神户钢铁公司开发出原料填充层颗粒偏析控制新技术

    前言 近年来，随着原料矿石的变化，烧结厂的操作也发生了大的变化。特别是，预计今后高结晶水矿石的使用量将增加，由于这种矿石的大量使用会导致原料填充层的透气性下降和烧结矿合格率的下降等，因此为解决这些问题，稳定烧结矿的生产，重要的是采用原料填充层的原料颗粒偏析控制技术和优化烧结热源――焦炭的分布。
    神户钢铁公司加古川厂烧结车间在1998年烧结设备大修的同时，为确保原料填充层的透气性和提高烧结矿的合格率，采用了偏析强化型原料供给装置和焦炭顶部装入装置。本文就上述装置的基本想法和实机应用结果及今后的课题进行介绍。
    原料颗粒偏析强化方法
    1．基本想法和装置概况
    从确保填充层透气性的观点来看，在研究新的原料装入方法时，必须同时满足“原料装入的稳定化”和“原料偏析的强化”这两点―为稳定原料的装入，优化溜槽下端的原料供给速度是一个重要的课题，同时为强化原料偏析，增大原料颗粒的水平速度成分也是一个重要课题。
    此次采用偏析强化型原料供给装置是在以往使用的倾斜式溜槽下部设置由数台电机驱动的辊子组构成的辊式供料装置、通过调整辊子的间距和旋转数，控制从辊子间落下的原料量，就可以控制溜槽下端的原料供给速度：另外，通过调整辊子的旋转数。就可以控制原料的水平速度成分。
    2．装置特性的评价
    1)原料供给速度的影响
    根据以往的倾斜式溜槽供矿装置和本供矿装置的原料供给速度和原料倾倒(原料堆积时的崩塌)频率的关系可知，这两种供矿装置随着原料供给速度的提高，原料倾倒的发生频率呈上升的趋势，但采用本供矿装置时，原料倾倒的发生频率比以往装置减少约1／2。有助于原料的稳定装入、这是因为采用奉装置时，由于装入原料的一部分从辊子间落入原料填充层上，因而减少了从溜槽下端排出的原料量。
    2)溜槽角度和辊子旋转数的影响
    根据辊子旋转数一定，溜槽角度变化在40°～50°时原料倾倒发生频率的变化可知，随着溜槽角度的减小。原料倾倒发生频率呈下降的趋势-这是因为随着溜槽角度的减小，辊子间的水平距离Lcosθ(L为辊子间距)会增大，因此从辊子间落下的原料量会增加，从溜槽下端排出的原料量会减少昕致另外，根据辊子旋转数一定。辊子旋转数变化在70～130rpm时原料倾倒发生频率的变化可知．随着辊子旋转数的减小，原料倾倒发生频率呈下降的趋势这是因为随着辊子旋转数的减小．原料的水平速度成分会减少，因此从辊子间落下的原料量会增加，从溜槽下端排出的原料量会减少所致随着原料倾倒发生频率的减少，填充层的通风量呈增大的趋势，这一点已得到确认。
    3)原料粒度偏析的变化
    根据以往供矿装置和本供矿装置装入的原料颗粒平均粒径在原料填充层高度方向的分布可知，与以往装置相比。采用本装置时粒径从上层向下层几乎成直线变化，促进了原料颗粒的粒度偏析―另外，这种粒度偏析会因溜槽角度和辊子旋转数等的不同而变化，但不论在何种情况下，其粒度偏析都比以往装置强。这是因为当原料从辊子上通过时， 由于辊子的旋转，斜面方向的力会作用于原料颗粒，结果会增加溜槽下端原料颗粒的水平速度成分所致。
    3．因控制因素的变化而变化的透气性和生产率
    根据溜槽角度和辊子旋转数变化时的操作情况可知，当辊子旋转数固定在100rpm时，由于溜槽角度从50°降为45°，因此可提高生产率大约2.4%，同时鼓风机的抽风压力可以降低大约3.7％，另外，当溜槽角度固定在45°时，由于辊子旋转数从100rpm降为70rpm，因此可提高生产率大约1.0％．同时鼓风机的抽风压力可以降低大约1.9%根据以上结果可知，采用奉装置后可以提高填充层的透气性和烧结矿的生产率。
    焦炭从顶部装入的方法
    1．基本想法和装置概况
    关于烧结矿的合格率，大家知道烧结矿在上层部的合格率――般比其它区域明显低：这主要是因为上层部在烧成时会与常温的大气接触，因此冷却速度比其它区域快，在1100℃以上的保持时间会变短的缘故因此．采取延长上层部1100℃以上的保持时间的办法可以提高烧结矿的合格率在填充层上部使作为烧成热源的焦粉等含碳材料发生大量偏析是实现延长上层部1100℃以上保持时间的有效手段。由于形成这种偏析后，可以调整焦炭的粒度分布，并装入比以前更多的细焦粉、但是，考虑到向固体的传热，因此必须使具有一定粒度的焦炭产生偏析，以确保上层部有充分的燃烧时间。
    焦炭装入原料填充层亡部的装料装置由焦炭分散供给装置和2段溜槽构成，粗粒焦炭能直接装入上层部―作为焦炭分散供给装置。开发了小型水平差动式供料装置，其特征是可对500mm宽的输送板进行水平差动。使粉体能向4m宽的方向稳定、均匀地分散供给、溜槽构造分为上下2段，由于下部装入焦炭，上部装入烧结原料，因此烧结上层部能形成高浓度含碳层。
    2．装置特性的评价
    焦炭的供给速度和台车内宽度方向上焦炭供给量的差异表明，随着焦炭供给速度的提高，焦炭供给量的差异呈增大的趋势，但如果将输送板由1段改为2段，减小每l段焦炭的实际供给速度，那么供给量的差异会因此而减小另外同时优化输送板的形状，可以把供给量的差异控制在非常小的范围内。
    使用本装置以1.6t／h的供给速度装入焦炭时，原料填充层高度方向的碳浓度分布变化表明，它可以使焦炭在距离原料填充层表面大约lOOmm的区域产生偏析，装入焦炭的85%左右处于该区域。
    3．生产率的变化
    焦炭供给速度和产品烧结矿合格率的关系表明。随着原料填充层上部焦炭供给速度的提高，烧结矿的合格率呈上升的趋势。
    焦炭从顶部装入后，原料填充层内形成了碳分布，此时原料填充层上层部的温度滞后的最高到达温度几乎没变化。但1100℃以上的保持时间延长了从这一结果可知，焦炭从顶部装入后烧结矿合格率提高是因为高温保持时间的延长，促进了矿石颗粒的溶融和接合所致。
    今后的课题
    由于采用偏析强化型原料供给装置和焦炭顶部装入装置对原料填充层中的准颗粒粒度偏析和碳浓度分布进行动态控制，因此能以非常高的生产率生产烧结矿―但是，由于今后将大量使用结晶水含量高的劣质细粉矿，因此必须解决以下课题：
    (1)随着细粉矿使用量的增加，原料透气性的下降
    与以往使用的矿石相比，高结晶水矿石含有很多0.25mm以下的细粉，而且制粒性能差如果增加这种矿石的配比量，原料填充层中的未制成粒的细粉存在比例有可能增加，从而担心原料填充层的透气性会大幅度下降为解决这一问题，因此应进一步研究强化偏析的手段，在强化准颗粒的制粒性能的同时，应使处于填充层上层部未制粒的细粉形成偏析。
    (2)润湿带中水分冷凝量的控制
    由于高结晶水矿石含有大量的结晶水，如果增加其配比量，估计润湿带中的水分冷凝量会增加在使用装有废气循环系统的烧结机时，由于废气中被排出的水分会再次被导入原料填充层，结果水分冷凝量会进一步增加润湿带中水分冷凝量的增加会导致准颗粒间的间隙被堵塞和准颗粒的破碎，从而导致透气性的下降。为解决这一问题，必须开发控制润湿带水分冷凝的技术，如通过改善填充层下部的透气性来促进水分排出系统外等。