軟錳礦中頻還原焙燒爐結構改進試驗研究

胡 平，蔣 赟

（1.貴州能礦錳業集團有限公司，貴州 銅仁 554001；2.貴州省電池用錳材料工程技術研究中心，貴州 銅仁 554001）

貴州能礦錳業集團工程技術中心自主研發的焙燒豎爐[1-4]是生產錳制品的較為先進的工業爐窯，焙燒反應方程式2MnO2+C→2MnO+CO2。該焙燒爐呈圓柱形，由還原爐管、加熱裝置、冷卻裝置、給料出料裝置及溫度控制系統組成。設備總體布局如圖1。

還原爐管從上至下依次為烘干段、預熱段及還原段，每段均設置測溫點，并通過溫度控制系統集中控制。加熱裝置由不銹鋼管和銅質感應線圈組成，線圈內通冷卻水循環冷卻，線圈與爐管之間采用玻璃棉層隔熱，玻璃棉層同時起到保溫作用。還原段下方連接冷卻段，該部分爐管被循環冷卻水箱包圍[1]。

圖1 中頻爐結構示意圖

該設備是一種將工頻50Hz交流電轉變為中頻的裝置，把三相工頻交流電整流后變成直流電，再把直流電變為可調節的中頻電流，供給由電容和感應線圈里流過的中頻交變電流，在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈里金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流而加熱。

用焙燒爐生產錳制品時，考量焙燒爐性能優異的因素一般主要有該焙燒爐的穩定性能、產量、還原電耗以及還原率。基于這些因素，對該焙燒爐做了相應的改進。

1 結構對比及改進

對焙燒爐進行穩定性試驗時，下料速度一直沒有得到提高，分析可能原因是由于線圈分布不合理，上部低溫段溫度較低，長度過長，不利于水汽的排出；中部大功率的密線圈大部分處于加熱烘干段，溫度在800℃以上的線圈長度僅為1145mm，使得大功率線圈不能較好地為礦石的還原提供高溫環境，最終導致高溫還原段長度沒有得到增加。所以對焙燒爐做了如下改進。

1.1 給料裝置

原給料裝置采用中心進料的方式，中頻爐排氣面積僅為爐管內壁與進料管外壁之間的圓環面積，排氣面積小；并且進料管插入深度為1.5m，導致爐管上1.5m的加熱線圈無法對物料進行加熱，導致熱量的浪費，不利于物料的烘干和中頻爐排汽。

針對上述原因，本次試驗設計并制作了一種周邊進料、中心排氣的給料裝置。整個下料裝置與原下料裝置相比，增加了一個固汽分流裝置，將原來的進料管改為了排氣管。改造之后，下料斗內的物料經固汽分流裝置分流進入爐管與排氣管之間的圓環內，增加了上部線圈的熱量利用率；物料加熱產生的水蒸氣通過排氣管底部和連接縫隙進入排氣管，經固汽分流裝置導流后通過下料漏斗上的排氣孔排出，從而增大了中頻爐的排氣面積，非常有利于物料的烘干和中頻爐的排汽。

1.2 中頻爐線圈分布

如圖2、圖3所示，本次改造將原6#線圈去掉，將4#線圈切掉了80mm。然后將4#、5#線圈并聯安裝在距中頻爐頂部400mm的位置；將原1#、2#、3#線圈并聯后串聯在4#、5#線圈的下部；將原7#線圈串聯在1#、2#、3#線圈的下部，距加熱段底部880mm的位置。

1.3 熱電偶分布

如圖2、圖3所示，本次試驗在前一階段的基礎上增加的4個熱電偶，熱電偶之間的間距均為680mm，均勻地分布在爐管上。通過總結設備改造前后的運行溫度分布情況發現，在設備運行過程中，隨試驗參數的調整，溫度波動并不大。因此將設備改造前后的溫度分布情況取平均值，根據爐管縱向高度依次標注于圖2、圖3中。

圖2 改造前設備示意圖

圖3 改造后設備示意圖

2 數據分析

2.1 原料檢測數據分析

在試驗過程中，對入爐前的物料（澳籽錳礦石與煤炭和谷殼的比例為1000:100:30）充分混合，采用四分法后，取樣分析，做三個平行。分析結果如表1所示。由表中可知，本次試驗所用混合礦石的全錳為43.25%（干基），水分為5.79%，含碳量為7.13%。按化學計量比計算，本次試驗所采用的錳礦石所需消耗的還原碳所占百分比應大于4.95%，從檢測數據表明，本次試驗所用混合物料碳含量足夠，理論上不會影響錳礦石的還原率。

表1 中頻焙燒爐試驗原料分析

2.2 出料速度

在焙燒爐啟動前用熟料填滿爐管，檢查水冷系統及電氣系統，確認無異常后開啟焙燒爐升溫（為避免局部溫度過高導致物料燒結，在升溫的同時啟動下料電機，將其調節至較低的排料速度，保持物料在管內流動）。溫度達到830℃以上啟動下料裝置并開始給入原料，并將下料速度電機變頻器設定至預定頻率，使之均勻產出物料。

經過大量的試驗，取得比較明顯的效果。我們對焙燒爐結構改進前后進行了實際運行數據的對比。結果表明：①改進前，在167.8h內，本實驗在連續進料25000Kg，產出18946Kg；②改進后，在155.5h內，連續進料29683Kg,連續出料21563Kg。平均出料速度從112.91Kg/h提高到138.67Kg/h，效果非常明顯，產量提升幅度達22.81%，具體記錄如表2。

表2 改進前后進出料數據對比

2.3 電耗

改進前，Φ400中頻焙燒爐焙燒還原電耗總計7448.12 kw·h，單位電耗為7448.12÷18.946=393.12 kw·h/噸還原礦；改進或后，Φ400中頻爐還原電耗總計7628.4 kw·h，單位電耗為7628.4÷21.563=353.77kw·h/噸還原礦。由數據可知，改進后還原單位礦石的電耗比改進前降低39.55 kw·h/噸還原礦。電耗具體數據如表3。

表3 改進前后電耗對比

2.4 還原率

在試驗過程中，每生產1袋還原礦采一個綜合樣。采樣的時間間隔約為5h一次，每次在圓盤出料口處用采樣鏟接取20秒，最終根據出料情況混合形成綜合樣品。

圖4 改進前后的還原率波動情況對比

由圖4所示，改進前，在統計階段內還原率的最大值為98.50%，最小值為85.56%，算術平均值為95.69%，整組數據的標準偏差為2.66%，變異系數為2.78%。改進后，在所取的統計時間內，還原率最大值為99.7%，最小值為94.7%，還原率加權平均值為97.85%，整組數據的標準差為1.14%，變異系數為1.17%。通過對比改進前后的對比，改進后不僅還原率提高了，而且穩定性也大幅提高了。

3 結語

通過對焙燒爐給料裝置、線圈分布、熱電偶分布的改進，改進后的出料速度比之前提高了25.76 Kg·h-1，改進后的電耗率比之前節省了39.55 kw·h/噸還原礦，改進后的還原率比之前提高了2.16%，而且穩定率也有了大幅度的提高。通過這次改進，極大地提高了該焙燒爐的可用性，對于中頻還原爐應用于軟錳礦還原焙燒提供了試驗數據支撐。