球团理论与工艺4

10、球团生产工艺•2003球团总产量超过3000万吨,目前超过1亿吨•10.1球团生产工艺概述10.1.1与烧结法相比的特点1）对原料要求严格，品种单一要求：①原料适宜比表面积1500～1900cm2/g（-0.074mm85%以上）②水分低于适宜的造球水分③Fe品位高（60%以上），低SiO22）生球结构致密，在高温焙烧前应设置干燥、预热工序，以防热爆裂•3）球团矿形状一致，粒度均匀，料层透气性好，宜选用低负压风机（带式焙烧机或链箅机—回转窑）4）大多数球团原料中不含固体燃料，所需热量由液固体或气体燃料燃烧提供，即由燃料燃烧供热，且可循环使用10.1.2三种主要球团生产方法比较球团生产应用较为普遍的方法有竖炉球团法、带式焙烧机和链箅机—回转窑球团法。*竖炉球团法发展最早，一度发展很快*由于原料和产量的要求，设备大型化，相继发展了带式焙烧机和链箅机—回转窑球团法•1）竖炉法最早发展起来的的球团生产法优点：设备简单，投资低热效率高操作、维修方便缺点：单机能力小（50万t/年）受热不均匀，产品质量原料单一，只适合焙烧Fe3O4•2）带式焙烧机优点：单机生产能力大（500万t/年）适应焙烧各种原料热效率高，产品质量均匀操作、维护方便缺点：材质要求高，需耐热合金钢投资大•3）链箅机—回转窑球团法优点：设备较简单生产能力大适应各种原料缺点：干燥、预热、焙烧、冷却分别在三台设备上进行，设备环节多，不便管理，回转窑要精心控制，否则可能结圈•10.1.3生产工艺原则流程1）配料2）混合3）造球、筛分4）布料5）焙烧6）筛分+5mm成品部分8～15mm铺底料5mm返回再磨或送往烧结•10.2球团原料准备生产优质球团矿的三个重要因素：*具有一定的粒度和粒度组成*适宜的水分*均匀的化学成分10.2.1磨矿若铁精矿达到粒度要求，可不再磨，对粗粒铁精矿或富矿粉需再磨。1）磨矿方式干磨—赤铁矿、褐铁矿或混合矿，或外购矿为主（因磨细后难以过滤、脱水）湿磨—一般采用此法（投资低、电耗低、总成本低）•2）磨矿流程及方式（湿磨）开路磨矿闭路磨矿同一种矿石：湿式闭路磨矿电耗最低，干式开路磨矿电耗最高；湿式开路磨矿费用最低，干式闭路磨矿投资最大一般采用圆筒型磨机，钢球作介质•10.2.2脱水1）原料最佳水分与造球物料的物理性质（粒度、亲水性、密度、颗粒孔隙率等）、成球条件等有关。*磁铁矿、赤铁矿一般适宜水分：7.5%～10.5%*黄铁矿烧渣、焙烧磁选精矿：12%～15%（多孔）*褐铁矿适宜水分可达：17%2）造球前原料适宜水分低于最佳成球水分2%～3%。3）脱水一般先过滤，再干燥脱水设备为圆筒式或圆盘式真空过滤机①地点：前苏联在选厂内脱水，我国也是在选厂，其他则在球团厂②干燥脱水：一般精矿过滤后水分均大于适宜的造球水分，故需干燥*仓储自然干燥—效果差；圆筒干燥机—效果好，结块需再破碎•10.2.3中和混匀1）保证造球原料化学成分均匀2）方法：*带卸料小车的固定皮带机+电铲法*堆料机+取料机•10.3配料、混合和造球10.3.1配料*精矿、熔剂→圆盘给料机（给料、控制下料量）→电子皮带秤称量*粘结剂—螺旋给料机（密封性好，易调，防扬尘）10.3.2混合1）设备一般用一段混合，设备有*强力混合机*轮碾式混合机本钢16m2竖炉—一段强力混合机鞍钢200万t带式机—二段混合（一段轮式，二段强力）国外球团厂广泛采用皮带轮式混合机•2）方式国外经验：非熔剂性球团矿——一段熔剂性球团矿——二段鞍钢200万t带式机—二段混合（一段轮式，二段强力）10.3.3造球1）设备圆盘——国内圆筒——国外（60%以上）2）相同点及差别*工艺原理相同——滚动成球*Disc有分级作用，Drum则无•10.4竖炉法焙烧球团矿10.4.1概述1）发展史竖炉法应用最早，自美国伊利公司第一座竖炉以来*1960年竖炉生产球团矿产量占70%*1970年竖炉生产球团矿产量占18.1%*1976年竖炉生产球团矿产量占13.3%*1980年竖炉生产球团矿产量占9%关键是单炉生产能力小，目前世界上最大的竖炉为16m2国外有竖炉球团厂37家，110座竖炉，最高产量2700万t2、竖炉工艺追溯早期的球团竖炉，按其断面形状分为圆形和矩形2种，其中矩形占绝大多数，有代表性的竖炉结构为瑞典、美国和日本的竖炉。以上统称为第1代球团竖炉：瑞典竖炉（图a)为等截面竖炉，其中冷却风经球团矿预热后部分作为助燃空气进入燃烧室，部分流向均热带和焙烧带；美国竖炉（图b)为变截面竖炉，在火口处截面最大，往下逐渐收缩，来自竖炉下部的预热空气直通均热带和焙烧带；日本竖炉（图c)为上小下大型竖炉，即在燃烧室下部火口处断面最大，然后逐渐收缩直至排料辊。第1代球团竖炉均为直通式炉，其共性是：焙烧风在炉子两侧吹入，冷却风由炉子下部吹入，冷却风经预热后部分作为助燃风流入燃烧室与煤气混合燃烧，部分流入焙烧带与来自燃烧室的燃烧产物（文中称焙烧风）混合，由于受焙烧带温度的限制，冷却风量不可能过大。由于直通式竖炉没有干燥带，湿球团不得不直接入炉焙烧，在焙烧过程中球团水分的蒸发占用了大部分本应用来焙烧的热量，从而造成了断面气流不均匀，中间料层烧不透，形成了死料柱。为避免焙烧风吹不透和断面气流不均匀等问题，第1代球团竖炉只能维持在低产量下运行20世纪70年代济钢发明了,导风墙+烘干床（图d），即在竖炉的中间设置导风墙，炉顶设置烘干床。这是竖炉结构上的一次革命，视为第2代球团竖炉。导风墙+烘干床的设置，首先使完成冷却的冷却风在炉内短路直接流入导风墙，克服了对球团焙烧的影响，为竖炉强化冷却创造了条件其次，使炉内气流分布合理，保证了足够稳定的均热带，有效避免了中心死料柱，使成品球团的质量得以保证再次，焙烧完毕的冷却风与来自导风墙的冷却风混合作为热源预干燥烘干床上的生球团，不但使竖炉内球团料层的透气性得以改善，而且提高了竖炉的热效率最后，导风墙的设置使整个炉子可控，实现了竖炉高效生产所需的气流分布模式，导风墙+烘干床的设置，既强化了球团干燥和冷却，又使炉子具有较高的可控性，竖炉实现了干燥、焙烧与冷却一体化，这在一定程度上提高了竖炉的利用系数。在球团竖炉中设置导风墙+烘干床，也带来一定的负面影响，从炉窑热工角度来看，导风墙+烘干床的设置使炉内气体流动较复杂，竖炉在实际生产过程中冷却风不一定全部流入到导风墙内，还有可能上行穿过均热带流入焙烧带，而焙烧风不一定全部流入焙烧预热带，还有可能下行穿过均热带后流入导风墙竖炉结构形式上分为矩形竖炉(SP)与环行竖炉(TCS)。竖炉从焙烧面积上分类见表1。国内目前大多数是中小型竖炉，只有本钢一家为16m2大型竖炉。对竖炉大型化研究很少。一个具有高的利用系数、大的焙烧面高效低耗的竖炉，将是今后的发展方向。矩形竖炉(SP)特点：(1)由于竖炉自身特点决定，竖炉建设具有投资少、建设工期短、达产达效快、占地面积小等优点。(2)竖炉工艺具有流程短、成本低的特点，其主要生产过程是在一个密闭炉体内完成，因此它与烧结机相比，更易进行粉尘治理。(3)竖炉球团生产只能处理磁铁精矿。竖炉本身结构与供热方式决定很难处理赤铁精矿。(4)由于高温或炉料发生变化，竖炉内很容易形成熔融状大块，严重时发生结炉事故。环形竖炉(TCS)特点：(1)采用双层焙干床，烘干面积比矩形竖炉大一倍以上，因而可提高炉料透气性，使气流分布进一步改善。(2)燃烧室布置于炉体内部，与环型焙烧配合，充分利用边缘效应，使气流分布和温度分布均匀合理。(3)各砌体为环型，不易扭曲或变形。(4)自立式炉体，总高度比矩形炉低一半。(5)总投资比同规模矩形炉可节省1／3以上。(6)由于环型竖炉透气性好，煤气和风压力比矩形竖炉低40％，因而电耗低。中国导风墙+烘干床式球团竖炉的根本出路在于大型化和高效化，基于此，从炉窑热工角度阐述了中国球团竖炉大型化和高效化的典型关键问题：炉内气固水当量比预热、焙烧带高度焙烧带宽度等TCS球团竖炉技术特点：1）炉顶气动布料器，结构简单，工作可靠。2）上下两层烘干床，烘干面积大，且气体温度可分区控制因而可实现变温变向慢速干燥，减少了过湿现象和爆裂现象。3）烘干床具有气筛和固定筛作用，可将大部分粉末和返矿提前分离并排出炉外，改善了焙烧带料柱透气性和气流分布，增强了对原料和操作波动的适应能力，使TCS球团竖炉的利用系数高达7~8.33（t/m2·h）。4）焙烧带喷火口和燃烧室置于炉子内部，从内向外烧，充分利用边缘效应，提高了喷火口对面外墙附近低温区域的气流量和温度，使整个焙烧带气流和温度分布趋于均匀合理。5）环型焙烧带的特性。不需加大焙烧带的宽度，即可方便设计出较大焙烧带面积，有利于竖炉的大型化。6）燃烧室、焙烧带、干燥带、防过湿带可分区独立计算机检测和控制，大大提高了操作精度，通过调试和操作可使各项参数达到最佳。7）环型导风墙置于焙烧带大墙外侧，结构强度高且不易堵塞。8）炉内冷却能力大，平均出球温度可降至300℃以下，既提高了能量利用率，又省去了炉外配置大型冷却机所带来的额外投资和环保问题，使环保更易达标。9）炉顶变频控制的环形排料车，结构简单可靠，能实现无级调节，可实现与布料的良好配合。10）TCS球团竖炉的焙烧带有效高度大于矩型SP球团竖炉，但由于采用了自立式结构，其总高度降低，因而可节省皮带长度和总占地面积。11）TCS球团竖炉回收了干燥系统的废气余热以预热助燃风，使助燃风平均温度达到260-310℃，并且燃烧室压力仅为6~8kPa，(节能型竖炉使助燃风温度达600℃以上，燃烧室压力仅为12~15kPa。)，因而可减少电耗和煤气消耗，正常生产状态下，高炉煤气消耗已降至170~220m2/吨球，另外TCS球团竖炉结构简单，维修费用低。12）由于上述综合原因使TCS球团竖炉与同规模矩形SP球团竖炉相比，投资和占地均节省三分之一，能耗低，成品球团加工成本低10元/吨球。•2）国外竖炉球团缺点①电耗高据瑞典LKAB公司统计：50kWh/t球团矿主要原因：竖炉料柱高、气流阻力大，主风机压力高加拿大格里菲什矿竖炉：67247Pa伊利：54936Pa②高热值燃料油或天然气做热源，且只适合于磁铁精矿球团③竖炉本身属料仓式结构，排料时同一料面球团矿下料不均，使得球团矿在炉内所留时间不同，产品质量不均匀④采用横向布料线路布料，布料时间长而不均匀•3）国内球团法及特点①国内发展*1968年济钢、承钢建成8m2竖炉*1975年共建25座竖炉，投产仅10座，正常生产7座*1987年本钢投产一座16m2竖炉*1988年济钢投产一座10m2竖炉近几年竖炉发展速度更快②特点*增设炉顶干燥床和炉内导风墙，明显改善料柱透气性，电耗下降，30～35kWh/t*采用低真空度风机*采用低发热值的高炉煤气及低温焙烧制度•10.4.2竖炉球团工艺流程•1）布料①重要性*竖炉是一种按逆流原则工作的热交换设备，热气流自下而上，生球自上而下经过干燥、预热、焙烧和冷却区*均匀松散布料，保证料柱良好透气性是竖炉正常操作的先决条件②布料方法*矩形布料定义：布料器既沿竖炉宽度方向又沿长度方向行走布料特点：料面呈深V形，中心低，靠近炉壁高纵向中心线周围的温度达不到球团矿焙烧所需温度•*横向布料定义：沿宽度方向将生球布成一行行的横向小沟谷特点：a.布料机上装有料面探测器，控制行走和布料速度，保持料面平坦和控制料面高度b.炉内温度和气流分布得到改善*直线布料定义：布料车行走路线与布料线路平行特点：a.中国特色b.大大简化布料设备，提高作业率，缩短布料时间c.布料车沿炉口纵向中心线运行，工作环境差，皮带易烧坏•2）干燥和预热①国外无专门的干燥设备，生球下降到离料面120～150mm深处，相当于停留4～6min，基本干燥完，再预热氧化②国内采用屋脊形干燥床*干燥制度：生球料层厚150～200mm混合废气温度550～750℃介质（预热带上升热废气、导风墙出来热废气）预热时间5～6min*优点：a.炉顶干燥床采用多层炉蓖，经过干燥到达炉喉，然后按自然堆角向炉子中心滚动进行再分配，小球和粉末多聚集在炉墙附近