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带式焙烧机球团新技术研究与应用

2019-11-01

前言

近些年,由于我国铁矿资源的劣、贫、杂、难选化,为提高铁矿利用效率必须进行细磨,导致国产铁精矿细粒度居多,有一半铁精粉适合生产球团矿。另外随着国家持续推动钢铁行业实施清洁生产、超低排放,球团工艺相比烧结工艺更加清洁环保。所以,在高炉炉料中增加球团矿用量,已被各大钢铁企业列入发展规划中。

北京首钢国际工程技术有限公司多年来一直从事球团技术的研究。2000年研发的中国国内第一条链篦机-回转窑球团生产线成功投产,2010年研发的中国第一条大型带式焙烧机球团生产线成功投产,2015年研发的包钢新体系统500万t/a带式焙烧机球团生产线成功投产。在2条大型带式焙烧机技术的基础上,北京首钢国际工程技术有限公司持续创新,在总承包的首钢京唐2#、3#带式焙烧机球团生产线上设计采用了多项新技术。

高炉大比例配加熔剂性球团矿的必要性和发展

2017年中钢协会员单位的高炉炉料结构大致为烧结矿78%、球团矿13%、块矿9%。适宜的炉料结构是高炉生产最优化和低成本化的保证。提高高炉炉料球团矿配比,可提高入炉矿含铁品位、降低吨铁用矿量、降低燃料比、增加产量,还可降低污染物排放、促进炼铁系统节能减排、降低造块工艺烟气治理的费用。

高炉炉渣来自烧结矿、球团矿、块矿、焦炭和煤粉,炉渣碱度一般要求在1.0-1.2。烧结矿碱度一般为1.8-2.2,当球团矿配比在50%左右,球团矿碱度需要在1.0左右,才能达到炉渣碱度要求。因此,高炉采用大比例球团矿炉料结构,需要采用熔剂性球团矿。

2015年12月-2017年9月,首钢京唐多次进行高炉大比例球团(最高55%)+石灰石/钢渣的工业试验,验证了京唐高炉大球团比冶炼的可行性;2018年10月-2019年1月,采用碱性球团+酸性球团+烧结矿+生矿的炉料结构进行了2次工业试验,确定了高炉的炉料结构,找到了碱性球团质量控制的关键;2019年4月26日3号高炉投产以来,球团矿配比逐步提升,最高达59.1%,在此过程中高炉压量关系稳定、炉况持续稳定。目前,首钢京唐3座高炉均采用~53%球团矿的炉料结构,3号高炉利用系数为2.34 t/(m3·d),燃料比为481kg/t,综合入炉矿品位为61.3%,渣量降低至225kg/t。实践证明,球团矿配比提高10%,吨铁约能降低5kg燃料比。

带式焙烧机球团工艺技术特点

球团矿的生产工艺主要有三种:链篦机-回转窑工艺、竖炉工艺、带式焙烧机工艺。我国球团产量链篦机-回转窑工艺约占58.6%,竖炉工艺约占36.0%,带式焙烧机工艺约占5.4%。由于设计及设备制造能力的限制,带式焙烧机工艺在我国的发展相对缓慢。带式焙烧机工艺与链篦机-回转窑工艺的比较,见表1。

表1  带式焙烧机工艺与链篦机-回转窑工艺比较

名称

链篦机-回转窑艺

带式焙烧机工艺

评价

1)

球团种类

     

a)赤铁矿球团

较难

适应

链篦机-回转窑工艺中预热球的转运和回转窑结圈问题,较难适应赤铁矿球团和熔剂性球团;带式焙烧机工艺预热、焙烧段烧嘴的可控性,适用于各种类型的球团

b)磁铁矿球团

适应

适应

c)赤磁混合矿球团

适应

适应

d)熔剂性球团

较难

适应

2)

单机产量

     
 

a)200~600万t/a

满足

满足

世界上已投产球团单机最大产量,带式焙烧机为925万t/a,链篦机-回转窑为600万t/a

 

b)600~925万t/a

不满足

满足

3)

燃料类型

     
 

a)天然气/煤气/混合煤气

适应

适应

链篦机-回转窑工艺适用于所有的燃料条件;带式焙烧机工艺无法采用煤粉,但内配煤量比链篦机-回转窑工艺略高

 

b)燃油/重油

适应

适应

 

c)煤粉

适应

不适应

 

d)内配煤

少量

适中量

4)

燃料消耗

略高

略低

带式焙烧机流程短,台车回温低,无冷却水和冷却风,热利用率更高,燃耗降低5-10%

5)

电力消耗

相当

相当

带式焙烧机料层厚压差大,链篦机-回转窑设备交接处多,漏风较多

6)

成品球质量

     
 

a)抗压强度

满足

满足

带式焙烧机料层厚,上下层球强度有差别,链篦机-回转窑球滚动均匀性强,但球团过于紧实,还原性略差

 

b)空隙率

稍小

稍大

 

c)还原性

正常

稍好

7)

粉尘产生量

偏多

偏少

链篦机-回转窑转接点多,球在窑内滚动

8)

设备维护量

带式焙烧机设备简单,台车在线更换,耐火材料不与球团接触,使用寿命长

9)

作业率

正常

偏高

带式焙烧机作业率能达到95%以上

 

带式焙烧机球团工艺新技术

4.1 熔剂球团技术

1)采用石灰石或消石灰作为熔剂,满足高炉对球团矿碱度的要求。2)采用消石灰作熔剂时,可减少粘结剂用量。3)适宜的焙烧温度比酸性球团矿有所降低,降低NOx的生成量。

4.2 镁质球团技术

1)采用白云石、菱镁石、橄榄石、氧化镁粉等作为镁质熔剂,满足高炉对球团矿MgO含量的要求。2)球团矿内添加MgO,能有效提高球团矿的冶金性能、降低还原膨胀指数、改善低温还原粉化指数;还能降低烧结矿MgO含量,提高烧结机利用系数和烧结矿强度。

4.3 含钛球团技术

1)添加含TiO2的原料,满足高炉对球团矿TiO2含量的要求。2)含钛球团矿会使高炉炉缸和侧壁上形成TiN(TiC)层,由于TiN(TiC)的熔点高达2950℃(3140℃),从而达到护炉效果,提高高炉炉龄。

4.4 先进的自动造球技术

利用专用图像分析软件对摄像仪摄取的生球团图像进行实时分析,自动调整造球相关参数,实现自动造球,保证生球质量,减少劳动定员。

4.5 先进的往复式布料器

1)头部伸缩采用移动小车,采用液压油缸驱动;2)移动小车速度与输送带的带速相匹配,实现单向下料,保证料面平整;3)减少生球转运次数和落差,避免对生球的破坏,提高生球合格率。

4.6 先进的分级布料系统

分级布料辊筛(见图1)技术特点为:

图1分级布料辊筛

1)4m台车仅采用φ85mm的辊子,辊间凹槽浅,筛分效果好;2)辊子采用离心铸造,挠度小、不易变形,生球合格率高;3)辊子表面设置涂层,不易粘料、使用寿命长;4)采用新型侧挡板,不会在辊子表面产生拉沟,辊子使用寿命长。

分级布料(见图2)的优点:1)分级筛分及更大的筛分面积提高粉料的筛分效率;2)提高料层透气性;3)提高单位面积焙烧机的风量;4)缩短反应时间;5)降低燃料消耗;6)提高焙烧机生产能力;7)改善球团矿的物理性能。 

图2 分级布料料层示意图

4.7 先进的厚料层焙烧技术

1)降低料层底部强度低的球团矿比例;2)降低带式焙烧机速度;3)更好地干燥、预热、焙烧和冷却;4)增加产量。

4.8 先进的燃烧系统

1)自动点火,实现在线烧嘴在线启停;2)火焰监测,实现熄火自动识别、自动吹扫,保证生产安全;3)空气过剩系数低至15%以下,降低NOx的产生;4)先进阀组及控制系统,实现单个或单组烧嘴温度自动控制。

4.9 先进的内配燃料技术

采用内配燃料工艺,增加成品球团矿的孔隙率和还原性,降低总燃料消耗、台车篦条的温度和风机的电耗,提高系统的生产能力。这种高气孔率、高还原性的球团矿用于高炉生产,能提高生产率和降低热耗。 

4.10 先进的台车、星轮及弯轨技术

选用性价比高的材质,适应焙烧机高温、热交变等工况要求,设计出合理的台车结构,有效提高台车的使用寿命,仅需备用几块台车用作在线换篦条使用,大量节省台车备件费用,大幅提高带式焙烧机作业率。台车寿命问题的解决掀起了中国球团行业的带式焙烧机球团热。

头轮部星轮及弯轨采用符合带式焙烧机运行特点的结构,运行平稳,无碰撞异响,齿面采用可更换设计,方便生产检修。

4.11 先进的非水冷结构梁和隔墙

侧密封梁采用先进的非水冷梁技术,隔墙取消支撑水冷梁采用吊挂结构,实现带式焙烧机零冷却水用量,避免水梁因腐蚀泄漏对设备及耐火材料的破坏。

4.12 先进的密封技术

先进风箱端部及隔断密封技术,结构简单、适应热状态、运行稳定、维修方便,有效解决密封装置在横向和纵向的随动问题,能够有效消除积灰现象。

新型炉罩与台车间的密封技术:密封板靠自重与台车摩擦板形成密封,密封性能好;优化结构、使用寿命长;检修维护方便。

4.13 先进的自动控制技术

带式焙烧机自动调速;工艺风机自动调整转速;风系统阀门自动调整开度;铺底料筛自动调整给料量;整个带式焙烧机实现计算机自动控制。

5首钢京唐2#、3#球团生产线应用情况

北京首钢国际工程技术有限公司总承包的首钢京唐2#、3#两条504m2带式焙烧机球团生产线于2019年5月、6月先后投产,各系统运行稳定,7天达到设计指标,球团矿碱度实现1.0-1.2,热耗、电耗、工序能耗等各项技术指标都达到了国内领先,国际先进的水平,为首钢京唐特大型高炉“稳产顺行、安全高效、经济长寿”的生产提供了优质原料。随着首钢京唐2#、3#带式焙烧机球团生产线的顺利投产以及首钢京唐3座高炉大比例球团的稳定运行,国内已经兴起高炉大比例球团冶炼的热潮。

表2  京唐2#、3#带式球团焙烧机球团生产线主要技术指标

 项     目 

指标 

平均抗压强度

3100N/P

转鼓指数(+6.3 mm) 

97.0% 

抗磨指数 -0.5mm

3.5%

低温还原粉化 +6.3mm

97.0%

低温还原粉化 -0.5mm

3.0%

焦炉煤气 

28Nm3/tp

电耗 

24kwh/tp

工序能耗

20kgce/tp

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