摘要     通过对三种球团焙烧工艺发展历史的回顾和工艺特点及优缺点的分析，结合我国的国情对三种球团焙烧工艺进行了评述。提出了我国建设球团厂所适宜选用的焙烧工艺。

关键词  球团焙烧工艺  发展回顾 分析 评述

l  前  言

    随着我国高炉合理炉料结构的改进和精料的需要，炼铁生产使用球团矿的愿望越来越强烈；同时，也为了细磨铁精矿造块方法的更加合理，目前我国球团厂的建设出现了一个蓬勃发展的局面。这标志着我国高炉炼铁和钢铁原料工业开始走上了一个新的台阶，意义十分深远。

    选择和采用什么样的焙烧工艺关系到一个球团厂建设的优劣和成败，因此我们必须认真对待，必须从基本理论到工程方案以及技术经济等方面进行深入的研究和探讨，这样才能使决策更科学、更正确。

  球团焙烧，基本有三种工艺：竖炉、带式焙烧机和链篦机一回转窑。本文对这三种焙烧工艺作以下概要的评述。

2  竖炉工艺

    竖炉焙烧工艺是世界上最早采用的球团焙烧方法。其生球的干燥、预热、焙烧、冷却都在一个矩形竖炉内来进行和完成。虽然这种方法工艺简单、结构紧凑、投资便宜，但由于其工艺方法在理论上存在着固有的、难以克服的缺陷，而使这一方法存在较多的问题。

  1)产品质量差

       产品质量差，在这里主要是指成品球团矿的强度低、含粉率高和均匀性差。这是由于球团在竖炉内是靠自身的重力而不断地向下部运动，这种运动不可能十分均匀。即使每个球团的重量和大小完全相同，靠炉壁处的球团与炉中部的球团的下行也会快慢不一，滞后和超前的现象十分严重。同时，由于竖炉内加热球团的气流来自两侧的燃烧室，因而炉内加热球团的气体温度分布也不均匀。一般来讲，靠炉壁处的温度高，而炉中部则偏低，这正好与炉料的运动相矛盾。以上所述的种种固有的工艺缺陷，都将导致在生产过程中很难保证每个球团都达到焙烧过程和最终固结强度所需的温度。因而其成品球团矿的强度都偏低，仅在2 000N／个左右，离大型高炉要求的2 500N／个的国际标准相差甚远。要想提高成品球团矿的强度，就得进一步提高加热气体的温度，这将会受到煤气热值和炉内温度分布不均匀的影响，如果出现局部高温，还会引发球团粘连。由于球团在炉内的运动仅仅是依赖自身的重力，很容易导致结瘤，严重时会迫使生产中断。同时，也由于以上原因，球团在干燥和预热过程中没有达到需要的强度，在其不断的向下运动中，由于料柱压力和磨损，会产生较多的粉末。这些工艺中固有的缺陷直接导致了竖炉成品球团矿质量的下降。

  2)单炉规模很难大型化

  目前我国生产的竖炉一般都在8—10m²，产量在40万t左右。如要扩大规模，其难度十分大。如要扩大其横向尺寸，上述所提到的炉内温度的分布势必更难作到合理和有效；如要增大长度方向上的尺寸，则会由于长度和温度(排料温度一般在400℃左右)方面的原因，将对排料辊的设计和制造带来更大的难度。

  3)对原料的适应性差

      从理论上和实践都可看出，竖炉焙烧只有在用磁铁矿作原料时才能成功。若采用赤铁矿或其他矿种作原料，往往在其升温过程中，球团的强度很难提高，几乎要到1 200℃以上，球团的固结强度才能较迅速地上升，在此温度以前，球团在炉内由于强度低和往下运动时的摩擦和料柱的压力，会产生过量的粉末，在较高温度下极易产生粘结现象。而且赤铁矿球团焙烧要达到足够高的强度，其对温度的要求，在竖炉内几乎是不可能实现的。

  4)只能使用气体燃料

     从目前工业生产实践的情况看，竖炉使用气体燃料时，焙烧效果要好些。虽也有烧油的实践，但成品球团矿的质量要更差些，而且产量也低，其效果不佳。用煤作燃料也有不少试验研究，但要达到一定的工业效果，实现较为稳定、连续的作业，恐怕还有很长的路要走，其难度十分大。

      在此还要指出，竖炉采用高炉煤气作燃料，虽有节约能源的好处，但由于其热值太低，很难达到焙烧所需的温度要求。这对球团矿的质量也是有影响的。对于另建煤气发生炉来生产竖炉焙烧所需的煤气的作法，一方面，由于一般发生炉煤气的发热值不高，只能免强满足竖炉焙烧的要求；二是煤气发生炉的投资高而且还会带来新的污染，因此也不可取。采用重油作燃料，一方面重油价格高，来源不易保证，而且一般情况下，产量上不去，质量也变差。

  5)冷却和除尘问题需进一步解决

      光靠竖炉下部的冷却带，要达到球团冷却至120℃以下是不可能的。需在炉外另加冷却器(效果也不理想)或带式冷却机。同时，竖炉下部排料灰尘大，为了达到必要的劳动环境要求，必须加设除尘系统和相应的辅助设施。这样，竖炉工艺所具有的投资少的优点也就很小了。在大规模生产的情况下，更无优点可言。

    由于上述种种原因，作为最早出现的球团焙烧工艺，在国外已基本被淘汰和拆除，仅存的也是为数极少。随着钢铁生产规模的迅速扩大和生产设备的大型化，竖炉工艺很快被带式焙烧机和链篦机一回转窑工艺所取代。

3  带式焙烧机工艺

    带式焙烧工艺可以说是受带式烧结机的启示而发展起来的。

3．1带式焙烧机不同于带式烧结机

    细磨铁精矿球团的焙烧和铁矿粉的烧结，在固结原理上有着本质上的不同，致使其在工业生产技术上也有着很大的不同。因而要想把一般的烧结机改造成带式焙烧机将是十分复杂和困难的。

    带式焙烧机从外形上看，和烧结机十分相似，但在设备结构上存在很大的区别。如，台车的结构和支架的承力，风箱的分布和密封的要求，上部炉罩的设置和密封，风流的走向(不像烧结机那样是单一的抽风，而是既有抽风又有鼓风)，布料方式，成品的排出和台车运行速度等，都不相同，特别是本体的材质更是完全不同。为了能长期安全地承受最高焙烧气体的温度(≥1 300℃)，而不得不采用耐高温性能极好的特殊合金钢。在国外带式焙烧机发展的过程中，曾因材质不过关而一度受挫，而使得同时正在开发的链篦机一回转窑得到了极大的发展。因为链篦机一回转窑工艺是将焙烧过程的最高温度段放在设有耐火炉衬的回转窑中进行，这样就顺利解决了在高温焙烧中的材质问题。而带式焙烧机在使用铺底铺边料和台车采用耐高温合金特殊钢的材质后，才得以过关并获得大发展。

3．2带式焙烧机工艺的优点

    1)球团焙烧的整个工艺过程——干燥、预热、焙烧、冷却都在一个设备上完成，具有工艺过程简单、布置紧凑、所需设备吨位轻等特点；为工厂缩小占地面积、减少工程量、实现焙烧气体的循环利用以及降低热耗和电耗创造了条件。

    2)能适应扩大生产规模的要求和实现大型化的要求。其最大已达到750 m²，单机产量达500万t以上

    3)对原料的适应性比竖炉强。这是因为在整个焙烧过程中，球团都处于静料层状态，不会因升温过程中球团本身强度的变化(时高时低)和球与球之间的相对运动而产生粉末。因而带式焙烧工艺基本适应于所有的矿种。

    4)由于热系统的合理设置和管路短，在理论上讲，带式焙烧机的热耗可以达到最低水平，而且在实践中也创造出了最好记录。

3．3带式焙烧机的缺点

    1)耐高温特殊合金钢的用量大、档次高，在目前条件下其国产化有较大的难度，特别是在质量方面很难保证。

    2)在生产过程中，对原料的稳定性要求高。这是由于焙烧(干燥、预热、焙烧、冷却)的全过程均在同一个设备上进行，靠调整机速来改变球团在各阶段的停留时间是不可能的。如要改变，除非改变上部炉罩的分段和风箱的配置，这将是十分麻烦的。

    因而带式焙烧机的建设一般适合于大型矿业公司和原料供应长期相当稳定的钢铁厂，例如南美的一些厂家等。在日本，钢铁工业发展早期建设球团厂时，由于考虑到了原料来源的复杂性，在设计和制造了带式焙烧机后，也没有采用。这是值得我们注意和思考的。

    3)成品球团的质量有不均匀的现象。由于球团在升温过程中，上下料层在各段炉罩的最高温度下停留时间的长短相差很大，因而会影响到成品球团矿的最终强度。另外，炉罩内温度和在台车上多多少少存在的边缘效应，也会影响成品球团矿的质量。

    4)必须使用高热值的煤气和重油作燃料。使用煤的实践在工业上没有长期成功的经验。鲁奇公司曾研究过一项在上部风罩中喷煤燃烧的专利技术，但仅在印度德穆克雷得厂使用了一个月后就不再继续了。在能源危机期间，美国的带式焙烧设备也曾采用过燃煤的技术，即在带式焙烧机旁加设烧煤的燃烧室来供热，终因排渣困难(很难实现液体排渣)和严重恶化劳动环境而终止使用。

    带式焙烧机工艺是一项十分成熟的球团生产工艺，但也受到一些条件(如原料、燃料和设备制造材料)的制约，在采用该工艺时，需要十分认真地对待。

4    链篦机一回转窑工艺

    最早，链篦机一回转窑工艺是用于水泥的焙烧，以降低耗热量。由于它在水泥工业中取得了明显的效果而引起了球团业的兴趣。由美国A—C公司取得了成功，并在世界范围内建设了为数不少的大型球团厂，计有50台之多，最大的为400万t／a。

4．1链篦机一回转窑的优点

    1)根据球团在升温焙烧过程中强度变化的特点，把热工工艺制度分别置于三个设备上来进行。在链篦机上实现生球的干燥和预热；在回转窑中进行高温焙烧；在冷却机中进行冷却。按照不同的温度要求，使设备比较容易实现既定的热工制度并得到保证。特别是能适当降低设备总体材质的耐高温性能要求，用量较少而且容易得到保证。

    2)对原料的适应性更强。它不但适应于磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿、菱铁矿，而且在原料性质有所变化的情况下，也可靠调整三个设备的速度来求得一定程度的适应。

    3)燃料不但可用煤气和重油，而且可以100％的使用煤粉，也可混合使用两种燃料。

    4)产品的质量高且更为均匀。由于球团的干燥和预热是在链篦机上进行的，布料平整，料层静止，在正确的热工制度下，不会产生球团的粉碎；球团的焙烧阶段是在窑内进行，窑内温度可以达到焙烧所要求的温度，使球团得到充分固结；同时，由于球团得到均衡的翻滚，保证了球团焙烧的最终质量要求，而且总体质量也很均匀。

  5)实现了球团生产的大型化，而且随单系统规模的加大，其规模效益特别明显，能耗也低。但随窑直径的加大，而受制造和运输的限制。

4．2   链篦机一回转窑工艺的缺点

  1)由于全部工艺过程分在三个设备上完成，因而工艺和设备布置显得不够紧凑，占地面积也较大；设备总吨位也较重，工艺和设备设计都较复杂。

  2)在回转窑操作过程中，由于物料的运动，窑内粉末量可能增多，在窑内温度过高的情况下会产生粘结、结块和结圈现象。但是，在今天的技术水平下，只要操作得当，已可基本避免这一现象的出现。

    3)回热系统的设置可大大降低焙烧球团的热耗，但与带式焙烧比较，由于其管路较长和散热体的体积较大，其热效率略差些。

    根据我国的具体情况，一般讲原料来源的稳定性较差，而且，燃气和油的来源有限，一般需要直接用煤作燃料，在设备质量、材质难以保证的情况下，和当年日本一样采用链篦机一回转窑工艺为适宜。

5  结  语

    国外球团矿的生产，开始于上世纪50年代，在60、70年代得到大发展。在工艺、设备技术、自动化、产品质量、工厂作业率、劳动生产率和环境保护等方面都十分成熟，达到了很高的水平。我们应该很好地学习和借鉴其丰富的经验来建设我国的球团厂，尽可能吸取其教训，少走弯路。我们要瞄准世界先进水平，赶上世界先进水平，为我国钢铁工业在新世纪的发展打下坚实的基础。