竖炉球团矿新型二次冷却器在济钢成功应用

摘 要 介绍了专利新型二次冷却器及其在济钢1号球团竖炉作炉外冷却的应用情况，包括二次冷却器的冷却原理、特点及使用效果。

关键词 球团竖炉 二次冷却器 应用效果

1 前 言

球团矿的冷却是竖炉生产过程中的一个重要环节。通过竖炉焙烧带和均热带到达冷却带的球团温度一般高于1 000℃。由于受炉型结构和“SP”技术的限制，一次冷却后的排矿温度仍高达800℃以上，过高的球团温度给排矿和输送带来了很大的困难。为了解决这一问题，大多数竖炉都采用炉内或炉外二次冷却。尽管如此，由于种种原因，冷却效果却一直不尽人意，其排矿温度一般在350℃以上，仍需50～100m长的链板机打水或自然风冷，不能从根本上解决球团矿冷却的问题，导致皮带烧损、打水冷却引起蒸汽污染、热能损失、环境恶劣等弊端，而且不利于节能减排。

作为竖炉球团生产的龙头企业，济钢球团厂也不例外，经过多年的研究与摸索，仍然没有找到更好的冷却方法。2006年11月，济钢引进了武汉科技大学的实用新型专利——竖炉球团矿二次冷却器，经设计、制造、安装和调试一次性试车成功，其排矿温度降到了150℃以下。本文主要介绍这种新型冷却器的冷却原理、特点及应用效果。

2济钢球团厂的现状

2．1 生产规模

济钢作为国内大中型钢铁企业之一，被誉为“中国竖炉球团的摇篮”。自1 968年国内第一座竖炉(8 m2)在济钢投产以来，该厂就成为我国竖炉规格最全，单炉规模较大，产能最高的竖炉球团生产厂家。目前，济钢球团厂共有竖炉5座，其中8 m²炉1座、10 m²炉2座、l 4 m²炉2座，年生产能力达350万t以上，其技术经济指标居全国领先水平。

2．2球团矿的冷却状况

自第一座竖炉在济钢投产以来，炽热球团矿的输送问题，一直困扰着球团厂的领导及技术工作者。初期主要靠打水冷却，虽然能将球团矿的温度降下来，但产生的水蒸汽弥漫全厂，腐蚀设备、严重污染厂区环境，不仅增加了设备维检及费用，而且严重影响了产品质量。为了改变这种状况，济钢曾自行设计和研制了多种形式的冷却设备，如炉内二次冷却器、炉外二次冷却器、冷却塔、储矿仓，链板机等，但都未能达到预期效果，有的反而影响竖炉生产的顺利进行。其中，炉内二次冷却器因内部结构不合理，在高温球团的冲刷下，易发生严重变形，造成漏水和排矿不畅，以致完全堵塞，使用寿命仅3～6个月，给生产造成极大的影响。为了完成公司的产量计划，球团厂不得不将两种形式的炉内冷却器全部拆掉，改用近百米长的链板机自然风冷。但随着竖炉生产技术水平的不断提高，产量增幅越来越大，仅靠链板机自然风冷，已不能满足皮带机对输送球团矿的温度要求，因而时常引发烧皮带事故，影响生产。不得已，又被迫回到打水冷却的老路上来，在链板机与皮带机交接处打水冷却，以保证皮带机正常运行。

3引进新型二次冷却器

为了彻底解决球团矿冷却的问题，尤其是解决具有近40年炉龄的1号炉球团矿冷却问题，济钢决定采用武汉科技大学的专利——二次冷却器，并率先在1号炉实施。由于1号炉炉龄长，原配置的冷却工艺很落后，球团矿的冷却一直是由双轨道料车爬坡，将热矿送到中储料仓(原自制竖冷器)中，然后经链板机自然风冷。由于受场地限制，链板机长仅25 m，根本达不到冷却效果，长期依靠打水冷却。因此，球团厂决定拆掉中储仓，在原地新建一台新型二次冷却器，力求彻底解决1号炉球团矿冷却问题。

3．1 新型竖冷器的结构形式

新型冷却器的结构如图1所示。它由上、下筒体，锥形冷却床，内、外风筒，板形立柱等部件构成，其外部简单，内部结构合理，且耐温耐磨。该装置既可作为炉内二次冷却器安装在竖炉下部，也可作为炉外二次竖冷器使用。

3．2新型冷却器的工作原理

该冷却器的工作原理有别于其它同类型的冷却器，它借助炽热球团矿不断向下移动的特点，通过料槽将其均匀分布在锥形冷却床上，使其形成环状料流，在内、外风筒之间向下移动，并缓慢通过冷却带。由冷却器中部鼓人两种不同的冷却介质(两种介质在内风筒中自由混合)穿透环形料柱，与炽热的球团矿进行热交换，然后通过双筒体导风，热废气经导风空腔进入废气管道排出，其工作状态见图2。排出的热废气经除尘净化，将其余热回收利用；冷却矿由电振器或拉式链板机控制排出。

3．3 新型冷却器的结构特点

3．3．1 集料槽

由于我国竖炉炉型结构的需要，其下部都设置了集料槽，主要作用是防止上下串风，同时均匀排矿。尤其是设置了炉内二次冷却器的竖炉，集料槽的作用就更加显著，它可防止二次冷却风上行影响球团焙烧温度，保证炉况稳定和顺行。本冷却器也有类似的需要，即使安装在炉外，也需在冷却器上安装集料槽。该冷却器若作为炉内二次冷却器使用，可直接与竖炉下集料槽对接，但必须要满足炉下具有11 m的标高空间方能实施，如果安装在炉外，可直接用链板机或链斗提升机向冷却器的集料槽供料。由于济钢1号竖炉是老工艺，所以仍采用原双轨双车爬坡往集料槽供料，同样取得了理想的冷却效果。

3．3．2 冷却床的结构特点

冷却床的结构形式是冷却器的关键所在，它既可以起到分料器的作用，又可以起到冷却床和支撑料柱的作用。为了防止冷却床漏料和堵塞，我们利用物流与风流的相对运动，采用了合理的结构形式(见图1)，并整体铸造成百叶窗式导风，其风流形式见图2。实际应用表明，这种结构有效地解决了冷却床漏料和缝隙堵塞问题。此外，为了防止其高温变形和磨损，制作上还采用了特种合金铸造，可以达到耐温耐磨，延长其使用寿命的目的。

3．3．3 冷却筒的固定方式

一般说来，冷却器内的各种部件，除自重外还要承受近百吨重的料柱，如何确定冷却筒的固定方式，使其能够承重和经受高温，防止冷却床和筒体倒塌，就尤为关键。如果采用通常的“十字”梁作支撑，有可能受高温影响而变形，同时阻碍环形料柱下移。为此，该冷却器内采用了4块板形立柱支撑(立柱系特种钢材制作)，由板形立柱穿过外风筒与内风筒相嵌，并将内、外风筒与下筒体连为一体。实践表明，这种结构形式有效地防止了内、外风筒的变形和倾斜。

3．3．4 冷却器的温差效应

当一台高温设备内其上、中、下部长期存在温度差异时，将会出现温差反应。如果温差变化较大，该设备将产生温差效应，从而导致部件或筒体变形，这种变形严重时，有可能影响设备的正常运行。为了克服这种温差应力，冷却器内部采用了耐热材质部件，并且在外部采用了多节式法兰联接，通过膨胀垫圈来克服冷热膨胀应力的作用，以消除温差效应。同时这种结构形式还有利于长途运输和吊装施工。

3．3．5 热废气的处理与利用

通过冷却器排出的热废气，经除尘净化后，其300～450℃的热废气可回收用于余热发电；也可直接用于煤气预热，为竖炉燃烧室提供300℃左右的热煤气，节约燃气耗量；还可继续利用预热煤气后的废气(经长距离管道输送后温度约为1 20～1 50℃)产生蒸汽供暖或作为其它功用；也可直接将其用于原料的脱水干燥，做到物尽其用，为企业创效。济钢为了提高竖炉的产量和改善产品质量，降低生产成本，将其余热用于预热煤气和原料的脱水干燥，已获得理想的效果。

3．3．6 冷却器的排矿方式及使用寿命

该新型冷却器的排矿与竖炉生产同步，采用电振器联锁控制排矿，排矿量的大小可根据竖炉的产量来调节，还可通过拉式链板机控制排矿。排矿温度可通过冷却介质的用景来调节。由于新型冷却器的内部设计独特，材质合理，可消除内外变形，且耐温耐磨，其使用寿命可达2年以上。

4 应用效果

由武汉科技大学设计研制的新型专利球团竖炉二次冷却器(专利号Z L00266289．6)，其设计方案经济钢组织专家多次论证和风险评估，于2007年5月中旬，首次在济钢球团厂上马实施，并于6月2日正式在1号竖炉投入应用。通过厂校双方组织技术人员跟班测试一周，从运行结果来看，该冷却器获得一次性试车成功。1号炉改造后投产近半年来，该设备一直运转正常，各项指标均达到设计要求，冷却器的平均排矿温度为130℃，废气回收温度在450℃左右，其运行情况如表1所示。由于不再受冷却设备等故障的困扰，竖炉生产正常，取得了显著效果。

1)竖炉产量增加

新型冷却器投入使用后，有效地解决了制约竖炉生产顺行的瓶颈，竖炉利用系数由原来的6．2 t／(m²·h)提高到7．4 t／(m²·h)，提高了1．2 t／(m²·h)；减少因冷却工艺影响造成的停炉75 h／a，，经初步估算，仅此两项每年就可获益1681万元。

2)球团矿质量改善

多年来，1号竖炉由于受工艺条件的限制，球团矿一直采用打水冷却，造成球团矿急冷急热、强度下降，返粉增多而不受高炉欢迎。自应用新型冷却器后，球团矿的抗压强度由原来的1800～2 000 N／个提高到2 500～3 000 N／个，而且返粉量减少1．5％左右，为高炉增效创造了良好的原料条件。

3)减少设备损耗、维修及其它费用

使用新型冷却器后，平均每年可减少皮带损耗6条，费用16万元；减少备件费约1 5万元／a；维修费约1 8万元／a；因球团矿无需再打水冷却，因而可减少水费30万元／a；杜绝因排水超标罚款费30万元／a。几项合计，每年可减少费用约109万元。

4)余热回收效益

应用新型二次冷却器后，球团矿余热全部回收，用于煤气预热和精矿干燥，达到了节能减排增产创效的目的。尽管余热回收系统尚处于完善阶段，暂时无法计算其回收利用效益，但其社会效益和经济效益是不言而喻的。

5 结 论

1)由武汉科技大学设计研制的专利新型球团矿二次冷却器，设计新颖，内部结构合理，冷却效率高，而且余热可全部回收利用。

2)该冷却器在济钢1号竖炉上应用，一次性试车成功。近半年多的实践表明，设备运转正常，各项指标完全达到设计要求。

3)该设备投入使用后，效果显著，冷却器排矿温度降至150℃以下，球团矿抗压强度提高38％以上，仅增产和减损两项每年就可获益1790万元，通过余热回收利用还能获得更多经济效益和更大的社会效益。

(4)该新型冷却器不仅适用于球团矿冷却，而且也适用于相关行业颗粒物料的冷却。