球团矿焙烧

    焙烧是球团矿生产中的关键工序。产品的产量、品质、能耗等技术经济指标，都主要决定于焙烧工序。
    目前焙烧球团矿的设备有三种：带式焙烧机，链篦机一回转窑系统，以及竖炉。
    一、带式焙烧机
    用带式焙烧机生产球团矿开始于50年代。目前在世界上使用最广的仍为带式焙烧机，占总产量近60%的球团矿靠它生产。
    带式焙烧机与带式烧结机形式相似，但实质差别甚大。烧结矿生产基本靠内配固体燃料供热，而焙烧球团矿全靠外部供热。沿着机器长度一般分为干燥、预热、焙烧、均热和冷却五个带。每个带的长度和热工制度因原料条件各不相同，机上球层厚度为500左右。

    最早期的带式焙烧机建在美国，称做麦基（Mckee）式带式焙烧机。其烟气循环示意如图1所示。当时便将干燥带分为鼓风、抽风两段，为了提高热效率，将冷却球团矿获得的热风用于助燃和干燥。

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    三十年来，带式焙烧机的规模、设备、技术都有了很大发展。世界各国的带式焙烧机形式各异，图2是其中的一种。各种带式焙烧机的共同之处，有以下几点：
    (1)采用铺底料和铺边料，以提高焙烧质量，延长台车寿命。
    (2)采用鼓风干燥、抽风干燥相结合的方案，改善干燥过程，提高球团矿的品质。
    (3)鼓风冷却球团矿，直接循环利用热空气为焙烧带助燃。
    (4)只将温度低含水份高的废气，或被污染的烟气排入烟囱。
    无论哪一种型式的带式焙烧机、均以充分利用能源为一重要目标。七十年代以来，带式焙烧机向大型化方向发展，机宽从五十年代的1.83米增加到4.0米，有效工作面积从94米²增大到704米²，单机产量由每年80万吨增加到500万吨。此外，由于耐火、绝热材料的改进，以及工艺设计日益合理，焙烧球团矿的能耗大幅度下降。过去焙烧一吨磁铁矿球团需能耗约19万大卡，现已降至8.82～10.1万大卡。配料中赤铁矿增多，能耗相应增加，全部使用赤铁矿，能耗将增加一倍。
    1973年我国从日本引进一台162米²带式焙烧机，安在华北某厂。由于原料的原因，始终未能正常生产。东北某公司从澳大利亚引进了一套年产200万吨的球团设备，现正在建设中。
    二、链篦机-回转窑系统

    链篦机-回转窑系统包括链篦机-回转窑、冷却机三部分。典型的链篦机一回转窑的流程如图3所示。链篦机与带式焙烧机相似，但它只用于生球干燥和预热。球层厚度只有150～200毫米，不需要铺底料。由回转窑尾部排出的热废气为1000°～1100℃，先引入预热段，温度降至300°～400℃再引至干燥段，最后的废气排入烟囱。为了适应不同的原料，以及改善干燥过程，链篦机又分为二段式，一段预热；一段干燥，两室三段式，两段干燥，一段预热；以及三室四段式等等。[next]
    经预热了的球团矿，已经具有一定的强度，直接进入回转窑。
    回转窑是一个内衬耐火砖的圆筒，倾斜度为3～6%围绕中心线回转。在窑头装有烧嘴，以重油或煤气为燃料。窑内焙烧温度为1300°～1350℃球团矿从尾部加入，窑内填充半约7%。球团矿与热气流逆向而行，边焙烧边翻动，当它移动至窑头，焙烧过程终了，然后落到冷却机上，冷却降温。
    冷却球团矿多用环冷机，矿层厚度为710～760厘米，鼓风冷却。换热得到800℃热空气送入窑内，做为二次空气助燃。
    链篦机—回转窑系统从六十年代后期开始发展，目前全世界有40%左右的球团矿靠它生产。回转窑不断向大型化方向发展。它的直径从1960年的3.05米增加大到目前的7.62米，单机生产能力由每年33万吨增加到450万吨。
    我国尚没有大型的链篦机一回转窑系统，在东北、华北、中南地区，建起了几套小型设备。回转窑的直径不过2米，实为工业试验设备。
    三、竖  炉
    竖炉是世界上最早的球团矿焙烧设备。美国伊利公司于1947年建起第一座试验竖炉，1950年正式建厂，以后各国有31家工厂建起竖炉102座，年产球团矿2900万吨。到六十年代初，世界上有一半球团矿靠竖炉生产。

    美国最早期的竖炉炉形如图4所示。生球从上部炉口均匀地装进炉内，焙烧室内产生的高温气体从两侧喷入，在逆向流动中进行热交换。生球被烘干、预热、焙烧固结，而后在下降过程中，与从底部鼓进的冷空气相遇，得到冷却。但实际上，热气流受自下而上冷却气流的干扰，沿竖炉横断面气流分布无法控制，因而温度和气氛极不均匀，得到的产品质量欠佳；此外竖炉的生产率低，一座炉口面积为8米²的竖炉，年产球团矿不过30万吨，15米²大型竖炉也只有年产50万吨的能力；况且竖炉只能焙烧以磁铁矿为原料的球团矿。所以自七十年代以来，随着带式焙烧机和链篦机—回转窑的发展，竖炉已停止发展。目前国外只有少数厂家使用竖炉，其中最大的一家公司，便是竖炉的创始者——伊利(Erie)[next]
    我国于1996年开始筹建竖炉，1968年第一座竖炉在山东济南投产。其后又在浙江等地相继建了几座。我国的原料条件较差，精矿粉的粒度较粗，含SiO₂较高，煤气发热值低。竖炉开炉初期，遇到许多困难，甚至球团矿在炉内结成大块，使生产不能继续。
    1969年山东济南钢铁厂的工程师和工人们，对竖炉进行了技术改造，针对竖炉内料面温度太高及两股气流相互干扰等问题，发明了烘干床和导风墙，从而为竖炉的发展，开创了新的道路。经过技术改造的竖炉如图5所示。

    导风墙的作用在于使冷却风从墙内通过，避免它对燃烧室喷出热气流的干扰，使焙烧带温度均匀，同时使冷却风穿过料柱阻力降低，增加了冷却风量，提高了冷却效果。
    炉口增设烘干床，使竖炉内出现了真正的干燥带。生球布在烘干床上，床层厚度150～200厘米，烘干床的坡度大于球团矿的自然堆角。随着炉内球团矿向下运动，生球沿烘干床的斜坡下滑，从顶端到炉口约6分钟，在此期间，被穿过烘干床的热气流烘干。现场实测的结果表明，正常情况下，可使生球含水份由8～9%降至1.5%.
    被烘干了的球团矿，在炉口依自然堆角向中心滑动。大球的动能较大，趋向中心，小球和少量粉末、碎块留在墙边。因此有助于控制炉墙边缘效应，使燃烧室喷出的热气流向中心发展，有利于温度均匀分布。
    导风墙和烘干床技术改变了竖炉的面貌，生产率上升，能耗下降，球团矿的品质改善，这一技术在国内很快推广。
    现场测试证明，竖炉采用导风墙及烘干床后，炉内出现界线分明的干燥、预热、焙烧、均热和冷却五个带、与带式焙烧相比，竖炉的干燥带太短，其余四个带，均较带式焙烧机长。看来干燥仍为竖炉焙烧球团矿的限制性环节。
    中国竖炉的革新，引起美国伊利公司的兴趣，现在导风墙，烘干床技术已被用在伊利公司的竖炉上试用。
    比较上述三种焙烧球团矿的设备可知：带式焙烧机的设备集中，便于操怍和维护，焙毫周期短，调整焙烧制度较方便，对原料的适应性强。它存在的问题是，沿球团矿层高度质量不均匀，台车和篦条须用耐热合金钢制造；链篦机-回转窑的优点是焙烧均匀，产品质量较好，能适应各种原料，不需要耐热合金钢。其存在问题是设备庞大，不易维修，窑内容易结圈，影响作业率；竖炉的结构简单，对材质无特殊要求。缺点是单炉生产率低，对原料的适应性差，只有焙烧磁铁矿球团效果较好，焙烧不均匀，产品的质量较差。不过竖炉采用烘干床和导凤墙以后，产量、质量，能耗均有改善。它的设备简单，虽然单炉产量不大，可能更适合于中小型工厂。