（机械设计及理论专业论文）链篦机回转窑系统的热风流工艺及fluent仿真.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 链篦机一回转窑球团生产法具有原料适应性强、生产能力大、焙烧均匀、球 团品位高、余热可回收利用等优点，近年来在我国发展迅速。目前链篦机一回转 窑系统的热风流工艺存在的主要问题：系统低温废气直接排放；链篦机回程段篦 床散发出大量热量，没有进行回收利用；环冷机回收气体温度不高等。导致余热 循环回收利用效率低，排放污染大。为此，开展链篦机一回转窑系统的热风流工 艺改进设计，进一步减少废气排放，提高余热回收利用效率，达到节约能源的目 的，对社会经济发展具有重要意义。主要工作包括三方面内容。 ( 1 ) 链篦机一回转窑系统的热风流工艺改进设计。在分析目前的链篦机一回 转窑球团制造流程和热风流工艺基础上，针对目前存在的余热回收利用效率低和 废气排放量大等问题，提出基于多次对流传热的余热循环回收利用方法，对链篦 机一回转窑系统的热风流工艺进行改进设计。 ( 2 ) 余热回收理论分析及结构设计。一方面根据链篦机结构和传热学理论， 结合2 4 0 万吨链篦机工艺特点及技术要求，设计篦床余热回收装置，对篦床余热 的多次对流传热进行理论估算，得到篦床余热回收率达到6 0 以上：另一方面， 分析环冷机结构和工作原理，结合2 4 0 万吨环冷机工艺特点及技术要求，对环冷 机热风流工艺的多次对流传热进行理论估算，得到改进设计的新热风流工艺比目 前的热风流工艺对应区段的出口气体温度分别高出1 0 6 、1 6 8 、5 2 左右。 ( 3 ) 热风流工艺的计算流体动力学分析。基于计算流体动力学理论，应用 前处理软件g a m b i t 和f l u e n t 仿真软件，分别对篦床余热回收装置和环冷机热风 流工艺进行了仿真分析，结果表明：篦床余热回收段各出口气体温度分别为2 6 8 、3 5 4 c 、4 2 7 c ，余热回收率与理论计算基本一致；环冷机新热风流工艺各区 段的出口气体温度升高值与理论计算基本吻合。 理论计算与仿真分析表明，对链篦机一回转窑系统的热风流工艺进行改进设 计有效可行，对以后的工程实际应用具有较强的参考价值和指导作用。 关键词：链篦机一回转窑系统，传热学理论，热风流工艺，设计，f l u e n t 仿真 江苏大学硕士学位论文 g r a t e - k i l np e l l e tp r o d u c t i o nm e t h o dh a sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha s t h ea d a p t a b i l i t yo fr a w m a t e r i a l s ，l a r g ep r o d u c t i o nc a p a c i t y , r o a s te v e n l y , p e l l e t so fh i g hg r a d ea n dr e c y c l a b l ew a s t eh e a t ，s o i t g e t s ar a p i d d e v e l o p m e n ti nc h i n ai nr e c e n ty e a r s t h em a i np r o b l e m so fc u r r e n t t h e r m a la i r f l o wp r o c e s sf o rg r a t e k i l ns y s t e m ：l o wt e m p e r a t u r eg a so f g r a t e - k i l ns y s t e ma r ed i s c h a r g e dd i r e c t l y ；t h eh e a tg e n e r a t e db yt h er e t u r n s e c t i o no ft h et r a v e l i n gg r a t ei sn o tr e c y c l e d ；t h et e m p e r a t u r eo ft h e r e c y c l i n gg a sb ya n n u l a rc o o l e ri s n o th i g h a l lt h o s ed e f e c t sl e a dt o i n e f f i c i e n tr e c y c l i n go fw a s t eh e a ta n dp o l l u t i o n t ot h i se n d ，t oc a l t yo u t t h e r m a la i r f l o wp r o c e s si m p r o v e m e n to fg r a t e k i l ns y s t e mt of u r t h e r r e d u c ee m i s s i o n s ，i m p r o v eh e a tr e c o v e r ye f f i c i e n c ya n da c h i e v ee n e r g y s a v i n g s ，e v e n t u a l l yc o n t r i b u t i n gg r e a t l y t ot h es o c i o - e c o n o m i c d e v e l o p m e n t m a i n l yt a s ki n c l u d et h r e ea s p e c t s ( 1 ) i m p r o v e dd e s i g no nt h e r m a la i r f l o wp r o c e s so fg r a t e k i l ns y s t e m i nl i g h to fe x i s t i n gd e f e c t so fl o we f f i c i e n c yf o rh e a tr e c o v e r ya n dl a r g e e m i s s i o n ，ah e a tr e c y c l i n gm e t h o dt h r o u g hc o n v e c t i o nr e p e a t e d l yi s p r o p o s e da n dt h ed e s i g nf o rt h e r m a la i r f l o wp r o c e s so fg r a t e - k i l ns y s t e m i si m p r o v e do nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so fc u r r e n tg r a t e - k i l np e l l e t m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dt h et h e r m a la i r f l o wp r o c e s s ( 2 ) t h e o r e t i c a la n a l y s i so f h e a tr e c o v e r ya n ds t r u c t u r a ld e s i g n o nt h e 江苏大学硕士学位论文 o n eh a n d ，a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r eo ft h et r a v e l i n gg r a t ea n dh e a t t r a n s f e r t h e o r y , 一n q i d 一一m g t e c h n o l o g yc h a r a c t e r i s t i c sa n dt e c h n i c a l r e q u i r e m e n t so ft h e2 4m i l l i o nt o n st r a v e l i n gg r a t e ，t h ea p p l i a n c ef o r t r a v e l i n gg r a t eb e d w a s t eh e a tr e c o v e r yi sd e s i g n e d ，a n dt h e nat h e o r e t i c a l e s t i m a t eo fc o n v e c t i v eh e a ti sm a d ew i t har e s u l to fm o r et h a n6 0 ；o n t h eo t h e rh a n d , t h es t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo ft h ea n n u l a rc o o l e ra r e a n a l y s e d ，c o n s i d e r i n gt e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i ca n dr e q u i r e m e n t so f2 4 m i l l i o nt o n sa n n u l a r c o o l e r t h e o r e t i c a l l y e s t i m a t et h ea m o u n to f c o n v e c t i v eh e a tf o rt h ea n n u l a rc o o l e ra r ec a l c u l a t e d t h er e s u l ts h o w st h e n e wt h e r m a la i r f l o wp r o c e s sf o ra n n u l a rc o o l e rh a sah i g h e re x i tg a s t e m p e r a t u r eo f1 0 6 。c 、1 6 8 。c 、5 20 co rs ot h a nt h a to fc u r r e n tt h e r m a l a i r f l o wp r o c e s si nt h er e s p e c t i v es e c t i o n s ( 3 ) c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c sa n a l y s i so ft h e r m a la i r f l o wp r o c e s s b a s e do nc o m p u t a t i o n a lf l u i d d y n a m i c st h e o r y , t h ep r e - p r o c e s s i n g s o f t w a r eo fg a m b i ta n df l u e n ta r ea p p l i e dt oa n a l y z et h et r a v e l i n g g r a t eb e dh e a tr e c o v e r yu n i ta n dt h e r m a la i r f l o wp r o c e s so fa n n u l a r c o o l e r t h es i m u l a t i o na n a l y s i ss h o w st h a tt h eo u t l e tg a st e m p e r a t u r eo fe a c h s e c t i o nf o rt h et r a v e l i n gg r a t eb e dw e r er e s p e c t i v e l y2 6 8 。c 、3 5 40 ca n d 4 2 7 。c ，c o n s i s t e n tw i t ht h e t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no fh e a tr e c o v e r y e f f i c i e n c y ；t h ei n c r e a s e dv a l u e sf o rt h eo u t l e tg a st e m p e r a t u r eo fe a c h s e c t i o nu n d e rt h en e wt h e r m a la i r f l o w p r o c e s s f o ra n n u l a rc o o l e r c o i n c i d e n tw i t ht h et h e o r e t i c a lv a l u e m 江苏大学硕士学位论文 f r o mt h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o na n ds i m u l a t i o n a n a l y s i s ，t h e i m p r o v e dd e s i g no ft h e r m a la i r f l o wp r o c e s sf o rg r a t e - k i l ns y s t e mi s e f f e c t i v ea n dw o r k a b l e ，a n dm a yp r o v i d er e f e r e n c ea n dg u i d a n c ef o r p r a c t i c a la p p l i c a t i o ni nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：g r a t e - k i l ns y s t e m ，h e a tt r a n s f e rt h e o r y , t h e r m a la i r f l o w p r o c e s s ，d e s i g n ，f l u e n ts i m u l a t i o n 江苏大学学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密团。 学位论文作者签名：缛净氓 汐沪年6 月o 日 指导教师签名： 7 切良一7 协良一 训。年6 月d 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：阵汤毒以 日期：汐。耳6 自f 。台 江苏大学硕士学位论文 1 1 课题来源与研究背景 第一章绪论弟一早三百v 匕 1 1 1 课题来源 本课题是江苏大学与江苏宏大特种钢机械厂合作课题“节能环保型球团链篦 机关键制造技术及应用 中的一部分，属于科技部中小企业创新基金项目 ( 0 6 c 2 6 2 1 3 2 0 1 0 6 4 ) 和江苏省2 0 0 7 年科技成果转化专项基金项目。 1 1 2 课题研究背景 伴随着高炉炼铁日益大型化、现代化，现代高炉对炉料结构要求越来越苛刻。 作为优质的高炉炉料，球团矿在冶炼过程中的重要作用日益显现，它相比铁矿粉 烧结工艺具有品位高、强度好、颗粒均匀、易还原等优点，与高碱度烧结矿搭配 使用，是一种广为接受的理想的高炉炉料。我国( 2 0 0 0 2 0 0 5 年冶金科技发展指 南明确提出：“应建立球团生产用料商品基地，增加氧化球团生产能力，解决 直接还原球团用料问题n 1 。 高炉精料一直是冶金行业追求的目标，也是冶金工作者始终探讨的技术课 题。我国高炉炉料生产最早是从前苏联引进了烧结技术并一直沿用至今。从资源 条件讲，我国铁矿资源以贫矿为主，细磨精矿粉更适合于生产球团而不是烧结， 并且生产球团矿具有投资省、成本低、高炉技术经济指标好、节能降耗和环保等 优点1 。生产球团矿料的工艺方法主要有三种口儿4 1 。见表卜1 所示。 在国外，6 0 年代初链篦机一回转窑一环冷机的生产能力仅占世界球团矿总生 产能力的3 7 ，6 0 年代中期后开始成倍增长，7 0 年代初该法生产能力达到当时 总生产能力的2 5 8 。到目前为止，链篦机一回转窑法球团矿生产能力已占世界 球团矿总生产能力的4 0 以上瞄m 1 。链篦机一回转窑球团法将成为球团矿料生产的 主要方法。 在链篦机一回转窑一环冷机球团生产技术研究成功以前，我国球团矿生产主要 采用竖炉生产工艺，竖炉球团因受工艺限制，受热不均匀、产品质量差，不能满 足大型高炉生产的要求，而且其单炉生产规模也难以扩大；同时竖炉生产工艺的 发展还受原料和燃料条件限制，难以满足大型钢铁企业规模要求。1 9 9 6 年，首 钢针对矿业公司球团厂链篦机一回转窑一环冷机球团生产系统的改造，开始立项研 江苏大学硕士学位论文 究链篦机一回转窑一环冷机球团生产新技术。 表1 - 1 三种球团生产方法比较 工艺方法优点缺点球团质量 竖炉法 竖炉结构紧凑，其具有建 均匀加热困难；单机规模一般 设工期短，建设投资少，难大型号化；对原料的适 占地小和达产达效快，工应性差；只能使用气体燃 艺流程短，成本低川嘲。料，燃料单一川1 町。 带式焙烧机法n n 2 1全部工艺过程在一台设成品球团质量不均匀，必良好 备上进行，操作简单、控须使用高热值的煤气和 制方便，焙烧周期比竖炉 重油作燃料。 短，对原料的适应性比竖 炉强。 链篦机一回转窑法焙烧均匀，单机生产能力设备不够紧凑，占地面积好 【1 3 】【1 4 】 大，对原料适应性强，可大，回转窑容易结圈 使用煤作为燃料。 我国球团生产发展在相当长时期内一直处于企业数量少、规模小、水平低， “小而散 的生产状态，所生产的球团矿料品位低、冶金性能差、质量不稳定， 无法满足高炉生产需要。随着我国炼铁工业逐渐形成的以高碱度烧结矿合理配用 酸性球团矿料为主要形式的高炉炉料结构的确立，尤其是现代炼铁工艺对原料的 苛刻要求，促使球团矿料成为高炉炉料的重要组成部分。近十多年来，我国球团 矿生产得到较快发展，年产量达到3 0 0 0 万t ，但仍仅占高炉炉料的1 0 左右，与 国外高达5 0 甚至更高比例相比，相差甚远，我国球团生产具有良好的发展前景。 针对我国“十一五节能减排“能耗降低2 0 、污染排放减少1 0 ”的战 略目标，大力发展链篦机一回转窑球团矿料生产方法符合我国建立“资源节约型， 环境友好型”社会的总体要求。链篦机一回转窑一环冷机作为生产球团矿的主要工 艺之一，其主要特点是生球的干燥预热，预热球的焙烧固结和焙烧球的冷却分别 在三个不同的设备中进行。生球经宽带皮带机和辊式布料机均匀地布到链篦机篦 床上，随篦床前进，利用回转窑排出的热气流和环冷机球团余热对篦床上的生球 进行干燥和预热氧化，完成焙烧前的准备，然后在排料端通过铲料板卸至回转窑 进行焙烧，最后经环冷机对热球团进行冷却。该设备具有生产能力大、焙烧均匀、 能耗低、球团质量好、对原料适应性强等优点，近年来在我国得到了迅速发展。 2 江苏大学硕士学位论文 1 1 3 研究的目的及意义 本课题是在上述背景下，为了解决链篦机一回转窑系统的热风流工艺存在的 余热回收利用效率低和废气排放量大等问题，对链篦机一回转窑一环冷机的热风流 工艺进行研究，进一步减少排放，保护环境，节约能源，提高能源回收利用率， 对球团生产过程的节能环保具有十分重要的意义。 1 2 研究现状与发展趋势 1 2 1 国外研究现状 国外的研究者对链篦机一回转窑球团工艺研究进行得较早。1 9 6 0 年美国在亨 博尔特球团厂建成世界上第一套生产铁矿球团的链篦机一回转窑系统，这种工艺 一经问世就得到了世界各国钢铁企业的重视，并获得迅速发展，成为现今球团生 产最先进、最主要的生产方式之一。当时的链篦机一回转窑系统的热风流工艺如 图1 1 所示。 链篦机 堡鼹干般干p 嘏p 1 弋! 转窑 至烟囱排放 巾球团方向 一气流方囱 塑环冷机 排放 成品球团 聊l 凸 凸风枧 凸 盥 图1 1 链篦机一回转窑系统的热风流工艺流程 其特点是：链篦机的鼓风干燥段的低温热气体来自环冷机三冷段；抽风干燥 段热源来自链篦机预热i i 段的回收热气体；预热i 段热源来自环冷机二冷段的 热气体；预热i i 段热源来自回转窑窑尾的热气体；环冷机一冷段高温热气体直 接进入回转窑作为它的二次热气。且环冷机是以并联方式进行冷却的。 2 0 0 4 年，j t r e s c o t 、d c o n n o r 和b f a u l k n e r 在m in e r n a lsa n d m e t a l l u r g i c a l 杂志上发表了( a p p l i c a t i o no fp o r t e dk i i nt e c h n o l o g yt ot h e 3 江苏大学硕士学位论文 g r a t e k i l np r o c e s sa tm i n n t a c 文章n 副，它介绍的链篦机一回转窑系统的热风 流工艺，采用的还是1 9 6 0 年美国在亨博尔特球团厂建成世界上第一套生产铁矿 球团的链篦机一回转窑系统的热风流工艺。 来自美国的j a m e sd f o r e s m a n 和h u g h e s v i l l e 在2 0 0 4 年申请的a n n u l a r c o o l e rp a l l e tc o n s t r u c t i o n 中介绍了链篦机一回转窑系统的工作过程和热风 流工艺n 们，设计了一种新环冷机托盘，环冷机的其它部件基本上跟现在的一样， 并且环冷机的热风流工艺没有变化。 2 0 0 9 年，澳大利亚的t n c r o f t 、m c r o s s 、a k s l o n e 等人在m i n e r a l s e n g i n e e r i n g 杂志上发表( ( c f da n a l y s i so fa ni n d u r a t i o nc o o l e ro na ni r o n o r eg r a t e - k i l np e l l e t i s i n gp r o c e s s n ，文章介绍利用c f d ( 计算流体动力 学) 对环冷机的工作过程进行分析，得出了环冷机的温度分布、速度分布等。 1 2 2 国内研究现状 国内对链篦机一回转窑球团工艺的研究进行得比较晚。北京首钢设计院会同 首钢矿业公司等单位，在1 9 9 6 年开始对链篦机一回转窑一环冷机球团工艺技术进 行开发研究，到2 0 0 0 年1 0 月，首钢球团厂改造工程正式投产，经过一个月的试 运行后，顺利进入了稳定生产状态。自2 0 0 1 年3 月首钢球团厂链篦机一回转窑生 产工艺改造鉴定会后，钢铁冶金企业普遍认为链篦机一回转窑球团法开创了国内 自主建设大型球团生产线的新局面。链篦机一回转窑一环冷机球团工艺技术的开发 应用成功，在扩大生产规模、提高产品质量、降低消耗、节约能源、保护环境等 多方面显示出了强大的生命力。该技术先后在首钢、武钢、柳钢、鞍钢等十几家 企业得到推广应用，投产及在建生产线2 0 余条，年规模总量达到3 6 0 0 万吨。 2 0 0 5 年，来自大连理工大学的王介生、鞍山科技大学的张勇和鞍钢集团长 岭矿业公司的丛峰武等人在烧结球团杂志上发表的鞍钢2 0 0 万t 氧化球团链篦 机一回转窑系统的设计n 钔，文章介绍了鞍钢2 0 0 万吨氧化球团厂链篦机一回转窑 生产线的工艺设计及特点。详细论述了球团生产过程中的原料准备、煤粉制备、 干燥、配料、混合、造球、焙烧、冷却、成品等各个环节。关于链篦机一回转窑 系统的热风流工艺，还是应用了亨博尔特球团厂的那套热风流工艺。 来自江阴兴澄特钢厂的耿瑞君在2 0 0 8 年发表的兴澄特钢1 2 0 万t a 链篦 机一回转窑球团生产实践n 明，文章指出：当产量超过4 5 0 0 t d 时，出现了以下 4 江苏大学硕士学位论文 问题：( 1 ) 球团冷却不下来；( 2 ) 回转窑气氛变差。经分析认为，主要是冷却能 力不足和链篦机上预热球强度偏低所致。为此，对热风流工艺采取了以下措施： ( 1 ) 环冷机增设一台风量为9 5 万m 3 h 的风机，并将增加的风量按比例分配到 环机冷二冷段和三冷段；( 2 ) 增加链篦机预热一、二段之间的通风面积；( 3 ) 加 大鼓风干燥段放散的引流风量。 北京科技大学的冯俊小和首钢矿业公司球团厂的张永明等人发表的链篦机 一回转窑系统的热诊断与节能分析啪1 ，文章对首钢矿业公司链篦机一回转窑系统 进行了质能平衡测试，得到了系统的物料平衡和能量平衡。同时，对于测试中发 现的问题，包括链篦机内串风、篦板带走热量多、回转窑窑尾烟气含氧量高等情 况，提出了优化改造的建议。 北京科技大学的冯俊小和首钢钢铁公司矿业公司球团厂的张永明等人发表 的链篦机一回转窑系统中环冷机的质能平衡与节能分析乜1 1 ，文章对首钢矿业 公司链篦机一回转窑系统中的环冷机进行了质能平衡测试，得到了环冷机的风量 平衡、物料平衡和能量平衡。此外，还针对环冷机运行中存在的问题，提出了优 化改造的建议。 淅江大学的崔立棋发表基于f l u e n t 的板式换热器三维数值模拟胁1 ，文 章利用f l u e n t 软件对人字形波纹板式换热器进行数值模拟，得出换热器内部温 度、压力以及速度场的分布。 哈尔滨理工大学的张艳芹发表基于f l u e n t 的静压轴承流场及温度场研究 嘲，文章对重型立式数控车床工作台静压轴承进行研究，应用三维造型软件p r o e 对扇形及椭圆形油腔的静压轴承进行三维结构设计，并对比了静止状态下不同形 状油腔的流速分布、压力分布及温度分布。 从近几年国内外情况来看，在进行链篦机一回转窑系统节能研究时，一般是 对链篦机区段，环冷机区段进行改进，还有些是增加风机，这些做法能适当提高 余热回收利用率，但是回收利用率不高。在单个对链篦机和环冷机的节能研究时， 也只是提出了一些优化改造的建议，没有深入研究，更没有相关的解决措施。关 于对流传热方面的仿真，国内外大部分都是采用f l u e n t 软件进行分析研究。 1 3 研究的主要内容 本文对链篦机一回转窑系统的热风流工艺进行了充分调研，并对相关文献进 5 江苏大学硕士学位论文 行了深入分析研究。目前在球团烧结过程中链篦机一回转窑系统的热风流工艺存 在的主要问题：系统低温废气直接排放；链篦机回程段篦床散发出大量热量，没 有进行回收利用；环冷机回收气体温度不高等。导致余热循环回收利用效率低， 排放污染大。通过对链篦机一回转窑系统进行分析，应用多次对热传热原理，提 出基于多次对流传热的余热循环回收利用方法，对链篦机一回转窑系统的热风流 工艺进行改进。然后估算链篦机篦床余热回收热量和环冷机热风流工艺球团余热 回收热量。最后，通过f l u e n t 仿真实验来验证它的效果。 论文的章节安排如下： 第一章主要介绍本课题研究的背景、研究目的和意义、国内外研究现状以及 各章节主要内容。 第二章主要介绍链篦机一回转窑系统的球团制造流程及热风流工艺，针对链 篦机一回转窑系统的热风流工艺存在的问题和不足，提出基于多次对流传热的余 热循环回收利用方法，对链篦机一回转窑系统热风流工艺进行改进设计。 第三章主要分为两方面的内容：一方面简要介绍链篦机结构及工作原理，针 对基于多次对流传热的链篦机篦床余热回收利用方法，设计余热回收装置，对余 热回收热量进行理论估算，分析篦床余热回收的效果；另一方面简要介绍环冷机 结构及工作原理，对改进前后的环冷机热风流工艺球团余热回收热量进行理论估 算，分析改进设计的新热风流工艺的优势。 第四章简要介绍计算流体动力学理论，应用前处理软件g a m b i t 和f l u e n t 仿真软件，分别建立链篦机篦床余热回收装置和环冷机热风流工艺的仿真数学模 型，然后用p r o e 分别建立几何模型，再导入到g a m b i t 进行网格划分，再然后将 划分后的，l c m s h 文件导入f l u e n t 进行仿真计算，最后分析篦床余热回收利用率 及环冷机球团余热回收效果。 第五章对本文的研究情况进行总结，并针对链篦机一回转窑系统的热风流工 艺进行展望。 6 江苏大学硕士学位论文 第二章链篦机一回转窑系统的热风流工艺改进设计 2 1 链篦机一回转窑系统的球团制造流程分析 球团法是将细磨精矿制成能满足冶炼要求的块状物料的一个加工过程瞰1 。其 过程为：将准备好的原料( 细磨精矿、添加剂或粘结剂等) ，按一定比例经过配料、 混匀，在造球机上经滚动而造成一定大小的生球，然后采用干燥和焙烧或其他方 法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结，这一过程叫做球团烧结过程，所 得到的产品叫做球团矿。 在球团矿制备过程中，物料不仅由于粒子密集而发生物理性质( 密度、孔隙 度、形状、大小和机械强度等) 上的变化，而且也发生了化学性质( 化学组成、还 原性、膨胀性、高温还原软化性能、熔滴性能等) 上的变化，从而使物料冶金性 能得到改善。 链篦机一回转窑球团法工艺过程如图2 1 所示。工艺流程主要有： 余热l 造链回环 醒型 筛分布。 铲 。 混合 球 输送料 篦 r 料 转冷 机 机 1 余热 窑机 ：炼： i 铁i 4 十 一i 篙i i 1 i j 炉i： 图2 1 链篦机一回转窑球团法工艺过程 ( 1 ) 前处理：精矿的预处理( 精矿脱水、精矿再磨、精矿润磨等) 、精矿的 接受及溶剂、燃料的准备( 破碎、筛分) ；膨润土或冶金添加剂的配制；将干、湿 精矿和膨润土的配料及除尘灰的配给。 ( 2 ) 造球机：造球工序由4 ) 6 o m 圆盘造球机( 如图2 2 所示) 来完成，球 盘边高6 0 0 m m ，转速5 5 8 o r m i n ，球盘倾角4 3 0 _ 5 3 0 。两个雾水加在母球长大 回落区，三个滴水加在给料点下方，通过这两种方式调整成球水分，并控制生球 粒度至9 - 1 6 r a m 。目前生球落下强度平均达到8 次个球以上，生球水分在9 左右， 生球抗压强度达到1 2 n 以上。 7 江苏大学硕士学位论文 醚 匾蟊 圆霞 江苏大学硕士学位论文 料层上方往下抽风，使生球脱水干燥，以适应预热j 段8 0 0 c 左右的温度，用时 大概为5 - 5 8 m i n = 预热i 段8 0 0 左右的热气通过料层使生球继续r 燥，并开始 氧化以保证球团在预热i i 段经受1 1 0 0 c 左右的高温，用时大概为1 4 f ；n i n ： 预热l i 段l 1 0 0 c 左右的高温埘球团进行氧化，分解和加热，f = 完成部分固结硬 化，使球团有一定的强度，能经受由链篦机落到回转窑时的冲击，在回转窑运动 过程中小致破碎用时8 - 92 m i n 。 ( 4 ) 回转窑：球团矿的焙烧和固结过程在回转窑中完成。回转窑窑皮内径 6 1 m ，耐火材料厚度2 8 0 m m ，窑长4 0 m ，转速可调。经过链篦机预热后的球团通 过铲料扳和给料消槽送入川转窑中，随回转窑沿周边翻渡的同时沿轴向朝窑头 方向移动，即运动呈螺旋形，回转窑内球团焙烧温度1 2 5 0 - 1 3 0 0 c ，球团在回转 窑中停留时间约为3 0 m i n 。在窑头装有专门设计的职调节伸缩式喷煤管通过煤 管伸缩和次风量变化控制煤粉燃烧的火焰形状和火焰长度，= 瞳后完成氧化固 结。焙烧好的球团通过回转窑窑头罩内溜槽和固定筛卸到环冷机受料斗内。回转 窑外形图如图25 所示。 团25 回转窑外观困26 环冷机外观 ( 5 ) 环冷机：热球团的冷却在环冷机中进行。环冷机外形如图2 5 所示， 环冷机中释2 2 m ，台车宽2 5 m ，有效冷却面积为1 5 0 m 2 ，正常冷却时州4 8 m i n ， 设4 台鼓风冷却风机。环冷机由回转部分、风箱、传动、机架和上覃组成。环冷 机承担回转窑排出的温度近1 2 5 0 - 1 3 0 0 的热球团矿，其粒度为8 o - 1 6 n u n ，f e o 含最低于8 9 6 经过窑头罩固定筛将 2 0 0 m m 犬块筛出后。经溜槽落地，然后人工 处理其余卸入环冷机。通过环冷机受料斗均匀布在环冷机台车上，料层厚度为 7 6 0 a , 左右。球团矿在被冷却对，球团矿中剩余f e o 得到进一步氧化。最终使球 翻矿中f e o 含最降到1 以下球团温度酶到1 5 0 以下。完成球团的冷却过程。 温度小于1 5 0 的球团通过卸料斗卸至胶带机上运出，作为炼铁高炉的原材料。 江苏大学硕士学位论文 2 2 链篦机一回转窑系统的热风流工艺分析 目前的链篦机一回转窑系统的热风流t 艺由三个部分所组成，主要包括链篦 机、回转窑及环冷机热风流工艺。 ( 1 ) 链篦机热风流工艺 图2 7 为链篦机热风流工艺流程，鼓风干燥段的低温热气体来自环冷机三冷 却段，出来的废气直接排入大气；抽风干燥段的热源来自链篦机预热i i 段的回收 热气体，出来的废气经烟窗排入大气；预热i 段的热源来自环冷机二冷段的热气 体，出来的废气跟抽风干燥段一样，经烟窗排入大气；预热i i 段的热源来自回 转窑窑尾的热气体，出来的废气进入抽风干燥段，作为抽风干燥段的热源。 预热【i 段 环冷机二冷 放空 的热气 段的热气 回转窑的 热气 e a - - 预热后的球 团至回转窑 环冷机三冷 经烟窗至抽风 段的热气排放干燥段 图2 7 链篦机热风流工艺流程 ( 2 ) 回转窑热风流工艺 环冷机一冷段11 0 0 c 左右的热气体引入窑头罩，作为补充二次风，以保证 窑内所需焙烧温度。球团在窑内主要受热辐射作用，边翻滚边焙烧，以得到均匀 焙烧的球团。回转窑窑头和窑尾罩采用新型密封装置，并设有结构冷却风机。 ( 3 ) 环冷机热风流工艺 环冷机冷却分为四个区域，环冷机一冷段完成一部分球团的氧化并释放 l1 0 0 。c 热气体，这些热气体通过受料斗上部窑头罩和平行管道直接回回转窑，作 为二次风进入回转窑以补充窑内氧化和固结所需热量，一方面提高了窑内温度， 另一方面增加窑尾返至链篦机预热i i 段的含氧量；球团经过环冷机二冷段时， 排出8 0 0 c 左右的热气体，这些热气体直接通过热风管道和沉降室返回链篦机预 热i 段烟罩，作为预热i 段的热源，用于球团的干燥和预热；球团经过环冷机三 1 0 江苏大学硕士学位论文 冷段时，三冷段3 5 0 c 左右的热气体由风机引至链篦机鼓风干燥段，作为鼓风干 燥段的热源，用于链篦机篦床上生球的干燥；球团经过环冷机四冷段时，四冷段 9 0 - 1 0 5 ( 2 废气通过环冷机上烟筒直接排放汹儿州。其热风流工艺如图2 8 所示。 入辩口 c ， 到容转寥 刘蔹热l 段到鼓手段放空 一冷袭 二冷鬏三冷爱匿冷段 出辩口 _ e i - l 号最规z 号凰规3 号风视4 号风橇 图2 8 环冷机热风流工艺流程 2 3 链篦机一回转窑系统的问题分析 2 3 1 链篦机工作过程中存在的问题分析 链篦机是球团生产线的核心设备，它的作用是对生球进行干燥和预热。生球 经宽带皮带机和辊式布料机均匀地布到链篦机篦床上，随着链篦机的运行，篦床 在交变的温度场中循环往复转动。当其处于上部炉罩时，随着球团一起被逐渐加 热，而从上部炉罩出来后，则完全暴露在空气中，这时从上部炉罩出来的篦床温 度达到5 5 0 c 左右，然后在空气中自然冷却到接近1 0 0 。c ，散发出大量热量。随 着链篦机连续运行，这些热量大而稳定，目前国内还没有方法和装置对篦床余热 进行回收。据对2 0 0 万t 链篦机的统计分析，篦床带走的热量高达6 3 4 4 x 1 0 6 k j h ， 占总收入热量的1 1 4 2 。篦床冷却过程可视为纯物理过程，基本上不会与空气 发生化学反应，是一种安全、洁净的余热资源。并且从链篦机鼓风干燥段、抽风 干段及预热i 段排出的废气直接排放到空气中，造成环境污染和能量损失 【2 7 儿嬲】【约儿】 3 l | 。 2 3 2 环冷机工作过程中存在的问题分析 环冷机是链篦机一回转窑系统的重要组成部分，它是一种圆环形的冷却设备， 主要用于对热球团的冷却。随着链篦机一回转窑系统的性能提高，对环冷机的冷 1 1 江苏大学硕士学位论文 却要求越来越高。目前，环冷机采用四台风机并联方式对球团进行冷却，三冷却 段出口的热气体温度为3 5 0 左右，四冷段出口的热气体1 0 0 左右直接排放。 环冷机并联回收方式简单，三、四冷却段出口的热气体温度不高，并且四冷段直 接排放的废气造成能量损失和环境污染口妇d 幻。 2 4 链篦机一回转窑系统的热风流工艺改进设计 为了解决目前的链篦机和环冷机的上述问题，提出一种基于多次对流传热的 余热循环回收利用方法，对链篦机一回转窑系统的热风流工艺进行改进设计。对 流传热是温度不同的各个部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。把连 图2 9 改进设计的链篦机一回转窑系统的热风流工艺流程 1 链篦机；2 链篦机风罩；3 链篦机风箱；4 一篦床风罩；5 一篦床风箱；6 一回转窑；7 一环冷机； 8 一风机 续两次或两次以上的热量传递称为多次对流传热o 多次对流传热主要包括环冷机 球团余热回收热风流工艺和链篦机篦床余热回收热风流工艺。循环是链篦机热风 流形成封闭的回路，周而复始的进行着球团、篦床和气体的升温和降温。主要包 括链篦机余热循环回收利用热风流工艺。结合江苏宏大钢铁厂2 4 0 万吨链篦机一 回转窑系统的生产特点及技术要求，改进设计链篦机一回转窑系统的热风流工艺， 如图2 9 所示。 2 4 1 球团输送过程 常温的生球团通过链篦机1 篦床输送，分别经过链篦机篦床上下四个风罩2 和四个风箱3 所组成的鼓风干燥段、抽风干燥段、预热i 段和预热i i 段，球团温 度升高到接近1 0 0 0 ，干燥预热好的球团通过链篦机头铲料板和窑尾溜槽送入 江苏大学硕士学位论文 回转窑6 内，在回转窑内进行氧化焙烧和固结，球在窑内运动呈螺旋形由窑尾向 窑头滚动。球在窑内运动中靠安装在窑头的烧嘴点的混合煤气进行焙烧。球团温 度升高到1 2 5 0 c 左右，使球团达到一定的强度，可以加强抗击输送中的冲击能 力。焙烧好的球团通过窑头罩内溜槽和固定筛卸到环冷机7 受料斗内，经过环冷 机i 段h i l l 、环冷机段h h 2 、环冷机i i i 段h h 3 、环冷机i v 段h h 4 和环冷机 v 段h h 5 ，球团从1 2 5 0 逐渐冷却到1 0 0 c 左右，焙烧后的球团矿在环冷机内进 行二次氧化和冷却，使球团矿达到最佳的抗击能力，以满足高炉的需求。最后排 出接近常温的成品球团，作为炼铁原料。 2 4 2 新热风流工艺过程 链篦机一回转窑系统的新热风流工艺，包括链篦机、回转窑及环冷机之间球 团余热回收利用热风流工艺、链篦机余热循环回收利用热风流工艺、环冷机球团 余热回收热风流工艺和链篦机篦床余热回收热风流工艺。 ( 1 ) 链篦机、回转窑及环冷机之间球团余热回收利用热风流工艺 一方面，环冷机回收的h h 4 冷段部分热气体b ( 4 0 0 左右) 作为链篦机鼓 风干燥段的热源；环冷机回收的h h 2 冷段部分热气体a ( 1 0 0 0 。c 左右) 作为链篦 机预热i 段的热源；环冷机回收的h h l 冷段热气体f ( 1 2 0 0 左右) 作为回转窑 的部分热源；环冷机自身的冷却气体e ( 2 0 左右) 来自空气。另一方面，回转 窑内的热气体c ( 1 1 0 0 左右) 作为链篦机预热i i 段的热源。 ( 2 ) 链篦机余热循环回收利用热风流工艺 链篦机鼓风干燥段的废气( 1 0 0 左右) 进入篦床b h 3 段，作为篦床的冷却 气体；篦床回收b h l 段出来的热气体和链篦机预热i i 段出来的热气体d ( 4 0 0 左右) 作为链篦机抽风干燥段的热源；链篦机抽风干燥段及预热i 段排放的低温 热气体e ( 2 0 0 左右) 经烟窗排放。 ( 3 ) 环冷机球团余热回收热风流工艺 风机输送空气进入环冷机五冷段的风箱，经过与五冷段低温球团( 3 0 0 左 右) 进行第一次热交换后，直接进入四冷段，与球团( 5 0 0 左右) 进行第二次 热交换后，约三分之一的热气体b ( 4 0 0 左右) 直接作为鼓风干燥段的热源；另 外约三分之二的热气体被风机输送到三冷段，与球团( 8 0 0 左右) 进行第三次 热交换后，直接进入二冷段，与球团( 1 1 0 0 c 左右) 进行第四次热交换后，排出 江苏大学硕士学位论文 热气体a ( 1 0 0 0 。c 左右) ，约二分之一的热气体直接作为链篦机预热i 段热源； 另外约二分之一的热气体进入一冷段，与球团( 1 2 5 0 ( 2 左右) 进行最后一次热交 换，得到高温热气体f ( 1 2 0 0 ( 2 左右) 直接进入回转窑。作为回转窑的二次热源。 ( 4 ) 链篦机篦床余热回收热风流工艺 把设计好的回收装置( 下一章) 安装在篦床下部的回程段，可以设三个或者 更多的篦床余热回收段，每个余热回收段在篦床上方设有风罩，在下方设有风箱， 对应篦床运动方向依次为余热回收b h l 段、b h 2 段和b h 3 段等等。当设有三段以 上的余热回收段时，通过与篦床进行更多次的热交换，可得到更接近高温篦床温 度( 5 5 0 * ( 2 左右) 的热气体。在此选择三个篦床余热回收段来介绍它的热风流工 艺过程。 来自链篦机鼓风干燥段排出的低温废气g ( 1 0 0 。c 左右) 通过废气入口进入 篦床余热回收b h 3 段的风箱5 内，热废气第一次与篦床进行热交换，之后到达篦