【技术文献】竖炉球团带式冷却机工艺设计

1 引言

        随着我国炼铁工业逐渐以高碱度烧结矿合理配用酸性球团矿成为主要形式的高炉炉料结构的确立，尤其是现代炼铁工艺对原料的苛刻要求，促使球团矿成为高炉炉料的重要组成部分。

        高温氧化球团工艺按焙烧设备不同，可分为:链篦机－回转窑球团法、带式机球团法和竖炉球团法三种。其中球团矿的冷却是竖炉生产工艺中比较重要的环节之一。一般情况下，通过竖炉焙烧带和均热带到达冷却带的球团温度在1 000℃以上，经炉内一次冷却后竖炉排出的球团矿温度仍高达600～ 800℃，一次冷却不可能将炽热球团冷却至150℃以下。但球团矿除满足高炉入炉要求外，需要保护与延长其运输和储存设备的使用寿命，防止高温球烧损皮带。多数厂采取打水冷却的方式，这样虽可达到冷却的目的，但球团矿因极热极冷而使强度下降，以致高炉各项指标降低。单纯依靠炉内一次冷却不能从根本上解决排矿温度过高的问题，因此，需对球团矿继续进行二次冷却。

        云南某球团厂综合考虑到矿石特性、技术状况及生产意见，采用了2 座10 m2 的SP 型竖炉，年产球团矿100 × 104 t，分两期建设。该项目选用了带式冷却机对球团矿进行冷却，现已正式投产，使用效果良好。

2 项目工艺过程简述

        项目生产工艺为: 配料→烘干、混合、润磨→造球→筛分→竖炉焙烧、冷却→成品筛分、储存。铁精矿与膨润土混合配料后经胶带输送机运至烘干车间，在圆筒烘干机内对混合料进行烘干混匀。再至润磨车间，以保证造球前的混合料粒度均匀。混匀后的混合料送入造球车间的料仓，经由圆盘给料机进入圆盘造球机。从圆盘造球机出来的生球进入辊式筛分机，将小于6 mm 和大于20 mm的不合格生球筛除后，经胶带运输机送至造球室的混合料斗重新造球，筛分后的6 mm 至20 mm的合格生球进入下一道工序的竖炉本体。炉体排出的热球，经带冷筛分后运至成品堆场。

        其中矩形竖炉工艺分为布料、干燥、预热、焙烧、均热和冷却这样几个过程。来自筛分车间的合格生球经炉顶布料设备将生球装入炉内，球以均匀速度连续下降，燃烧室的热气体从喷火口进入炉内，热气体( 自下而上) 和生球( 自上而下) 进行热交换。生球首先在竖炉上经过干燥脱水、预热氧化; 然后进入焙烧带，在焙烧带进行高温固结反应; 经过均热带，完成全部固结过程; 焙烧好的氧化球团经过在炉子的下部的冷却带进行冷却，然后从排料口排出，并通过带式冷却机在炉外将球团矿冷却到100℃以下。

3 冷却方式选择

        长期以来，国内各厂家及研究设计单位在球团二次冷却方面作了大量工作，设计和选用了不同形状的冷却形式，取得了一定的效果。目前，国内球团矿的冷却主要有炉内二次冷却和炉外冷却两种典型的方式。针对竖炉球团法，其冷却形式主要有炉内冷却、带式冷却机、链板机自然冷却、钢丝网带机自然风冷和新近开发的竖冷器等。各冷却方式和特点如下:

3. 1 炉内冷却器

        其工作原理是在竖炉的下部建构四道百叶窗，通过鼓风或抽风对球团矿进行冷却。其优点是结构简单，无机械传动，占地面积小，布局紧凑，维修量小，冷却效果好。缺点是竖炉高度需增加，总投资费用增加，百叶窗需特种钢材制作，风流量不易控制，影响炉内气流分布，不能直接用皮带机交料，仍需链板机自然风冷或打水冷却。

3. 2 链板机自然冷却

        即球团矿出炉( 窑) 后经链板机送往堆场，在空气中自然冷却。其冷却降温时间长，堆场占地大，倒运破损严重，岗位卫生条件差，不适应钢铁联合企业工厂内的生产组织和物料快速转运要求。

3. 3 喷水冷却

        即出炉( 窑) 后的高温球团采用喷水强制冷却。该方法由于不需要专门冷却设备及投资，因此在我国广泛采用，但由于冷却速度过快，增加了球团结构中产生逾限应变的温度应力，引起焙烧过程中所形成的粘结键断裂破坏，大大降低了球团的强度。

3. 4 带式冷却机

        带式冷却机又分为鼓式冷却机与抽风式冷却机，其工作原理与链板机相似，炽热的球团矿从竖炉出来以后送入带式冷却机上，在输送物料的同时抽风或鼓风进行冷却。该冷却方式适用于连续排矿的竖炉使用。在保证铺料均匀、不堆埂，不拉沟和不断流的前提下冷却效果好。其缺点是投资大，需特殊材料配件多，维修工作量大、费用高，不易直接与电振排料对接配套，利用率低、电耗高。带式冷却机与环冷机相比，带冷机有如下优点: 适于多台配置; 密封容易，铺料平整; 在冷却过程中同时起运输和提升作用。

        鼓式冷却机与抽风式冷却机相比有如下优点:冷烧比小; 耗风量少; 废气温度高，便于余热利用; 由于抽风式冷却机通过的气体为高温多尘气体，而鼓风式冷却机通过的是常温清洁的空气，所以风机制造、安装、维护费用低; 由于鼓风式冷却机便于密封，且密封橡胶不易烧坏，使用寿命长，所以漏风率低。

3. 5 竖冷器

        其工作原理是: 鼓入的冷却风通过竖冷器的下部中心“V”形空区，进入冷风筒和冷却圆筒，然后利用球团自重向下流动，使其在冷风筒及外壳之间从上而下的移动过程中冷却。其优点是设备结构简单且重量不大，冷却效果一般在300℃左右，缺点是设备的耐热部件多，易变形，余热不能回收利用，仍需链板机分两段自然风冷和爬坡交料。结合该项目工艺特点及参数要求、场地布置，综合比较各冷却设备的优缺点，球团厂选用了40m2 轻型鼓风式带式冷却机对球团矿进行冷却。

4 项目中带式冷却机设计特点

4. 1 主要设计参数

①适应竖炉面积: 10m2 ;

②有效冷却面积: 40 m2 ;

③台车运行速度: 1. 56 ～ 2. 15 m/min;

④料层厚度: 300 mm;

⑤冷却机倾角: 6°;

⑥进料温度: 600℃;

⑦冷却后温度: ＜ 150℃;

⑧物料粒度: 6 ～ 20 mm;

⑨物料堆比重: 1. 9 t /m3 ;

⑩冷却时间: 18. 6 ～ 25. 6 min;

⑾每吨烧结矿耗风量: 2 800 m3 /t;

⑿产量: 53. 44 ～ 73. 55 t。

4. 2 带冷机及附件组成

        带冷机冷却示意图见图1。

4. 2. 1 带冷机接料口

       矩形竖炉两个出料口下方均布置了振动给料机，球团矿通过给料机落入带冷机台车上，为降低此处大量产生的粉尘，必须对该位置尽量进行密封处理。设计将台车栏板上方安装密封烟罩，在烟罩上方开口并用钢板焊接两个接料口，同时将接料口上方的给料机安装烟罩。该结构设计紧凑，扬尘大大减少。

4. 2. 2 台车

        台车是轻型鼓风带冷机的主要设备之一。设计中台车有效尺寸为: 1 000 mm × 400 mm，栏板高度为350 mm，台车数量为230 个。该台车设计尺寸与1. 56 ～ 2. 15 m/min 的台车运行速度配合，能够保证球团在台车上均匀布料，达到高效冷却的效果。为减轻运动设备的重量，设计中台车选用轻钢结构，同时，台车运行环境必须满足高温、耐磨的要求，为防止台车变形，在栏板上焊接一定数量的加强筋。

4. 2. 3 链条

         链条是带冷机设备的关键部件，属于易损件，如果轴孔磨损和变形较大，会使安装在其上的台车扭曲变形，故链条要重点防护。设计中链条节距400 mm，链条套筒直径为80 mm，星轮节圆直径为1 294. 43 mm，托辊直径为120 mm。两侧链条同时承载，单个链条的最大张力是100 kN。

4. 2. 4 机架

        机架是支撑轻型带冷机的钢结构件，其上面不仅固定了21 个大风箱，而且还要承受23 t 重的移动物料。我们针对轻型带冷机慢速重载的特点，对长度为44 m 轻型带冷机各段进行受力分析，结果表明: 头部( 传动端) 受力最大，尾部仅为张紧力。中间段用H 型钢作为支撑框架，对头部支架受拉力大做为重点进行加固，使得设计后的轻型带冷机骨架比同等长度传统带冷机的骨架重量减轻20%。

4. 2. 5 电动机

        电动机型号为YTSP200L －6 型。根据竖炉排出球团速度，增加变频调速功能，节约用电量的同时，保证台车上布料均匀、不堆梗。正常工作调速范围是970 ～ 730 r /min，额定转速为970 r /min，功率大小为18. 5 kW。

4. 2. 6 灰斗、风箱

        台车下部设置风箱，风箱侧面开方口，与冷却风管密封连接，风箱下侧安装灰斗。鼓风冷却的同时，球团矿所携带的大部分灰尘会落入风箱，进入灰斗，灰斗出口设有手动蝶阀，灰尘量积攒到一定量时，人工排出灰尘。球团矿随冷却温度的下降，产生的粉尘逐渐减少，并伴有少量球团破损，故带冷机头部粉尘量大，尾部粉尘量小。该工程中带冷机的风箱有21 个，风箱形状呈斜梯形，相应灰斗不布置在带冷机正下方，而是随风箱倾斜布置在带冷机侧下方，此设计便于工作人员清灰。

4. 2. 7 除尘器、烟罩及烟管

        在带冷机头部和尾部，球团矿跌落点产生的烟尘量较大。设计中在振动给料机、带冷机接料口、带冷机头部、带冷机尾部分别设置烟罩，并相应安装 1 020 mm、 1 520 mm、520 mm 的烟管，对整个带冷机产生的烟尘进行收尘。最终通过1 720 mm 总管将烟尘并入竖炉烟尘除尘器———一台65 m2 的电除尘器。

4. 2. 8 鼓风机及鼓风管

       设计选用三台鼓风机对带冷机进行冷却，带冷机倾斜6° 布置，故鼓风机根据工艺布置特点，靠带冷机头部选用右旋0°风机，其余两台选用左旋90°风机，风量为94 763 m3 /h，风压为2 414 Pa。鼓风管主管直径为 1 020 mm，与带冷机平行布置，通往风箱口的支管选用860 mm × 316 mm 的方管。

4. 2. 9 带冷机通廊

        通廊分两层布置，并随带冷机一起倾斜6°，通廊两侧均伸出带冷机1 m。第一层采用H 型钢布置成框架，用于带冷机支腿的摆放。在带冷机两侧布置第二层通廊，第二层通廊高出第一层通廊1. 5m，并用钢板铺设通廊，便于设备检修、安装和巡视。

5 实施效果及改进措施

        1) 料层厚度为300 mm 左右，台车运行速度为1. 56 ～ 2. 15 m/min，冷却速度控制在70 ～ 80℃ /min，经过带冷机冷却后，球团温度由600℃ 可降至100℃以下，球团冷却均匀，抗压强度好，冷却效率高。

       2) 由于球团强度提高，粉尘量减少，产品质量得到改善，产量相应提高，相应也提高了高炉炼铁效益，收益于用户。

       3) 采用鼓风机冷却，鼓风机可根据物料量变频调速，大大减少耗风量，降低能耗。

      4) 卸灰口仍采用人工卸灰，虽然灰量不大，但卸灰口较多，操作繁琐，今后可向机械自动化方向改进。

       5) 带冷机头、尾的烟尘只经过电除尘器除尘，但其温度较高，应考虑余热回收利用。