改善混合料透氣性途徑的研究及錐形逆流分級造球技術應用 1. 前言 唐山國豐煉鐵廠燒結機於1997年12月份投產，原設計能力為2臺24m2燒結機，後改造為壹臺29.7 m2燒結機和壹臺35.6 m2燒結機，由於燒結礦生產能力嚴重不足，我廠壹直致力於混合料制粒工藝改造，曾經先後實施了壹混加霧化水、二混霧化水分段打水、混料礦倉蒸汽預熱技術等，對提高混合料透氣性起到了較好作用。為了進壹步增強混合機制粒性能，在長期醞釀研究的基礎上，我廠與秦皇島新特科技有限公司***同對改善混合料造球的因素進行了分析並合作研究開發了可應用於燒結球團行業的逆流分級混合造球技術，已獲得國家專利(02294526.1)，取得了明顯效果。 2. 改善混合料制粒途徑分析 透氣性是燒結混合料的壹個重要指標,它是指固體散料層允許空氣通過難易度,也是衡量混合料空隙度的標誌。DW.Mitchell所提出公式如下: 在層流情況下: 在紊流情況下: 式中：g--重力加速度 ε--料層孔隙度 η---氣體粘性系數 s--料粒比表面積 ρ--氣體密度 從公式看,影響料層透氣性的主要因素是料粒的比表面積和料層的孔隙度。也就是說要提高ε，降低s。燒結料的透氣性包括兩個方面。壹是點火前的透氣性，二是點火後的透氣性。燒結料的透氣性決定了燒結生產的效率。兩者是密不可分的，前者影響後者。從燒結實際生產中發現燒結各帶之間阻力損失差別很大。在燒結開始階段，由於下部過濕，導致球粒的破壞，彼此粘結或堵塞孔隙，故料層阻力大。在預熱帶和幹燥帶雖然厚度較小，但阻力損失也不小，因為濕球幹燥、預熱時會發生碎裂，料層孔隙度變小。燃燒帶的透氣性最小，這是因為這壹帶的溫度高，並有液相存在，對氣體的阻力很大。燒結礦帶由於氣孔多，阻力最小。但在強烈熔化時，燒結礦結構致密，氣孔少，透氣性變差。所以在燒結生產中，必須提高混合料的透氣性。 2.1 改進原料粒度和粒度組成 主要是采用粒度較粗的原料，因為粗粒度物料具有較大的孔隙率，其透氣性也相對較好，配加部分富礦粉或適當增多返礦加入量等，可以獲得改善透氣性、提高燒結產量的良好效果。在組織燒結生產時，在可能的條件下，提高原料粒度和粗細原料適當搭配使用是有好處的。但是，提高原料粒度的可能性是有限的，實際生產中8-0mm的礦粉並不多，也不是各廠都有。 2.2 加入添加劑，改善混合料的成球性能 在燒結混合料中添加消石灰、生石灰、皂土、水玻璃、亞硫酸鹽溶液、氯化納、氯化鈣及腐植酸類物質等有粘性的物質，對於改善燒結混合料的透氣性有良好的效果。這些微粒添加劑常常是壹種表面活性物質，它能提高混合料的親水性，在許多場合下也具有膠凝性能，因而混合料的成球性能可借添加物的作用而大提高。 在燒結生產中應用比較多的是配加生石灰、消石灰，特別是生石灰打水消化後，呈粒度極細的消石灰膠體顆粒，分布在混合料內的Ca(OH)2膠體顆粒具有明顯的膠體性質，其表面能形成壹定厚度的水化膜，膠體顆粒具有雙電層結構的特征，由於這些廣泛分散於混合料內的親水性Ca(OH)2顆粒持水的能力遠大於鐵礦等物料，將奪取礦石顆料和表面水份，使這些顆粒與消石灰顆粒靠近，產生必要的毛細力，把礦石等物料聯系起來形成小球。 在試驗室條件下我們對白灰配比對混合料制粒效果的影響進行了研究。在相同原料條件下，分別測定了配加3%和5%白灰情況下，混合料的透氣性指標，結果如圖： 這表明白灰配比增加後，混合料的透氣性得到了很大改善。為解決白灰消化的問題，我們對生石灰的消化過程進行了試驗，研究表明： 1、消化壹噸生石灰需要0.42噸水,最後消石灰為膠粘狀; 2、生石灰的消化時間為10-15分鐘。 但在實際生產中，壹般由配料室到二次混合不足8分鐘，白灰不能消化完全，到燒結機上混合料中有白點，不但對造球好處不大，反而由於白灰消化的膨脹效應對造好的球起到破壞作用，因此燒結過程必須解決白灰及時消化的問題，否則會適得其反。 2.3 傳統強化混合制粒工藝 北京科技大學高為民等模擬鞍鋼新三燒的原料及設備條件，在試驗室內進行強化制粒的試驗研究，研究結果表明： 1、在壹定原料條件及設備條件下，對現有二次混合機的卸料口進行收縮以增加其充填率，既提高混合機內的混合料量，也提高物料的停留時間，是提高造球效果有效的措施之壹。 2、適當調整圓筒混合機的轉速，以提高Fr準數，使混合料的運行點在最佳區域內，也可明顯提高造球效果。 3、適當降低二次混合機的傾角，進壹步延長制粒時間，可以提高準顆粒的平均直徑。 4、加水作業是保證制粒效果的最基本因素，其中包括最佳加水量、穩定加水量及使用霧化水，要根據混合及制粒要求，沿長度方向優化給水量及使用霧化水。 5、圓筒混合機的內襯結構對混合料的運動規律及制粒效果影響較大。疏水性、摩擦系數大的材料可使混合料從滑動到滾動的過渡區提前，有利於提高制粒效果。試驗還發現，在無內襯的情況下，混合料的滑動區很大，制粒效果很差。此外，筒內筋板的大小也是影響混合機制粒效果的關鍵結構。沒有筋板，制粒效果差；筋板過高，瀉落嚴重，制粒效果也不好。因此，對圓筒混合機內襯結構的改造也是強化制粒的重要手段。 上述措施都得到了生產實踐的證明，取得了明顯效果，不同燒結廠應根據自己的情況分別選擇。 2．4錐形逆流分級圓筒混合造球技術 多少年以來,因改善混合料制粒效果所具有的諸多優點，世界各國的工程技術人員都壹直在深入研究,取得了可喜效果：開發出了以造球盤、燃料分加為特征的球團燒結技術和以降低園筒混合機角度、加布料刮刀或檔料圈及熔燃分加為特征的小球團燒結新技術。近兩年，因後者具有的不改變原有工藝配置、投入小等優點在國內已建燒結廠應用很多 ，並且取得了壹定效果，我國燒結技術實現了壹次新的飛越。盡管如此,大家對於混合造球機理的研究,也只局限於傳統的降傾角、加大直徑、增加長度、改變轉速和加機內布料器等方式,大家對改變混合料受力狀態，以提高圓筒混合機的造球率，缺乏研究和應用，使混合制粒效果仍處於低效率狀態，限制著生產效率的發揮、影響產品質量及消耗。 造球時間、填充率、混合料性質、合適的混合料水分是傳統園筒混合技術的關鍵。錐形逆流分級圓筒混合造球技術采用逆向思維，由北京艾瑞機械廠研究開發，已經獲得國家專利。目的在於提供壹種錐形逆流分級圓筒混合造球機。該技術基本要點是：通過混合機內部結構的改變實現混合料受力狀態的改變達到壓縮混合料運動過程“螺距”、延長有效造球時間、增加物料有效滾動路程、提高造球效果的目的； 采用機內分段錐形分級技術實現混和料粒度的自動分級，達到大顆粒物料先向外走，小顆粒物料返回造球的目的；采用新型布襯技術，徹底解決混合機根部積料，實現混合過程死料的再循環，提高造球效果和混合機有用功率。 3. 我廠混合機造球實施方案 我廠現有壹次混合機為∮3×7m，二次混合機為∮3×10m，雖然進行過小球燒結改造，造球效果仍不理想，嚴重影響燒結礦的產量和質量，制約著煉鐵技術的發展。綜合上述原理，結合我單位需要停產時間短的實際情況，重新制定了改造內容，並在24小時內全面實施。 3．1改善混合潤濕方式 混合料在配料室提前自動加霧化水潤濕，同時使用具有自動清理粘料功能的雙軸生石灰消化器，使配加的生石灰消化完全，燒結料提前潤濕。 3．2對混合機工藝參數進行優化 主要有混合機傾角、充填率、轉速、造球時間的設計調整。混合機加水由傳統的管道打眼，水流呈柱狀改為新開發的加霧化噴頭向混合機內加霧化水，根據混合機內不同區域對加水強度的要求，壹次混合機加水方式改為三段加水；二次混合機為壹段加水。 3．3實施錐型逆流分級造球技術 原料性質、混合機轉速、直徑、傾斜角度、混合機長度確定後，該技術是混合機制粒的重要組成部分。該技術通過在混合機內設置錐形逆流螺旋對大小粒度進行分級，延長混合料在混合機內的行程，滿足了造球效果的需要。本次改造我們完成了更換成具有錐行逆流特征的特制復合襯板工作，施工簡便，改造工期僅用了36小時。 3．4改造後效果 改造後利用錐型逆流導向襯板使物料逆向運動，由於導向槽的高度呈現分級變化，只有粒度合適的物料才逐級越過導向槽滾出造球機， 從而改善了混合機的造球質量。改造前後對比效果見下表1、2。 改造前後效果對比表1 混合料粒度組成% 燒結負壓 kpa 機速 m/min 臺時產量 t/臺h 料層厚度 mm 0-3 3-5 ＞5 1# 2# 1# 2# 1# 2# 改造前 40 28 32 9.0 13 0.96 1.2 112 400 450 改造後 13.7 43.2 43.1 8.7 12.5 1.2 1.44 125 460 520 對比差 26.3 15 11.1 0.3 0.5 0.24 0.24 13 +60 +70 改造前後效果對比表2 轉鼓% 粉化率% FeO% 燃料消耗 kg/t 利用 系數 t/m2.h RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 改造前 74.70 59.2 80.1 7.1 11.3 58 1.7 改造後 76.30 63.4 83.2 7.1 8.5 46 1.9 對比差 1.60 4.2 3.1 0 -2.8 -12 0.2 由表1、2可以看出： 1、改造後，混合機造球效果明顯提高，小於3mm部分減少了26.3%；混合料透氣性改進,兩臺燒結機料層厚度提高，1#機由400mm提高到460mm，2#機由450mm提高到520mm；燒結負壓降低, 燒結機利用系數由1.7t/m2h提高到1.9t/m2h,提高幅度為11.76%。 2、改造後增加了燒結過程的球團固相反應,實現了低溫厚料層燒結，噸燒結礦降低燃料消耗12Kg/t，降低幅度為20.7%；產量由2700t/日提高到3200噸/日，效果明顯。 3、改造後燒結礦轉鼓指數提高1.6%,FeO降低了2.8%,冶金性能改進,對高爐生產十分有益。 3.5經濟效益測算 1按燒結礦含稅價為671.6元/噸，成本為594.37元/噸,市場價1150元/噸,年有效作業天數330天計算,每年收益： （1150-671.6）×（3200 -2700）×330=7893.67萬元 2降燃耗12Kg/t，焦粉220元/t，全年降低燃耗效益為: 12×3200×330×220＝278.8萬元 3造球效果的改善減少了運到高爐後的燒結礦的粉化率，經現場測定減少了5%左右 4改造過程總投資61．67萬元，改造後按我廠效益1、2、4項總合為：278．8＋7893.67－61．67＝8111．8萬元。 4結論 1、針對我廠混合制粒效果差的系列技術改造取得了巨大成功，改善了燒結混合料的透氣性，提高了燒結層厚度，提高了燒結機速，從而實現了低溫厚料層燒結技術，並改善了燒結礦質量，經濟效益巨大。 2、錐型逆流造球技術是燒結造球理論的壹大突破，實施簡便，適合於新建燒結廠的建設和傳統燒結廠的技術改造，具有很大的推廣價值。
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