链篦机—回转窑生产过程热状态工艺优化

刘建华

回转窑球团产线中链篦机回转窑环冷机各部温度优化控制是提高球团产质水平的重要环节。宣钢通过对球团产线工艺系统全面跟踪，对关键工艺数据反复摸索，进行了造球前原料稳定性优化，造球工艺优化，链篦机烟罩隔墙改造，环冷机隔墙改造及用风优化，提升了球团工序能力及产质量水平。

1 链篦机焙烧室温度优化

（1）球团矿在链篦机上的焙烧过程中，借助回转窑的热废气，通过内部循环，完成生球的脱水干燥、预热和氧化，温度梯度明显，干燥的目的是使经干燥的球团能够安全承受预热阶段的较高温度下的内应力，干燥段主要是生球水分蒸发，部分结晶水分解，系统脱水80%主要发生在干燥段。生球干燥后，在进入焙烧之前，存在一过渡阶段，即预热阶段，球团矿在预热阶段的焙烧对成品球的质量和产量都有重要的影响，预热段主要发生磁铁矿氧化成三氧化二铁碳酸盐硫化物分解，氧化，硫化物的煅烧等，干球氧化55%～70%在预热段，氧化对于球团矿的机械强度和还原性状具有决定性的影响。

1#回转窑链篦机机头球亚铁高，主要原因是链篦机预热段短，有效焙烧面积少，球团矿在链篦机预热段氧化不充分，机头氧化亚铁在8.5%。生球必须经过干燥，因为预热阶段的温度往往高于生球破裂温度。未经干燥的生球直接进入预热阶段，其结构会受到破坏，使球层透气性恶化，给预热焙烧工序带来困难，最终导致生产率降低，成品球质量不均匀。

所谓生球破裂温度，即生球干燥时结构遭到破坏时的初始温度。生球结构破坏形式有两种，其一是生球表面出现裂纹；其二是在干燥过程中整个生球炸裂散开。生球表面产生裂纹时的初始温度称为裂纹温度，生球炸裂散开时的初始温度称为爆裂温度。生球湿度高于最大吸附水时，爆裂温度高于裂纹温度，生球湿度介于最大吸附水和裂纹毛细水之间，生球爆裂温度和裂纹温度重合。不管生球产生裂纹还是炸裂，在干燥过程中都应该尽可能避免这种现象出现。

（2）根据生产实际情况，跟踪1#链篦机卸灰阀各个灰箱返料情况，在干燥段第2个风箱开始出现生球爆裂，因此调整干燥一段和干燥二段隔墙窟窿大小。生球在链篦机中经过干燥、预热，使生球脱去水分，形成一定强度，从而满足在回转窑中进一步焙烧的要求。预热球强度差，进入窑内会形成粉末，最终影响成品球团矿的质量。

一直以来，1#回转窑的成品球团矿抗压与2#回转窑相比较差，其中很重要的原因是1#链篦机干燥一段温度高，生球干燥效果不好，存在生球爆裂现象；预热段高温时间短，造成球团矿在链篦机氧化不充分，链篦机机头球氧化亚铁高，因此对干燥一段与干燥二段隔墙孔进行部分封堵，降低干燥一段温度，降低环冷机隔墙高度，阻止环冷3段冷风窜到2段，有效利用环冷机二冷段回热风，合理布置链篦机各段温度；2#回转窑链篦机分4段，各段风箱分布数量干燥1段3个，干燥2段2个，预热1段2个，预热2段7个。1#回转窑链篦机分3段，各段风箱分布数量干燥1段4个，干燥2段4个，预热段5个。链篦机隔墙改造前，1#窑干燥1段焙烧时间5.7min，干燥2段焙烧时间5.7min，预热段焙烧时间7.15min，2#窑干燥1段焙烧时间4.22min，干燥2段焙烧时间2.8min，预热1段焙烧时间2.8min，预热2段焙烧时间9.35min，1#回转窑干燥段长，预热段短，生球在温度较高的预热段运行时间短，导致生球预热效果差，强度低。增加预热段长度会改善预热球的强度，同时也有利于产量提高。

球团1#链篦机共13个风箱，链篦机有效焙烧长度39m，分干燥一段（4个风箱）、干燥二段（4个风箱）、预热段（5个风箱），其中干燥一段12m，干燥二段12m，预热段15m。

2#链篦机共14个风箱，链篦机有效焙烧长度41m，分干燥一段（3个风箱）、干燥二段（2个风箱）、预热一段（2个风箱）、预热二段（7个风箱），其中干燥一段9m、干燥二段6m、预热一段6m、预热二段20m。

1#链篦机速度按2.1m/min测算1#链篦机各段焙烧时间：干燥一段，风箱4个，长度12m，焙烧时间5.7min，干燥二段风箱4个，长度12m，焙烧时间5.7min，预热段风箱5个，长度15m，焙烧时间7.15min，1#链篦机有效焙烧长度39m，风箱13个，焙烧时间18.55min。

测算2#链篦机各段焙烧时间：干燥一段，风箱3个，长度9m，焙烧时间4.2min，干燥二段风箱2个，长度6m，焙烧时间2.8min，预热段一段风箱2个，长度6m，焙烧时间2.8min，预热段二段风箱7个，长度20m，焙烧时间9.35min，2#链篦机有效焙烧长度41m，风箱14个，焙烧时间19.17min。

球团矿在1#链篦机干燥段焙烧时间比在2#链篦机干燥段焙烧时间长4.38min，球团矿在1#链篦机预热段焙烧时间比在2#链篦机预热段（预热一段+预热二段）焙烧时间短5min。

为使球团矿在1#链篦机上焙烧更加合理，可对1#链篦机焙烧各段进行2种方案改造：

方案1、一期干燥二段减少1个风箱增加到预热段，1#链篦机各段焙烧时间：干燥一段，风箱4个，长度12m，焙烧时间5.7min，干燥二段风箱3个，长度9m，焙烧时间4.28min，预热段风箱6个，长度18m，焙烧时间8.57min。

方案2、将一期干燥一段、干燥二段、预热段改成干燥一段、干燥二段、预热一段、预热二段：干燥一段，风箱3个，长度9m，焙烧时间4.2min，干燥二段风箱2个，长度6m，焙烧时间2.8min，预热段一段风箱2个，长度6m，焙烧时间2.8min，预热段二段风箱6个，长度18m，焙烧时间8.57min。

方案1改造后较改造前，球团矿在1#链篦机预热段焙烧时间将延长1.42min，方案2改造后较改造前，球团矿在1#链篦机预热段焙烧时间将延长4.27min。方案1改造容易实施，改造费用低，方案2改造难度大，不易实施。

采用方案1，对干燥2段与预热段之间旧隔墙拆除，在旧隔墙北边也就是干燥2段方向3m处新建隔墙，预热段长度增加3m。下部风箱热风走向也做相应改造：耐热风机热风主管与主抽风机热风主管相连，在改造的风箱支管北侧热风主管内砌墙进行封堵，由之前连接主抽风机主管道改为连接耐热风机主管道。由于预热段与干燥2段烟罩顶部有高度差，隔墙拆除后，在原隔墙顶部位置容易造成耐材塌落，使链篦机烟罩顶部烧损，热量损失。将预热段与干燥2段烟罩顶部之间按15度角平缓过渡，有效防止因耐材脱落造成烟罩顶部烧损。

改造后，链篦机各段温度趋于合理，预热段温度基本持平，改造前、后链篦机各段烟罩温度对比，改造前干燥一段烟罩280℃～310℃，干燥二段烟罩700℃～980℃，预热段烟罩1020℃～1050℃，改造后干燥一段烟罩230℃～270℃，干燥二段烟罩650℃～800℃，预热段烟罩1020℃～1050℃。改造前、后链篦机风箱生球爆裂、机头亚铁对比：改造前干燥一段2#风箱爆裂生球比例44%，干燥一段3#风箱爆裂生球比例40%，机头球Fe08.5%，改造后干燥一段2#风箱爆裂生球比例32%，干燥一段3#风箱爆裂生球比例25%，机头球Fe07.4%。

经测算生球在链篦机预热段运行时间增加1.42min，通过观察，机头铲料板处黑球明显减少，减少了黑球入窑，为窑内更好进行焙烧氧化奠定了基础。预热球强度和成品球团矿强度均有所提高，产量水平较改造前有所提升。改造前、后机头、窑头、成品球抗压强度对比。改造前机头球抗压783N窑头球抗压1143N成品球团矿抗压2576N改造后机头球抗压938N窑头球抗压1318N成品球团矿抗压2610N。

2 环冷机隔墙改造及用风优化

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，它虽然不直接作用焙烧固结过程，却极大地影响固结的结果，过快的冷却速度，造成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℃/min～80℃/min时球团矿强度最高，既能满足球团矿强度也能达到球团矿冷却效果，球团矿冷却，还能有效的利用废气热能，节省燃料，被加热热空气可返回干燥二段，作为干燥二段的热介质。

改进如下：

（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，可以有效防止风箱间的窜风，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）环冷机一冷段回热风作为回转窑二次风回到回转窑内，为回转窑提供热量，环冷机二冷段回热风回到链篦机干燥二段，为链篦机干燥二段提供热量，因此提高环冷机布料厚度，可有效提高环冷机一冷段和二冷段温度，生产工艺系统热循环利用更加充分合理，环冷机布料厚度由550mm提高至650mm，平料坨刮料，保证布料平整。环冷机料层厚度在满足冷却效果的前提下，机速适当降低，增加厚度，降低冷却速度，促进球团矿的再次氧化和强度的提升。

通过调整，环冷一段温度由950℃～1020℃提高到1000℃～1050℃，环 冷 二 段 温 度 由580℃～720℃提 高 到650℃～750℃；环冷一段压力2.1kp～2.5kpa，环冷二段压力2.0kpa～2.4kpa，达到了环冷一二段不串风的效果。

3 造球前原料稳定性优化

成球是将细磨物料加水润湿，在机械力和毛细力作用下滚动而形成一定粒度的生球，造球前原料水分的精确控制及水分稳定性直接影响到生球质量和成球效果。细磨物料能够成球是因为经过细磨的干物料表面都具有较大的自由能。颗粒越细，比表面积越大，其表面自由能越大，从而使其处于不稳定状态。因此，细磨物料具有吸引其他物质，使颗粒相结合，减小其自由能，力求达到稳定的倾向。

对于造球的物料，特别是精矿粉和添加剂，由于都磨得很细，比表面积（所谓比表面积是指单位质量或单位体积的固体物料所具有的表面积）很大，常在1500cm2/g～2000cm2/g范围内，过剩的表面能也很大。这种表面能量的不平衡状态，使其表面具有非常的活性，能吸附周围的介质，从而为生球的形成提供了条件。

细磨物料与水作用的能力也是不同的，那些表面与水的作用力很小，不易被水润湿的物质成为疏水性物质；而表面与水具有很大的结合力，易被水润湿的物质称为亲水性物质。若原料水分不足，生球同样很难长大。因为在成球的初期，矿粒之间毛细水不足，矿粒之间的空隙就可能被空气填充，颗粒之间的结合非常脆弱。不过水分不足的物料，可以在造球时补充加水。若采用过湿的物料，则母球容易相互粘结或变形，而使生球粒度不均匀。同时过湿的生球和过湿的物料，容易粘在造球机上使操作发生困难，轻者破坏母球的正常运行轨迹，重者使母球失去滚动能力，使造球过程无法进行。此外过湿的生球，强度小、塑性大、易变形。在运输和干燥时相互粘结，影响料层透气性，从而影响焙烧过程的产量。

一般矿粉的适宜成球水分是8%～10%，且要求适宜的水分波动范围很窄，一般不超过±0.5%，这样就需要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，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2#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≤3.0kpa及≥12kpa时或一分钟内煤气压力变化超1kpa时报警，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。

（2）针对润磨工序，保证润磨机内钢球高度，提高润磨机处理能力，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6.5±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，造球盘中大量加水不利于成球，盘中易产生泥疙瘩，造球盘内加水量大，生球成球快，生球的质量得不到保证，影响后续生产。通过改变工艺思路，在磨机后带上增加打水管，打水管与皮带运行方向垂直，下部为一排直径3mm打水孔，对精粉进行均匀加水，使造球前原料水分稳定在7.0±0.5%，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，满足后续生产要求。

4 造球工艺优化

生球质量在很大程度上决定着成品球团矿的质量和产量。力求实现生球粒度均匀、机械强度高、热稳定性好、水分适宜。

4.1 造球工艺改进

造球盘的工艺参数有直径、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。倾角过大时圆盘内的物料带不到母球形成区，倾角过小时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，填充率就越大，成球时间就长。通过生产中观察，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46°，旋转刮刀的转速均调整为10转/分，旋转刮刀与底衬的距离调整为30mm～40mm。此外，由于旋转刮刀腿易磨损，掉落，对所有的旋转刮刀焊角钢进行加固，防止刮刀腿掉落，划伤皮带。改进后，出球效果得到了明显好转，落下强度提升到5次～8次，生球流量的稳定性、布料的平整性均得到了提升。

4.2 造球盘加水设施优化

水分在矿粉成球过程中起着重要作用，干燥的细磨矿粉是不可能滚动成球的。如果水分过多或不足，同样也会影响造球的效率和生球的质量。保持适宜的水分是矿粉成球的重要条件和必要条件，细磨物料的成球是细磨物料在造球设备中被水润湿并在机械力及毛细力的作用下滚动成圆球的一个连续过程。干燥的细磨矿粉被水润湿后，按水在矿物表面活动能力的不同具有四种存在形态，即吸附水、薄膜水、毛细水和重力水。吸附水、薄膜水、毛细水和重力水的总含量称为全水量。重力水对矿粒具有浮动作用，在成球过程中起着有害影响，所以只有当水分处于毛细水含量范围内，成球过程才有实际意义。

向造球盘内加水加料是一项重要和复杂的操作。生产过程中水和混合料是分别加入造球盘中的，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。加水方法一般采用“滴水成球、雾水长大、无水紧密”的操作方法，加料方法要符合“既易形成母球，又能使母球迅速长大和紧密”的原则，为此必须把物料加在母球区和长球区，而禁止在紧密区下料。加入水量与生球质量有较大的关系：低于适宜值，成球速度减慢，生球粒度偏小，出球率减少。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，对给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100mm，小皮带下料点到边板距离达到43cm，加水管移动到距离下料点更近的位置，由之前的一根管增加为互相垂直的两根管，成球效果明显得到提升。

经过改进后，生球的落下强度、抗压强度及抗磨性能改善，生球水分由改造前7.8%降低到面前7.2%，生球在链蓖机焙烧过程中，减少了料冷凝水的产生。生球的氧化和固结速度与生球的尺寸有关，由于生球的导热性较差，生球尺寸不宜过大，生球尺寸愈大氧化逾难进入球团内部，致使球团的氧化和固结进行的愈慢愈不完全，球团的氧化和还原时间与球团直径的平方成正比，生球尺寸一般不大于16mm下限按冶炼要求不小于8mm～9mm，最有利尺寸为10mm～12mm.经过以上改造，进一步优化了生球粒级，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，减少了生球在链篦机中干燥、预热时产生的粉末，链篦机布料均匀，生球粒级组成对比，改造前8mm～16mm合格粒级75%，改造后8mm～16mm合格粒级86%，合格粒级提高11个百分点。

通过对造球前干燥煤气压力进行报警、磨后打水的改造，提升了造球前原料的稳定性；对造球设施改进、参数优化，改善了造球的成球效果，提高了生球流量和质量的稳定性；通过对链篦机烟罩隔墙进行改造，增加了高温段焙烧时间，提高了机头球及产品球团矿强度；对环冷机各段隔墙的改造及用风改进，控制了各部回热风梯度。在扣除因环保管控及检修影响停机后，项目实施前后宣钢1#回转窑主要经济指标，2020年平均日产量为2810t，抗压强度为2608n/个球，转鼓强度为95.49%，2021年平均日产量为2930t，抗压强度为2632n/个球，转鼓强度为95.61%。

生球质量的优化、辊筛筛分改进、链蓖机预热段干燥段面积调整、合理参数的匹配调整以及回转窑、环冷机用风的优化，合理利用煤气流量，进一步提升了球团工序能力及产、质量水平。