昆钢球团生产线提高生球成球率的研究与应用

    酸性球团矿配加高碱度烧结矿是公认的比较合理的高炉炉料结构。为进一步优化高炉炉料结构，提高入炉品位，降低冶炼成本，替代昂贵的进口球团，昆明钢铁股份有限公司（以下简称昆钢）于2004年7月22日建成投产了一条120万t/a链蓖机－回转窑酸性氧化球团生产线。受原料条件、设计缺陷、设备故障、经验贫乏等影响，投产初期成球率仅达30%左右，严重制约了产量水平。为此，昆钢联合中南大学开展了大量的试验研究和现场调研工作，并先后组织开展了4个阶段的工艺改造和技术攻关，取得了明显成效，昆钢球团生产线的生球成球率提高到了60%以上，并顺利达产。

    一、成球率低的原因分析

    （一）单矿种造球试验研究

    昆钢球团生产线设计用料结构为“30%大红山铁精矿＋70%巴西MBR球团精粉”，但由于受外部资源和运输条件的限制，投产后大部分时间的实际用料结构为“25%-33%巴西MBR球团精粉＋67%-75%省内混合精矿”，其中省内混合精矿的构成比较复杂，主要由大红山精矿、曼南坎精矿、易门铜精矿浮选厂的含铁尾矿，以及其他粗颗粒精矿经二次磨矿后的产品等几种原料构成。易门选厂浮选铜矿后的副产品受浮选药剂的影响，成球性较差；巴西MBR球团精粉粒度组成比较均匀、细粒级含量少，也属于难成球物料；其他省内精矿粒度均较粗，小于0.074mm粒级含量只有50%左右，成球性能也不理想。经中南大学烧结球团研究所造球试验测定，昆钢球团生产线所使用的几种物料的静态成球性指数均较低，属于弱成球性或无成球性物料，详见表1。

表1  昆钢球团生产线铁精矿静态成球性能

    （二）现场混合料造球试验研究

    在实验室条件下进行造球试验，研究不同生产原料条件下的造球性能和提高生产成球率的技术措施。主要精矿样品有预配精矿（生产中没有经过高压辊磨的铁精矿，即预配料精矿）、辊磨精矿（生产中经过高压辊磨处理后的铁精矿）、强混精矿（生产中经强力混合机处理后的铁精矿，已经混合有一定量的膨润土）。造球试验结果见表2。

表2  混合料造球试验结果

    研究表明，经过不同种类混合铁精矿的合理搭配以后，单种铁精矿造球性能的不足之处能够得到一定程度的弥补。预精矿和强混精矿的膨润土用量须达到2.5%以上时生球落下强度才能达到3.0次/0.5m以上；辊磨精矿的膨润土用量须达到2.0%以上时生球落下强度才能达到3.0次/0.5m以上。

    （三）不同精矿预处理方式的造球试验研究

    在相同原料条件下，预精矿分别经过高压辊磨、强力混合、润磨后的造球试验结果见表3。试验过程中膨润土的用量为2.0%，造球时间为10min。

表3  不同精矿预处理方式的造球试验比较

    铁精矿经过高压辊磨、强力混合、润磨后，生球的落下强度均会有不同程度的提高。相比较而言，采用润磨预处理方式对提高生球落下强度的作用较好，但会对生球的爆裂温度产生一定影响。

    （四）生产工艺流程考查

    昆钢球团生产线的成球率按单位时间内的球团成品矿量除以球盘投料量计，国内其他企业一般按球盘出球量除以球盘投料量计，两者大约相差30个百分点。因此，球团成球率不但与原料的物理、化学性质、准备方法、物料的表面性质和亲水性、造球设备及工艺参数、生球质量等密切有关，而且与生球的转运次数、转运高度、链蓖机－回转窑热工制度等同样关系密切。在试验研究的基础上，昆钢和中南大学又组织专人重点考查了造球机→链蓖机转运过程中的生球粒度、强度的变化，以及预热球、焙烧球质量。根据考查结果，得出导致昆钢球团生产线成球率较低的主要原因有：①铁精矿成球性能差（如巴西矿、铜尾精等），导致造球过程中混合料成球、长大困难；②造球水分过高(10.5%），导致造球过程中球团发生兼并长大，使生球落下强度、抗压强度、爆裂温度较低；③造球机内刮刀位置、加水位置与加水方式不当，导致球盘内球团分级不明显；④生产工艺中生球的转运次数多、转运点落差大，导致强度本来不佳的合格生球在运输过程中被破碎；⑤链蓖机操作参数不合理，抽风干燥I、Ⅱ的风温、风速过高，料层透气性差造成干燥过程中的生球爆裂量大。

    二、提高生球成球率的生产实践

    （一）优化原料结构

    由于原料供应情况的变化，对球团原料结构先后进行了多次调整，详见表4。

表4  球团用料结构对比%

    单种铁精矿的造球性能一般不是最理想的，必须经过配矿，使原料结构获得优化。根据昆钢铁矿资源造球性能、焙烧性能的研究结果，在生产实践中对铁精矿的配比进行了调整。第1阶段的用料结构基本上是采用了巴西、大红山和优精各三分之一的用料模式；第2阶段的用料结构中逐步增加了试验造球效果较好的省内曼南坎铁精矿用量，总用料种类达到了4种；第3阶段进一步增加了省内曼南坎铁精矿用量，适当降低了大红山和优精矿的配比；第4阶段的主要特点是提升自产大红山矿的用量，逐步停止昂贵的巴西铁精矿的使用，省内自产精矿的使用量达到了90%～100%，总用料种类一度达到创纪录的5种。

    除了原料结构发生变化以外，省内铁精矿的质量也逐步得到改善，球团用铁精矿主要物化性质如表5所示。

表5  球团用精矿的物化性质%

    （二）降低生球转运冲击

    1、降生球转运落差。利用检修停机先后对生球转运胶带机进行了多次降落差改造：D101皮带头轮降低约50mm,并增加了溜料板降低生球跌落速度D102皮带头轮降低约100mm； D103皮带头轮降低约100mm；通过减小摆式布料皮带头轮直径降低落差约200mm；D102至D103、宽皮带至小球辊筛、小球辊筛至链蓖机等落点增加了溜料板。

    2、降胶带机转速。降低皮带转速，可以改变生球抛落轨迹，降低抛落速度，减小生球跌落冲击力，从而保护生球减少破裂。先后把D101B～H等胶带电机(1450r/min )更换成低转速电机(960r/min），皮带转速从1.2 m/s降至0.8m/s。

    3、胶带机托辊加密。对D103皮带上托辊进行了加密，每两组托辊之间增加一组托辊，相当于托辊密度增加了1倍。托辊增加后，生球在皮带上形成的堆积更稳定，减少了生球之间的相对运动，从而降低了生球破坏量，提高了成球率。

    4、定期清筛制度。为提高辊式筛分机的筛分效率，保证合格生球不进入返球中，制定了相关的操作维护制度。一是要求造球工适时清理筛辊间的积料，保持辊子间隙畅通，避免合格生球从大球辊筛进入大球中或粉末从小球辊筛进入链蓖机；二是定期检查辊筛间隙变化程度，发现因辊子磨损严重或辊子轴承座位移引起间隙变大则视情况进行调整或更换辊子。

    （三）优化造球工艺制度

    1、倾角与转速调整。造球盘的倾角和转速直接影响混合料在盘内的运行轨迹和停留时间，不同性质的原料适宜的转速和倾角也不同。昆钢球团造球盘的转速是通过更换不同直径的传动皮带轮调整的，投产初期仅能选择4种转速：7.0、7.5、8.0、8.5r/min。通过生产实践，确定7.5r/min为适宜值。然后通过调整倾角来与转速匹配。4个阶段的生产实践证明，造球盘内生球粒度周期性地变大变小时就必须调整倾角，改变混合料在盘内的运行轨迹和成球时间，使物料在母球区、长球区的分配更加合理，稳定生球粒度和出球量。尽管原料变化频繁、变化幅度大，通过调整倾角都能避免粉末出盘、造出合格生球，稳步提高成球率。

    2、刮刀结构及位置调整。针对造球机存在的盘面运转不平稳、盘底粗糙且分台、电动边刮刀磨损严重且所在位置不利于物料在球盘内合理分区等问题，将电动底刮刀改用耐磨陶瓷刀头并增大与盘面的接触面积。另外由于旋转边刮刀安装位置不太合理（钟表的1：30左右位置），起不到分流和导流的作用，研究后取消了旋转边刮刀，在圆盘正上方位置增加固定边刮刀，刮刀与盘边角度可调，盘内物料运行轨迹和分布更加合理了，母球区、长球区物料的分配也更适宜，球盘出粉明显减少、生球量和生球质量有明显提高。

    3、球盘边高调整。昆钢氧化球团生产线投产初期，受原料条件及高压辊磨机效果差的影响，混合料粒度及粒度组成较差，其小于0.074mm粒级和小于0.045mm粒级的含量仅达70%和40%。为延长混合料成球时间，提高成球率，于2005年将造球盘边高从600mm增至700mm。改造后，出盘粉末明显减少，生球强度明显提高。

    4、加水管形状及位置调整。实际生产中，造球盘的倾角、转速、边高及刮刀是相对固定的，改变加水管形状及加水位置成为改善生球质量、提高成球率的主要手段。通过考察学习，试验不同长度、不同管径、不同出水孔径、不同出水孔密度的加水管，试验用三通管把压缩空气和水混合形成雾化水加入造球盘，试验把几个加水管放在不同位置组合等，取得了一些宝贵的实践经验。但结果表明，不同配矿方案，不同原料条件都需要适当调整加水管位置甚至更换不同形状的加水管。为方便调整，目前备有3种以上不同形状的加水管，且加水管位置未固定。

    5、加料方式调整。通过长期观察和试验，在向球盘输送物料的拖料秤头部增加松料装置，同时降低拖料秤上物料的堆高，使物料呈松散状布到造球盘内，一定程度上实现由线布料向面布料的调整，增大了新料与母球的接触面积，进一步提高了成球速度。

    （四）热工制度的优化

    根据生产情况，对热工制度进行优化，具体调整情况如表6所示。

表6  球团生产热工制度的调整

    从第2阶段开始逐步降低了抽风干燥I、ll段的温度水平，第4阶段又适当下调了预热段和窑头的温度水平。

    （五）加强原料的预处理

    为了充分发挥高压辊磨对原料预处理的作用，降低高压辊磨机进料量和进料水分，消除膨润土和预热球对高压辊磨机的影响，在第2阶段对返球系统进行了改造。改造后，返球和粉尘不再进入高压辊磨机，其进料量降至200t/h左右，进料水分降至8.5%～9.0%，膨润土和预热球对高压辊磨机的影响也随之消除。同年请德国专家进行现场调试，辊磨机工作压力和工作电流分别提高至约60×10⁵ Pa和400A，达到额定参数。改造和调试完成后，辊磨效果及混合料成球性明显提高，精矿小于0.074mm粒级和小于0.045mm粒级的质量分数可提高5%～8%，成球率提高约5%。

    （六）其他工艺参数的优化

    除了对原料结构、热工制度进行优化外，还对其他一些工艺参数进行调整，具体情况详见表7。

表7  过程参数调整情况

    从表7可以看出，由于原料结构的调整，以及省内精矿细度的提高，混合料中小于0.074mm粒级的含量明显增加。生球水分也逐步降低，为提高生球质量以及后续工序的优化提供了条件。另外，考虑到生球水分偏大、链蓖机鼓风干燥温度偏高、料层透气性不理想等实际情况，2005年5月份球团利用检修，将链蓖机侧板高度从200mm降低到160mm。

    （七）实施效果

    昆钢120万t/a氧化球团生产线各个阶段成球率的变化情况详见图1。从图1中可以看出，由于试验研究充分、原因分析准确、整改措施有力，昆钢120万t/a氧化球团生产线的实际成球率从投产初期的34.32%，提高到了第4阶段的66.32%，提高了32个百分点，提高幅度为93.24%。

    三、结论

    现场工艺考查以及试验研究结果表明，造成昆钢120万t/a氧化球团生产线投产初期成球率偏低的主要原因是原料结构不合理、单种铁料造球性能差、造球工艺制度不尽合理、生球转运落差过大，以及预热焙烧制度欠优化等，通过4个阶段的技术改造和生产实践，这些问题绝大部分得到了整改落实。由于试验研究充分、原因分析准确、整改措施有力，昆钢120万t/a氧化球团生产线的实际成球率从投产初期的34.32%提高到了66.32%，平均提高了32个百分点，提高幅度达到93.24%。