豎爐球團(tuán)帶式冷卻機(jī)工藝設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)煉鐵工業(yè)逐漸以高堿度燒結(jié)礦合理配用酸性球團(tuán)礦成為主要形式的高爐爐料結(jié)構(gòu)的確立，尤其是現(xiàn)代煉鐵工藝對(duì)原料的苛刻要求，促使球團(tuán)礦成為高爐爐料的重要組成部分。

高溫氧化球團(tuán)工藝按焙燒設(shè)備不同，可分為：鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)法、帶式機(jī)球團(tuán)法和豎爐球團(tuán)法三種。其中球團(tuán)礦的冷卻是豎爐生產(chǎn)工藝中比較重要的環(huán)節(jié)之一。一般情況下，通過(guò)豎爐焙燒帶和均熱帶到達(dá)冷卻帶的球團(tuán)溫度在1000℃以上，經(jīng)爐內(nèi)一次冷卻后豎爐排出的球團(tuán)礦溫度仍高達(dá)600~800℃，一次冷卻不可能將熾熱球團(tuán)冷卻至150℃以下。但球團(tuán)礦除滿足高爐入爐要求外，需要保護(hù)與延長(zhǎng)其運(yùn)輸和儲(chǔ)存設(shè)備的使用壽命，防止高溫球燒損皮帶。多數(shù)廠采取打水冷卻的方式，這樣雖可達(dá)到冷卻的目的，但球團(tuán)礦因極熱極冷而使強(qiáng)度下降，以致高爐各項(xiàng)指標(biāo)降低。單純依靠爐內(nèi)一次冷卻不能從根本上解決排礦溫度過(guò)高的問(wèn)題，因此，需對(duì)球團(tuán)礦繼續(xù)進(jìn)行二次冷卻。

 項(xiàng)目生產(chǎn)工藝為：配料→烘干、混合、潤(rùn)磨→造球→篩分→豎爐焙燒、冷卻→成品篩分、儲(chǔ)存。鐵精礦與膨潤(rùn)土混合配料后經(jīng)膠帶輸送機(jī)運(yùn)至烘干車(chē)間，在圓筒烘干機(jī)內(nèi)對(duì)混合料進(jìn)行烘干混勻。再至潤(rùn)磨車(chē)間，以保證造球前的混合料粒度均勻?；靹蚝蟮幕旌狭纤腿朐烨蜍?chē)間的料倉(cāng)，經(jīng)由圓盤(pán)給料機(jī)進(jìn)入圓盤(pán)造球機(jī)。從圓盤(pán)造球機(jī)出來(lái)的生球進(jìn)入輥式篩分機(jī)，將小于6mm和大于20mm的不合格生球篩除后，經(jīng)膠帶運(yùn)輸機(jī)送至造球室的混合料斗重新造球，篩分后的6mm至20mm的合格生球進(jìn)入下一道工序的豎爐本體。爐體排出的熱球，經(jīng)帶冷篩分后運(yùn)至成品堆場(chǎng)。

其中矩形豎爐工藝分為布料、干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱和冷卻這樣幾個(gè)過(guò)程。來(lái)自篩分車(chē)間的合格生球經(jīng)爐頂布料設(shè)備將生球裝入爐內(nèi)，球以均勻速度連續(xù)下降，燃燒室的熱氣體從噴火口進(jìn)入爐內(nèi)，熱氣體（自下而上）和生球（自上而下）進(jìn)行熱交換。生球首先在豎爐上經(jīng)過(guò)干燥脫水、預(yù)熱氧化；然后進(jìn)入焙燒帶，在焙燒帶進(jìn)行高溫固結(jié)反應(yīng)；經(jīng)過(guò)均熱帶，完成全部固結(jié)過(guò)程；焙燒好的氧化球團(tuán)經(jīng)過(guò)在爐子的下部的冷卻帶進(jìn)行冷卻，然后從排料口排出，并通過(guò)帶式冷卻機(jī)在爐外將球團(tuán)礦冷卻到100℃以下。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)各廠家及研究設(shè)計(jì)單位在球團(tuán)二次冷卻方面作了大量工作，設(shè)計(jì)和選用了不同形狀的冷卻形式，取得了一定的效果。目前，國(guó)內(nèi)球團(tuán)礦的冷卻主要有爐內(nèi)二次冷卻和爐外冷卻兩種典型的方式。針對(duì)豎爐球團(tuán)法，其冷卻形式主要有爐內(nèi)冷卻、帶式冷卻機(jī)、鏈板機(jī)自然冷卻、鋼絲網(wǎng)帶機(jī)自然風(fēng)冷和新近開(kāi)發(fā)的豎冷器等。各冷卻方式和特點(diǎn)如下：

其工作原理是在豎爐的下部建構(gòu)四道百葉窗，通過(guò)鼓風(fēng)或抽風(fēng)對(duì)球團(tuán)礦進(jìn)行冷卻。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)機(jī)械傳動(dòng)，占地面積小，布局緊湊，維修量小，冷卻效果好。缺點(diǎn)是豎爐高度需增加，總投資費(fèi)用增加，百葉窗需特種鋼材制作，風(fēng)流量不易控制，影響爐內(nèi)氣流分布，不能直接用皮帶機(jī)交料，仍需鏈板機(jī)自然風(fēng)冷或打水冷卻。

即球團(tuán)礦出爐（窯）后經(jīng)鏈板機(jī)送往堆場(chǎng)，在空氣中自然冷卻。其冷卻降溫時(shí)間長(zhǎng)，堆場(chǎng)占地大，倒運(yùn)破損嚴(yán)重，崗位衛(wèi)生條件差，不適應(yīng)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)工廠內(nèi)的生產(chǎn)組織和物料快速轉(zhuǎn)運(yùn)要求。

即出爐（窯）后的高溫球團(tuán)采用噴水強(qiáng)制冷卻。該方法由于不需要專門(mén)冷卻設(shè)備及投資，因此在我國(guó)廣泛采用，但由于冷卻速度過(guò)快，增加了球團(tuán)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生逾限應(yīng)變的溫度應(yīng)力，引起焙燒過(guò)程中所形成的粘結(jié)鍵斷裂破壞，大大降低了球團(tuán)的強(qiáng)度。

帶式冷卻機(jī)又分為鼓式冷卻機(jī)與抽風(fēng)式冷卻機(jī)，其工作原理與鏈板機(jī)相似，熾熱的球團(tuán)礦從豎爐出來(lái)以后送入帶式冷卻機(jī)上，在輸送物料的同時(shí)抽風(fēng)或鼓風(fēng)進(jìn)行冷卻。該冷卻方式適用于連續(xù)排礦的豎爐使用。在保證鋪料均勻、不堆埂，不拉溝和不斷流的前提下冷卻效果好。其缺點(diǎn)是投資大，需特殊材料配件多，維修工作量大、費(fèi)用高，不易直接與電振排料對(duì)接配套，利用率低、電耗高。帶式冷卻機(jī)與環(huán)冷機(jī)相比，帶冷機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：適于多臺(tái)配置；密封容易，鋪料平整；在冷卻過(guò)程中同時(shí)起運(yùn)輸和提升作用。

鼓式冷卻機(jī)與抽風(fēng)式冷卻機(jī)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：冷燒比??；耗風(fēng)量少；廢氣溫度高，便于余熱利用；由于抽風(fēng)式冷卻機(jī)通過(guò)的氣體為高溫多塵氣體，而鼓風(fēng)式冷卻機(jī)通過(guò)的是常溫清潔的空氣，所以風(fēng)機(jī)制造、安裝、維護(hù)費(fèi)用低；由于鼓風(fēng)式冷卻機(jī)便于密封，且密封橡膠不易燒壞，使用壽命長(zhǎng)，所以漏風(fēng)率低。

其工作原理是：鼓入的冷卻風(fēng)通過(guò)豎冷器的下部中心“V”形空區(qū)，進(jìn)入冷風(fēng)筒和冷卻圓筒，然后利用球團(tuán)自重向下流動(dòng)，使其在冷風(fēng)筒及外殼之間從上而下的移動(dòng)過(guò)程中冷卻。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且重量不大，冷卻效果一般在300℃左右，缺點(diǎn)是設(shè)備的耐熱部件多，易變形，余熱不能回收利用，仍需鏈板機(jī)分兩段自然風(fēng)冷和爬坡交料。結(jié)合該項(xiàng)目工藝特點(diǎn)及參數(shù)要求、場(chǎng)地布置，綜合比較各冷卻設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，球團(tuán)廠選用了40㎡輕型鼓風(fēng)式帶式冷卻機(jī)對(duì)球團(tuán)礦進(jìn)行冷卻。

1適應(yīng)豎爐面積：10㎡；

2有效冷卻面積：40㎡；

3臺(tái)車(chē)運(yùn)行速度：1.56~2.15m/min；

4料層厚度：300mm；

5冷卻機(jī)傾角：6°；

6進(jìn)料溫度：600℃；

7冷卻后溫度：＜150℃；

8物料粒度：6~20mm；

9物料堆比重：1.9t/m³；

10冷卻時(shí)間：18.6~25.6min；

11每噸燒結(jié)礦耗風(fēng)量：2800m³/t；

12產(chǎn)量：53.44~73.55t。

4.2.1帶冷機(jī)接料口

矩形豎爐兩個(gè)出料口下方均布置了振動(dòng)給料機(jī)，球團(tuán)礦通過(guò)給料機(jī)落入帶冷機(jī)臺(tái)車(chē)上，為降低此處大量產(chǎn)生的粉塵，必須對(duì)該位置盡量進(jìn)行密封處理。設(shè)計(jì)將臺(tái)車(chē)欄板上方安裝密封煙罩，在煙罩上方開(kāi)口并用鋼板焊接兩個(gè)接料口，同時(shí)將接料口上方的給料機(jī)安裝煙罩。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，揚(yáng)塵大大減少。

4.2.2臺(tái)車(chē)

 臺(tái)車(chē)是輕型鼓風(fēng)帶冷機(jī)的主要設(shè)備之一。設(shè)計(jì)中臺(tái)車(chē)有效尺寸為：1000mm×400mm，欄板高度為350mm，臺(tái)車(chē)數(shù)量為230個(gè)。該臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)尺寸與1.56~2.15m/min的臺(tái)車(chē)運(yùn)行速度配合，能夠保證球團(tuán)在臺(tái)車(chē)上均勻布料，達(dá)到高效冷卻的效果。為減輕運(yùn)動(dòng)設(shè)備的重量，設(shè)計(jì)中臺(tái)車(chē)選用輕鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)，臺(tái)車(chē)運(yùn)行環(huán)境必須滿足高溫、耐磨的要求，為防止臺(tái)車(chē)變形，在欄板上焊接一定數(shù)量的加強(qiáng)筋。

4.2.3鏈條

鏈條是帶冷機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵部件，屬于易損件，如果軸孔磨損和變形較大，會(huì)使安裝在其上的臺(tái)車(chē)扭曲變形，故鏈條要重點(diǎn)防護(hù)。設(shè)計(jì)中鏈條節(jié)距400mm，鏈條套筒直徑為80mm，星輪節(jié)圓直徑為1294.43mm，托輥直徑為120mm。兩側(cè)鏈條同時(shí)承載，單個(gè)鏈條的最大張力是100kN。

4.2.4機(jī)架

機(jī)架是支撐輕型帶冷機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)件，其上面不僅固定了21個(gè)大風(fēng)箱，而且還要承受23t重的移動(dòng)物料。我們針對(duì)輕型帶冷機(jī)慢速重載的特點(diǎn)，對(duì)長(zhǎng)度為44m輕型帶冷機(jī)各段進(jìn)行受力分析，結(jié)果表明：頭部（傳動(dòng)端）受力最大，尾部?jī)H為張緊力。中間段用H型鋼作為支撐框架，對(duì)頭部支架受拉力大做為重點(diǎn)進(jìn)行加固，使得設(shè)計(jì)后的輕型帶冷機(jī)骨架比同等長(zhǎng)度傳統(tǒng)帶冷機(jī)的骨架重量減輕20%。

4.2.5電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YTSP200L-6型。根據(jù)豎爐排出球團(tuán)速度，增加變頻調(diào)速功能，節(jié)約用電量的同時(shí)，保證臺(tái)車(chē)上布料均勻、不堆梗。正常工作調(diào)速范圍是970~730r/min，額定轉(zhuǎn)速為970r/min，功率大小為18.5kW。

4.2.6灰斗、風(fēng)箱

臺(tái)車(chē)下部設(shè)置風(fēng)箱，風(fēng)箱側(cè)面開(kāi)方口，與冷卻風(fēng)管密封連接，風(fēng)箱下側(cè)安裝灰斗。鼓風(fēng)冷卻的同時(shí)，球團(tuán)礦所攜帶的大部分灰塵會(huì)落入風(fēng)箱，進(jìn)入灰斗，灰斗出口設(shè)有手動(dòng)蝶閥，灰塵量積攢到一定量時(shí)，人工排出灰塵。球團(tuán)礦隨冷卻溫度的下降，產(chǎn)生的粉塵逐漸減少，并伴有少量球團(tuán)破損，故帶冷機(jī)頭部粉塵量大，尾部粉塵量小。該工程中帶冷機(jī)的風(fēng)箱有21個(gè)，風(fēng)箱形狀呈斜梯形，相應(yīng)灰斗不布置在帶冷機(jī)正下方，而是隨風(fēng)箱傾斜布置在帶冷機(jī)側(cè)下方，此設(shè)計(jì)便于工作人員清灰。

4.2.7除塵器、煙罩及煙管

在帶冷機(jī)頭部和尾部，球團(tuán)礦跌落點(diǎn)產(chǎn)生的煙塵量較大。設(shè)計(jì)中在振動(dòng)給料機(jī)、帶冷機(jī)接料口、帶冷機(jī)頭部、帶冷機(jī)尾部分別設(shè)置煙罩，并相應(yīng)安裝1020mm、1520mm、520mm的煙管，對(duì)整個(gè)帶冷機(jī)產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行收塵。最終通過(guò)1720mm總管將煙塵并入豎爐煙塵除塵器——一臺(tái)65㎡的電除塵器。

4.2.8鼓風(fēng)機(jī)及鼓風(fēng)管

設(shè)計(jì)選用三臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)帶冷機(jī)進(jìn)行冷卻，帶冷機(jī)傾斜6°布置，故鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)工藝布置特點(diǎn)，靠帶冷機(jī)頭部選用右旋0°風(fēng)機(jī)，其余兩臺(tái)選用左旋90°風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為94763m³/h，風(fēng)壓為2414Pa。鼓風(fēng)管主管直徑為1020mm，與帶冷機(jī)平行布置，通往風(fēng)箱口的支管選用860mm×316mm的方管。

4.2.9帶冷機(jī)通廊

通廊分兩層布置，并隨帶冷機(jī)一起傾斜6°，通廊兩側(cè)均伸出帶冷機(jī)1m。第一層采用H型鋼布置成框架，用于帶冷機(jī)支腿的擺放。在帶冷機(jī)兩側(cè)布置第二層通廊，第二層通廊高出第一層通廊1.5m，并用鋼板鋪設(shè)通廊，便于設(shè)備檢修、安裝和巡視。

1) 料層厚度為300mm左右，臺(tái)車(chē)運(yùn)行速度為1.56~2.15m/min，冷卻速度控制在70~80℃/min，經(jīng)過(guò)帶冷機(jī)冷卻后，球團(tuán)溫度由600℃可降至100℃以下，球團(tuán)冷卻均勻，抗壓強(qiáng)度好，冷卻效率高。

2) 由于球團(tuán)強(qiáng)度提高，粉塵量減少，產(chǎn)品質(zhì)量得到改善，產(chǎn)量相應(yīng)提高，相應(yīng)也提高了高爐煉鐵效益，收益于用戶。

3) 采用鼓風(fēng)機(jī)冷卻，鼓風(fēng)機(jī)可根據(jù)物料量變頻調(diào)速，大大減少耗風(fēng)量，降低能耗。

 4) 卸灰口仍采用人工卸灰，雖然灰量不大，但卸灰口較多，操作繁瑣，今后可向機(jī)械自動(dòng)化方向改進(jìn)。

 5) 帶冷機(jī)頭、尾的煙塵只經(jīng)過(guò)電除塵器除塵，但其溫度較高，應(yīng)考慮余熱回收利用。