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1、竖炉球团工艺的发展与展望feigeoer摘要:阐述了竖炉的分类形式及工艺特点,介绍了目前我国竖炉球团生产存在的问题,并从竖炉球团生产设备、技术及工艺等方面介绍了竖炉生产的最新发展概况，包括竖炉炉型、生产用料及生产工艺的改进。对未来竖炉球团生产的发展方向做了展望。关键词：竖炉；竖炉球团；生产设备；生产工艺；竖炉炉型DevelopmentandProspectsofShaftFurnacePelletsAbstractTheclassificationandfeaturesoftheshaftfurnacearereported,andtheexistingproblemsinChinasshaf
2、tfurnacepelletproductionareintroduced.Thelatestdevelopmentsoftheshaftfurnaceproductionareintroducedfromtheequipment,technologyandotheraspects,includingthemodificationoffurnace,productionmaterialsandproductiontechnology.Atlast,thedevelopmentdirectionoftheshaftfurnacepelletproductioninthefuturearestat
3、ed.KeywordsShaftfurnace,shaftfurnacepellet,productionequipment,productiontechnology,furnace钢铁产品是人类社会最主要的结构材料,也是产量最大、覆盖面最广的功能材料。在可预见的未来,钢铁产品仍将是一种非常重要且不可替代的材料。近年来,随着我国经济的快速稳定增长,钢铁工业得到了前所未有的发展,2005年我国粗钢产量已突破3亿吨,其中绝大部分来自高炉一转炉流程。高炉炼铁工艺历经数百年的发展,工艺已日趋成熟。目前国内生产球团矿的主要方法是采用竖炉、带式焙烧机、链薨机-回转窑三种工艺方法。这其中又以竖炉工艺发展最早
4、，使用最为广泛。一、竖炉分类形式及其发展竖炉是焙烧球团矿最早采用的一种设备(始于1947年)。因其工艺设备简单,投资少,热效率高,操作维护方便,因而在球团生产工艺发展史上起到了先驱作用O竖炉结构型式上分为矩形竖炉(SP)与环形竖炉(TCS)o竖炉从焙烧面积上分为三类：(1)小型竖炉，焙烧面积小于8帆2；(2)中型竖炉，焙烧面积816w2；(3)大型竖炉，焙烧面积不小于16机2。我国现有球团竖炉30多座,其有效焙烧面积为5,8,10,16帆2,球团厂的规模各不相同，不过决大多数是中小型竖炉，对竖炉大型化研究很少。竖炉大型化是竖炉生产能力的外延扩张，一个具有高的利用系数、大的焙烧面积、高效低耗的竖
5、炉，将是其今后的发展方向。1,1二、竖炉球团法工艺特点竖炉焙烧工艺是世界上最早采用的球团焙烧方法。其生球的干燥、预热、培烧、冷却都在一个竖炉内来进行和完成。下面简单介绍两种竖炉各自的工艺特点。1、矩形竖炉(SP)生产工艺特点(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竖炉很难处理赤铁精矿。磁铁精矿在焙烧过程中发生氧化，球团矿会发生增重而导致铁品位降低。(4)由于高温或炉料发
6、生变化，竖炉内很容易形成熔融状大块，严重时则发牛结炉期:他2：环形竖炉(TCS)生产工艺特点(1)采用双层焙干床，烘干面积比矩形竖炉大一倍以上，因而可提高料柱透气性，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。环型竖炉的结构特点，强化了边缘效应，竖炉大型化问题可得到较好解决。(3)各砌体为环形，不易扭曲和倒塌。(4)自立式炉体，总高度比矩形竖炉降低一半。(5)总投资比同规模矩形竖炉可节省1/3以上。(6)由于环型竖炉柱透气性好，煤气和风压力比矩型竖炉低40%,因而电耗低。三、国内竖炉球团生产现状及问题分析我国球团生产始于19
7、68年济钢建成的8阳2竖炉，70年代，杭钢、英钢、唐钢等相继建成8,/竖炉。从球团生产工艺看，我国球团发展较快，但由于缺乏生产经验，建成的球团厂总是存在一定问题而不能达产。进入80年代，由于杭钢和济钢竖炉专有技术的发明以及用膨润土取代消石灰作为粘结剂获得成功，我国的竖炉球团生产才得到了较快发展。进入90年代末期，全国已有25座竖炉投入生产,同时本钢16TIZ竖炉的投产标志着我国竖炉实现了大型化。进入21世纪，又有成钢、重钢、马钢、湘钢、涟钢、安庆铜矿等竖炉也投入运行，我国的竖炉球团生产取得了长足进步。我国球团竖炉的特点是在炉内设有导风墙，在炉顶设有烘干床，并用高炉煤气作燃料。工业竖炉测试研究结
8、果表明，球团竖炉内横向温度分布不均，纵向温度分布也不合理，影响球团矿产量和质量。目前我国竖炉球团存在如下问题：(1)焙烧制度不合理。竖炉内球团的氧化在焙烧带和均热带中都有相当程度的进行，造成均热带中部出现第二次炉温高峰。根据实验室研究结果，球团的氧化过程除与温度有关外，气氛对氧化过程的影响也很大，气氛中含氧气越多，J(2)气流分布不均匀。实验室模拟试验发现，预热带和焙烧带气流分布不均匀。由于墙外风和燃烧废气在料层中垂直相交，两股气流相互作用，使燃烧废气集中在炉墙侧，而上行的墙外风集中在导风墙侧，其结果使沿炉膛宽度的温度分布极不均匀。可以推断，用高炉煤气作燃料的竖炉，废气含氧量低，球团氧化过程必
9、须借助墙外风的作用，故炉内气流分布和温度分布的不均匀性将更加严重。(3)冷却带冷却负荷大。用高炉煤气作燃料时，氧化带下移，炉内气流分布不均，降到冷却带的球团温度高，且温度不均匀，冷却带冷却负荷大。(4)操作手段不完善，炉型结构不合理。在使用高炉煤气作燃料时，墙外风是决定焙烧制度是否合理的重要因素，但目前球团竖炉操作尚无控制墙外风量的调剂方法。墙外风量由炉型结构和生产条件等决定。尽管墙外风严重干扰了炉内气流分布和温度分布，但是炉型设计上还没有采取有效措施来解决这一问题。综上所述，目前球团竖炉焙烧制度不合理，气流分布和温度分布不均，以及热工制度不合理和缺少有效的操作调剂手段等，限制了强化焙烧的发展
10、。四、国内竖炉球团生产的新发展1、竖炉炉型改进(1)导风墙改进导风墙是我国竖炉结构的一项独创性改革，是由耐火材料砌成的空心墙体。它缩短了冷却风的通道路径，即绝大部分冷却风走“短路”从导风墙通过，直达炉口，从而使冷却风的风量大幅度增加，一方面提高了熟球的冷却强度，有利于熟球冷却；另一方面，避免了冷却风进入焙烧段而降低焙烧段的温度，导风墙曾经使竖炉生产受益匪浅。但是随着竖炉生产的不断进步，利用系数不断提高，导风墙寿命已成为制约竖炉生产能力发挥的关键因素。有些厂家导风墙平均寿命只有3个月，而砌筑导风墙更换水冷大梁至少需要4天时间，严重影响了竖炉的作业率。导风墙一般采用标准砖砌筑，砖宽度为55Omm,
11、其稳定性差，膨胀率大，容易剥落磨损，针对这种情况，南钢发明了竖炉导风墙专用异型砖，异型砖的宽度为780mm,有凸凹面并且中心有通孔。采用这种带子母扣的耐磨异型砖砌筑的导风墙，提高了墙体的整体性、稳定性、耐磨性、抗剥落能力和抗压强度。另外有些厂家还采取增大导风墙与炉体之间的膨胀缝等措施，个别厂家增大到70m左右；也有厂家在导风墙与端墙搭接处预留IOmm左右的缝隙，这两种措施都可以解决由于导风墙砌筑不垂直引起的搭接不上问题，同时也可以起到膨胀缝的作用。通过上述几方面的改造，导风墙的寿命有较大幅度的提高。(2)水冷大梁改进水冷大梁承载导风墙的全部重量。由于水冷大梁载荷大、工作温度高，所以容易氧化、变
12、形。水冷大梁变形后导致导风墙中心挤压、变形、甚至崩塌。针对这种情况，有些厂家采取了增大水冷大梁的宽度和高度、增大水冷管的直径和增加钢板厚度等措施，以缓解水冷大梁的下挠变形。随着导风墙的加宽，水冷大梁的宽度由原来的55Omm增大为780mm；水冷管原来有8根121mm的无缝钢管，南钢将其改为12根168mm的无缝钢管。太钢等厂家还采取了将水梁弯管错接的方法，这样可以减小水循环的阻力。这些改进大幅度提高了水冷大梁的刚度、强度和耐磨性，延长了水冷大梁的寿命。(3)烘干床改进在竖炉生产中，干燥带是至关重要的。生球一般含水815%左右，干燥带的功能就是脱去生球中的水分，在脱水过程中生球变得很脆弱，强度很
13、低，生球的内部产生了蒸汽，特别是生球的闭气孔中产生了蒸汽压，这是生球爆裂的根本原因。生球爆裂后产生的大量粉末，将堵塞料层的孔隙，致使竖炉内压力增高、炉况恶化。生产实践证明，增大烘干床面积是防止生球爆裂最有效的方法。近几年，济钢、唐钢等厂家先后对竖炉进行了改造，改造后都不同程度地增大了烘干床面积,烘干床面积是焙烧面积的210214倍。烘干床面积的增大，使分布在烘干床上的生球量增多，可以采取薄料层操作，改善了料层的透气性，降低了该区域的温度，同时也减缓了气流速度，使生球的爆裂状况得以改善。这不仅有利于理顺竖炉内气流分布，而且有利于温度均匀分布，从而竖炉稳定顺行，球团矿的质量也随之提高。另外，烘干床
14、篦条也出现了新的结构型式一一百叶窗式，百叶窗式篦条由球墨铸铁铸成，增大了烘干床的透气性，延长了篦条使用寿命。(4)改变冷却风管道位置由于竖炉烘干床温度较高，球团爆裂严重，熟球筛下物多，并且电振排料处有漏风现象。针对这种情况，唐钢将冷却风管道中心线上移700mm,以减少下部漏风，并且使进入导风墙的冷风量增加，加大了冷却带的冷却强度，降低排料温度。同时，缩短了冷风进入导风墙前所经路径，使进入导风墙的冷风温度降低,从而降低了烘干床温度，减少生球爆裂。2、竖炉生产工艺的改进(1)配加炼钢污泥由于炼钢污泥含有较多的氧化钙，可以取代部分熔剂，并且粒度较细，0.074mm的占80%左右，粘结性能好，能改善物
15、料的成球性。生产实践证明，在竖炉生产中配加炼钢污泥，不仅降低了膨润土消耗量，提高球团矿品位，降低二氧化硅含量，改善球团矿的冶金性能，使球团矿更适合高炉冶炼的要求，并且降低了球团矿的工序能耗。(2)使用有机粘结剂国外球团矿生产中所用优质膨润土粘结剂的用量一般在0.71.0%,低的只有0.230.41%,用量虽少，但功效明显，大大改善了生球质量，满足焙烧过程的需要。而我国球团生产中，膨润土用量一般在2.8%以上，高者达到5%6%,个别厂家达到9%,大大降低了成品球团矿的品位。生产实践证明，在球团生产中每增加1%膨润土，球团矿品位降低0.66%,因此减少膨润土用量是提高球团矿品位的中心工作。选用质量
16、高并与铁精矿成球性相适应的膨润土，是降低膨润土用量的办法之一，但是降低幅度不大。近几年，包钢、凌钢、安阳和鞍钢采用了以膨润土为主配加KLP有机粘结剂的技术，可以较大幅度地降低膨润土用量，如包钢球团厂使用0.6%KLP有机粘结剂可以取代1%膨润土，凌钢球团厂使用08%0KLP有机粘结剂可以取代1.5%膨润土，并且均取得了可观的经济效益。目前又研制出一种新型KLP有机粘结剂，其价格更便宜，可以在不增加成本的情况下完全取代膨润土，它的出现为提高球团矿品位，降低膨润土消耗提供了物质基础。(3)加强对精矿粉的粒度控制国外用于生产球团矿的精矿粉粒度一般为0.074mm占90%以上，而我国铁精矿普遍较粗，粒
17、度一般为0.074mm占70%左右。较粗的铁精矿很难造出优质生球，必然引起成品球团矿抗压强度的下降，以及由于表面粗粒矿粉的摩擦脱落，导致球团矿的抗磨指数不好。为了提高生球强度，只好大量配加膨润土，致使球团矿品位变得更低，引起球团生产的恶性循环。（4）控制烘干机出口处精矿粉水分由于精矿粉含水量较大，在配料前要经过烘干机烘干，以利于精矿粉与膨润土均匀混合。南钢竖炉球团厂和首钢矿业公司球团厂（迁安）采用了数字设备厂研制的MT系列接触式散料测水仪，在线监测烘干机出口处精矿粉水分，其范围为5.5%6.1%,以利于混匀和打水造球，提高了生球质量的稳定性，为进一步改善球团矿的质量奠定了基础。3、竖炉生产工艺
18、流程的改进我国传统的竖炉球团工艺流程为：配料、圆筒混合干燥、圆盘造球、陶瓷圆辑筛、竖炉、链板机、成品筛分（烧结）、高炉。随着现代高炉炼铁的发展，为了给高炉冶炼提供质优价廉的球团矿，改造和完善传统生产工艺，确有必要。新工艺简要介绍如下：（1）精矿干燥脱水的设置从矿山运往厂区的精矿粉，一般含水为10%12%。含水量过高的精矿进入配料室，一是无法实现电子皮带秤自动配料与调整；二是膨润土添加剂难以混匀；三是无法造球。因此，除北方外，精矿粉进厂后应先进行干燥脱水，然后进入配料工序。配合料的热损失可在后续工序补充。（2）电子皮带秤配置我国多数竖炉球团厂（包括近几年新建的球团厂）的配料，仍采用人工跑盘的方式
19、。由于配料误差大，劳动强度高，且过于原始，已不适应生产率发展的需要。用电子皮带秤配料，则可克服以上缺点。若能严格控制进入配料室的精矿中水分，使之低于10%,电子皮带秤配料便可实现。（3）混料工序的配置精矿与添加剂混合效果的好坏，关系到混合料的成球性和生球的质量指标。原工艺采用圆筒混合机，即干燥混匀为一体，因此混匀效果差，膨润土配量大，一般为2.0%3.5%,既造成球团矿的品位下降，同时导致生产成本升高、经济性差。采用新混合工艺，即配合料润磨f强力混合f圆筒混合三次混匀工艺,能把膨润土的添加量降至L0%左右，可明显提高球团矿的质量，使企业长期受益。配合料的润磨由于矿山提供的精矿粉粒度较大，给球团
20、厂生产带来了困难。究其原因，一是矿山不景气造成生产设备陈旧；二是磨矿过细,选别难度增大而造成成本升高。因此，球团厂不得不增加膨润土的用量。为了降低膨润土的添加量，在配料后面增设润磨工艺是必要的。润磨机的主要作用，一是增加铁精矿粉的磨矿细度，改善混合料成球性能，降低添加剂用量；二是起到一次预混合的作用。强力混合强力混合机在国外球团厂普遍被采用，我国几乎没有使用这种设备的厂家。强力混合机的主要优点是：生产能力大，有效生产能力可达400th；膨润土分布均匀，可大大降低膨润土的添加量（国外膨润土用量为0.5%0.7%）；混合料的化学成分和水分分布均匀，无积水或有害滴水;可提高生球的强度。综上可见，对混
21、合料进行第二次强制性混匀是必要的。润磨后面增设强力混合工序，不仅有利于各组分的均匀分布，且可降低膨润土的用量。圆筒混合机多年来圆筒混合机是我国竖炉球团生产过程中不可替代的设备。其优点是可起到混合和干燥脱水的双重作用。其缺点是各组分难以做到充分混匀，同时受干燥脱水指标的限制，竖炉的生产潜力不能获得进一步发挥。新工艺流程保留圆筒混合机，是因为考虑到这种设备在此还有多种选择：可作为第三级混匀设备用；当精矿含水量较高，可作为继续干燥脱水用；当混合料水量较低而料温低时，可利用竖炉富余蒸汽,通过它来预热混合料，因此仍可发挥一机多能的作用。(4)圆盘造球机的合理配置圆盘造球机是球团矿生产的关键设备。圆盘造球
22、机的大小、台数、转速和倾角，应视竖炉规模大小来确定。(5)生球筛分要获得优质的球团矿,就必须把好生球筛分关。新工艺流程中增设二级筛分,正是出于此种考虑。目前国内绝大多数竖炉球团厂都采用一级筛分，这是套用原工艺流程的结果。由于一级筛分只能筛去直径小于7mm的部分小球，而直径为1680mm的大球不能从合格生球中分离，这部分大球不仅影响竖炉的操作过程，更重要的是无法烧透而导致强度极差。这种大球进入高炉，将受到炉料挤压破碎以及还原膨胀粉化的影响，导致高炉料柱透气性恶化，造成炉况不顺。因此，近年来有少数球团厂试图在原工艺流程上再增设一级筛分，但由于受场地和技术方面的限制，而未获成功。由此可见，生球筛分增
23、设第二级筛已迫在眉睫。要注意的是，对生球的筛分最好不采用双层筛，原因有三：一是检修更换陶瓷辑困难；二是空间落差大，生球易破损和变形；三是三级料流汇合一处,皮带机相互交接困难。因此，最佳选择是在设计中考虑两级相距交接。(6)球团矿的冷却球团矿的冷却是众多厂家最头痛的问题。由于竖炉排矿温度高(500700),因而不宜采用皮带输送，最传统的方式是采用链板机+钢丝网带机输送，并采用链板机+炉外竖冷器、带冷机和炉内二次冷却器进行冷却。这些冷却方式至今还未从根本上解决球团矿冷却的问题。(7)球团返矿在我国众多球团厂的成品球筛分过程中，筛下物(返矿)都作为废弃物送烧结，但位于矿山的球团厂，因远离大中城市的烧
24、结厂，其返矿运费同卖价持平，无利可图，故返矿堆积如山，至今还未开发利用。为了解决球团返矿再生利用问题，增设返矿球磨工序，把返矿细磨至满足造球的要求，既可解决返矿积压矛盾，又可补充精矿来源不足，作为再生利用资源。五、国内竖炉球团技术的发展方向1、降低膨润土用量，提高球团矿品位(1)铁精粉状况及膨润土使用情况D铁精粉现状我国铁矿球团生产所用原料长期存在的较突出问题有以下几方面：铁精粉粒度粒粗。根据对全国相关球团厂的统计表叫，铁精粉一200目粒级仅为65%左右。铁精矿品较低。全国球团厂铁精粉的含铁品位平均仅为64%左右。二氧化硅含量较高。全国球团厂铁精粉的二氧化硅的含量平均为6%左右。2)膨润土用量
25、情况,据不完全统计，我国生产铁矿球团的企业膨润土的平均配加量为4%左右，与国外低于1%的水平相比差距是相当明显的。由于膨润土用量偏高而造成的经济损失也是相当惊人的。因此，在工艺上设置了润磨这道工序。润磨机在正常运行的情况下，膨润土配加量为L8%左右，而润磨机停止运转时，膨润土配加量高达4.5%左右Q(2)降低膨润土用量，提高球团矿品位的对策D增添润磨设备目前，就我国铁精粉状况而言，要实现球团原料的精料化，主要是要对铁精粉进行细磨，提高铁精矿的细粒级含量和品位。针对此种情况，应在球团厂增添润磨设备。目前，国内部分球团厂家，如济钢、南钢等都设置了润磨工艺。2)采用优质膨润土球团厂应把好进厂膨润土的
26、质量关。在目前球团用膨润土质量标准不确定的情况下，进入球团厂的膨润土应严格把好质量关，选用优质膨润土。在这方面，可以进行造球试验，确定膨润土的优劣。在不进行造球试验的情况下，对进厂的膨润土一家一家使用，确定其质量优劣，进行取舍。四2、采用赤铁精矿竖炉球团主要原料是磁铁精矿。磁铁精矿在焙烧过程中发生氧化，球团矿会发生增重而导致铁品位降低。为了实现炼铁的精料化，提高球团矿的品位，有效措施之一是采用高品位的赤铁精矿。国内有的球团厂家如济钢、马钢等目前都配有一定比例的赤铁精矿。由于竖炉本身的结构与供热方式，使得竖炉只能以磁铁精矿作为主要原料，能配加多大比例的赤铁精矿还是一个待探索的问题。3、使用二次含
27、铁原料，降低球团矿成本基于国内现有的精矿资源，在竖炉球团生产中配加一定比例的二次含铁原料可以缓解资源的紧张局面，同时，也很好地消化了企业所产生的废弃物，具有很明显的环保意义。六、结语在全体冶金科技人员的共同努力下，我国的竖炉球团生产设备和工艺取得了长足的发展和进步,球团生产的质量得到了极大的提高。随着计算机技术的发展,竖炉球团工艺将更多地运用计算机技术，以实现自动控制和管理，更大地提高球团生产的质量和生产率。参考文献：1曹立刚.球团技术的展望J.球团技术，2003.42张一-解.球团理论与工艺M.北京：冶金工业出版社，19973汪琦，马兴亚，孙家富，陈宝剑.竖炉球团存在的问题及发展方向探讨J.烧结球团，2000.54唐云祥.南钢竖炉导风墙的设计J.烧结球团，1999,24(2)：242715连晓钢.太钢峨IJ球团厂2号竖炉大修技术改造J.烧结球团，2000,25(5)：505116李朝晖.论提高球团矿品位与经济效益J.烧结球团，1998,23(6)：121317彭志坚.改进园盘造球机工艺性能的研究J.钢铁研究，2002,(3)8彭志坚，陈铁军.竖炉球团生产工艺研究J.武汉科技大学学报(自然科学版)，2002.99傅菊英，提高球团矿品位全面贯彻高炉精料方针J.烧结球团，2002.510许满兴，发展我国铁矿球团的原料及对策J.球团技术，2002.1
