先进的球团工艺技术在中阳200万t球团厂的应用

邢守正 黄亚蕾 苏 琴 刘月星

(中冶北方(大连)工程技术有限公司,辽宁 大连 116600)

0 引言

在球团生产工艺中，链箅机-回转窑-环冷机已经是比较成熟的设计工艺。中冶北方在2000年以后，先后设计了30多条国内外球团生产线，规模有80、120、150、180、200、240、260、300、500万t，其中以200万t生产线最多。通过收集现场施工，生产前调试，生产后的整改等宝贵经验，总结出一套目前国内先进的链回环生产工艺，并成功应用于中阳钢铁球团场的设计和建设中，取得了很好的效果。

中阳钢铁厂位于山西省吕梁市中阳县，钢铁厂中原有的球团厂采用竖炉工艺，为了响应国家节能环保要求，新建链回环球团厂代替竖炉球团厂。球团厂采用的铁矿石为岚县赤铁矿，采用的燃料为焦炉煤气和高炉煤气。中冶北方根据中阳钢铁厂的自身情况，决定设计建设一条200万t/a链箅机回转窑球团厂。球团厂的主要车间包括精矿仓库、预配料室、精矿干燥室、辊压配料室、混合室、造球室、链箅机室、回转窑、环冷机、成品球团仓。三大主机规模为：链箅机4.5m×51m，回转窑Φ6.1m×38m，环冷机121m2。设计中，中冶北方将最先进的工艺全面应用于球团工艺中，2019年开始设计，2021年8月正式生产，无论从能耗还是成品球团的质量都达到了理想的效果。

1 精矿干燥室的设计

为了保证合适的铁精矿水分，设计中选用了一台Φ3.6m×31m的圆筒干燥机。进料水分在10%，出料水分为8%。

干燥机的废气接入环境除尘器除尘后，排入大气。干燥机的废气温度是70 ℃，当70 ℃废气进入环境布袋除尘器后，由于结露严重影响布袋除尘器的正常工作。本工程采用补热的方式，将干燥炉内的600 ℃热气通过管道引入环境布袋除尘器的进口管道处，通过管道上的调节阀门及温度检测装置，控制热气的混合量，将进入到除尘器的混合废气温度控制在115 ℃，此温度既可以保证布袋除尘器无法结露，又可以保证布袋不被高温烧坏影响正常生产。图1为具体布置形式。

1—干燥机；2—干燥炉；3—补热管道；4—调节阀门图1 干燥机补热

2 链箅机室的优化设计

2.1 链箅机干燥段的设计

中冶北方在链箅机干燥段的设计上采用的工艺始终为鼓风干燥段与抽风干燥段相结合的形式。

鼓风干燥段的热空气来自环冷机3段，由鼓风干燥风机将环冷机3段上罩的热废气送入链箅机鼓风干燥段风箱，热气流自下而上穿过生球料层，料层厚度可达到200 mm以上，经过换热后，气流携带水分进入链箅机上罩，鼓干段上罩内的废气经炉罩除尘器除尘后可直接排入大气。

抽风干燥段的热废气来自链箅机预热2段，由回热风机将预热2段风箱的热废气送入链箅机抽风干燥段上罩，热废气自上而下穿过球团料层，经过换热后，含水废气与预热一段废气混合，然后经过主电除尘器，主抽风机后进入脱硫系统。

2.2 链箅机鼓风干燥段补热的设计

鼓风干燥段作为链箅机热风系统的第一个工作区域，它所干燥出的水分越多，不但可以减轻抽风干燥段的“压力”，又可以减少未干燥完的球团进入预热I段发生爆裂的风险。加大进入鼓风干燥段热废气的温度(流量一定的情况下)，是强化干燥效果最为明显的手段。鼓风干燥段的热风来自环冷机3段，理论温度在200 ℃左右；环冷机2段的热风温度在600 ℃左右，设计中在环冷机冷却2段与环冷机冷却3段的热风管道之间设计2～3根兑热风管道，兑热风管道上设计可调节阀门，通过调节阀门的开启度来控制环冷机冷却2段兑入环冷机冷却3段的热风量，提高链箅机鼓风干燥段的热风的温度及流量，从而加大链箅机鼓风干燥段生球水分的干燥能力。图2为具体布置形式。

1—环冷机2段热风管道；2—环冷机3段热风管道；3—补热管道；4—调节阀门

2.3 链箅机鼓风干燥段密封风箱的设计

链箅机鼓风干燥段的风箱在生产过程中是正压操作，风箱顶部与链箅机采用法兰连接，由于法兰之间存在缝隙，导致风箱内部部分热废气从缝隙中溢出。热废气中不但含有粉尘，而且温度在200°左右，所以链箅机在鼓风干燥段周围环境要差一些。

设计中在链箅机鼓风干燥段上回程段尾部增加一段宽1.5 m的密封风箱，风箱两侧设有除尘管道接口。将密封风箱与环境除尘连接，在生产中密封风箱内部为负压操作。将鼓风干燥段风箱漏出的热废气通过密封风箱及除尘系统排入大气，收集到的灰尘通过气力输送系统进入球团配料系统。图3链箅机鼓风干燥段密封风箱。

1—链箅机鼓风干燥段；2—密封风箱；3—密封风箱除尘口图3 链箅机鼓风干燥段密封风箱

2.4 炉罩除尘器补热的设计

链箅机鼓风干燥段上罩的废气是只含有灰尘的气体，所以设计炉罩除尘系统除尘即可。炉罩除尘器为布袋除尘器，而鼓风干燥段上罩废气的温度仅为60 ℃左右，直接进入布袋除尘器后会结露影响生产，设计中仍可采用补热的方法。

将环冷机2段的热风管道内的热风通过管道引入炉罩布袋除尘器的进口管道上，通过调节阀调节兑入的热风量使进入到炉罩布袋除尘器的废气温度达到115 ℃。这里采用环冷机2段的热风管道加热炉前取热风，是因为此热风内同样只含有灰尘。图4炉罩除尘器补热管道。

1—环冷机2冷段热风管道；2—补热管道；3—炉罩除尘器进口管道；4—调节阀门

2.5 链箅机预热段补热的设计

中阳球团厂含铁原料为岚县赤铁矿，生产中没有FeO的放热，所以设计中在预热I段和预热II段采用辅助烧嘴补热，通过烧嘴燃烧燃料产生的热量来达到生产中的要求。

在设计中，预热Ⅰ段采用管道加热炉。环冷机冷却2段的热气通过管道进入到链箅机预热Ⅰ段上罩，在热风管道上布置一台管道加热炉。来自2冷段的热气通过管道进入到加热炉内，利用烧嘴燃烧燃料来加热热气，使热气的温度达到预热Ⅰ段生产所需要的温度后，在进入到链箅机预热Ⅰ段上罩内。图5为链箅机预热Ⅰ段管道加热图。

1—来自环冷机2冷段热风管道；2—管道加热炉；3—链箅机预热Ⅰ段上罩热风管道；4—管道加热炉烧嘴；5—助燃风机

预热Ⅱ段的辅助烧嘴设计在回转窑窑尾罩内。在窑尾罩上设计安装两台辅助烧嘴，燃烧器正对着链箅机预热Ⅱ段上罩。烧嘴在窑尾罩的空腔内燃烧从而加热来自回转窑内的废气，加热后的废气进入到链箅机预热Ⅱ段上罩内。图6为链箅机预热Ⅱ段辅助烧嘴图。

1—回转窑窑尾罩；2—辅助燃嘴；3—助燃风机图6 链箅机预热Ⅱ段辅助烧嘴

2.6 链箅机抽风干燥段、预热I段上罩热风管道的设计

链箅机抽风干燥段的作用是用来干燥鼓风干燥段未干燥完球团中的水分，理论上经过鼓风、抽风干燥后，球团内的水分都应该干燥完。没有水分的球团进入到预热Ⅰ段进行初步的加热固化，提升强度。但往往在实际生产中，由于温度、风量等原因，导致球团经过鼓风、抽风干燥后应残留一些水分进入到链箅机预热I段。由于爆裂温度的存在，尚存水分的球团进入到预热I段后，预热I段的温度高于爆裂温度，导致球团在预热I段和抽风干燥段的连接处发生爆裂。爆裂的球团进入到回转窑后变成粉末，随着热风进入到热风管道内，管道内长时间的积灰不但加重了管道自身的重量，更为严重的阻碍了热风的通过，从而影响生产的运行。

在以往设计中，预热Ⅰ段的热风来自环冷机2段，通过管道进入到预热Ⅰ段上罩内；抽风干燥段的热风来自链箅机预热Ⅱ段，通过回热风机及管道进入到抽风干燥段内。

在中阳球团厂的设计中，中冶北方进行了热风管道的修改。通过热风管道的改造将部分应该进入到抽风干燥段内的热风引入预热Ⅰ段上罩内，引入的位置在抽风干燥段和预热Ⅰ段链接处。通过改造，可以使预热I段上罩靠近抽风干燥段的温度略高于抽风干燥段内温度，有效降低了生球在预热Ⅰ段和抽风干燥段的连接处发生爆裂的风险。图7为链箅机预热I段和抽风干燥段上罩风管改造图。

1—链箅机预热Ⅰ段上罩风管；2—抽风干燥段上罩风管；3—抽风干燥段进入预热Ⅰ段的热风管道

3 环冷机4冷段废气零排放的设计

在以往的设计中，环冷机4冷段的废气有的是直接排放，有的是先除尘后排放。随着环保和节能减排要求的日益严格，在本设计中，环冷机4冷段的废气通过管道引入到环冷机2冷段鼓风冷却风机的进口，将环冷机4冷段的废气作为环冷机2冷段的冷媒。

环冷机4冷段风管从环冷机上罩引出，风管上设计由两个阀门(一个为可调节型，一个为开闭型)和一个放散管道。放散管道由开闭型阀门控制，当生产初期调试时关闭可调节阀门，打开开闭型阀门，将环冷机4冷段废气通过放散管道排放至大气内；当正常生产时，关闭开闭型阀门，打开可调节阀门，环冷机4冷段废气由环冷机2段冷却风机抽进风机，进而鼓入环冷机2冷却段冷却成品球团。

环冷机2段冷却风机进口管道设计为三通管道，管道一端连接风机进口，一端连接环冷机4冷段废气管道，一端连接风机进口调节阀。生产时，如果出现冷却效果不理想时，通过打开三通管道一端的进口调节阀，将环境中的冷空气抽入风机与来自环冷机4冷段废气混合后进入环冷机2段，混合后的气体不但风量加大而且气体温度也降低了，从而改善冷却效果。图8为环冷机4冷段无外排设计图。

1—环冷机4号冷却风机；2—环冷机2号冷却风机；3—4冷段废气主管道；4—可调节型阀门；5—开闭型阀门；6—放散管道；7—三通管道；8—风机进口调节阀

4 热风管道上在线排灰的设计

球团在链箅机内爆裂后，会在链箅机预热段及回转窑内产生大量的粉尘，这些粉尘通过热风被带入各个热风管道内。管道内的风速过低的话，风中的灰尘会沉积在管道内，久而久之积灰越积越多，灰尘堵塞管道，管道内通过的热风量减少，从而影响正常的生产。

在设计中，从理论上优化热风系统的设计，减少生球在链箅机里爆裂，从而降低管道内的粉尘量；同时在热风管道的设计中增加了在线排灰系统的设计，通过排灰系统可以及时有效的将管道内的积灰排放出去。

在排灰系统布置的选择上，从理论+现场实现出发，选择了环冷机2段至链箅机预热I段的热风管道，链箅机预热II段至链箅机抽风干燥段的热风管道。这两段管道灰尘量比较大，所以排灰系统尽量多布置一些。

排灰系统由排灰溜槽，排灰管道，手动插板阀和双层泄灰阀组成。图9为排灰系统图。

1—排灰溜槽；2—排灰管道；3—手动插板阀；4—双层泄灰阀图9 排灰系统图

5 链箅机预热段侧墙耐火材料的设计

5.1 链箅机预热段侧墙耐火材料的设计

链箅机预热段分为Ⅰ，Ⅱ两段，预热I段内温度为～700 ℃左右，预热Ⅱ段内温度为～1000 ℃左右。特别是预热Ⅱ段前端靠近回转窑的区域，是高温烟气冲刷最厉害的地方，所以耐火材料的耐磨性、保温性就显得十分重要。

在设计中，链箅机预热段侧墙采用单层硅酸钙板+单层轻质耐火砖+重质浇注料的组合形式。单层硅酸钙板导热系数很小，作为隔热材料可以有效阻碍热量的散失；单层轻质耐火砖有一定的强度和较低的导热系统，所以生产中既可以保护硅酸钙板不受热气的冲刷，又可以作为隔热材料使用；重质浇注料具有很高的强度及耐腐蚀性，它布置在耐火材料砌筑的最外层，直接与热气流接触。图10为链箅机预热段侧墙耐火材料砌筑图。

1—链箅机侧墙钢板；2—硅酸钙板；3—轻质耐火砖；4—重质浇注料图10 链箅机预热段侧墙耐火材料砌筑图

5.2 环冷机给料斗耐火材料的设计

环冷机给料斗是受高温球团冲刷最严重的部位，耐火材料的选择与砌筑形式直接关系到给料斗的使用寿命。所以在本次设计中，对环冷机给料斗耐火材料的设计也进行了优化整改。

环冷机给料斗分为两个部分，一部分只有热风通过，没有高温球团的冲刷，所以这部分在设计中采用的是预制砖和浇注料的复合砌筑形式；另一部分为高温球团落料区，该区域在生产中受到高温球团的冲刷，所以耐火材料选择的是高玉材质，砌筑形式选择多用刚玉制耐火砖，刚玉制浇注料仅用于填缝。在给料斗落料区底部托板处设计不锈钢防砸块。给料斗两部分之间有一道分隔墙，内部通风冷却，顶部设计预制砖防砸块，通风的一侧为预制砖和浇注料的复合砌筑结构，落料的一侧全为预制砖砌筑。图11为环冷机给料斗砌筑图。

1—刚玉制预制砖；2—刚玉制浇注料；3—不锈钢防砸块；4—给料斗隔墙顶部预制砖防砸块；5—给料斗隔墙

6 总结

中冶北方在中阳200万t链箅机球团项目设计上应用了很多新方法，新思路，实际生产中得到了很好的应用并且取得了良好的效果。球团厂在2021年8月投产，投产的第三天便顺利达产且球团矿指标完全满足生产要求。中冶北方在这些新工艺中申请了相关的专利，并成功得到了授权，在将来的球团厂设计中会有更多的应用。

随着国家对环境保护，节能减排的政策日益严格，球团厂在设计中还有很多值得去深究的地方。如何强化鼓风干燥段的干燥能力，如何做到回转窑低氮燃烧，带式焙烧机在中国钢厂的应用，这些领域都是今后中冶北方在球团领域研究的方向。