马钢1#、2#竖炉扩容改造项目的创新与实践

官明徽

(马钢工程技术集团设计研究院 安徽马鞍山 243000)

马钢1#、2#竖炉于2001年建成投产，并与2007年从原设计8m2扩容到10m2，产量由当初设计的80万t/a，提高到120万t/a。但随着马钢(合钢)搬迁，高炉的扩容增产，特别是4#高炉的建成投产，球团矿的供需矛盾凸显出来，高炉球团矿的入炉比例低于15%[1]，严重制约了高炉的生产。

为保证球团的供应，必须增加球团矿的供给，新建球团生产线因受场地及投资的限制不可行；结合以往对竖炉扩容改造的成功经验，以及现场生产的实践，拟对现有2座10 m2的竖炉进行扩容改造。

1#、2#竖炉的扩容改造工程在设计过程中吸收消化了国内大量竖炉工程实例，实现了装备大型化和现代化，降低生产成本，符合国家节能减排、降本增效的产业政策和最新的环保要求。

1 建设内容及规模

马钢股份1#、2#竖炉大修改造项目设计指标为2座16 m2竖炉，单座竖炉生产成品球团矿为90万t/a。

2 竖炉球团工艺设计创新特点

2.1 烘干机扩容改造

竖炉扩容改造后，1号烘干混匀机的处理能力需增大到250 t/h；因此必须对1号烘干混匀机进行改造。因受场地限制，只能利用现有烘干混匀机基础，对其进行适当的处理，把筒体改为φ3.3×25 m，加大转动机构的负载能力，保证处理能力达到250 t/h-300 t/h。

煤气燃烧炉是向烘干筒提供热烟气的燃烧装置，炉体为卧式圆筒形，一端与烘干筒头部相连。燃烧炉排出的烟气温度要求在900 ℃以下，所产生的烟气由安装在燃烧炉炉体上的煤气烧嘴提供，燃烧室配用新型直流烧嘴和新型助燃风机。

助燃空气由风机供风9-19No12.5D4(1450rpm)，风压为9.068 kPa，供风能力为21381 m3/h。

改造后系统的排烟量约为45000 m3/h，为了保证烟气的排放，烟囱需做相应改造。烟囱直径增大为1.8 m，烟囱高度仍为45 m。

2.2 造球系统改造

1#和2#竖炉造球间，共计4台φ6000 mm造球盘，造球机形式为老式造球盘，随着产量的增加，现有造球机能力不够，新增造球机因受场地限制，只能利用现有造球厂房和基础，采用新型盘式回转支承造球机，变频调速[2]，盘面倾角采用液压调整，该造球机设计合理，结构紧凑，运行平稳，减少盘面跳动，调节方便，造出的生球均匀，有利于改善生球质量，综合考虑到产量的增长和投入成本的预算，本次将现有的4台造球机更换，采用新型盘式回转支撑的造球机，规格为φ6500 mm，每台造球机台时产量能达到80 t左右，能满足改造后近阶段的生产需要。

2.3 竖炉本体改造

竖炉本体的改造可借鉴现有竖炉扩容改造的成功经验，最大限度地利用现有厂房结构，在不对厂房结构进行改动的基础上，通过对竖炉炉型进行优化设计，把1#和2#竖炉焙烧面积扩容至16 m2。具体如下：

2.3.1 焙烧带改造

为了保证燃烧室废气能够穿透球层，宽度原则上不做大的增加，根据竖炉生产实际，宽度以2500 mm为宜。

2.3.2 烘干床改进

为了提高生球进入预热带和焙烧带球团的强度，考虑增大烘干面积，角度由原来的100 °提高到108 °，增大烘干面积，配套的烘干风量也进一步提高。

因现有的烘干箅板为竖条型箅板容易堵料，且易脱落到炉内，给生产和操作带来不利的影响，本次将箅板全部改成横条型，同时将固定爪加长使其不易脱落。

使用后现场基本解决箅板脱落炉内的现象，堵料现象也基本杜绝。

2.3.3 导风墙改造

在保证焙烧面面积不受影响的条件下，适当增加导风墙宽度，使导风墙通风面积增大，与冷却风量的增加相匹配，增加烘干废气量。

2.3.4 导风墙大水梁改进

考虑到导风墙面积和高度增加，其载荷也大幅提高，为了提高导风墙水梁强度，水梁钢管由五根增加为六根。

同时考虑在导风墙的气流接触面堆焊耐磨材料，从而增加导风墙大氺梁的使用寿命。

原设计氺梁中间连接板采用不锈钢板，但在在生产中发现，连接板并未起到连接作用，开炉后不久因受到高温的烧烤，连接板发生扭曲变形，甚至撕裂。同时发现有的连接板卷曲后易形成导流管，引导含尘的高温废气直接冲刷到导风墙大氺梁的钢管上，因集中冲刷，虽然有耐磨堆焊层，但是还是在竖炉生产的后期，发现有局部穿孔，导致生产运行中不得已关闭该管道的冷却水阀门。降低了竖炉导风墙的寿命。

本次取消原有的连接板，主要靠上部的横托板设计成T型即起到托板作用，又起到连接作用。

使用后，竖炉导风墙大水梁使用寿命大幅提高，原使用寿命为1年作用，改造后可延长寿命约6个月左右。

2.3.5 炉身及其人孔的改进

炉身上部因直接与混气室连接，燃烧室约1250 ℃的高温废气直接对现有的炉身顶进行冲刷，时间长了，特别是产量提高后，且到生产的后期，耐材烧损或断裂，使得高温废气穿透耐材直达炉壳部位，高温烧烤使炉壳发红甚至烧透，影响生产。一般情况下，只能停产进行灌浆处理。虽然能缓解，但因耐材损坏，仍然坚持不了多久。

考虑到这些因素，在炉身顶部设计时，增加2个冷却壁，将整个炉身上部覆盖，即使出现以上情况，也能及时进行冷却改善状况，特别是炉子后期特别重要。

炉身人孔位置在齿辊的上方，内有耐材隔温隔热，因耐火砖及保温棉是后续砌筑，因此生产中易出现跑风漏气现象。

为解决以上问题，炉身人孔采用迷宫设计，内部采用石棉绳封堵，从而阻断高温废气的溢出。

2.3.6 齿辊破碎机

保持齿辊辊径600 mm、辊间距80 mm不变，使齿辊数量由现有的8根增加到9根。辊子的破碎面采用特殊的耐热及耐磨钢制成，增加使用寿命。

2.3.7 直料管

竖炉直料管因所有高温球团矿均通过竖炉下的2个直料管，其通道狭窄环境恶劣，经常出现直料管磨通漏风等现象，虽然有冷却壁进行冷却，但是若是内部磨通后，很快就会造成直料管报废，更换直料管必须排空炉内炽热的球团矿，工作环境危险且恶劣，易出安全事故。

为解决以上情况，直料管设计采用双层水箱的的结构形式，第一层水箱磨通后，可将进出水管封堵，使其成为一个空箱体，外部冷却水箱继续冷却，大大延长了直料管的使用寿命，提高了竖炉的作业率。

2.3.8 竖炉冷却风系统

经过多次技术改造，现1#竖炉对应的冷却风机为D900，其风量为900 m3/min，2#竖炉对应的风机为D850，其风量为850 m3/min，考虑到生产能力本次大幅提高，本次将这2台风机同时扩容到D1200，风量和压力分别为1200 m3/min和30 kPa。

2.3.9 带冷机改造

现有1#和2#竖炉共用一台80 m2轻型带冷机，原对应的是2座8 m2竖炉，原设计处理能力120 t/h，目前已经达到190 t/h，从使用情况来看，冷却效果不佳，主要原因如下：

(1)超过原设计能力45%，且设备负载能力严重不足。

(2)球团物料上带冷台车时产生偏析，造成带冷机头、尾星轮两边拉力不均匀造成磨损。

(3)链节中的轴套、轴销长期在高温、超载、润滑条件差工况下工作，造成磨损严重，累计到一定程度时两条链节长度产生误差，带冷机运行过程中出现跑偏。

(4)物料在台车上冷却效果较差，主要原因是产量增加，而风机能力没有增加，特别是风压过小，料层吹不透；冷却风量达不到要求，特别在夏季出现过烧皮带现象。

这次扩容改造后，将带冷机处理能力调整至250 t/h，台车宽度为1800 mm，台车料层不超过550 mm，带冷机速度(调频) ～1.2 m/min，最高速度为2 m/min；传动电动机功率增加到37 kW;冷却系统保持原有5台风机，其中入料处3台为G4-73型16号风机，出料处2台风机为G4-73型14号风机。

传动系统及头尾轮：

根据理论计算如果产量达到250 t/h，带冷机正常速度为1.2～1.5 m/min，调频电动机功率37kW，传动主轴直径Φ400改成Φ430；相应的轴承座、大型联轴器都要进行改动。

带冷机传动系统总速比为3150，电机到第一级减速器速比i1=31.5，为双包络蜗轮蜗杆减速器；第二级减速器速比i2=100，为硬齿面减速器；这一次硬齿面减速器能力要增加，机座号为ZFY800-100。

头、尾链轮齿形需要加厚，锻件合金钢材质，齿面进行调质处理。

台车结构：

台车宽度由现在的1500 mm改成1800 mm，通风面积也做相应的增加，台车框架在刚性结构上进行增强，每两台车之间增加一块挡料板，目的是减少台车在下料过程中漏料现象。

链板：

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链板是带冷机传动最主要部件，目前现场出现问题较多，使用寿命较短，磨损严重。这一次进行大改进，将铸钢链节改成合金钢钢板链节(铆焊结构)，链节中隔套都要进行调整热处理，销轴表面进行淬火处理；增加链节厚度以增强链条强度。

风系统改造：

球团矿在带冷机上冷却风机风量、风压是至关重要，一般情况冷却1t烧结球团矿需要～2200 m3/h，总风量250 t/h×2200 m3/h=550000 m3；考虑到现在料层加厚，物料没有进行筛分，台车中球团矿透气性很差，所以适当加大风机风量、风压是可行的。这次改造还是5台风机，前3台风机所对应球团矿温度最高，用G4-73型16号风机，风机风量为140000 m3/h；1#风机土建基础还要向下降300 mm。2、3号风机只改变设备地脚螺栓。后面二台风机保持不变G4-73型14号风机，风机风量为110000 m3/h；所以总风量为640000 m3/h。料层在450mm时风机风压选用2000 Pa，改造后料层基本上在550 mm左右，所以这次选用3100 Pa。

下料漏槽：

这次改造带冷台车宽度发生变化，所以配套下料漏斗也要发生变化，料斗内部采用阶梯状结构，斜面采用耐磨层堆焊或者为耐磨衬板[3]。

集尘隔热罩：

随着台车加宽而改变，将台车与隔热罩之间做好密封，距离尾轮35m全部采用隔热罩密封处理。

目前除尘点有二处，主要集中在下料点，从现场使用情况看来是不够的，这次改造准备在尾轮再增加一个除尘收集点。

2.3.10 链板输送机改造内容

由于单台竖炉生产能力125 t/h，链板输送机宽度B=1000，输送角度为23 °，输送速度为0.13 m/s，电机功率为30 kW。

传动系统：

传动功率增大30 kW，减速器能力做相应改动，型号为SHC Ⅱ 550-200-110 a；速比i=200；传动系统土建基础重新设计。

链板宽度：

随着链板宽度增加，为提高链板刚性增加链板料斗钢板厚度。

下料漏斗及除尘罩：

链板机下到带冷机台车的漏斗，宽度发生变化，漏斗内部采用阶梯状结构，斜面采用耐磨层堆焊或者为耐磨衬板。

2.3.11 除尘系统改造

现场两台1#、2#除尘器为50 m2三电场，除尘效率较低，且随使用年限增加，内部部件损坏严重，除尘器外壳锈蚀严重，导致漏风率增加，需对本体进行更换改造。

对现有的2台50 m2三电场进行改造，改造后除尘器50 m2四电场，主要作为生产除尘用。不在考虑环境除尘。

新建除尘器设计风量按20×104 m3/h考虑，入口含尘浓度～10 g/m3(标态)，要求排放浓度≤50 mg/m3(标态)，可作为单独的环境除尘用。

三台50 m2四电场除尘器建成后，各为其责，排放浓度≤50 mg/m3(标态)，解除了过去除尘器即要考虑生产除尘又要兼顾环境除尘困扰，便于现场生产操作。

3 生产实践

1#、2#竖炉扩容改造后，点火、烘炉及投料生产非常顺利，随着生产运行逐步平稳，各项生产指标稳步上升，每座竖炉利用系数为7.10 t/m2·h，年产成品球团矿约90万t/a。其他各项指标也达到先进水平，已经达到和超过设计指标，对未来球团工程设计和发展方向具有借鉴意义。

4 结语

马钢股份1#、2#竖炉大修改造工程在设计过程中充分听取了现场工程技术人员的意见，同时吸收消化了大量的优秀竖炉球团工程经验，为该工程顺利投产奠定了良好的基础。该工程设计与实施对未来球团工程进一部大型化、现代化有着重大的指导意义。