自2000年大型“链篦机—回转窑工艺”（球团年产量>100万吨）在首钢改造成功以后，发展非常迅速，其产、质量高，对原料适应广，生产成本较低等优越性得到充分体现，但回转窑结圈的问题也表现突出。若回转窑结圈问题处理不好，将严重影响球团的产、质量，缩短回转窑窑衬寿命，甚至影响回转窑的整体结构，导致无法继续生产。结圈的防止和消除成为“链篦机—回转窑工艺”整个技术成功的关键，因此解决回转窑结圈成为球团生产的重要课题。而钒钛球团的结圈问题表现得更加突出（由于原料中含有一定量的钒、钛等元素，使钒钛矿具有特殊的焙烧性能），目前在我市众多的球团企业，除了钢企球团厂使用“链篦机—回转窑工艺”外，其余都使用竖炉生产工艺。因此我厂做好“链篦机—回转窑工艺”生产的前期研究准备工作非常重要。 一、 “链篦机—回转窑工艺”结圈示意图及原因分析
1. “链篦机—回转窑工艺”结圈示意图
图1是回转窑结圈的典型示意图。根据回转窑各段温度的差异，可以把回转窑分为窑头、窑中、窑尾3个部分。距出料端0 ~ 7米为窑头段，7 ~ 17米为窑中段，17 ~ 3 5米为窑尾段。 如下图所示，窑头和窑尾段结圈物较均匀，厚度一般在50mm左右，对生产影响不大。窑中段结圈厚度一般在270～300mm，严重时可达1米，导致球团不能在回转窑中正常流动，加大回转窑的负荷，使得生产无法继续进行，必须停窑进行处理。
图1 回转窑结圈示意图
窑中段是回转窑温度焙烧的高温段，温度一般在1280℃左右，而窑头段温度一般为1050～1250℃，窑尾段温度一般为900～1150℃，窑中段焙烧温度高，导致窑中段结圈严重。
2．回转窑结圈原因分析
经过我国12年来的大型“链篦机—回转窑工艺”生产实践，有研究认为：回转窑结圈主要是温度过高、煤灰带入的低熔点物质、窑内粉末在窑壁上固相扩散粘附和液相粘附不断积累形成的。回转窑中的粉末一部分从链篦机中随球团一起带入，一部分是由于球团在回转窑中受到摩擦剥落而产生的，还有一部分为煤燃烧的残留物。而造成球团粉末多的因素较多，详细结圈关系图如图2示。 因此，根据回转窑结圈的各种因素分析，在即将生产的“链篦机—回转窑工艺”中提前做好各项预防措施，以降低回转窑结圈对生产的影响。
图2 回转窑结圈原因分析
二、防止回转窑结圈的实验方案：
1. 实验流程：
链篦机—回转窑球团实验流程模拟工业生产线流程，主要包括配料、混合料、润磨、圆盘造球、生球干燥、预热、焙烧及性能检测等。
2. 原料分析：
同时率球团生产原料中低熔点物质主要是SiO2，由于我厂使用的铁精矿厂家众多，而各家所产铁精矿的化学成份、粒度又各不相同，使得混合料质量不稳定，波动范围大，增加了操作难度。因此要对不同的原料做生产前的各项实验工作。我厂的含铁原料主要为：周边钒钛精矿、周边普铁精矿、生产中的除尘灰。周边钒钛精矿其TFe都不高(54 % ~ 57 %)，TiO2基本都在10 % 以上，SiO2在水润滑轴承3.5 % 左右，周边普铁精矿的SiO2含量较高，在9 % 左右。必须要对原料进行合理搭配，将混合料SiO2含量控制在5%以内。
3. 配料及造球实验：
生球质量直接影响链篦机烘干效果，进而影响粉末产生量。本实验目的是如何更好地控制生球质量。按我厂球团矿出厂化学成份要求配料，将不同钒钛精矿、普铁精矿、除尘灰以
最佳经济配比混合料。把混合料在混料机中预混3 ~ 5分钟（以混合料实际混匀时间为准），再把混合料放在烘箱中烘至适宜水分（以最佳造球水分为准，一般水分7 % 左右），然后将混合料在制样粉碎机中磨3 ~ 5自助硬币存取款机分钟（粒度 – 200目在70 ~ 80 % ）。取一定量（以造球机的参数为准）的混合料放入造球机中，加适量水（1 ~ 2 % ），在造球机中以不同转速、倾角、时间造球。生球的质量要达到以下要求：
粒度8 ~ 12 mm ≥ 85 %，落下 > 5次/0.5 m ，水分8.5 % 左右（通过干燥、预热实验确定）。
4. 生球干燥期间爆裂温度实验：
生球干燥温度的控制非常重要，它将直接影响入窑粉末量。本实验目的是如何减少生球干燥过程中产生的粉末，合理制定爆裂温度上限值和干燥温度曲线。
取合格生球在烘箱中（温度110℃）烘约1小时（时间以整个生球烘干为原则），将高温炉升至预定温度（350 ~ 650 ℃）。取50个烘干的生球放入马弗炉中焙烧10 ~ 15分钟，以生球爆裂4 % 所能承受的最高温度为爆裂温度，实验时每个给定温度下重复测定两次，取其平均值。
4. 预热焙烧实验：
本实验目的是通过干球及成品球的指标来确定合理的预热、焙烧温度及停留时间。以减少回转窑中粉末产生量、降低FeO含量，减少结圈。
将三温区管式炉、鼓风机、流量计组装好，干燥段温度升至100 ~ 300℃，预热段温度升至900 ~ 1000℃，焙烧段温度升至1150 ~ 1250 ℃。把合格的生球（一次约50个）依次在干燥段10分钟左右，预热段10分钟左右，焙烧段30分钟左右，通入一定量的空气。预热干燥好的生球及焙烧好的熟球应满足以下质量要求：
干球指标：干球强度 ≥ 500 N/缺氧池个，AC转鼓 -5 mm < 5 % ， FeO含量 ≤ 8 % 。
成品球指标：抗压强度 ≥ 2000 N/个，转鼓指数（+ 6.3mm）≥ 90 % ，耐磨指数（-0.5mm）≤ 8 % ，FeO含量 ≤ 2 % 。
回转窑中的粉末粘附在凹凸不平的窑衬上，粉末与窑衬之间发生固相扩散，固相扩散的速度很大程度上决定了粉末能否牢固固结在窑衬上。只有当粉末固结的牢固程度能够抵挡物料滚动时对它施加的摩擦力，粉末才可能牢固地固结在窑衬上。本实验以焙烧后的抗压强
度（也称粉末固结强度）衡量粉末固结的程度。
温度对粉末固结强度的影响，回转窑窑中的特点是温度高，随着温度的上升，粉末的固结强度几乎呈几何级数上升。
6. 低温焙烧实验：
降低焙烧温度，球团的强度也随之降低，易产生碎球和粉末，可能造成质量不合格、加剧回转窑结圈等问题，为此考虑在球团原料中适当配加低熔点物质。在钢企球团厂配加高FeO矿（FeO含量在75%左右）或使用其自主研发的氧化助剂，FeO氧化过程放出大量的热量，当焙烧温度降低时，球团内部可以氧化增热，高FeO物质产生低熔点液相，增加粘结相量，有利于提高球团的固结强度。根据我厂的情况考虑配加煤粉，煤粉在球团内部燃烧时放出大量的热，燃烧后残余物中的SiO2与FeO形成低熔点液相，增加粘结相量，有利于提高球团的固结强度。
7. 关于新原料的焙烧实验
随着我市球团行业的不断扩大，铁精矿将日益紧缺，寻新的含铁原料将不可避免，一些
难处理铁矿资源将被大力开发和利用，而我市周边有大量的赤铁矿（Fe2O3）和硫酸渣还未得到充分利用。
led尾灯赤铁矿粉成球难，赤铁矿粉球团比磁精粉球团难焙烧，主要表现为：预热和焙烧温度高、时间长，成品球强度低。硫酸渣含硫较高对设备腐蚀较重。
8. 实验用仪器设备：
本次实验涉及的仪器设备有：烘箱、混料机、粉碎机、造球机、三温区管式炉、鼓风机、流量计、高温炉、转鼓机、抗压机、电子天平。
设备名称 | 对设备的要求 | 报价（元） |
混料机 | 一次能混料10Kg左右 | 4500 |
造球机 | | |
高温炉 | 能在1300℃左右连续使用，在2h内升到所要求温度 | 压力维持阀 |
鼓风机 | | |
流量计 | 精度在0.5%左右，流量 | |
三温区管式炉 | 能在1300℃左右连续使用，在2h内升到所要求温度，一次能焙烧50个球团（Φ8~14mm） | |
| | |
以上工艺参数均为链篦机—回转窑较为成熟的生产参数，我厂即将投产的链篦机—回转窑工艺可以借鉴，但具体参数还需做实验和在将来实际生产中摸索确定。因此中心实验室应尽早建立起来，以便开展实验工作，根据以上各项较佳的实验工艺参数与实际生产相结合，确定不同原料的合理热工制度，较经济的工艺参数，避免回转窑结圈，保持链篦机—回转窑工艺的正常生产。
唐清明
2012年4月27日
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