韩慧臻
（河钢集团宣钢公司 炼铁厂，河北 宣化 075000）
摘要：针对河钢宣钢链箅机 － 回转窑生产中存在的工序能耗高、球团质量流动大、回转密结圈等问题，通过开展产线对标、工艺测定研究，找到了问题症结所在，并通过制定实施生球造球优化、辊筛筛分优化、链箅机三段温度压力优化、回转窑环冷机用风优化四大工艺优化方案，回转密结圈时间由1.5个月延长到4个月，产量达 3145t／d，链箅机 － 回转窑生产波动小，可长周期稳定顺行，产线质量、效率大大提升。
关键词：链箅机；回转窑；球团；结圈；筛分；环冷机
0 引言
球团生产工艺是一种通过高温气体焙烧，把细磨的铁精矿粉制成球团的方法［1］。 球团矿作为良好的高炉炉料，与高碱度烧结矿搭配，可使高炉达到增产、节能，提高经济效益的目的，是钢铁生产中的重要一环［2］。 链箅机 － 回转窑氧化球团生产线具有产品质量高、原料适应性强、单机生产能力大、可用煤做燃料、操作成本低等优点，是目前国内外大型氧化球团生产线首选的生产设备［3］。河钢宣钢炼铁厂球团作业区1＃链箅机回转窑年产100 万 t合格的氧化球团矿，生产工艺十分复杂，整条生产线由原料系统、配料系统、烘干系统、润磨系统、造球系统、链箅机系统、回转窑系统、环冷机等多个系统构成［4］ 。投产以来，工序能耗高、造球质量波动大、回转窑结圈周期短等问题严重制约了球团矿的生产效率［5］ 。 基于河钢宣钢1＃回转窑的工艺概况和系统功能［6］ ，针对影响目标参数实现的限制性因素，制定实施了4大工艺优化方案，即生球质量优化，链箅机热工制度优化，回转窑环冷机用风优化，辊筛筛分优化等措施，旨在提高球团矿质量，稳定生产。
1 技术现状
河钢宣钢1＃回转窑由于原设计缺陷、设备老化、工艺参数匹配不合理等问题，存在窑头正压，回转窑频繁结圈，产、质量水平低等问题，需从工艺、设备角度系统分析影响其提产提质的关键因素，找准切入点，包括生球质量有待提高，生球筛分有待提高，焙烧热工制度需进一步完善，系统用风应合理调整以及相关设备、设施优化改造。
2 技术提升方案
2.1 生球质量及成球效果优化
2.1.1 加强造球前各工序操作，稳定原料水分
造球前原料水分的精确控制及水分稳定性直接影响生球质量和成球效果。 若采用湿度最小的矿粉造球，由于毛细水不足，母球长大很慢，而且结构脆弱、强度极低；若矿粉湿度过大，尽管初始成球较快，但易造成母球相互黏结变形，生球粒度不均匀，同时过湿的矿粉还容易黏结在造球盘上。 过湿的生球强度也很差，在运输过程中易变形、黏结破裂；干燥焙烧时将导致料层的透气性变差，爆裂温度降低，干燥焙烧时间延长，产量与质量下降。
一般，矿粉的适宜成球水分是 8％ ～10％ ，且水分波动范围很窄，一般不超过 ± 0.5％ ，这就需对造球前水分的稳定性加以控制。
（1）为稳定干燥工序，实行每日跑盘制度，发现下料量超出正常范围时，及时进行处理，保证下料的准确性和稳定性。 针对高炉煤气压力波动大的现状，对1＃回转窑两台干燥机烧嘴的电动调节阀进行更换，实现远程调节。 在干燥岗位及中控室安装煤气压力报警装置，当煤气压力≤3.0 kPa及≥12 kPa时或 1min内煤气压力变化超1 kPa时触发警报，岗位人员根据煤气压力波动情况，及时对煤气电动调阀进行调整， 从而稳定干燥出口水分在 （ 6.0 ± 0.5）％ ，干燥后水分稳定率提高 10个百分点，如表1所示。
（2）针对润磨工序，为了提高磨机精粉处理量，减少磨机“胀肚” 现象，保护设备正常运行，干燥后水分控制在（6.0 ± 0.5）％ ，生球造球适宜水分控制在（7.0 ± 0.5）％ 。 通过实际生产摸索发现，造球盘中大量加水易产生泥疙瘩，导致成球快，生球的质量得不到保证，影响后续生产。 通过改变工艺思路，在磨机后皮带上增加打水管，对精粉进行均匀加水，使造球前原料水分稳定在（6.5 ± 0.5）％ ，这样造球盘中加水量减少近一半，成球效果及生球质量得到了提高，可满足后续生产要求。
2.1.2 造球工艺优化，改善生球质量
生球质量在很大程度上决定着成品球团矿的质量和产量，因此力求实现生球粒度均匀、机械强度高、热稳定性好、水分适宜。
（1）造球工艺改进。 造球盘的工艺参数包括直径、转速、边高等。 适宜的转速才能使物料沿着造球盘工作面滚动。 造球盘的转速与倾角和物料性质有关。 倾角过大，圆盘内的物料带不到母球形成区；倾角过小，盘内的物料全抛到盘边，盘心出现空料不能造球。 造球盘的倾角一般为45° ～50°。 造球盘的边高与倾角和直径有关，倾角小，边高越大，填充率也越大，成球时间越长。经生产观察，以出球效果及生球质量好的造球盘为标准，对其他造球盘进行工艺调整，将造球盘的角度均调整为47°，旋转刮刀的转速均调整为10 r／ min，旋转刮刀与底衬的距离调整为30～40mm。 改进后，出球效果明显好转，落下强度提升到 5 ～8次，生球流量的稳定性、布料的平整性均得到了提升。
（2）造球盘加水设施优化向造球盘内加水加料是一项重要和复杂的操作的。 生产过程中水和混合料是分别加入造球盘中，但两者关系十分密切，加水与加料配合良好、适宜，才能造出水分适宜、粒度均匀的生球。 加入水量与生球质量有较大的关系：加水量低于适宜值，成球速度减慢，生球粒度偏小，出球率减少；加水量高于适宜值，成球速度加快，产量提高，但是生球强度下降。 加入造球盘中的物料应保证料面疏松。 造球过程中加水方法一般有两种：一是滴状水，加在下料点区域，形成母球；一种是雾状水，喷到母球表面，使其迅速长大。 通过对造球盘加水设施摸索，对造球盘下料小皮带头轮位置、加水管的布局和位置、固定刮刀及旋转刮刀、造球盘衬板进行了改造。 造球盘落料点较之前向盘内延伸了 100mm，小皮带下料点到边板距离达到43cm（图1），加水管由之前的一根管 增加为互相垂直的两根管（ 图2），成球效果明显提升。
经过改进，生球的落下强度、抗压强度及抗磨性能改善，大球、杂球明显减少，成球效果明显提升，生球的爆裂温度有所提高，减少了生球在链箅机中干燥、预热时产生的粉末。 生球粒级组成见图3。
2.2 大小辊筛改造，提高筛分效果
当物料从润磨机中润磨完成之后，会经过皮带机被传送到圆盘造球机之中，开始进行造球［7］。 从 造球盘排出物料不仅有粒度合格的生球，还有部分大球、小球和粉末。 为了去除不合格的大球、小球和粉末，必须设置筛分装置。 筛分装置包括 25根大辊筛、41根小辊筛，大辊筛将 ＞ 16mm粒级以上的生球及杂球筛分出去，小辊筛将8mm粒级以下的生 球及粉末筛分出去，这样可以避免把大量粉末和超粒级生球带入链箅机，使生球粒度均匀，改善料层透气性，提高产品球团矿的产量、质量。 辊筛除了筛分功能外，对生球还有再造功能，可使生球进一步压实，去除毛刺，光滑表面，提高强度，有利于生球干燥、焙烧的顺利进行。 经研究，对辊筛进行了全面改造，提高了筛分效果。
（1）将小辊筛筛辊加长 100mm，改造后小辊筛东西两侧的长度分别比链箅机篦床宽度增加约30mm，保证了链箅机两边布料量；同时调整布料车在各区域的停留时间。 小辊筛东西两侧加装把边，流料板两侧加装挡板缩口后，链箅机料面非常平整，从东至西测量 料面 4个 点 的 高 度 为：172 mm、 170 mm、169 mm、171mm，布料效果非常好（图4）， 彻底消除了链箅机东西两侧布料亏料的现象。
（2）辊筛两侧与挡料板接触的位置是辊筛极易损坏的部位，一是由于挡料板与辊筛摩擦而产生磨损，二是从润磨机漏出的小钢球很容易卡在辊筛与挡料板之间的空隙，产生磨损。 更换下的辊筛往往中部比较完好，而端部磨损严重，为了提升筛分效果和减少备件的消耗，将辊筛端部 300mm 由空心改为实心耐磨不锈钢材质（图 5），提高耐磨性，避免了大球进入链箅机的机会和由于磨损产生辊筛断裂的事故。
（3） 辊筛的安装倾角也非常重要。 倾角过小， 会降低筛分能力，不能满足生产要求；倾角过大，筛 分能力有所提高，但会降低筛分效率。1＃回转窑小 辊筛角度为 11°，略大，利用检修，将辊筛重新安装， 辊筛角度降至 10.5°后，筛分效果及效率明显提高 （图 6）。
（4）球团用原料经过润磨机磨细后供造球使 用，润磨机内定期添加直径 100mm的钢球用于磨 矿。 钢球经过不断地磨损，直径越来越小，当钢球直径小于 25 mm 后，从润磨机出料篦板缝中随物料进 入下游皮带，再进入造球及辊筛，从而影响造球质量 及辊筛寿命。 为此设置发明了拣钢球装置（图 7）， 将出润磨机后进入皮带的钢球拣出，减少对造球及 辊筛工序的影响。
通过对造球及辊筛的改造，改善了链箅机布料效果，提高了生球干燥、预热效果，球团矿质量大幅提升；提高了辊筛筛分能力，减少了湿返料进入下道工序的含量，使进入链箅机的粉末减少，显著改善回 转窑窑况。 湿返料量由100t ／h 降至 63 t ／ h，比例由50.0％ 降至 31.5％ 。
2.3 链箅机三段温度压力改进方案
由于设计原因，1＃链箅机的温度梯度及热工参数合理性不够，各段温度差较大，升温速率快。 在原有设施条件下，人为降低预热温度，对应测定布料后入链箅机 1＃风箱碎球粒级及干燥一段烟罩温度变化情况，找出预热段烟罩温度、干燥一段烟罩温度与 1＃灰箱中碎料关系，确定河钢宣钢原料条件下生球爆裂温度，如表 2 所示。
由表 2 可以看出，当干燥一段温度在280 ℃ 以下时，1＃灰箱碎球大幅度减少，说明生球爆裂温度在280～ 285 ℃。 同时，优化干燥二段控制在 630 ～ 800 ℃，预热段控制在1000 ～ 1050 ℃。合理目标温度参数确定后，进行如下调整：
（1）链箅机三段内隔墙调整 生球干燥的目的是使生球安全地承受预热阶段 的温度应力，避免进入预热阶段时产生裂纹或爆裂。 生球的干燥过程也是提高其热稳定性的过程，干燥 介质的温度高、流速大、湿度小，则干燥速度快。 但 若干燥速度过快，则生球表面汽化也快，当生球导湿 性差时，内部扩散速度低于表面，造成内部仍还有水 分，而表面已形成干燥外壳，轻者使球产生裂纹，重 者产生爆裂。 从生产中看，干燥一段的 1＃灰箱中有 大量粉末和碎球，说明生球在干燥一段有爆裂现象。为了降低干燥一段和二段的温度，将干燥一段和二 段之间隔墙的孔封堵六分之五，使孔洞的面积由1.26m2 减至 0.20 m2 ；干燥二段与预热段之间隔墙 的孔封堵二分之一，使孔洞的面积由040 m2减至0.20m2 。 改造后（图 8），干燥一段和干燥二段温度 均降低，加热速率变慢，使得温度梯度更加合理，控 制了生球爆裂的发生。 改造前与改造后链箅机各段温度对比见表 3。
（2）链箅机烟罩进风管改造由于生球干燥所需时间占整个焙烧周期的1 ／4， 1＃回转窑东西两个耐热风机的回热风均进入干燥一段，而且汇入同一根管道，预热段抽回的热风集中在距干燥一段进口3 ～ 4ｍ 的位置，干燥一段内的温度均匀性差，由于热量集中且位于刚进入链箅机烟罩的位置，所以生球极易产生爆裂，也不利于干燥 一段干燥作用的发挥。 为此，在烟罩进风管南侧 2m 的位置新增加一根直径 1000 mm钢管，与原有 旧管道连接，这样回热风从南北两根管道进入干燥 一段内，温度不再集中，温度均匀性得到改善，提高 了干燥效果，如图 9所示。
2.4 回转窑环冷机用风优化方案
2.4.1 合理调整主枪内外风比例及高炉、焦炉煤气比例，动态控制回转窑内高温点位置
（1）优化主枪燃烧器内、外风操作。 回转窑主枪燃烧器从外向内通道顺序：轴流风、旋流风、高炉煤气、焦炉煤气、中心风（图 10）。 煤气从通道按一定的扩散角向外喷出，旋流风与喷出的煤气混合以高速度螺旋前进，与高速射出的轴流风束相遇。 轴流风束的插入进一步增强了煤气与风的混合（包括周围的二次风），并可调节火焰的发散程度，能按需要调节火焰的长短、粗细，直到获得所需的火焰形状。 中心风促使中心部分少量回流煤气燃烧，使燃烧更为充分，并起稳流的作用。 在燃烧器的外侧增加拢焰罩防止轴向火焰发散，起到稳定火焰的功效。 经过生产摸索，形成了助燃风内、外风调整制度及高炉、焦炉煤气使用规定。 每周对内、外风进行两次调整，开度30％ 和 70％ 轮换，这样窑内火焰长度就会得到有效调整，内风加大后，与喷出的煤气混合，火焰发散范围面积加大；外风加大后，与喷出的煤气混合，可增加火焰长度。 通过在生产时使用手持测温枪对回转窑窑头、窑中、窑尾各部位进行测温，和检修时工艺人员对回转窑内、外风按照不同比例进行调整混合，并进入回转窑，通过观察放置于回转窑内测风仪的具体状态，判断测量内、外风可达到窑内最远距离相结合的方法，综合分析出窑内高温点从原来的5m 集中区域，已扩大至窑头到窑尾之间的 30m区域，高温点不再集中，能有效防止结圈的产生。
（2）高炉煤气用量大、焦炉煤气用量小会使窑内焙烧温度不够，火焰过长，造成球团焙烧不充分， 影响球团矿质量；高炉煤气用量小、焦炉煤气用量大，会使窑内温度过高，火焰短且集中，容易形成结 圈。 生产发现，焦炉煤气用量 2000 ～2600 m3／ h、 高炉煤气用量 10000 ～15000 m3 ／h 为最适宜的比 例，并随时根据实际生产情况进行调整，保证窑壁 温度在 1200 ～1250 ℃。
2.4.2环冷机温度压力优化 环冷机冷却是焙烧
球团矿过程中的重要环节，它虽然不直接作用于焙烧固结过程，却极大地影响固结的结果。 冷却速度过快，沿球团半径收缩不均 匀，产生应力，使球团矿强度降低。 当冷却速度为70 ～80 ℃ ／min 时，球团矿强度最高，既能满足球团 矿的强度，要求也能达到较好的冷却效果。
改进措施如下：
（1）环冷机一段与二段、二段与三段风箱间通风孔全部封堵，环冷机一段与二段隔墙下降400mm（图 11），可以有效防止风箱间的窜风，也可以减少环冷机一段、二段、三段之间热量的流通，形成良好的回热温度。
（2） 环 冷 机 布 料 厚 度 由 550mm 提 高 至650mm，平料坨刮料，保证布料平整。 在满足冷却效果的前提下，适当降低机速，可增加厚度，降低冷却速度，促进球团矿再次氧化和强度提升。 环冷机 布料料层厚度为 550mm时，成品球抗压强度为 2560N／ 个，布料厚度提高至 650mm 后，成品球抗 压速度为2580N ／ 个，增加 20N ／ 个。 调整前，环冷一段温度控制在950 ℃以上，环冷 二段温度控制在 700～ 850℃；环冷一段压力为2.0 ～ 2.3kPa ，环冷二段压力为1.8 ～ 2.1kPa，通过 调整，环冷一段温度控制在 1000 ～1050 ℃，环冷二 段温度控制在 650 ～ 750 ℃；环冷一段压力为2.1～ 2.5kPa ，环冷二段压力为2.0 ～ 2.4kPa ，达到了环 冷一二段不串风的效果，环冷机热量得到充分利 用，改 善 了 回 转 窑 的 焙 烧 效 果， 节 省 了 煤 气 使 用量［8］。
3 实施效果
通过对造球设施改进、参数优化，改善了成球效果，提高了生球流量和质量的稳定性；辊筛的改造大大提高了筛分效果，减少了粉末入窑量；通过合理进行温度匹配，优化工艺参数，有效防止了生球爆裂；对回转窑环冷机的用风改进，控制了各部回热风梯度。 扣除因环保管控及检修影响的停机，改造前后河钢宣钢1＃回转窑主要经济指标见表 4。 生球质量提升、辊筛筛分改进、生球爆裂温度 工业试验研究、合理参数的匹配调整以及回转窑、 环冷机用风的优化已在河钢宣钢 1＃回转窑生产中 得到应用，回转窑结圈时间由 1.5 个月延长至 4 个 月，产量水平明显提高。
4 结语
上述措施的创新和应用，深化了河钢宣钢 1＃链箅机 － 回转窑长周期地稳定顺行，回转窑结圈时间延长，产量水平提高，达到3145t ／ d，在全国同类型 链箅机 － 回转窑中处于先进水平。 同时，改造后生 产设备维持在较优的状态，降低了生产过程的波 动，确保了生产安全、稳定和持续运行。
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