冶金矿山行业

竖炉简介

    目前生产球团矿的设备主要有竖炉、带式焙烧机以及链篦机一回转窑，在我国多数中小钢铁厂主要以竖炉作为球团生产的设备。

竖炉的分类

根据工艺不同可分熔炼竖炉和焙烧竖炉。
1．熔炼竖炉
常用的有高炉、冲天炉和冶炼铅、锌用的鼓风炉，炉体的外围一般是钢制结构，内部采用耐火材料砌成。常用的竖炉一般还会在下部的高温带内衬中布置循环水箱，甚至有些会有钢板水套做成水冷壁。水冷壁是通过采用带走炉内高温带热量的方法有效延长炉子的使用寿命，达到有效提高生产效率的目的。
2．焙烧竖炉
焙烧竖炉就是用来焙烧各种物料的设备，可以焙烧铁矿石、铁精矿球团、有色金属、矿石、粘土矿物等。焙烧时物料一直处于固体状态。焙烧竖炉是一种用于焙烧冶金球团的设备，是最早的焙烧球团设备，它内部构造主要由炉墙组成的炉膛，设于炉膛下端的齿辊卸料器和电磁振动给料机，在齿辊卸料器的上部有承重水梁，该水梁由六组管道组成，循环水从管道内部流过，从另一端流出，排到循环水池外部，不断循环以保证水梁工作在高温炉膛内不会由于高温而导致水梁变形，从而影响竖炉的正常使用。使炉墙下部设有冷却风口和助燃风口，炉膛内设有与炉膛内外相通的煤气管道，该煤气管道炉膛内部设有火道口。它内部构造简单，煤气可在炉内直接燃烧，熟球质量均匀，产量高。
球团竖炉的产品用于冶金高炉冶炼铁水的原料，产品形状为圆形，一般8—16毫米。球团竖炉原料一般为磁铁矿粉、褐铁矿粉、赤铁矿粉，铁精矿、辅料为膨润土n引。在该球团工艺中使用的是焙烧竖炉。料柱高，冷却风向上通过焙烧带时，料层中气流速度高，压力大，需要很多的冷却风。

球团简介

球团是一种人工造块状原料的方法，将粉末状物质转变成物理性能和化学组成能够满足下一步加工要求的过程n引。球团法是将配料好的的精矿粉，经过烘干、造球、焙烧、氧化还原、冷却工艺后形成粒度均匀、性能较好的球团矿。

球团分类及其优缺点

1．人工造块方法分类
人工造块可分为：烧结、球团和压团。
2．球团和烧结的区别
球团和烧结都是将粉状或细粒物料通过一系列反应生成块状物料，并能在物理和化学性能上满足客户的需求。
球团对原料的粒度要求较高，粒度越细越好；相对来说，烧结对原料的要求不太高，需要原料的粒度比球团的粒度要粗一些。烧结主要是液相固结。生产球团在配料中不需要燃料，只需添加膨润土：而烧结在配料中需要燃料，但是不需要添加剂。
球团粒度小并且均匀，在竖炉中有很好的透气性，冷态强度高，便于运输、装卸和存贮，粉末少。但是球团还原膨胀率比烧结矿高n引。球团投资价格略高于烧结，但按含铁量相比球团投资费用稍低一些。球团矿的燃料费比烧结矿低，但动力费又比烧结矿高。
生产球团矿排入大气的灰尘含量和烟气含尘量少，有益于环境的保护。
3．球团与压团的区别
球团和压团相比，球团更适于大规模生产，粒度均匀，高炉炉料具有很好的透气性，孔隙率高，还原性好，冷态强度高，便于运输和存储，不易破裂。

竖炉球团工艺

    钢厂主要用的原料是铁精矿和膨润上，对每一批的铁精矿进行抽样，得出铁精矿含氧量，根据用户要求按照一定的比例进行配料，配料后经仓壁振动器进入圆筒烘干机烘干、然后配料进入润磨机润磨，接着进入圆盘造球机，造球结束后进行生球筛分，将已达到粒度要求的生球通过布料车进入竖炉进行焙烧，筛分下来的碎球经皮带进入圆盘造球机进行二次造球。生球经布料小车均匀稳定地将原料布到竖炉顶部的干燥床，通过干燥床开始进入干燥、焙烧、氧化还原，冷却环节，然后由齿辊卸料器卸料，电磁振动给料机将焙烧好的球团通过链板机运送到成品矿仓，成品球团运到高炉。该钢厂具体工艺流程如图所示。

造球工艺简介

造球又称滚动成型，是球团矿生产的一道重要环节，该工序影响着整个球团生产工艺的稳定，同时生球质量的好坏对成品球团矿的质量起着很大的影响。

造球过程中的影响因素

1．原料性质：原料亲水性越高，成球性就越强，原料颗粒形状不同，所生产的球团强度也不同。
2．原料湿度：球团湿度对成球影响很大，原料湿度不足时，生球强度较低，湿度较高时，成球速度较快但是成品球团容易互相粘接在一起，导致生球粒度分布不均，同时原料的水分过多，在造球时便会污染造球机，降低圆盘造球机工作效率，生成球团强度低也会给存贮和运输造成困难。
3．原料的粒度和粒度的组成：矿石粒度越大，氧化还原时矿石的表面和内部还原不均匀，但矿石粒度过小时，氧化还原煤气和矿石不能充分接触。在矿石粒度范围越小，氧化还原效率越高；若矿石粒度范围越宽，氧化还原效率越低。因此所选原料要有合适的粒度。

工艺条件对造球过程的影响

(1) 要使生球的粒度、湿度等满足用户要求，也要考虑造球方法和操作条件。
(2) 需要考虑以下一些参数：加水进料制度、造球机的工艺设备参数、成球时间、用户对成品球的要求。
(3) 对成品矿的影响最大的是竖炉焙烧环境，竖炉焙烧的炉身温度、火道温度、炉篦温度、冷却风流量、助燃风流量都分别对成球起着不同的作用，炉身温度、火道温度、炉篦温度都是由煤气流量决定，所以煤气压力和风机压力对成球起着至关重要的作用。

球团工艺中主要设备

1．干燥炉：干燥炉就是利用煤气作为燃料直接燃烧。在该竖炉球团工艺中的燃料主要是高炉煤气。
2．仓壁振动器：仓壁振动器也称防闭塞装置、仓壁振动器亦可用于清除各种仓壁、管道粘结物料，也可以当作振动漏斗、振动给料机等的振动源。
3．圆筒干燥机：圆筒干燥机一种用来干燥大批物料的设备，运转稳定，可操作性强，处理能力大，物料的适应性强，可以烘干各种物料，且设备操作简单可靠。
4．圆盘造球机：用于铁矿粉造球，是各种球团厂的主要配套设备¨"。将焦炭粉、石灰石粉或生石灰、铁精矿粉混合后，进入圆盘造球顶部的混合料仓，均匀地向造球机布料，同时由水管供给雾状喷淋水，倾斜布置的圆盘造球机，由机械传动旋转，混合料加喷淋水在圆盘内滚动生成球团。
5．生球筛分机：生球筛分机是将成形的生球和碎球分离开，生球进入竖炉，碎球则进行二次造球，直到满足要求。
6．齿辊卸料机：一种用于竖炉上的齿辊卸料器，其包括外伸传动轴、带有齿销的齿辊体以及传动系统，其特征在于，齿辊排料机具有一个旋转支承将齿辊排料机固定在炉体支撑架上，齿辊体离旋转支撑较远处的一端支撑在炉体支撑架上，传动系统悬挂在齿辊机外伸传动轴上。该齿辊排料机使用时将若干套齿辊机独立地安装于竖炉的下料部
位，实现了传统竖炉齿辊排料机所无法达到的排料、松料效果，且具有检修方便、设备重量轻、工作寿命长、材质要求低、密封效果好、松料和排料控制灵活、日常维护费用低等一系列优点。
7．电磁振动给料机：是用于把原料从存料设备中按照一定速度或频率输送给收料设备，是实行流水作业的自动化的设备。该种给料机主要用于松散物料。
8．电加热器(站)：电加热是一种能够对作为介质的气体、流动中的液体进行加热、提升温度的电加热装置，其是一种质量较高和使用寿命相对较长的电加热设备。工作原理是，电加热装置的电热器件在电力驱动下产生很大的能量，同时用来加热的气体或液体介质在压力作用下通过加热腔，加热介质会均匀地带走电热器件产生的能量，使加热介质温度达到用户要求。在该竖炉球团工艺中，电加热器主要是为齿辊卸料机提供热源。
9．链板机：链板输送机也称为链板机，它可实现弯道输送。链板机的特点是：适用范围广。它可长距离输送粘度特别大的物料、一般固态物料和成件物，输送能力大，输送布线方便灵活。和网带式输送机相比，链板式输送机可以在倾斜度达30。--35。，弯曲半径为5—8m的高倾角、小半径条件下实现物料的输送，在其输送过程中实现对输
送物料的冷却、干燥、分类、装配等多种工艺加工，且运行稳定可靠。

竖炉球团矿的不足以及发展前景

存在不足

1．随着竖炉生产工艺的不断创新和发展，操作管理水平的提升，竖炉球团的产量达到了新的水平，一座8平方米竖炉年产30万吨已不是一件难事，但是使用年限不足5年；
2．球团矿质量良好，基本满足本厂高炉的冶炼要求，但是不同的原料，生产的球团矿质量也不相同，这需要操作人员经验相当丰富；
3．各厂竖炉主要指标相差很大，除原料原因外和用户对球团矿的不同需求下，在操作管理方面还存在不少薄弱环节。

发展前景

三十多年的研究与改进，中国的竖炉球团矿生产技术已达到了世界先进水平，但从发展角度考虑，有以下一些发展前景：
1．大力发展大型球团竖炉幢¨。经过多年来的不断努力，中国最大的16平方米球团竖炉的年产量已经超过了原设计水平。球团矿的质量及煤气、电耗各项指标也保持在国内领先水平。今后有条件的企业在建设中可以优先选择16平方米竖炉。在建设规模相同条件下，建设两座8平方米竖炉比建设一座16平方米竖炉基建投资多30％左右；
2．开发能够有效代替膨润土功能的低成本、高效益凝结剂，力争在竖炉使用过程中凝结剂的用量低于每吨20千克陵1；
3．研究开发用煤作燃料的球团竖炉，为在矿山建设竖炉球团工艺创造良好条件；
4．改善原料条件，提高精矿铁品位，降低SiO,含量嘲嘲1。开发设计润磨机，解决竖炉原料粒度偏大的难题，从原料着手，切实提高竖炉的产量和质量：
5．研制导风墙及其水梁的新材质，新结构，提高操作技术水平，延长其使用年限；
6．加强数学模型研究，建立竖炉焙烧有关参数(煤气温度、压力和流量和冷却风的
压力和流量)与其各个影响因素间的定量经验公式，建立竖炉优化模型，为设计、生产提供更优质的服务。

竖炉球团自动控制系统分析

竖炉焙烧是竖炉球团工艺中起着至关重要的作用，直接影响球团矿的好坏以及成品矿的产量，要获得质量更好的球团矿以及更高的产量，就必须分析竖炉的内部构造，这样才能熟悉生球在竖炉内部的干燥、焙烧、氧化还原及冷却环节的运动轨迹。

                                    竖炉内部结构图

    经圆盘造球机造球后的生球经过皮带运送到布料车，然后由布料车均匀稳定地布料到竖炉顶部的干燥床，然后生球要通过预热、焙烧、还原和冷却环节。生球在预热、焙烧和氧化还原三个温度区间要进行热交换和热传递，所需要的热量来自竖炉两侧燃烧室，热量由高炉煤气提供；焙烧好的熟球进入冷却带，经冷却风冷却后，由齿辊卸料器卸到电磁振动给料机上，然后电磁振动给料机将焙烧好的球团卸料到链板机上，最后由链板机运送成品球到成品货仓。
    竖炉内部球团由干燥带下落到冷却带，炉内的煤气和助燃风要从焙烧带上行到干燥带，冷却风从冷却带经导风墙进入到干燥带。竖炉东西两侧设有燃烧室和火道口，煤气和助燃风分别经管道进入燃烧室内混合燃烧m1，产生大量的炉内废气，受压力作用进入炉膛，并向干燥带流动。在向上流动过程中与下落的球团进行热交换，并通过热交换给球团加热使其温度升高。竖炉下侧设有冷却风进口管道，冷却风在竖炉内部通过导风墙向上流动，将熟球冷却，与此同时冷却风被加热，冷却交替，通过导风墙上升到炉身上部，回收热量，并烘干由布料皮带和布料车运送过来的生球。

竖炉部分自动控制系统控制目标

根据生产现场的实际状况和系统的控制要求，本文提出以下一些控制目标：
1．根据工艺要求对烘干系统煤气、助燃风阀门的自动控制(通过调节阀门开度控制)：
2．对竖炉系统的煤气、助燃风、冷却风阀门的自动控制(通过调节阀门开度控制)；
3．现场本地仪器仪表参数显示，仪器仪表主要有流量计、压力计、温度计、液位计、变频器、阀门开度显示等：
4．八条皮带机以及布料小车的自控控制，经配料结束后的原料先经l#皮带开始运送，然后经2#皮带将配料的烘干，然后输送到4#皮带进行润磨，润磨后通过5#皮带运送到3#皮带，这时通过3#皮带、6#皮带运送到混合仓、圆盘造球机造球，造好的生球通过7#皮带进入生球筛分机，筛下的生球通过8#皮带、布料小车进入竖炉焙烧，筛下的碎球由3#皮带、6#皮带输送到圆盘造球机二次造球。配料结束，皮带运行，需要从最后一个皮带机开始运行，然后l#皮带最后运行；皮带停止时，与运行开启顺序相反，由最后运行的皮带最先停止，即逆序启动、顺序停止，这样设计可以避免堆料、堵料，而且可以保证运行的稳定和安全；
5．配料仓振动器、造球仓壁振动器、圆筒干燥机、螺旋给料机、振动漏斗、圆盘造球机、生球筛分机、齿辊卸料机、电磁振动给料机、链板机、供水泵等设备等设备的自动控制；
6．竖炉内部各个参数在上位机和现场操作柜均显示，竖炉系统的实时工艺参数与现场设备的生产状况，各种阀门的启停状态和开度，重要运行参数的实时和历史曲线以及现场设备故障和工艺参数的超限的报警窗口和报警灯闪烁提示；
7．随时对竖炉的运行状况进行采集，并存贮到上位机数据库中，生成竖炉运行状况报表，可供操作人员随时查询、打印；
8．当有报警发生时，自动弹出报警窗口，并随时可供操作人员记录、查询、打印报警事件；
9．系统具有故障自诊断和自动报警功能，当系统出现异常时，根据上位机监控界面的显示判断故障来源，并通过提示灯闪烁和报警窗口提醒现场操作人员及时排查故障。
10．现场设备控制站与中央控制站之间的通讯与数据交换。

竖炉球团自动控制系统的设计原则如下：

1．应遵循“集中管理，分散控制，数据共享"的原则，采用分布式结构。整个控制系统的设计首先要运行稳定可靠、控制简单、维护方便。而且在以后现场设备的维护方面做到成本低并便于扩展等：
2．自控系统应满足竖炉球团钢厂安全稳定运行原则，应具有畅通的通讯能力，具有自动调节、自动保护、自动报警等功能；运行管理方面降本增效，实现24小时连续安全稳定运行；
3．该控制系统应具备“远程控制”、“现场控制"操作模式。当需要自动控制时，采用“远程控制"模式，当控制系统出现故障时，可采用“现场控制"模式；
4．上位机监控界面友好，可以非常形象的模拟出整个厂区设备情况，并且方便操作人员的控制。对竖炉工艺各种数据参数和现场设备的运行情况进行监测，方便观测和控制，设置管理员操作权限，保证了在控制当中的安全性；
5．通过对球团工艺的分析和现场实际的考察，设计竖炉球团生产效率优化模型。

竖炉球团自动控制系统的组成

根据现场的实际情况，系统的控制设备主要分布在总控室和现场设备控制站。竖炉部分的控制箱都放在了总控室。按照竖炉球团自动系统的控制要求，系统可分为：
    第一层为处于系统底层——设备层。该层主要有电动蝶阀、放散阀、各种仪器仪表、变频器以及快切阀等。主要完成生产设备的操作和工艺参数的监测，执行来自PLC的程序指令，并做出相应的操作或显示实时监测数据参数。
    第二层为PLC控制层，主要完成各种操作、实时和历史参数的监测、连锁动作、报警的自动处理等功能。完成整个系统PLC站的控制网络集成，负责接收从设备层传送的信息、数据和上位机控制的命令，并将这些命令再反馈到设备层，完成中央信息层与设备层之间的信息、数据、命令传输及交换。
    第三层为中央信息层，即上位机控制层。在该竖炉球团控制系统，中央信息层由三个监控机构成，而监控上位机是由工业控制机(Pc机)、液晶显示器和相关网络通信设备等组成。完成实时监测参数和现场设备运行状态的控制，历史数据的记录、查看，报警与故障的提示和处理、实时和历史曲线的查看等功能。

竖炉焙烧工艺流程分析

从竖炉工艺的流程上看，竖炉工作可分为以下几个控制阶段，各个阶段工艺过程的作用和特点如下：
1．温度控制环节
竖炉内温度的分布情况决定着球团矿质量的好坏啪1。竖炉焙烧球团矿的过程可以分为有五个部分，分别为干燥带、预热带、焙烧带、均热带和冷却带，其理想的温度分布

    布料车将料均匀布到干燥床上进行干燥。其作用是脱去生球中的水分。干燥生球速度越快，在竖炉中的时间就越短，但是干燥速度快到一定程度，就容易引起生球产生裂痕；为了使生球干燥速度快又不易产生裂痕，则要对干燥带的温度进行控制。生球的初始湿度越高，破裂温度越低。如果放慢了干燥生球的速度，那么也就是在一定程度上制约了竖炉球团的产量，所以不能单单限制干燥速度。干燥带的温度是由冷却风和上行焙烧风决定，所以要调节好煤气和空气的比例。
    生球干燥完成后，进入预热带。预热是个温度的过渡阶段，为焙烧带创造良好的温度条件。球团穿过预热阶段，其目的在于：去除干燥过的生球中的残留水分，使生球的温度逐渐升高，避免由于温度剧升而产生的局部膨胀和裂痕，并保证球团在竖炉内有足够的时间使氧化亚铁充分地氧化。
    然后进入焙烧带。在焙烧带发生物理和化学反应，氧化亚铁开始氧化还原。物料一般在焙烧带的理想温度为1000℃一1200℃，如果温度过高的话会使球团烧结，继而粘在炉身上，堵塞火道，影响球团下料；如果温度过低，将会延长焙烧时间，焙烧完成之后进入均热带，理想温度在1000"(3左右。其主要作用是保证球团矿在均热带持续升温，全面氧化和再结晶，继续固结并增大强度。
    球团焙烧好之后，进入冷却带，通过冷却风使球团从高温状态冷却到低温或中温状态，然后通过链板机运到成品矿仓。
    实际上，竖炉内部的温度很难准确划分预热带、焙烧带和均热带，并且竖炉内球团的氧化发生在焙烧带和均热带，在均热带还会发生剧烈的氧化还原过反应，造成均热带中部出现第二次温度峰值。因此想要直接精确控制预热、焙烧和均热带的温度是很困难的。一般通过控制竖炉两侧燃烧室的温度来间接估算和控制竖炉中的温度。在压力稳定的条件下，燃烧室温度的主要是由煤气和助燃风的流量控制，冷却风又由风机提供，所以在温度控制环节中，主要是控制煤气、风机的流量。
2．风机控制环节
    这一环节是至关重要的，风机主要控制助燃风和冷却风的风量，与此同时还改变了在干燥带冷却风的成分。冷却风的作用不仅仅是冷却焙烧好的熟球，并且回收竖炉中的热量，经过导风墙上升至竖炉上部，与上行焙烧风混合作为干燥生球的媒介。
3．布料控制环节
    由布料车将造好的生球连续均匀稳定地布料到干燥床是竖炉球团焙烧工艺的关键工序。实践表明，布料车布料情况决定着竖炉的焙烧环境、焙烧进程以及整个竖炉球团生产效率。使布料车不均匀布料的原因有：布料车的运行状况、原料不均匀等。如果原料均匀，那么可以通过调节变频器，改变布料车速度，使布料车在布料时基本保持平衡和稳定，以达到更高的球团生产效率。
4．卸料控制环节
    熟球冷却后要通过卸料器排出，卸料的速度也影响着球团的生产效率，影响卸料机制和维持下料均匀稳定的原因有：竖炉内球团的烧结程度和卸料状况等。在卸料时，尽量保证做到不间断摔料，这样对改良竖炉内部环境有利。下料处的物料监测非常关键，即可控制物料平衡，又可用于报警提示。若炉内有球团矿烧结现象，在卸料过程中会有相应的声光提示，此时会提醒操作员工立即采取相应措施，把故障和其他不安全因素消灭在萌芽状态。
    通过上述几个控制环节的分析，在该系统中需要控制的参数有：煤气总管压力和流量、煤气总管快切阀，助燃风总管流量和压力、助燃风东、西支管流量电动调节阀，冷却风总管流量电动调节阀，布料车速度、电磁振动给料机速度(速度均由变频器调节)、低压煤气总管压力、低压煤气总管温度，焙烧带温度，火道口、南北炉身温度以及烟罩、炉篦温度等。

竖炉球团工艺的生产效率优化模型的应用

    在竖炉球团工艺中，竖炉球团的产量和质量是由竖炉的热效率决定“力嗍，竖炉的热效率又主要取决于燃空比。在该项目中，竖炉的燃气由高炉产生，空气由风机提供，空气在竖炉内部又分为助燃风和冷却风两部分，通过第三章建立竖炉生产效率优化模型，在球团下料速度最快条件下，找到最佳的燃空比。
    调节电磁振动给料机和布料机的布料频率，控制其速度，使其速度达到优化模型中的最大速度。通过控制煤气、助燃风和冷却风的调节阀，使助燃风与冷却风流量的比值在优化模型给定参数的范围内，在焙烧过程中达到最佳燃空比值。
    通过一段时间的运行，提高了竖炉球团的生产效率，在一定程度上节省了煤气和风机的电耗，由此可证明该优化模型的设计是合理的。

自动控制系统设计

为了保证控制过程的安全可靠和生产的连续性，提高自动化水平，博微采用自动控制与视频监控系统相结合的自动化控制系统，主要用于原料输送控制、运行操作、监视管理

博微特色

专业培训

博微公司的工程师拥有大量的现场培训经验，用生动的语言深入浅出的为现场操作员进行相关培训，减少各方面的误操作引起的事故。

设备管理

典型案例

西林钢铁集团球团竖炉自动控制系统

结束语

    实施“精品”战略,明确“创优工程”的质量目标,并在施工过程中实施对工程质量进行全方位、全过程的有效控制,即:从材料采购、施工与验收、实施各专业、各工序、各阶段质量控制，直到调试投运和竣工验收。
    认真贯彻ISO9001的质量方针和质量文件，有效实施质量控制；严格按各工程阶段的停止点实施有效控制，对各部门的工程质量负责。
    认真贯彻执行设计工作的有关标准和规范，认真执行图样和设计文件的审签程序，保证提供的设计图样和技术文件完整、正确、协调、统一、清晰。
    博微公司具有强大的技术团队和经验丰富的技术人员，一流的技术服务，能为用户提供最先进最优化的行业解决方案。