鞍鋼鲅魚圈超厚料層燒結(jié)系統(tǒng)改造生產(chǎn)實踐

王小強 ，宮作巖 ，楊熙鵬 ，李金蓮 ，馬賢國 ，尹冬松

（1.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司 （以下簡稱鲅魚圈）燒結(jié)工程由中冶長天工程有限公司設計，主體工程由鞍鋼建設集團公司承建。工程設計兩臺405 m2燒結(jié)機，年產(chǎn)燒結(jié)礦為933.8萬t，燒結(jié)機利用系數(shù)為 1.4 t/（m2·h），主體設備作業(yè)率為94%。燒結(jié)生產(chǎn)所用含鐵原料主要以進口粉礦為主，經(jīng)過混勻料場混勻后，專供燒結(jié)作業(yè)區(qū)使用［1-2］。投產(chǎn)以來，累計生產(chǎn)燒結(jié)礦 7 500 余萬 t，經(jīng)過近10年的連續(xù)生產(chǎn)，燒結(jié)機系統(tǒng)設備磨損比較嚴重，系統(tǒng)漏風率超過60%，導致燒結(jié)機經(jīng)濟技術指標下降，利用系數(shù)、固體燃料消耗、工序能耗低于全國行業(yè)平均水平。2018年對兩臺燒結(jié)機進行了提質(zhì)降耗改造，燒結(jié)機料層由750 mm提高到900 mm。本文重點介紹了改造采用的新技術及對燒結(jié)機經(jīng)濟技術指標的影響。

1 燒結(jié)系統(tǒng)改造技術措施

1.1 提高混合料溫度技術

改造前鲅魚圈燒結(jié)只通過生石灰消化放熱來提高混合料溫度［3］，料溫一直比較低，冬季料溫低于30℃，夏季料溫在40℃左右。為了減少料層提高后過濕層對燒結(jié)過程的影響，計劃將冬季料溫提高到50℃以上，夏季料溫提高到60℃以上，具體做法如下。

1.1.1 提高混合料添加水的溫度

提高水溫的熱量來自兩部分，一是將冷水池內(nèi)的涼水通過高壓泵抽到環(huán)冷機三段上方的換熱器處，進行換熱，換熱后的水溫達到70℃以上，再返回熱水池；二是在熱水池內(nèi)通入過熱蒸汽，補充加熱，水溫能夠達到80℃以上。混合料加熱水預熱系統(tǒng)工藝流程示意圖如圖1所示。

圖1 混合料加熱水預熱系統(tǒng)工藝流程示意圖Fig.1 Flow Diagram for Preheating System of Heating Water for Blended Materials

1.1.2 二次混合機滾筒內(nèi)通入蒸汽

采用射流式噴嘴，將（0.4±0.5）MPa 壓力范圍蒸汽噴射到混合機內(nèi)料面上，能夠提高蒸汽換熱效率，使混合料料溫直接提高10～15℃。

1.1.3 生石灰采用熱水消化和返礦采用熱水潤濕

鋪設新的熱水管道，將原消化和返礦潤濕用水改為熱水，輔助提高混合料溫度。

通過采取以上措施，混合料溫度達到62℃，對燒結(jié)厚料層操作弱化燒結(jié)過濕層的影響和降低燒結(jié)固體燃耗具有重要意義。

1.2 燒結(jié)機系統(tǒng)漏風治理措施

1.2.1 燒結(jié)機頭尾密封板改造

燒結(jié)機機頭機尾采用一種柔性密封裝置。該柔性密封裝置利用寬度很小的若干個板條沿臺車底梁長度方向相互拼接，構成一個完整的密封蓋板，并同時將每個板條都相關聯(lián)地浮動設置在機架上。工作過程中，整個密封蓋板中的各個板條均可以各自與臺車底梁相貼合，從而實現(xiàn)整個密封蓋板與臺車底梁全長范圍的良好貼合。密封蓋板中的所有板條通過沿板條寬度方向設置的鋼絲繩被串連成結(jié)構上相互關聯(lián)的“鏈式結(jié)構”，通過所形成的“鏈式結(jié)構”，使所有板條在進行上下浮動時相互聯(lián)動。首尾密封蓋板局部俯視圖如圖2所示。

密封蓋板中兩兩相臨的板條之間通過弧形接口結(jié)構相接，其中一個板條側(cè)邊的斷面形狀為外凸的圓弧形，另一個板條側(cè)邊的斷面形狀為內(nèi)凹的圓弧形槽，兩板條相臨側(cè)邊相互嵌套形成所述的弧形接口結(jié)構，相臨兩板條可繞其弧形接口相對轉(zhuǎn)動，但不能上下串動。采用弧形接口的好處是相鄰板條接觸更緊密，可以減少接口縫隙處夾料，當密封蓋板上下浮動時，板條之間的活動為轉(zhuǎn)動，避免了板條被卡住浮不起來的現(xiàn)象發(fā)生。首尾密封蓋板側(cè)視圖如圖3所示。

圖2 首尾密封蓋板局部俯視圖Fig.2 Partial Top View of End-to-end Sealing Cover Plate

圖3 首尾密封蓋板側(cè)視圖Fig.3 Side View of End-to-end Sealing Cover Plate

1.2.2 燒結(jié)機臺車欄板改造

為適應厚料層低溫燒結(jié)工藝技術要求，結(jié)合鲅魚圈全粉礦燒結(jié)特性，燒結(jié)料層需要由750 mm提高到900 mm［4］。目前國內(nèi)在提高燒結(jié)料層方面主要有兩種落實措施：一種是超臺車欄板梯形布料方式，此方法是通過抬高點火器、布料器等相關設備后，達到提高布料料層高度的目的；另一種是在梯形布料的設備改造基礎上，將臺車欄板直接改為需要的料層厚度高度，完全實現(xiàn)厚料層布料。厚料層布料比較梯形布料的優(yōu)勢在于，垂直燒結(jié)速度沿臺車寬度方向上比較均勻，燒結(jié)表面裂紋減少，燒結(jié)返礦率進一步下降。鲅魚圈燒結(jié)機新制欄板采用整體形式，欄板上部開防裂槽，能夠有效控制欄板裂紋出現(xiàn)，欄板端頭加可更換防磨墊片，減少欄板兩端因碰撞等原因造成磨損，延長欄板整體使用壽命，同時此整體形式臺車欄板具有密封效果好、漏風率低等優(yōu)點，使用后可達到提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的目的。

1.2.3 燒結(jié)機邊部篦條改造

由于燒結(jié)混合料在臺車攔板處存在邊緣效應［5］，使該處風阻力小，存在邊緣效應漏風。燒結(jié)過程中，燒結(jié)餅向中間收縮，與欄板間形成縫隙，進一步加劇了燒結(jié)機臺車欄板處邊緣漏風。在靠燒結(jié)機臺車欄板處加7～10根盲篦條可以解決此問題。臺車欄板處存在的邊緣效應被后加的盲篦條綜合掉，既堵住了漏風，也沒有減少燒結(jié)機產(chǎn)量。

1.2.4 燒結(jié)機篦條銷改造

臺車篦條銷子與篦條孔之間有1.5 mm左右縫隙，會產(chǎn)生漏風。為減少篦條銷子孔處漏風，采用一種銷子桿由圓柱部分和圓錐體部分組成的篦條銷子。安裝時圓柱體部分與臺車欄板上的銷子孔配合，消除銷子孔漏風。圓錐體部分露在外面，便于篦條銷子拆裝。此篦條銷對減少漏風效果較好。

1.2.5 燒結(jié)機臺車和滑道密封改造

現(xiàn)有燒結(jié)機臺車滑道存在滑道槽與游板之間漏風和滑道端頭漏風。改造后將密封滑道安裝在風箱上沿，燒結(jié)機臺車安裝可調(diào)式滑道，從根本上解決上述兩個漏風點的漏風問題。

風箱上沿雙板簧滑道安裝要求：燒結(jié)機臺車軌道通長高度偏差±2 mm，兩條軌道間距偏差±1 mm，4 m之內(nèi)高度偏差0.5 mm；雙板簧滑道表面4 m之內(nèi)高度偏差0.3 mm。

1.2.6 燒結(jié)機風箱內(nèi)部涂層

燒結(jié)機風箱受燒結(jié)煙氣侵蝕會發(fā)生漏風。在生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)，前半部風箱受到低溫濕氣體的腐蝕較嚴重。鲅魚圈燒結(jié)投產(chǎn)9年多時開始逐漸出現(xiàn)腐蝕漏風現(xiàn)象，經(jīng)過現(xiàn)場考察研究，將容易腐蝕、可操作的風箱部位進行涂抹耐材處理，主要方法是，先在風箱本體內(nèi)部焊一層菱形網(wǎng)狀結(jié)構，然后將耐材涂抹在網(wǎng)狀結(jié)構上，從內(nèi)部修復風箱漏風，新涂抹的耐材具有耐腐蝕、不易被沖刷的特點，有效解決了風箱漏風問題。

1.2.7 抽風系統(tǒng)管路部分換新與加固堵漏

燒結(jié)機抽風系統(tǒng)中風箱支管、冷風吸入閥、下部灰斗、雙層卸灰閥等漏風點較多，在平日短時間停機時無法徹底處理，趁長時間檢修機會，采用局部換新和加固堵漏的方式，對抽風系統(tǒng)漏風進行徹底封堵處理。具體措施為將風箱支管和雙層卸灰閥進行換新，對大煙道冷風吸入閥進行更換密封圈處理，對雙層卸灰閥上部到大煙道之間的灰斗進行整體包補處理。

對燒結(jié)系統(tǒng)進行漏風治理后，燒結(jié)系統(tǒng)漏風指標降低到了45%以下，系統(tǒng)漏風率降低15%以上。

1.3 燒結(jié)機點火爐改造

燒結(jié)點火爐設計為雙斜帶式點火器，原始設計點火燒嘴為兩排燒嘴，機頭側(cè)燒嘴數(shù)量13個，機尾側(cè)燒嘴數(shù)量14個。運行過程中發(fā)現(xiàn)表面點火有黃道，表面點火不均勻，點火質(zhì)量不好。改造前點火爐膛內(nèi)火焰測溫結(jié)果如圖4所示。

圖4 改造前點火爐膛內(nèi)火焰測溫結(jié)果Fig.4 Test Results of Flame Temperature in Ignition Furnace before Upgrading

由圖4可以看出點火溫度低、點火溫度分布不均。采用增加燒嘴的方法改造為新型點火器，兩排各增加4個燒嘴，同時燒嘴出煤氣噴頭由中間一個大圓孔、四周6個小圓孔改為中間一個大圓孔的形式。生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，此點火器表面點火均勻，煤氣消耗大幅降低。

改造后點火爐膛內(nèi)火焰測溫結(jié)果如圖5所示，可以看出改造后點火溫度提高到900℃以上，溫度場分布比較均勻。

1.4 環(huán)冷機改造

原環(huán)冷機因臺車與風箱之間的密封為膠皮密封，膠皮容易刮損或受熱后損壞，造成密封效果不好，燒結(jié)礦的冷卻能力下降，漏風、漏灰嚴重，環(huán)冷機熱廢氣利用率低、現(xiàn)場灰塵大等。決定對環(huán)冷機進行升級改造。改造方案為：保留原有環(huán)冷鼓風機、環(huán)冷機下部風箱、卸灰閥等基礎設備，僅對于環(huán)冷機臺車部分進行換新改造。此方案采用中冶北方設計的水密封，上部、下部同時設置水槽，因臺車的卸礦方式與以往不同，曲軌在上方，燒結(jié)礦通過臺車翻轉(zhuǎn)卸礦，徹底解決漏風問題，環(huán)冷機漏風率小于5%，卸礦溫度低于100℃，燒結(jié)礦冷卻效果較好。環(huán)冷機高溫段溫度最高達到450℃，余熱發(fā)電抽風機由原來的軸流式風機改為離心式風機，額定風量為820 000 m3/h。在3#鼓風機位置上方配置冷水換熱器對冷水進行提溫。于2#與3#鼓風機之間的上方取熱空氣用于燒結(jié)點火。

新改造的環(huán)冷機主要參數(shù)：有效冷卻面積490 m2，處理量980 t/h，冷卻時間約58.8～83.0 min。臺車欄板高1.6 m，寬3.5 m，回轉(zhuǎn)中徑51 m。原環(huán)冷鼓風風機不變，額定風量為588 000 m3/h，共配置5臺鼓風機，改造后夏季用4臺，冬季用3臺。燒結(jié)環(huán)冷機示意圖見圖6。

環(huán)冷機改造完成后，與舊環(huán)冷機對比，冷卻效果得到了很大提升，環(huán)冷鼓風機冬季轉(zhuǎn)3臺即能夠達到冷卻要求，卸礦溫度＜100℃。環(huán)冷一段、二段熱風溫度提升50℃左右，噸礦發(fā)電量月平均可達到20 kW·h以上，達到設計水平。環(huán)冷機因密封不好造成的漏灰漏料問題得到徹底解決，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境得到徹底改善。

圖6 燒結(jié)環(huán)冷機示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Circular Cooler for Sintering

1.5 篩分系統(tǒng)改造

鲅魚圈原設計冷篩系統(tǒng)采用的是橢圓振動篩，經(jīng)過多年生產(chǎn)，環(huán)保效果、篩分效率、檢修維護、電耗等已無法滿足更高標準的要求。經(jīng)考察后，將橢圓振動篩改為懸臂棒條篩。使用后總結(jié)其優(yōu)點如下：①篩網(wǎng)開孔率高達40%，篩分效率高；②立體布置，結(jié)構緊湊，占地面積小；③運行故障率低；④能耗低，節(jié)電效果顯著；⑤環(huán)保效果好、噪音低。

2 改造后效果

2.1 燒結(jié)厚料層生產(chǎn)及經(jīng)濟技術指標

2018年6～8月，分別對兩臺燒結(jié)機欄板進行抬高改造，欄板高度達到900 mm。燒結(jié)機改造前后生產(chǎn)參數(shù)如表1所示。由表1可以看出，改造后燒結(jié)混合料溫度得到大幅度提升，滿足了厚料層的基礎要求，燒結(jié)機鋪料厚度提高100 mm，燒結(jié)機利用系數(shù)平均提高 0.168 t/（m2·h）。

燒結(jié)機改造后實現(xiàn)了900 mm厚料層的正常生產(chǎn)操作，主要從燒結(jié)機系統(tǒng)漏風的治理、混合料水份的選擇、混合料溫度提升、強化混合料制粒等幾個方面進行參數(shù)優(yōu)化，確保厚料層燒結(jié)達到了燒結(jié)穩(wěn)產(chǎn)、提質(zhì)、降耗的目標。

表1 燒結(jié)機改造前、后生產(chǎn)參數(shù)Table 1 Production Parameters of Sintering Machine before and after Upgrading

表2為改造前后燒結(jié)機經(jīng)濟技術指標情況。由表2可以看出，改造后，燒結(jié)臺時產(chǎn)量提高13.3%，達到設計水平，燒結(jié)礦成品率提高1.4%；成品率提高后燒結(jié)綜合能耗降低，料層厚度提高后燒結(jié)固體燃耗降低約3 kg/t；因燒結(jié)漏風治理和燒結(jié)滿負荷生產(chǎn)原因，燒結(jié)電耗降低3.6 kW·h/t；因燒結(jié)點火爐改造、燒結(jié)厚料層操作雙重原因，煤氣消耗降低0.012 GJ/t；質(zhì)量指標也得到大幅改善。

表2 改造前后燒結(jié)機經(jīng)濟技術指標情況Table 2 Economic and Technical Indicators of Sintering Machine before and after Upgrading

2.2 經(jīng)濟效益分析

按照鲅魚圈燒結(jié)礦年產(chǎn)量750萬t，固體燃料單價為 827 元/t，電價為 0.50 元/（kW·h），焦爐煤氣單價為100元/GJ計算，改造后每年燒結(jié)綜合能耗降低所產(chǎn)生的效益計算如下:

（1）固體燃耗降低的效益=固體燃耗差×燃料單價×年產(chǎn)量=（62.3-59.5）kg/t/1 000 ×827 元/t×750萬t=1 736.7萬元；

（2）電耗降低的效益=電耗差×電單價×年產(chǎn)量=（46.8-43.2）kW·h/t×0.50 元/（kW·h）×750 萬 t=1 350萬元；

（3）煤氣消耗降低的效益=煤氣消耗差×煤氣單價×年產(chǎn)量=（0.075-0.063）GJ/t×100 元/GJ×750萬t=900萬元；

（4）環(huán)冷余熱發(fā)電噸礦發(fā)電量平均值改造前為 9.84 kW·h/t，改造后為 16.26 kW·h/t，則燒結(jié)余熱發(fā)電方面產(chǎn)生效益=年產(chǎn)量×發(fā)電量差×電單價=750 萬 t×（16.26-9.84）kW·h/t×0.50 元/（kW·h）=2 407.5萬元。

改造后每年燒結(jié)產(chǎn)生的效益=1 736.7+1 350+900+2 407.5=6 394.2萬元。

燒結(jié)設備改造的總費用為7 200萬元。按照效益計算，預計13.5個月能夠收回改造成本。

3 結(jié)語

鞍鋼鲅魚圈燒結(jié)圍繞900 mm厚料層進行了燒結(jié)機系統(tǒng)改造，燒結(jié)產(chǎn)量、質(zhì)量以及各項能耗指標均得到有力提升。混合料溫度達到62℃；燒結(jié)臺時產(chǎn)量提高13.3%，燒結(jié)礦成品率提高1.4%，燒結(jié)固體燃耗降低約3 kg/t；燒結(jié)電耗降低3.6 kW·h/t；燒結(jié)煤氣消耗降低0.012 GJ/t；環(huán)冷余熱噸礦發(fā)電量達到20 kW·h以上。