摘要介绍了济钢4号14 m2球团竖炉的工艺设计特点，设计不仅完善了球团厂4座竖炉公辅设施，还开发了具有济钢自主知识产权的第二代润磨机技术、第二代Ø7．5m大型造球盘技术和生球再造筛分新工艺，发明了双流双层卧式排料新技术、竖炉高氧化度低压焙烧技术、环式冷却技术、新型配风二次冷却和有轨布料等先进技术，整个生产工艺还配有高水平的自动化控制系统以及完善的除尘系统。
关键词竖炉设计润磨焙烧自动控制除尘
I前言
济钢总厂区现有6座350 m3。高炉和3座1 750 m3。高炉，具有年产生铁800万t的生产能力，每年高炉需铁料1450万t，需熟料量1310万t。目前随着二烧320 m2。烧结机的投产,济钢年产烧结矿的能力达到920万t，可以满足高炉对烧结矿的需求。而球团矿在4号竖炉建成前，年生产能力只有170万t，球团矿缺1：1部分要靠外购，而外购土球团矿质量差，TF。品位低，Si02含量高。为满足高炉精料需求，再建球团竖炉势在必行，因此2005年8月20日建成并投产了设计年产73万t的4号14 m2。球团竖炉。在“十一五”期间，通过对1号竖炉进行扩建改造，并提高4座竖炉的利用系数，济钢年生产能力将达到300万t，就能缓解球团矿缺1：I问题，而且人炉料的质量将得到明显改善。4号14 m2。球团竖炉是在总结济钢1号8 m2。竖炉、2号10 m2。竖炉以及3号14m2。竖炉经验和教训的基础上来设计建设的，并且开发了一系列新技术，对炉型结构进行了再创新。投产后生产实践表明，竖炉利用系数达到9．0 t／(m2．h)，球团矿产、质量大幅度提高，已成为国内球团矿单炉产量最大的竖炉。4号14 m2。球团竖炉的设计成功，为适合中国国情的竖炉向大型化、高效化发展做出了贡献，为“十一五’’期间实现单炉年产球团矿100万t的竖炉设计奠定了基础。
2工艺设计
2．1工艺流程
济钢4号14 m。球团竖炉的生产工艺流程如图I所示。
2．2工艺流程介绍
(I)配料系统
球团厂各种铁精矿原料和二次资源(包括除尘灰、氧化铁皮和污泥等)通过17台Ø2．5 m圆盘给料机和配套的电子皮带秤在原料厂的配料室进行预配料。在新配料室完成添加膨润土的精配料，新配料室建有8个铁料仓和2个添加剂料仓。8个铁料仓采用(Ø2．8 m圆盘给料机和配套的电子皮带秤；膨润土由真空输送装置输送到2个添加剂料仓，料仓下面采Ø300mm变频调速螺旋给料机。系统采用计算机来自动控制配料量，配料系统设计精度±0．5％。
(2)混料烘干搴
铁精矿原料、二次资源和膨润土配料后的混合料用Ø3．2×20 nl圆筒烘干机进行混匀、烘干。烘干机的工作原理是借助圆筒旋转，在扬料板的作用下使物料抛落混合，同时来自烘干炉的燃烧废气与物料进行气固逆向热交换来烘干混合料。依据红外水分仪对烘干后混合料水分的在线检测结果，来判断和控制烘干效果，从而完成对混合料的混匀、烘干和提高料温的任务。
(3)润磨机室
配料烘干后含有一定水分(7％～10％)的混合料(含粘结剂)经螺旋给料机送入Ø3．8×6．5 m的大型润磨机润磨、混匀、加热，使物料颗粒变细、比表面积和表面活性能增加，为下一工艺环节提供粒度和水分合适、物化性能均匀的物料，以保证造球过程中物料的成球性好、生球强度高、膨润土用量低及成品率高。
(4)造球室
润磨后的混合料进入造球室。鉴于3号竖炉系统使用国产Ø7．5 m造球盘的成球质量不理想，尤其是回转轴承使用寿命短对竖炉生产的影响极大，所以4号竖炉用的2台Ø7．5 m圆盘造球机采用了进口回转轴承替代国产回转轴承。根据大型竖炉对生球质量的要求，设计采用了入炉生球再造筛分工艺，即生球经一台Ø106×5 062 mm的45辊圆辊筛再造筛分后，生球中含粉全部筛下，达到入炉料粒度更均匀的目的，同时生球在圆辊筛上作滚动运动中也进一步提高了强度，Ø8～16 mm的合格生球进入竖炉布料。
(5)竖炉炉体
生球由梭式有轨匀量电动布料车均匀布人竖炉进行焙烧。4号14 m。竖炉为复合形断面，竖炉有效焙烧面积14 m2，烘干床面积41．2 m2，烘干床倾角360，导风墙通风面积5．O m2。在炉体两侧各设一个圆柱形燃烧室和气流分配室，燃烧介质为高炉一转炉混合煤气，燃烧室正压操作，压强P=4 900～9 800 Pa，燃烧室温度为1 100～1 150℃。生球通过竖炉内的干燥带、预热带、焙烧带、均热带和冷却带焙烧成球团矿，经辊式卸料进入炉下二次风冷却装置进一步冷却后，由4点排料电振排至B1200的链板机，运往中贮仓。
(6)成品球系统
排至链板机的熟球先运至中贮仓集中放料，再运至筛分室筛分，筛下<6mm的熟球直接送至原料厂，筛上Ø6～20 mm的合格球运至球团成品料仓贮存。
3工艺及设备的创新
3．1大型润磨机技术
在现有Ø3．2×5．73 m润磨机技术基础上，开发了Ø3．8×6．5 m大型润磨机技术，由此保证了4号竖炉及扩建后1号竖炉的生产需要，润磨机的主要技术参数对比见表1。
3．2生球生产新工艺
(1) Ø7．5 m大型造球盘的应用在3号竖炉成功应用由我公司自主开发的1台Ø7．5 m大型造球盘技术的基础上，对于新建4号竖炉所用的2台建4号竖炉所用的2台建4号竖炉所用的2台建4号竖炉所用的2台Ø 7．5 m大型造球盘，我们有针对性地对其结构进行了优化，进一步完善了造球盘技术，保证了大型竖炉生产对生球产、质量的要求。Ø 7．5 m造球盘技术性能见表2。
(2)生球再造筛分新工艺
开发了生球再造筛分技术，一方面增加生球颗粒间的密实度，另一方面对含粉进行筛除，提高了生球的强度，保证了生球粒度洁净、均匀、稳定。生球再造圆辊筛主要技术参数见表3。
3．3竖炉设计创新
(1)竖炉内部形状
将竖炉内部形状由四周直角形改为四周圆弧形过渡，以消除矩形竖炉炉内挂料及死角处气流分配不合理的现象；竖炉内部有效高度高，有效容积大，能满足竖炉大型化后各带物化反应所需时间；增加炉口宽度，在1号竖炉炉型基础上适当增加烘床角度(36。)，以满足大型竖炉高效生产的要求；齿辊上下部采用改进型炉外水冷板，以防止炉壳变形。齿辊下部炉型采取收缩式，以抑制竖炉一冷风下行；竖炉内焙烧一冷却一二次冷却一体化，在】号竖炉的基础上，调整二冷带高度及风管系，以保证竖炉产量提高后熟球有充足的冷却时间，另外冷却宽度的选取按薄料层设计，这样不仅能提高熟球的冷却效果，也可有效抑制一冷风下行。
(2)发明高氧位低压焙烧技术
设计采用混合煤气，通过提高热值，配加富氧空气，增加分配室氧气浓度，营造强氧化气氛，保证球团矿在强氧化性气氛中(燃烧废气含氧8％)进行低压焙烧，达到高效生产的目的。
(3)开发竖炉双层火道焙烧等一系列新技术
在114 m。竖炉上，我们开发了一系列新技术：双层火道焙烧技术，该技术能增加球团矿焙烧的均匀性和提高焙烧效率；环式冷却技术，将冷风进口环绕布置在矩形竖炉周围，能实现高效的气固热交换；新型配风二次冷却技术，将传统的炉下两端进风一中间出风的配风形式改为中间进风一两端出风的配风形式；双层双流卧式排料技术，该技术能保证竖炉炉料均匀下降，排料设置密封阀，有利于气流的合理分布，同时又能有效抑制下行风、炉下漏风现象。
(4)创新设计有轨布料技术
创新设计了大型水冷轨道往复匀量电动布料技术，消除了竖炉布料“跳、摆、推料”现象，使布料更均匀，保证了大型竖炉布料均匀，炉内的透气性好及热交换效率高。
3．4完善的除尘系统
(1)精配料室除尘系统
设计选用l台DFML一。725反吹式布袋除尘器对精配料室、膨润土仓库、原料运输落料点进行除尘。
(2)竖炉本体除尘系统
在4号竖炉炉顶、电振排料的扬尘点设置吸尘罩，采用1台180 m0电除尘器进行除尘；二冷烟气由于所携粉尘粒径大(5～6 mm)，故先用1台重力除尘器初步净化后再进入180 m。电除尘器进行除尘。本体除尘系统的配置，能确保竖炉烟气粉尘经精除尘后排放浓度<50 mg／m3，低于国家规定的排放标准。
(3)其它除尘系统
凡有岗位粉尘产生的场所均设地面洒水设施，定期冲洗，防止粉尘飞扬扩散，确保无组织排放粉尘浓度<10 mg／m3。
(4)除尘灰的处理
正常条件下除尘灰产生量为155．7 t／d，为使含铁粉尘得到二次利用，捕集后的粉尘经除尘器本体灰斗贮存。当粉尘达到灰斗料位上限时根据警报提示启动输送机卸灰送往贮灰仓，再运至原料厂。
3．5高水平自动化控制系统
(1)原料场的自动化控制系统7．5 m大型造球盘，我们有针对性地对其结构进行了优化，进一步完善了造球盘技术，保证了大型竖炉生产对生球产、质量的要求。Ø 7．5 m造球盘技术性能见表2。
(2)生球再造筛分新工艺
开发了生球再造筛分技术，一方面增加生球颗粒间的密实度，另一方面对含粉进行筛除，提高了生球的强度，保证了生球粒度洁净、均匀、稳定。生球再造圆辊筛主要技术参数见表3。
3．3竖炉设计创新
(1)竖炉内部形状
将竖炉内部形状由四周直角形改为四周圆弧形过渡，以消除矩形竖炉炉内挂料及死角处气流分配不合理的现象；竖炉内部有效高度高，有效容积大，能满足竖炉大型化后各带物化反应所需时间；增加炉口宽度，在1号竖炉炉型基础上适当增加烘床角度(360)，以满足大型竖炉高效生产的要求；齿辊上下部采用改进型炉外水冷板，以防止炉壳变形。齿辊下部炉型采取收缩式，以抑制竖炉一冷风下行；竖炉内焙烧一冷却一二次冷却一体化，在1号竖炉的基础上，调整二冷带高度及风管系，以保证竖炉产量提高后熟球有充足的冷却时间，另外冷却宽度的选取按薄料层设计，这样不仅能提高熟球的冷却效果，也可有效抑制一冷风下行。
(2)发明高氧位低压焙烧技术
设计采用混合煤气，通过提高热值，配加富氧空气，增加分配室氧气浓度，营造强氧化气氛，保证球团矿在强氧化性气氛中(燃烧废气含氧8％)进行低压焙烧，达到高效生产的目的。
(3)开发竖炉双层火道焙烧等一系列新技术
在114 m。竖炉上，我们开发了一系列新技术：双层火道焙烧技术，该技术能增加球团矿焙烧的均匀性和提高焙烧效率；环式冷却技术，将冷风进口环绕布置在矩形竖炉周围，能实现高效的气固热交换；新型配风二次冷却技术，将传统的炉下两端进风一中间出风的配风形式改为中间进风一两端出风的配风形式；双层双流卧式排料技术，该技术能保证竖炉炉料均匀下降，排料设置密封阀，有利于气流的合理分布，同时又能有效抑制下行风、炉下漏风现象。
(4)创新设计有轨布料技术
创新设计了大型水冷轨道往复匀量电动布料技术，消除了竖炉布料“跳、摆、推料”现象，使布料更均匀，保证了大型竖炉布料均匀，炉内的透气性好及热交换效率高。
3．4完善的除尘系统
(1)精配料室除尘系统
设计选用l台DFML一。725反吹式布袋除尘器对精配料室、膨润土仓库、原料运输落料点进行除尘。
(2)竖炉本体除尘系统
在4号竖炉炉顶、电振排料的扬尘点设置吸尘罩，采用1台180 m2电除尘器进行除尘；二冷烟气由于所携粉尘粒径大(5～6 mm)，故先用1台重力除尘器初步净化后再进入180 m2电除尘器进行除尘。本体除尘系统的配置，能确保竖炉烟气粉尘经精除尘后排放浓度<50 mg／m3，低于国家规定的排放标准。
(3)其它除尘系统
凡有岗位粉尘产生的场所均设地面洒水设施，定期冲洗，防止粉尘飞扬扩散，确保无组织
排放粉尘浓度<10 mg／m3。
(4)除尘灰的处理
正常条件下除尘灰产生量为155．7 t／d，为使含铁粉尘得到二次利用，捕集后的粉尘经除尘器本体灰斗贮存。当粉尘达到灰斗料位上限时根据警报提示启动输送机卸灰送往贮灰仓，再运至原料厂。
3．5高水平自动化控制系统
(1)原料场的自动化控制系统7．5 m大型造球盘，我们有针对性地对其结构进行了优化，进一步完善了造球盘技术，保证了大型竖炉生产对生球产、质量的要求。Ø 7．5 m造球盘技术性能见表2。
(2)生球再造筛分新工艺
开发了生球再造筛分技术，一方面增加生球颗粒间的密实度，另一方面对含粉进行筛除，
提高了生球的强度，保证了生球粒度洁净、均匀、稳定。生球再造圆辊筛主要技术参数见表3。
表3 45辊生球圆辊筛主要技术参数规格(辊径×有效辊身长度) 主要技术参数Ø 106×5 062 mm筛分能力200 t／h；辊距112 mm；辊转速130～150r／min；有效辊缝6 mm；倾角调整范围120～150
3．3竖炉设计创新
(1)竖炉内部形状
将竖炉内部形状由四周直角形改为四周圆弧形过渡，以消除矩形竖炉炉内挂料及死角处
气流分配不合理的现象；竖炉内部有效高度高，有效容积大，能满足竖炉大型化后各带物化反应所需时间；增加炉口宽度，在1号竖炉炉型基础上适当增加烘床角度(360)，以满足大型竖炉高效生产的要求；齿辊上下部采用改进型炉外水冷板，以防止炉壳变形。齿辊下部炉型采取收缩式，以抑制竖炉一冷风下行；竖炉内焙烧一冷却一二次冷却一体化，在1号竖炉的基础上，调整二冷带高度及风管系，以保证竖炉产量提高后熟球有充足的冷却时间，另外冷却宽度的选取按薄料层设计，这样不仅能提高熟球的冷却效果，也可有效抑制一冷风下行。
(2)发明高氧位低压焙烧技术
设计采用混合煤气，通过提高热值，配加富氧空气，增加分配室氧气浓度，营造强氧化气氛，保证球团矿在强氧化性气氛中(燃烧废气含氧8％)进行低压焙烧，达到高效生产的目的。
(3)开发竖炉双层火道焙烧等一系列新技术
在14 m2。竖炉上，我们开发了一系列新技术：双层火道焙烧技术，该技术能增加球团矿焙烧的均匀性和提高焙烧效率；环式冷却技术，将冷风进口环绕布置在矩形竖炉周围，能实现高效的气固热交换；新型配风二次冷却技术，将传统的炉下两端进风一中间出风的配风形式改为中间进风一两端出风的配风形式；双层双流卧式排料技术，该技术能保证竖炉炉料均匀下降，排料设置密封阀，有利于气流的合理分布，同时又能有效抑制下行风、炉下漏风现象。
(4)创新设计有轨布料技术
创新设计了大型水冷轨道往复匀量电动布料技术，消除了竖炉布料“跳、摆、推料”现象，使布料更均匀，保证了大型竖炉布料均匀，炉内的透气性好及热交换效率高。
3．4完善的除尘系统
(1)精配料室除尘系统
设计选用l台DFML一725反吹式布袋除尘器对精配料室、膨润土仓库、原料运输落料点进行除尘。
(2)竖炉本体除尘系统
在4号竖炉炉顶、电振排料的扬尘点设置吸尘罩，采用1台180 m0电除尘器进行除尘；二冷烟气由于所携粉尘粒径大(5～6 mm)，故先用1台重力除尘器初步净化后再进入180 m2。电除尘器进行除尘。本体除尘系统的配置，能确保竖炉烟气粉尘经精除尘后排放浓度<50 mg／m3，低于国家规定的排放标准。
(3)其它除尘系统
凡有岗位粉尘产生的场所均设地面洒水设施，定期冲洗，防止粉尘飞扬扩散，确保无组织
排放粉尘浓度<10 mg／m3。
(4)除尘灰的处理
正常条件下除尘灰产生量为155．7 t／d，为使含铁粉尘得到二次利用，捕集后的粉尘经除尘器本体灰斗贮存。当粉尘达到灰斗料位上限时根据警报提示启动输送机卸灰送往贮灰仓，再运至原料厂。
3．5高水平自动化控制系统
(1)原料场的自动化控制系统
原料预配料采用一套Modicon Quantum系列PLC控制系统。PLC主机与监控站之间采用工业以太网进行数据通讯，预留网路接口与总公司计算机进行网络通讯。为提高自动化程
度，除设置机旁手动操作外，整个系统还可通过PLC在操作室来实现自动操作；为了稳定配料，实行矿槽料位管理，各个配料槽均装设了雷达料位计，其测定值用于指导吊车上料作业，保证了混合料各组分的准确配料和化学成分的稳定。
(2)4号竖炉的自动化控制系统
4号竖炉采用另外一套Modicon Quantum系列PLC控制系统，主CPU放在竖炉本体，另外设置6个I／O远程站，即精配料室、烘干室、润磨机、造球室、熟球运输和电除尘(并在竖炉本体)。精配料室、竖炉本体、电除尘系统设三个计算机监控站，通过以太网进行通讯。各PLC主机控制单元接受I／O接口收集的信号进行开关量、模拟量的处理后，经I／O接口输出信号实现对设备的控制。通过可编程控制器实现对各个系统的连锁控制；精配料系统的自动配料；对各个电气设备的自动控制、故障记录、报警指示画面、工艺流程画面显示及参数显示和操作画面显示；数据统计、打印报表等。
自动化控制系统实现了从铁精粉的预配料、添加膨润土的精配料、混合料的烘干、润磨、
造球到生球的焙烧整个工艺过程的自动连锁控制，保证了竖炉的稳产、高产。
4结论
综上所述，济钢4号14m2竖炉的设计借鉴了济钢3号14m2竖炉在设计和生产中获得的经验和教训，进一步优化了竖炉低压焙烧工艺，进行了一系列的技术创新和装备水平的提升，保证了竖炉的稳产、高产。主要表现在以下几个方面：
(1)增加预配料工序；通过在线水分检测控制烘干效果；开发设计了具有自主知识产权的第二代Ø3．8×6．5 m大型润磨机技术、新一代Ø7．5 m、大型造球盘技术、生球再造筛分新工艺；发明了具有自主知识产权的高氧位低压焙烧技术、双层火道焙烧技术、环式冷却技术、新型配风二次冷却技术和双流双层排料技术；创新设计了有轨布料技术。
(2)自动化控制水平全面提升：采用PLC自动控制系统对原料预配料进行自动控制，通过可编程控制器实现对精配料室、烘干室、润磨机、造球室、熟球运输、电除尘(并在竖炉本体)与风机的连锁控制，对各个电气设备实现自动控制。
(3)4号14m2竖炉的设计坚持了兼顾环境友好的方针。除尘系统完善，除尘后烟气排放
浓度<50 mg／m3，低于国家规定的排放标准。
(4)4号竖炉投产后的技术经济指标：利用系数达到了9．0 t／(m2·h)；成品球团矿TFe≥64．2％，Fe0<0．8％，抗压强度达到3050N／个，转鼓指数(+6．3 mm)达到91．75％。
(5)为单炉实现100万t／a的球团厂设计创造了有利条件，也为适应中国国情的竖炉向更大型化、高效化发展奠定了基础。
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