終止使用。帶式焙燒機工藝是一項十分成熟的球團生產工藝，但也受到一些條件（如原料、燃料和設備制造材料）的制約，在采用該工藝時，需要十分認真地對待。從表13，4可以看出三種生產球團

16、礦主要設備的工藝特點的不同。表1 三種設備的主要優(yōu)缺點設備名稱優(yōu) 缺 點生產能力球團礦質量基建投資管理費用耗電量豎 爐優(yōu)點：設備簡單，對材質無特殊要求，操作維護方便，熱效率高。缺點：單機生產能力小，最大年產量50萬噸，加熱不均勻，一般只適應于焙燒磁鐵礦球團。最大單機產量約2000噸/日，適于中小型企業(yè)一般低低高 帶式焙燒機優(yōu)點：全部工藝過程在一臺設備上進行，設備簡單、可靠、操作維護方便，熱效率高，單機生產能力大，達500萬噸/年，適應焙燒各種原料。缺點：球團礦上下層質量不勻，臺車易耗損，需要高溫耐熱合金鋼較多，需鋪邊底料，流程較復雜。單機生產能力大，最大為60006500噸/日，適于大量生產良

17、好中高中鏈篦機-回轉窯優(yōu)點：焙燒設備較簡單。焙燒均勻，單機生產能力大，適應各種原料的球團焙燒。缺點：干燥預熱、焙燒和冷卻需分別在三臺設備上進行，設備環(huán)節(jié)多，操作不當時易“結圈”單機生產能力大，最大為650012000噸/日，適于大量生產好高中低3 展望與結論隨著我國高爐大型化和合理高爐爐料需要高質量酸性球團礦的要求，極需建設一批大型球團廠。以豎爐球團礦為主的格局，將變?yōu)橐枣溡换兀ê瑤剑┣驁F礦和豎爐球團礦各占一半的格局。時至2004年，帶式焙燒機球團礦生產能力為2.05億t，占世界總能力的66.43，鏈篦機一回轉窯球團礦生產能力為8060萬t，占世界總能力的2617，豎爐球團礦生產能力為230

18、0萬t，占世界的7.4。生產能力最大的帶式焙燒機為巴西Samarco，共有2臺704m2帶式焙燒機，每臺生產能力為500萬ta。伊朗NISCO 708m2帶式焙燒機面積最大，生產能力為450萬 ta。5但是，到2006年年底，國內已經投產和在建的球團生產能力已超過一億噸，其中鏈篦機-回轉窯產能5950萬噸，占57.77%；豎爐（包括TCS圓形豎爐）產能4000萬噸，占38.83%；帶式焙燒機產能350萬噸，占3.40%。這正說明了球團大型化發(fā)展的必然趨勢。6帶式焙燒機具有適應性廣、單機生產能力大等特點，但帶式焙燒機投資及運行成本高，必須用高熱值煤氣和重油作燃料來保證焙燒氣體中的氧化氣氛，這使得

19、帶式焙燒機只能建在鋼鐵廠內，并受到煤氣平衡、設備制造材料、總圖布置和環(huán)保等諸因素的限制。從目前球團發(fā)展趨勢可以看出：大中型企業(yè)以鏈算機一回轉窯和帶式焙燒機工藝為主，中小型和地方骨干企業(yè)以豎爐工藝為主。隨著鋼鐵企業(yè)規(guī)?；?，球團設備也趨于大型化，鏈算機一回轉窯工藝將成為我國球團礦生產的主要工藝。球團生產技術在迅速發(fā)展。焙燒設備從初期簡單的豎爐發(fā)展到現代化的帶式焙燒機和鏈算機一回轉窯，處理的礦石種類由磁鐵礦、赤鐵礦發(fā)展到針、鏡、褐鐵礦，已適用于各種鐵礦石焙燒。生產氧化球團的帶式焙燒機和鏈算機一回轉窯兩者各具特點，競相發(fā)展。綜上所述，考慮到原料資源情況及生產效能和投資情況，建議中等規(guī)模以上企業(yè)新建（或改擴建）球團項目時，可考慮采用鏈算機一回轉窯球團生產法。參 考 文 獻1. 楊治平國內球團生產技術發(fā)展現狀分析和思考安