改善混合料透气性途径的研究及锥形逆流分级造球技术应用

lqwcc

1. 前言
　　唐山国丰炼铁厂烧结机于1997年12月份投产，原设计能力为2台24m2烧结机，后改造为一台29.7 m2烧结机和一台35.6 m2烧结机，由于烧结矿生产能力严重不足，我厂一直致力于混合料制粒工艺改造，曾经先后实施了一混加雾化水、二混雾化水分段打水、混料矿仓蒸汽预热技术等，对提高混合料透气性起到了较好作用。为了进一步增强混合机制粒性能，在长期酝酿研究的基础上，我厂与秦皇岛新特科技有限公司共同对改善混合料造球的因素进行了分析并合作研究开发了可应用于烧结球团行业的逆流分级混合造球技术，已获得国家专利(02294526.1)，取得了明显效果。
2. 改善混合料制粒途径分析
　　透气性是烧结混合料的一个重要指标,它是指固体散料层允许空气通过难易度,也是衡量混合料空隙度的标志。DW.Mitchell所提出公式如下:
在层流情况下:

在紊流情况下:

式中：g--重力加速度
　　　ε--料层孔隙度
　　　η---气体粘性系数
　　　s--料粒比表面积
　　　ρ--气体密度
　　从公式看,影响料层透气性的主要因素是料粒的比表面积和料层的孔隙度。也就是说要提高ε，降低s。烧结料的透气性包括两个方面。一是点火前的透气性，二是点火后的透气性。烧结料的透气性决定了烧结生产的效率。两者是密不可分的，前者影响后者。从烧结实际生产中发现烧结各带之间阻力损失差别很大。在烧结开始阶段，由于下部过湿，导致球粒的破坏，彼此粘结或堵塞孔隙，故料层阻力大。在预热带和干燥带虽然厚度较小，但阻力损失也不小，因为湿球干燥、预热时会发生碎裂，料层孔隙度变小。燃烧带的透气性最小，这是因为这一带的温度高，并有液相存在，对气体的阻力很大。烧结矿带由于气孔多，阻力最小。但在强烈熔化时，烧结矿结构致密，气孔少，透气性变差。所以在烧结生产中，必须提高混合料的透气性。
　2.1 改进原料粒度和粒度组成
　　主要是采用粒度较粗的原料，因为粗粒度物料具有较大的孔隙率，其透气性也相对较好，配加部分富矿粉或适当增多返矿加入量等，可以获得改善透气性、提高烧结产量的良好效果。在组织烧结生产时，在可能的条件下，提高原料粒度和粗细原料适当搭配使用是有好处的。但是，提高原料粒度的可能性是有限的，实际生产中8-0mm的矿粉并不多，也不是各厂都有。
　2.2 加入添加剂，改善混合料的成球性能
　　在烧结混合料中添加消石灰、生石灰、皂土、水玻璃、亚硫酸盐溶液、氯化纳、氯化钙及腐植酸类物质等有粘性的物质，对于改善烧结混合料的透气性有良好的效果。这些微粒添加剂常常是一种表面活性物质，它能提高混合料的亲水性，在许多场合下也具有胶凝性能，因而混合料的成球性能可借添加物的作用而大提高。
　　在烧结生产中应用比较多的是配加生石灰、消石灰，特别是生石灰打水消化后，呈粒度极细的消石灰胶体颗粒，分布在混合料内的Ca(OH)2胶体颗粒具有明显的胶体性质，其表面能形成一定厚度的水化膜，胶体颗粒具有双电层结构的特征，由于这些广泛分散于混合料内的亲水性Ca(OH)2颗粒持水的能力远大于铁矿等物料，将夺取矿石颗料和表面水份，使这些颗粒与消石灰颗粒靠近，产生必要的毛细力，把矿石等物料联系起来形成小球。
　　在试验室条件下我们对白灰配比对混合料制粒效果的影响进行了研究。在相同原料条件下，分别测定了配加3%和5%白灰情况下，混合料的透气性指标，结果如图：

　　这表明白灰配比增加后，混合料的透气性得到了很大改善。为解决白灰消化的问题，我们对生石灰的消化过程进行了试验，研究表明：
　1、消化一吨生石灰需要0.42吨水,最后消石灰为胶粘状;
　2、生石灰的消化时间为10-15分钟。
　　但在实际生产中，一般由配料室到二次混合不足８分钟，白灰不能消化完全，到烧结机上混合料中有白点，不但对造球好处不大，反而由于白灰消化的膨胀效应对造好的球起到破坏作用，因此烧结过程必须解决白灰及时消化的问题，否则会适得其反。

2.3 传统强化混合制粒工艺
　　北京科技大学高为民等模拟鞍钢新三烧的原料及设备条件，在试验室内进行强化制粒的试验研究，研究结果表明：
　1、在一定原料条件及设备条件下，对现有二次混合机的卸料口进行收缩以增加其充填率，既提高混合机内的混合料量，也提高物料的停留时间，是提高造球效果有效的措施之一。
　2、适当调整圆筒混合机的转速，以提高Fr准数，使混合料的运行点在最佳区域内，也可明显提高造球效果。
　3、适当降低二次混合机的倾角，进一步延长制粒时间，可以提高准颗粒的平均直径。
　4、加水作业是保证制粒效果的最基本因素，其中包括最佳加水量、稳定加水量及使用雾化水，要根据混合及制粒要求，沿长度方向优化给水量及使用雾化水。
　5、圆筒混合机的内衬结构对混合料的运动规律及制粒效果影响较大。疏水性、摩擦系数大的材料可使混合料从滑动到滚动的过渡区提前，有利于提高制粒效果。试验还发现，在无内衬的情况下，混合料的滑动区很大，制粒效果很差。此外，筒内筋板的大小也是影响混合机制粒效果的关键结构。没有筋板，制粒效果差；筋板过高，泻落严重，制粒效果也不好。因此，对圆筒混合机内衬结构的改造也是强化制粒的重要手段。
　　上述措施都得到了生产实践的证明，取得了明显效果，不同烧结厂应根据自己的情况分别选择。

　2．4锥形逆流分级圆筒混合造球技术
　　多少年以来,因改善混合料制粒效果所具有的诸多优点，世界各国的工程技术人员都一直在深入研究,取得了可喜效果：开发出了以造球盘、燃料分加为特征的球团烧结技术和以降低园筒混合机角度、加布料刮刀或档料圈及熔燃分加为特征的小球团烧结新技术。近两年，因后者具有的不改变原有工艺配置、投入小等优点在国内已建烧结厂应用很多 ，并且取得了一定效果，我国烧结技术实现了一次新的飞越。尽管如此,大家对于混合造球机理的研究,也只局限于传统的降倾角、加大直径、增加长度、改变转速和加机内布料器等方式,大家对改变混合料受力状态，以提高圆筒混合机的造球率，缺乏研究和应用，使混合制粒效果仍处于低效率状态，限制着生产效率的发挥、影响产品质量及消耗。
　　造球时间、填充率、混合料性质、合适的混合料水分是传统园筒混合技术的关键。锥形逆流分级圆筒混合造球技术采用逆向思维，由北京艾瑞机械厂研究开发，已经获得国家专利。目的在于提供一种锥形逆流分级圆筒混合造球机。该技术基本要点是：通过混合机内部结构的改变实现混合料受力状态的改变达到压缩混合料运动过程“螺距”、延长有效造球时间、增加物料有效滚动路程、提高造球效果的目的； 采用机内分段锥形分级技术实现混和料粒度的自动分级，达到大颗粒物料先向外走，小颗粒物料返回造球的目的；采用新型布衬技术，彻底解决混合机根部积料，实现混合过程死料的再循环，提高造球效果和混合机有用功率。
　　3. 我厂混合机造球实施方案
　　我厂现有一次混合机为∮３×7m，二次混合机为∮3×10m，虽然进行过小球烧结改造，造球效果仍不理想，严重影响烧结矿的产量和质量，制约着炼铁技术的发展。综合上述原理，结合我单位需要停产时间短的实际情况，重新制定了改造内容，并在24小时内全面实施。
　3．1改善混合润湿方式
　　混合料在配料室提前自动加雾化水润湿，同时使用具有自动清理粘料功能的双轴生石灰消化器，使配加的生石灰消化完全，烧结料提前润湿。
　3．2对混合机工艺参数进行优化
　　主要有混合机倾角、充填率、转速、造球时间的设计调整。混合机加水由传统的管道打眼，水流呈柱状改为新开发的加雾化喷头向混合机内加雾化水，根据混合机内不同区域对加水强度的要求，一次混合机加水方式改为三段加水；二次混合机为一段加水。
　3．3实施锥型逆流分级造球技术
　　原料性质、混合机转速、直径、倾斜角度、混合机长度确定后，该技术是混合机制粒的重要组成部分。该技术通过在混合机内设置锥形逆流螺旋对大小粒度进行分级，延长混合料在混合机内的行程，满足了造球效果的需要。本次改造我们完成了更换成具有锥行逆流特征的特制复合衬板工作，施工简便，改造工期仅用了３６小时。
3．4改造后效果
　　改造后利用锥型逆流导向衬板使物料逆向运动，由于导向槽的高度呈现分级变化，只有粒度合适的物料才逐级越过导向槽滚出造球机，
　　从而改善了混合机的造球质量。改造前后对比效果见下表1、2。
　　改造前后效果对比表1
混合料粒度组成% 烧结负压
kpa 机   速
m/min 台时产量
t/台h 料层厚度
mm
0-3 3-5 ＞5 1# 2# 1# 2# 1# 2#
改造前 40 28 32 9.0 13 0.96 1.2 112 400 450
改造后 13.7 43.2 43.1 8.7 12.5 1.2 1.44 125 460 520
对比差 26.3 15 11.1 0.3 0.5 0.24 0.24 13 +60 +70

改造前后效果对比表2
转鼓% 粉化率% FeO% 燃料消耗
kg/t 利用
系数
t/m2.h
RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5
改造前 74.70 59.2 80.1 7.1 11.3 58 1.7
改造后 76.30 63.4 83.2 7.1 8.5 46 1.9
对比差 1.60 4.2 3.1 0 -2.8 -12 0.2

由表１、２可以看出：
　1、改造后，混合机造球效果明显提高，小于3mm部分减少了26.3%；混合料透气性改进,两台烧结机料层厚度提高，１#机由400mm提高到460mm，2#机由450mm提高到520mm；烧结负压降低, 烧结机利用系数由1.7t/m2h提高到1.9t/m2h,提高幅度为11.76%。
　2、改造后增加了烧结过程的球团固相反应,实现了低温厚料层烧结，吨烧结矿降低燃料消耗12Kg/t，降低幅度为20.7%；产量由2700t/日提高到3200吨/日，效果明显。
　3、改造后烧结矿转鼓指数提高1.6%,FeO降低了2.8%,冶金性能改进,对高炉生产十分有益。

　3.5经济效益测算
　　1按烧结矿含税价为671.6元/吨，成本为594.37元/吨,市场价1150元/吨,年有效作业天数330天计算,每年收益：
　　（1150-671.6）×（3200 -2700）×330=7893.67万元
　　2降燃耗12Kg/t，焦粉220元/t，全年降低燃耗效益为:
　　12×3200×330×220＝278.8万元
　　3造球效果的改善减少了运到高炉后的烧结矿的粉化率，经现场测定减少了5%左右
　　4改造过程总投资６１．６７万元，改造后按我厂效益1、2、４项总合为：２７８．８＋７８９３.６７－６１．６７＝８１１１．８万元。

4结论
　1、针对我厂混合制粒效果差的系列技术改造取得了巨大成功，改善了烧结混合料的透气性，提高了烧结层厚度，提高了烧结机速，从而实现了低温厚料层烧结技术，并改善了烧结矿质量，经济效益巨大。
　2、锥型逆流造球技术是烧结造球理论的一大突破，实施简便，适合于新建烧结厂的建设和传统烧结厂的技术改造，具有很大的推广价值。

wyw

不错的文件,顶一个!谢谢同仁!