1  链箅机一回转窑系统概述

    铁矿球团目前在世界范围内已被广泛采用，氧化球团矿早已成为高炉炉料的重要组成部分。铁矿球团经过几十年的发展至今形成了三种主要的球团工艺方法。即竖炉球团法、链算机一回转窑球团法、带式焙烧机球团法。其中竖炉球团法除在中围外已逐渐走向衰落，其产量在整个球团矿产量中所占的比例已经很低，因此目前用于工业生产的主要是链算机一回转窑球团法和带式焙烧机球团法。根据美国Allis Mineral System(以F简称AMS，现在已并入METS0)公司的统计，采用链箅机一回转窑法生产的球团矿产量占整个铁矿球团产量的百分之五十左右。

    链算机一回转窑系统最早应用于水泥工业，Allis—Charmners公司通过试验证明可用这种设备及工艺方法生产铁精矿球团，并于1960年在美国亨博尔特球团厂建成了世界上第一套生产铁精矿氧化球团的链算机一回转窑系统。

    各种球团法的主要区别在于焙烧方法不同。球团的整个焙烧过程包括干燥、预热、焙烧及冷却。与带式焙烧机不同，在链箅机一回转窑系统中这一焙烧过程是在三个不同的设备上完成的，即链箅机、回转窑、环冷机。链箅机用于生球干燥、预热和Fe₃O₄的氧化，生球在机上处于相对静止状态，来自回转窑的高温尾气以及来自环冷机的冷却废气按鼓风或抽风方式，通过各工艺分段上的生球料层，使生球得到干燥和预热。在回转窑中经干燥和预热的球团主要靠辐射热焙烧到所要求的温度，从而达到所要求的理化指标。由链算机经给料溜槽进入回转窑之后，球团便呈平缓螺旋状向窑头方向运动(这一点与带式焙烧机不同，球团在焙烧过程中不是相对静止的，而是运动的，因此可以得到更好的焙烧质量)。随后，高温球团给入第三个设备，即冷却机。目前国内外链箅机一回转窑系统巾基本上均采用了不同规格的鼓风环式冷却机。在冷却机内球团通过与风流热交换冷却，冷却废气大部分给入回转窑和链算机中。球团在冷却机上被冷却到合适的温度，以利于其后的处理和转运。

    与带式焙烧机相比，链箅机一回转窑具有其独特的优点：

    1)由于球团在窑内不停地翻滚，焙烧均匀，球团质量好，成品率高；

    2)窑内温度容易控制，可生产自熔性球团；

    3)把干燥、预热、焙烧、冷却根据其不同的技术要求分别在链算机、回转窑、冷却机上进行，因而适应范围广，可用于多种原料的焙烧；

    4)对不同种类的原料和燃料适应性好。

2  链箅机一回转窑系统中的球团冷却

    在整个球团生产过程中，焙烧后球团的冷却是一个重要的环节。其一，高温球团含有相当多的热量，如能把这部分热量回收用于前面的加热过程，则可以减少热量损失．达到有效的热平衡，从而降低燃料消耗。其二，球团在焙烧过程中生成的结品质和玻璃质，即使以很快的速度冷却也不致被破坏。有关试验表明：如果用冷却风将球团冷却至：300℃以下，即使再用水冷却，球团也不会破裂；如果球团在700℃的情况下进行水冷，其抗压强度降低到初始强度的一半以下。因此，必须采用专¨设备通过与冷却风的热交换把焙烧后的球团冷却至所要求的温度，以便于球团的运输及高炉的正常生产。

3  国外链箅机一回转窑系统中的球团冷却   

    目前国外链箅机一回转窑氰化球团生产主要集中在北美、瑞典、日本等地区和国家，除比利时的克拉伯克球团厂采用带式冷却机外，其余各厂均采用环式冷却机鼓风冷却。根据美圈AMS公司的功能界定，链算机一回转窑系统中冷却机具有如下三项功能：

    1)完成氧化球团中Fe₃0₄向Fe₂0₃的氧化，使Fe0的含量降到最低；

    2)对回转窑排出的球团鼓风冷却，使其温度降低到便于后续输送处理；

    3)回收高温球团中的热量，用于前面的工序，从而降低整个链算机一回转窑系统的燃料消耗。

    在链箅机一回转窑系统的实际生产中，特别是采用磁铁矿原料生产时，焙烧后的球团从回转窑中排出时温度高达1 100 ℃以上，在给到环冷机的初始阶段，球团的温度不但不能降低反而升高。这是因为受链箅机内预热温度、预热时问及预热气氛中氧的含量等因素的限制，球团中Fe₃0₄向Fe₂0₃的氧化过程在链算机上不能全部完成，而回转窑中的气氛不适宜继续氧化，因此其剩余部分的氧化将主要在冷却机上完成。国外曾对这一问题作了专门的试验研究。结果表明，从回转窑排出的球团中有20％～40％的Fe₃0₄尚未氧化，将在环冷机上继续氧化释放热量，在环冷机的第一冷却段球团温度升高了177℃，因此AMS公司在设计环冷机时把冷却面积的20％用作球团的二次氧化。1993年为准备唐钢球团工程，对美国和加拿大的6个链算机一回转窑球团厂进行了现场考察。从其中正在生产的各系统情况来看，球团经环冷机冷却后温度均高于1 50℃(1 50 ℃是耐热皮带不被烧损的上限温度)，平均温度在200℃以上，各厂均采用在环冷机排料点或成品皮带的初始段喷水补充冷却。

    如何来认识这一现象呢?这主要是因为国外与国内的球团厂对链箅机一回转窑系统中球团冷却的要求上存在差异。美国的球团厂均建于矿山，与采矿、选矿衔接，球团作为矿山的产品外运给钢铁厂，外运前在球团厂的料堆堆放一段时间，焙烧后的高温球团经环冷机冷却后，温度约200℃，少量喷水补充冷却，即可满足皮带输送的要求，而且不会影响球团的质量。球团输送到料堆后继续自然冷却，因此没有必要在环冷机上把球团温度降至太低，从而节省设备投资，降低动力消耗，进而降低球团生产成本。而国内部分球团厂建在钢铁厂内与高炉衔接，如承钢的链箅机一回转窑系统和停建的唐钢链箅机一回转窑系统，冷却后的球团直接输送给高炉，没有堆放自然冷却过程，为防止烧损链算机一回转窑系统至高炉的成品输送皮带，保证高炉的正常生产，需要把球团冷却至150℃以下。

    日本神钢加古川球团厂的情况与国内上述情况相似，链算机一回转窑系统位于钢铁厂内，其成品球团直接送往高炉。实际生产中，链算机一回转窑焙烧后的球团经环冷机冷却后温度高于150℃，因此在环冷机之后增设了带冷机进行二次冷却，使球团温度冷却至100 0C左右，从而保证了输送和高炉生产的需要。这种方法与单纯加大环冷机相比投资省，生产成本低，经济性好，同时兼有运输作用，但占用厂区面积较大。

    目前国外已有ø12．19 m、ø15.5 m、ø17.07 m、ø20．1 2 m等规格环冷机分别应用于100万～400万t／a链算机一回转窑系统。

4  国内早期链箅机一回转窑系统中的球团冷却及改进

    目前国内链箅机一回转窑氧化球团已进入蓬勃发展阶段。而仅在j=三年前同内采用链算机一回转窑系统生产氧化球团的还只有首钢矿业公司球团厂和承钢烧结厂球团车间。首钢矿业公司球团厂于2000年对其原有的链算机一回转窑系统进行了重大技术改造。

4．1首钢矿业公司球团厂一期链箅机一回转窑系统

4．1．1改造前的首钢矿业公司球团厂链箅机一回转窑系统

    该链算机一回转窑系统于1986年6月建成，原设计生产金属化球团，采用煤基直接还原工艺，后因多种原因于1989年3月转为生产氧化球团，年产量最高达到70万t。链算机规格为4．7m×50m，回转窑为ø4．7m×74m，球团经链算机干燥、预热，回转窑焙烧后，窑头出球温度(即给人冷却机的温度)为700℃左右，这一温度大大低于一般回转窑的出球温度。配套的冷却设备为圆筒冷却机彩3．7 m×50 m，其结构为单筒式，后改为双筒。在冷却筒的出料端用风机向筒内鼓风，冷却筒筒体外壁喷水冷却，筒的下部浸在V形水槽中冷却。根据当时实际生产情况来看，该系统中，回转窑在靠近窑头端有很长一段实际上起冷却作用，使球团的温度降低至少200～300℃。即使这样仍需要在冷却筒排料端喷水补充冷却，才能使球团的温度降到150℃以下。从链算机、回转窑的情况来看，该系统的生产能力远大于70万t／a，但冷却筒的能力不足，制约了整个系统产量的提高。而冷却工序存在较大缺陷，也严重影响了整个系统的正常生产。

    1)设备配置不当造成冷却效果不佳。圆筒冷却机原设计用于金属化球团的冷却，有其特殊性。在金属化球团工艺中，球团在回转窑中经过的是还原过程而非氧化过程，从回转窑中排出时球团中金属铁的含量已相当高，为防止重新氧化，冷却过程不能采用与冷却空气直接热交换的方式，而只能采用网筒冷却机这样封闭的设备与空气隔绝，在简体外部喷水间接冷却。而氧化球团则恰好相反，在冷却过程中与冷却空气进行充分的热交换，而日．需要在空气中继续氰化完成整个焙烧过程。因此，用冷却效率很低的网筒冷却机冷却氧化球团，当然不能取得满意的冷却效果，而且影响氧化球团的质量。

    2)存在于高温球团中的热量不能充分回收利用。球团完成焙烧时温度高达1 100℃以上，而日．继续氧化放热。如能把这部分热量充分回收用于前面的焙烧过程，无疑会形成有利的热平衡，从而降低燃料消耗。

    3)球团氧化不完全，Fe0含量较高。在链箅机一回转窑系统中，球团中Fe₃0₄氧化为Fe₂0₃，这一过程大部分是在链箅机上进行的。由于焙烧气氛的限制，氧化率在回转窑中提高很小，因此剩余的氧化反应需要在冷却机上完成。在圆筒冷却机中，球团不能与空气充分接触，其氧化反应无法全部完成，致使成品球中Fe0含量较高，不利于高炉生产。首钢球团厂改造前成品球中Fe0的含量为4％～5％，而国外链箅机一回转窑系统生产的球团Fe0的含量低于0．5％。

    消除上述缺陷的最佳方法就是对该系统的冷却工序进行改造，采用鼓风环式冷却机。

4．1．2首钢矿业公司球团厂一期链算机一回转窑系统的截窑改造

    鉴于以上原因，2000年7月首钢对该链算机一回转窑系统按照氧化球团的生产工作艺进行了改造，在冷却环节，取消了双冷却筒，改用鼓风环冷机，由间接冷却改为直接冷却。环冷机规格：中径øl 2 m、有效冷却面积69 m2，台车宽度2 200mm，料层厚度800mm。从回转窑进入环冷机的赤热球团得到充分的二次氧化和冷却，降低氰化球团矿的Fe0含量，经环冷机冷却后的氧化球团温度降低到50 ℃以下，抗压强度达到2000N／个以上。通过对环冷机的尾气余热回收形成回流换热系统，从而使该链箅机一回转窑系统工艺更完善，设备更合理。改造工程于2000年10月1 8日投料热负荷试车一次成功，一个月内主要技术经济指标达到和超过设计水平。从改造后的生产实践看，球团矿质量和产量、系统作业率有较大幅度提高，燃料及动力消耗有较大幅度降低，经济效益明显，改造是十分成功的。特别是冷却工序全面达到或超过设计指标，完全满足工艺要求。鞍山冶金设计研究总院设计开发的国内第一台氧化球团环式冷却机在本次改造中的成功应用，彻底解除了冷却设备和冷却工艺对国内链算机一回转窑系统生产和发展的束缚，从而有效地促进了链算机一回转窑氧化球团在同内的快速推广。以环冷机余热回收为中心构成回流换热系统的实现，使国内链箅机一回转窑系统及氧化球团的生产进入了国际先进行列。

4．2承钢烧结厂球团车间

    该链算机一回转窑系统原设计为生产钠化球团，在承钢建成后改为生产氧化球团，现年产量约40万t，链算机规格为2．4 m×20 m，回转窑为ø3．5 m×30m。球团焙烧后，窑头出球温度高达1 100℃以上，冷却设备采用的是46 m3竖式冷却器。它是根据日本光和法按钠化球团的具体要求设计的，设计能力为年产量12万t。该竖冷器由一台风机鼓风冷却，但是南于设计能力小，竖冷器与回转窑的配置不合理，加之采用电磁振动给矿机间歇排料，致使实际生产中冷却效果很差，出球温度在300～400℃，不得不喷水补充冷却。这不仅影响整个系统的生产，而且使成品球的质量下降。冷却余热无法充分回收利用，致使燃耗高，球团矿的生产成本居高难下。因此该厂把采用鼓风环冷机作为今后改进的方向。

5  唐钢1 00万t／a链箅机一回转窑氧化球团系统

    唐钢第二炼铁厂原有两座1 260m3高炉，后又建一座2560 m3高炉。为优化高炉炉料结构，曾决定建一座年产量100万t的球团系统，经过对美国、加拿大球团厂的考察，于1994年购买了加拿大谢尔曼球团厂链算机一回转窑系统中的主要工艺设备。尽管由于高炉炉料结构的调整及其他因素的影响，该链算机一回转窑系统未能最终建成投产，但引进围外二手设备及技术本身对国内链箅机一回转窑系统的新建及旧有系统的技术改造起到了积极的推动作用，并为国内链算机一回转窑氧化球团的发展奠定了技术基础。这也是本文用较大篇幅介绍未建成的这套系统的主要原因。

5．1原谢尔曼球团厂的球团冷却

    该链箅机一回转窑系统采用鼓风环冷机进行球团冷却，环冷机中径40英尺(1 2．19 m)，台车宽度7英尺(2．1 3 m)。焙烧后的球团由回转窑给入环冷机的给料漏斗，由给料斗隔墙下部的平料装置在回转体上形成30英寸(762 mm)厚的料层。回转体包括内外侧壁及圆环形可通风的台车底板，回转体在安装于机架上的支承辊上运转，在回转体外侧固定有一圈辊子链，由两套传动装置驱动整个回转体转动。每套传动装置包括一个与辊子链啮合的链轮、立轴、一对开式齿轮、减速器及一台7．5马力(5．5 kw)直流调速电机；每套传动装置设有辅助传动，在主传动出现故障或停电时提供动力，辅助传动中包括电磁离合器、减速器、交流电机：回转体的转速可在0．5～3 r／h之间调整。

    环冷机分为两个冷却段，在两个冷却段的上方有带耐火材料的炉罩，悬挂在上部机架上，其直径及宽度与回转体相同。在回转体的下方设有9个风箱及灰斗，前两个灰斗下为电动双层卸灰阀，其余7个灰斗下为手动单层卸灰阀。

    整个环冷机由两台风机鼓风冷却，第一冷却段由l号风机鼓风，风机风量为85 000立方英尺／分(2 406 m3／min)，风机压力为20英寸水柱(4．98 kPa)，风机由350马力(257．4 kW)、880 r／min的交流电机驱动。1号风机将冷却风鼓入供风总管，并分配到6个风箱中对料层鼓风冷却，产生的冷却废气通过环冷机给料斗及另设的二次风管给入回转窑。

    经过第一冷却段冷却后，球团进入第二冷却段，第一冷却段与第二冷却段之间设有隔墙以防止互相串风，第二冷却段由2号风机供风，其参数与1号风机相同。2号风机向供风总管鼓风，并分配到3个风箱中对料层继续进行鼓风冷却，产生的废气通过烟囱排放到大气中，冷却后的球团经卸料漏斗巾成品皮带运到成品料堆。

    由于环冷机给料斗的隔墒处于高温环境中，因此用一台风机对其进行风冷，风机风量为4 200立方英尺／分(1 1 9 m3／min)，风压为1 2英寸水柱(2．99 kPa)，由一台l 5马力(11 kw)、1 800 r／min的交流电机驱动。

    该环冷机的冷却时间：

    环冷机最大处理量Ac=1 80 t／h

    有效冷却面积Ac=68．74 m2

    料层厚度h=0．762 m

    球团堆密度γ=2．0 t／m3

    则冷却时间／=60 γ×h×Ac÷Qmax=35 min

 5．2唐钢链箅机一回转窑系统的球团冷却方案

    该系统是在原谢尔曼厂主要工艺设备基础上进行设计，并对冷却环节作了较大调整和改进。原谢尔曼系统中环冷机冷却时间为35min，不能对球团进行充分的冷却，因此设计中在环冷机之后增加一台54 m2带冷机，其冷却时间为24min，从而确保将球刚冷却到1 50℃以下。另外，原谢尔曼系统中对环冷机第二冷却段的冷却废气未作回收，而是排放到大气中。为充分利用这部分高温废气，唐钢链算机一同转窑系统设计时在环冷机上设置了回流换热系统，第二冷却段的废气通过风管和调节阀，回流到链算机干燥段炉罩内。为了将回流热风温度控制在适当的温度，回热管道上设有冷风吹入调节阀，视需要兑入冷风。采用此回流换热装置可有效地降低整个系统的燃料消耗，且能减少粉尘污染。另外，还将环冷机第二冷却段的一部分废气引入磨煤系统加以利用，从而使冷却废气中的热量得到最大程度的回收。

6  国内新建链箅机一回转窑系统中氧化球团冷却的实践及现状

    首钢矿业公司球团厂一期100万t／a链算机一回转窑系统改造成功，特别是鼓风环冷机的成功应用极大地提高了国内对链算机一回转窑氰化球团工艺及设备的信心，进而迎来了同内链算机一回转窑氧化球团的蓬勃发展。截止到目前，国内已建成投产或在建即将投产的同类工程汁有首钢矿业公司球团厂二期200万t／a球团T程、鞍钢弓长岭矿业公司一期和二期各240万t／a球团工程、太钢峨口铁矿200万t／a球团工程、攀钢120万t／a球团工程、柳钢120万t／a和240万t／a球团T程、武钢矿业公司120万t／a和500万t／a球团工程、昆钢l 20万t／a球团工程、沙钢200万t／a球团工程、邯钢200万t／a球团工程等共10余项。在这些工程中无一例外全部采用了鼓风环式冷却机，这既反映出国内对国际上链箅机一回转窑氧化球团先进技术的理解与认同，亦表明国内对鼓风环冷机氧化球团冷却技术的掌握及应用已经成熟。

    在上述工程中武钢矿业公司程潮铁矿1 20万t／a球团工程、柳钢1 20万t／a球团工程、昆钢120万t／at．'球团工程均采用与首钢矿业公司球团厂一期100万t／a工程相同规格的鼓风环冷机。这些工程中除个别由于环冷机设备设计缺陷投产运转后出现问题短期内影响整个链算机一回转窑系统的正常生产外，基本上均满足工艺要求。

    在成功地设计开发出69 m2球团环冷机的基础上，鞍山冶金设计研究总院又先后设计并在生产实践中采用了121m3、15O m2球团环冷机。121m2环冷机已应用于首钢矿业公司球团厂二期200万t／a球团工程、太钢峨口铁矿200万t／a球团工程。首钢矿业公司球团厂二期球团工程设计年产量200万t，主要工艺设备包括ø7m圆盘造球机、4．5 m×56 m链箅机、  ø5．9 m×38 m回转窑、l 21 m2环冷机，丁程于2003年上半年建成投产，现已达产。太钢峨口铁矿200万t／a球工程已于2005年初投产。150 m2球团环冷机应用于鞍钢弓长岭矿业公司一、二期240万t／a球团工程，柳钢240万t／a球团工程，邯钢200万t／a球团工程，沙钢200万t／a球团T程。其中鞍钢弓长岭矿业公司一、二期球团工程设计年产量各200万t／a，设备能力满足24O万t，a需要。一期工程于2003年10月建成投产，球团矿的各项指标全面达到设计要求，现已超过设计产量，为鞍钢高炉提高利用系数、降低燃料消耗做出了积极贡献。二期球团工程于2004年11月末建成投产。柳钢240万t／a球团工程将于2005年投产，沙钢200万t／a球团工程、邯钢200万t／a球团工程预计2005年下半年投产。

    在已投产链算机一回转窑系统中冷却工：序及环冷机设备完全满足工艺要求。通过环冷机余热回收形成的回流换热使链箅机一回转窑系统实现了高效的热平衡，进而为系统的稳定生产，燃料消耗的降低奠定了基础。冷却效果达到了国际先进水平，环冷机设备本身也达到了设备作业率高、基本上免维护的较高水平。

7  国外目前对链箅机一回转窑系统球团冷却的改进

    南于国外链箅机一回转窑系统中球团的冷却不十分理想，特别是大部分系统的实际产量已经超过了设计能力，从而使球团冷却成为薄弱环节。为解决这一问题，美国AMS(即METS0公司)及一些球团厂进行了大量研究试验，已经或将要进行一些必要的改进。其改进措施可分为两个方面：

7．1工艺上的改进

    美同AMS公司的试验表明，球团中Fe304的氧化大部分是在链算机上进行的，在回转窑中完成的氧化仅为6％，剩余的氧化全部在环冷机上完成。这就使环冷机的初始部分成为二次氧化段，从而减少了冷却时间，直接影响冷却效果。针对这一情况，应采取如下措施：

    1)加长链算机，即延长球团在链算机上的停留时间，同时提高预热温度，从而使Fe304在链箅机上完成的氧化率提高，减少在环冷机上完成的氧化率；

    2)采用带鼓风孔的回转窑，通过风机向窑内注入热风，改善窑内的氧化气氛，从而使球团从回转窑排出时基本完成氧化过程。

    以上两条措施均可有效地减轻甚至消除在冷却机上发生的氧化反应，增加冷却时间，使环冷机成为真正的、完全的“冷趣机”。

7．2设备上的改进

    通过在环冷机上采取如下措施来改善冷却效果：

    1)改进密封。罩子与同转体之间的密封原为砂封，易磨损，密封效果不佳，将此处改为更有效的密封；

    2)环冷机的台车原为铸造什，开孔率较低，可对其结构进行改进，从而提高通风面积，使风流分布更均匀。

    这两项措施尽管不能缓解球团的二次氧化放热问题，却可以在一定程度上提高环冷机的冷却效率，从而达到改善球团冷却效果的目的。

    需要说明的是，在此仅将国外对链箅机一回转窑系统球团冷却的改进措施作一简介，针对国内目前的生产实践，这些措施并不一定具有实用性，仅供参考。

8  结语

    总之，链箅机一回转窑系统中球团冷却是一个较为复杂的过程。首钢矿业公司球团厂100万t／a链箅机一回转窑系统截窑改造的成功，以及首钢矿业公司球团厂二期200万t／a球团工程，鞍钢弓长岭矿业公司一、二期240万t／a球团T程等的顺利投产和达产，使国内对链箅机一回转窑系统的认识和实践上升到了新的水平。除前文已提到的各项已投产及在建工程外，另有若干条链算机一回转窑系统处于工程准备及工程计划阶段，在这些链箅机一回转窑系统中都无一例外地将采用鼓风环冷机，可以预期链算机一回转窑系统在国内将有更大的发展。