铁精粉热媒接触解冻方式的试验探索

李涛，陈若平

（1.宝钢集团八钢公司制造管理部；2.宝钢集团八钢公司炼铁分公司）

1 前言

冶金工业的生产过程中，会使用和消耗大量的粉状含水分的物料。尤其是在我国北方地区，冬季大量的铁精粉冻块问题一直制约着整个原料系统的正常生产运行。八钢公司地处我国西北边陲，冬季严寒，冬季生产组织面临着原料组织和供应困难的问题。以2017年一、二月为例，在低温环境下（约-20℃），库存铁精粉中有20～30万t的冻块无法应用于生产。这些铁精粉冻块不仅直接影响了铁前原料系统的连续、稳定供应和运行。同时，大量的铁精粉冻块积压在库内，占用了原本紧缺的场地资源，且降低了资金的周转率。

为缓解冬季铁精粉冻块影响正常生产的矛盾，八钢公司采取了许多积极的应对措施和方法。例如，对入厂前的铁精粉冻块，采取在解冻库内间接换热的方式，但仅能达到解离车帮可以卸车的效果，无法解冻铁精粉内部的冻块；对库存的铁精粉冻块，采用空气换热装置提高仓内环境温度，并覆盖篷布的保温方式，但解冻量不大，且解冻效率不高，热损失大，每天仅能解冻铁精粉约500t，难以满足冬季连续生产的需求。为进一步提高库存（圆仓）内铁精粉冻块的解冻效率，满足原料系统正常生产运行的需要。进行了热媒接触式铁精粉冻块解冻试验，为八钢生产用铁精粉实现冬季快速解冻提供新的途径和参考依据。

2 热媒接触式解冻的模拟试验及分析

通过模拟试验，在冬季外部低温环境温度下，采用热媒接触式对铁精粉冻块进行解冻，获取相关解冻试验的技术参数，为八钢铁精粉实现冬季快速解冻提供参考依据。

环境温度：-15℃～-25℃

试验装置参数，见表1。试验装置简图，见图1。

表1 铁精粉解冻试验装置参数

图1 试验装置简图

2.1 试验方法

将热辐射板的加热温度控制在90℃。制作一个直径为370mm的试验钢管，管壁沿高度方向开孔（热电偶孔）。在试验管内放置块度为150～300mm的铁精粉冻块（含水分9.7%），且管内的大块冻块间隙用小块和粉末状铁精粉填满。

试验开始时，通过各热电偶测量不同高度下铁精粉的温度变化、水分变化及相关解冻试验技术参数。

2.2 试验数据分析

试验获取的铁精粉解冻温度变化曲线，见图2。

铁精粉沿厚度方向的温度变化及解冻效率，见表2。

图2 铁精粉解冻温度变化曲线

表2 铁精粉沿厚度方向的温度变化及解冻时间

从表2来看，不同高度（厚度）上的铁精粉冻块，在升温解冻时，铁精粉内部温度不是呈线性升高，而是要先经历一个蓄热时间段，然后再开始快速升温达到最高温度的，因此，铁精粉的升温必须要超过最小蓄热时间后才能达到解冻效果的。

随着料层高度（厚度）的增加，不同厚度的铁精粉的蓄热时间是有很大差别的。从试验中料层的蓄热时间和最终解冻时间来看，当料层厚度在760mm以下时，解冻效率最高。

铁精粉解冻时的水分变化情况，见表3。

表3 铁精粉解冻的水分变化

2.3 不同铁精粉解冻方式的热能利用对比

对三种铁精粉解冻方式的吨矿耗热能进行比较，见表4，表5。

表4 解冻库及圆仓间接换热方式比较

表5 热媒接触式解冻方式

2.4 试验结果分析

（1）从铁精粉解冻的模拟试验效果来看，采用热媒接触式解冻方式，其热能利用较为充分，热损失小，对300mm以内的铁精粉冻块的解冻效率高于八钢现有解冻方式。虽然圆仓间接换热的解冻方式与热媒接触式解冻方式的热效率数值接近，但圆仓内间接换热并加篷布在实际操作中需要进行设备改造，难以实现大规模的解冻；

（2）从试验数据可以看出，铁精粉内部的热量传递是非线性的，热源温度直接影响着热传导效率，热源初始温度越高，铁精粉内部的热传导速度相应较快；铁精粉底部热源靠内水蒸发向上传递热量，因此，热源初始温度至少应控制在80～100℃以上；

（3）从铁精粉内部温度变化和解冻效果来看，料层厚度在760mm以内的解冻效率是最高的，可实现在1.5天内将20～30mm铁精粉冻块完全解冻；超过760mm以上的热传递效率和解冻效率都呈倍数下降。建议今后对铁精粉冻块料层厚度按1000mm以内进行控制；

（4）铁精粉解冻过程中，铁精粉内的水分呈降低趋势；在60小时（2.5天）内可至少降低2个百分点的铁精粉水分，有利于降低铁精粉在皮带运输过程中的二次结冻现象。

3 热媒接触式铁精粉解冻的经济效益评估

以一座圆仓解冻2000t/天铁精粉冻块计算，采用热媒接触式方式相较于现有圆仓解冻方式（500t/天铁精粉冻块，消耗煤气200×48＝9600m3)，每天增加可用铁精粉量1500t。同时，按煤气价格及利用率来计算，每吨铁精粉解冻的费用减少3～4元，则每天可比现有解冻方式节约费用4500～6000元。

按两座圆仓的解冻效率测算，热媒接触式解冻方式每天可解冻约3000～4000t铁精粉冻块，基本可保障八钢冬季原料供应的连续性。同时，解冻后的可用铁精粉量的增加，也相当于增加了冬季烧结工序的烧结矿产量，为冬季钢铁连续生产提供了原料保障。

4 结论

通过热媒接触式铁精粉解冻试验，为冬季铁精粉冻块的解冻方式提供了新途径。也为应用于生产提供了基础技术数据。

（1）热媒接触式的解冻方式是有效解决冬季铁精粉冻块的一种简洁、高效的技术途径。当料层厚度在0.76m～1m其解冻效率相较于现有解冻方式可提高30%～50%。

（2）合理控制铁精粉厚度和解冻时间，建议热源初始温度控制在80～100℃以上，铁精粉料层厚度控制在760mm以内，解冻时间在2天以内的解冻效果最佳。

（3）热媒接触式铁精粉解冻可采用在圆仓内地面敷设热源管来提高冬季铁精粉的解冻效率。根据此次模拟试验所获得的技术参数，验证和确认在该工况下的铁精粉传热系数，为初步设计提供参考依据。

（4）热媒接触式解冻方式作为一种低消、高效的解冻措施，可有效解决北方冬季铁精粉冻块解冻慢的问题，在冬季也可以保证稳定的原料供应。值得在北方地区的铁精粉用户中推广。