带式机球团焙烧车间设计(engineering design of travelling grate pellet induration plant)

将生球用带式机焙烧成球团矿的车间设计。

带式机是将带式烧结机用于球团焙烧的一种设备，在台车上先铺底料和边料，再进行生球布料，接着进行干燥、预热、焙烧、均热和冷却，完成球团焙烧的全过程。

带式机球团焙烧车间设计内容主要包括：物料平衡与热工计算、生产能力计算、带式机参数确定、热风循环系统设计、燃料选用、炉窑设计、密封装置系统设计、布料系统设计、底料和边料系统设计、工艺风机选择、工艺除尘装置选择、自控与监测系统设计和主要设计技术经济指标等。

带式机球团厂工艺流程见图1。

物料平衡与热工计算     为确定带式机的有关参数和选择设备，应进行原料、燃料及产品平衡计算、气体循环平衡计算和热工计算。

生产能力计算      带式机利用系数随矿石种类而异，应根据试验确定。在生产普通酸性球团矿时可参照表1选取。

带式机工作面积按下式计算：

带式机工作面积＝球团矿年产量／带式机年工作日×利用系数

式中带式机工作面积，m²；球团矿年产量，t；带式机年工作日，设计时一般取300～330d。

带式机参数确定     包括带式机宽度确定，干燥段、预热段、焙烧段、均热段和冷却段设计等。

(1)带式机宽度。带式机工作面积初步确定后，台车宽度一般按表2选定。

台车宽度初步确定后，还要按球团焙烧试验结果和工程具体条件进行调整，以最终确定带式机长度和面积。

(2)干燥段设计。根据生球干燥试验，干燥过程可设计为二段或三段。第一段为避免球层出现过湿现象，多采用鼓风方式，而第二、三段均采用抽风方式。对热敏性强的生球，干燥温度约为150～250℃。热敏性弱的生球可提高到350～400℃。干燥风速一般取1.5～2.0m／s。鼓风干燥时间一般为4～7min，抽风干燥为1～3min。对热敏性强的矿石，需延长干燥时间。

(3)预热段设计。预热温度一般为600～900℃。预热段一般设计为一段。对含结晶水和碳酸盐的矿石应设计成两段，以便严格控制升温速度。磁铁矿一般预热时间仅为1～3min，人造磁铁矿或土状褐铁矿约需10～15min。

(4)焙烧和均热段设计。一般焙烧温度为1250～1350℃。均热段的作用是使球团矿在高温焙烧后再在稍低温度条件下继续焙烧，使底层球团矿得到充分固结。一般焙烧和均热共需4～7min，并需保证焙烧气体有足够的氧化气氛。

(5)冷却段设计。球团矿在带式机上经受两段鼓风冷却。一般冷却至120℃以下，时间为8～14min。冷却段的风球质量比，一般取2．5～4kg／kg。

热风循环系统设计      为降低球团热耗，带式机球团法设计了热风循环系统。一般有两种循环系统。第一种见图2，第一冷却段(．FC)热风靠余压直接送至均热段(AF)、焙烧段(FI)和预热段(PH)。第二冷却段(SC)的热风经风机加压送至抽风干燥段(DD)和预热段、焙烧段的燃烧室，分别作为干燥用风和助燃空气。而带式机高温区(FI，AF)风箱的热风经风机加压后送至鼓风干燥段(UD)风箱，作为干燥介质。这种热风循环系统的缺点是高温区风箱气体多为烟气，在鼓风干燥段风箱呈正压，容易逸出而污染工作环境。因此，60年代末又设计了第二种热风循环系统(图3)，并首先用于处理含挥发物的矿石。

燃料选用      为使焙烧气体有足够的氧化气氛，带式机球团法多选用天然气、重油或高热值煤气(焦炉煤气或热值大于12.6MJ／m³的混合煤气)。设计时应优先选择高热值燃料。在特定条件下，也可采用固体燃料。

炉窑设计     炉窑和风罩覆盖于带式机上。炉窑的燃烧室位于预热和焙烧段炉膛的两侧。

炉窑和风罩多设计为吊挂结构。干燥段因风温低设计为风罩。鼓风干燥段工作温度为70～120℃，因有冷凝水，风罩内衬应考虑防腐蚀。抽风干燥段工作温度为300～350℃，风罩内衬可设计为龟甲网结构或其他喷涂衬里。为使炉内温度均匀，预热和焙烧段的燃烧装置设计为外燃烧室。炉膛工作温度为650～1350℃，设计一般取1450℃，衬里材质要求Al₂O₃含量不低于80％；侧墙采用定型砖砌筑或浇注结构；炉顶多设计成吊挂结构，预制顶板或浇注结构。金属吊挂件和固结件均需采用耐热合金钢材质。均热段炉膛工作温度为850～1000℃，设计取1200℃，其衬里需耐高温和耐磨损。要求耐火材料的Al₂O₃含量不低于80％，金属件为合金钢材质。第一冷却段风罩工作温度、衬里结构的设计和材质的选用与均热段炉膛相同。第二冷却段风罩工作温度为90～350℃，设计取450℃，衬里结构与第一冷却段相同，但金属件可用普通碳钢。燃烧室工作温度为800～1350℃，但局部可能出现高温区。设计计算温度随燃料种类不同，而有较大差别。耐火材料选用定型砖砌筑、不定型浇注或预制成型均可，但要求耐火材料的AI₂O₃含量不低于90％。凡工作温度大于350℃的各段风箱、风管均设计为内衬里。而小于350℃的采用外部保温方式。设计时应重视高温膨胀问题。

密封装置系统设计      带式机、炉窑、风罩和风管等连接处的密封，设计中采用下述措施：(1)台车与炉窑、风罩之间采用落棒式密封装置。一冷段、二冷段采用双落棒，同时设有气封装置。其余各段采用单落棒结构；(2)带式机头部设有密封风箱，防止鼓风干燥段烟气外逸；(3)台车与风箱之间一般采用弹簧式密封滑道系统；(4)相邻异向流风箱之间和机头、机尾风箱一般采用多段式重锤连杆密封隔板；(5)部分管道可采用沙封；(6)二冷段风罩设密封帘。

布料系统设计      均匀而平稳地布料非常重要。往台车上布料有顺交和正交两种配置形式。生球布料系统包括集料胶带机、摆动胶带机(正交时为梭式胶带机)、调速宽胶带机和辊式布料机。设计的生球转运落差应小于500mm。胶带速度小于0.3m／s。

底料和边料系统设计       为保护台车在生产时免受高温影响，带式机球团厂需设置底料、边料系统。正常生产时，在台车底部(即箅条上)和台车边各铺100mm厚度的成品球。在烘炉试车或生产中发生临时事故时。应使台车铺满成品球，保证带式机不间断运行。设计时应考虑：(1)底料和边料槽的容积能在烘炉试车或生产事故时贮存带式机循环所需的料量；(2)底料边料系统的备用电源；(3)采用溢流漏斗分出成品球团矿和底、边料。

工艺风机选择      根据气体循环系统平衡计算和热工计算选定工艺风机。风量一般均按标准状态计算，应适当留有余地，系统末端风机风量要稍加大。风机的设计温度一般比工作温度高50～100℃。

工艺除尘装置选择       带式机球团厂的主要工艺废气是经过主抽风机排放(图2、3)。为达到排放标准并延长风机转子寿命，废气应净化。建在城区或老工业区的球团厂，多采用静电除尘，净化后的废气一般排至大气。若生球质量较差，以及为延长风机转子寿命，也可在其他风机前(图2、3)增设旋风除尘器。

自控与监测系统设计       带式机球团厂自控设计主要包括：燃烧室、焙烧终点风箱、鼓风干燥风机出口气体、风箱回热风机出口气体、主抽风机出口气体等温度控制；炉膛气体、鼓风干燥段风箱气体、抽风干燥段风罩内气体和二冷段风罩内气体压力控制；生球给入量控制；底料、边料槽和机尾冷矿槽料位控制等。监测主要包括：二次风主管气体、一次风、鼓风干燥段风罩气体、风箱气体的温度；二次风主管气体、风箱气体压力；燃料量；风机和风管阀门开度；工艺风机和带式机电机功率等。

主要设计技术经济指标     带式机球团厂的技术经济指标因原料性质差异而有较大差别，仅以某厂为例。其设计技术经济指标为：