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豎爐簡介

    目前生產球團礦的設備主要有豎爐、帶式焙燒機以及鏈篦機一回轉窯，在我國多數中小鋼鐵廠主要以豎爐作為球團生產的設備。

豎爐的分類

根據工藝不同可分熔煉豎爐和焙燒豎爐。
1．熔煉豎爐
常用的有高爐、沖天爐和冶煉鉛、鋅用的鼓風爐，爐體的外圍一般是鋼制結構，內部采用耐火材料砌成。常用的豎爐一般還會在下部的高溫帶內襯中布置循環水箱，甚至有些會有鋼板水套做成水冷壁。水冷壁是通過采用帶走爐內高溫帶熱量的方法有效延長爐子的使用壽命，達到有效提高生產效率的目的。
2．焙燒豎爐
焙燒豎爐就是用來焙燒各種物料的設備，可以焙燒鐵礦石、鐵精礦球團、有色金屬、礦石、粘土礦物等。焙燒時物料一直處于固體狀態。焙燒豎爐是一種用于焙燒冶金球團的設備，是最早的焙燒球團設備，它內部構造主要由爐墻組成的爐膛，設于爐膛下端的齒輥卸料器和電磁振動給料機，在齒輥卸料器的上部有承重水梁，該水梁由六組管道組成，循環水從管道內部流過，從另一端流出，排到循環水池外部，不斷循環以保證水梁工作在高溫爐膛內不會由于高溫而導致水梁變形，從而影響豎爐的正常使用。使爐墻下部設有冷卻風口和助燃風口，爐膛內設有與爐膛內外相通的煤氣管道，該煤氣管道爐膛內部設有火道口。它內部構造簡單，煤氣可在爐內直接燃燒，熟球質量均勻，產量高。
球團豎爐的產品用于冶金高爐冶煉鐵水的原料，產品形狀為圓形，一般8—16毫米。球團豎爐原料一般為磁鐵礦粉、褐鐵礦粉、赤鐵礦粉，鐵精礦、輔料為膨潤土n引。在該球團工藝中使用的是焙燒豎爐。料柱高，冷卻風向上通過焙燒帶時，料層中氣流速度高，壓力大，需要很多的冷卻風。

球團簡介

球團是一種人工造塊狀原料的方法，將粉末狀物質轉變成物理性能和化學組成能夠滿足下一步加工要求的過程n引。球團法是將配料好的的精礦粉，經過烘干、造球、焙燒、氧化還原、冷卻工藝后形成粒度均勻、性能較好的球團礦。

球團分類及其優缺點

1．人工造塊方法分類
人工造塊可分為：燒結、球團和壓團。
2．球團和燒結的區別
球團和燒結都是將粉狀或細粒物料通過一系列反應生成塊狀物料，并能在物理和化學性能上滿足客戶的需求。
球團對原料的粒度要求較高，粒度越細越好；相對來說，燒結對原料的要求不太高，需要原料的粒度比球團的粒度要粗一些。燒結主要是液相固結。生產球團在配料中不需要燃料，只需添加膨潤土：而燒結在配料中需要燃料，但是不需要添加劑。
球團粒度小并且均勻，在豎爐中有很好的透氣性，冷態強度高，便于運輸、裝卸和存貯，粉末少。但是球團還原膨脹率比燒結礦高n引。球團投資價格略高于燒結，但按含鐵量相比球團投資費用稍低一些。球團礦的燃料費比燒結礦低，但動力費又比燒結礦高。
生產球團礦排入大氣的灰塵含量和煙氣含塵量少，有益于環境的保護。
3．球團與壓團的區別
球團和壓團相比，球團更適于大規模生產，粒度均勻，高爐爐料具有很好的透氣性，孔隙率高，還原性好，冷態強度高，便于運輸和存儲，不易破裂。

豎爐球團工藝

    鋼廠主要用的原料是鐵精礦和膨潤上，對每一批的鐵精礦進行抽樣，得出鐵精礦含氧量，根據用戶要求按照一定的比例進行配料，配料后經倉壁振動器進入圓筒烘干機烘干、然后配料進入潤磨機潤磨，接著進入圓盤造球機，造球結束后進行生球篩分，將已達到粒度要求的生球通過布料車進入豎爐進行焙燒，篩分下來的碎球經皮帶進入圓盤造球機進行二次造球。生球經布料小車均勻穩定地將原料布到豎爐頂部的干燥床，通過干燥床開始進入干燥、焙燒、氧化還原，冷卻環節，然后由齒輥卸料器卸料，電磁振動給料機將焙燒好的球團通過鏈板機運送到成品礦倉，成品球團運到高爐。該鋼廠具體工藝流程如圖所示。

造球工藝簡介

造球又稱滾動成型，是球團礦生產的一道重要環節，該工序影響著整個球團生產工藝的穩定，同時生球質量的好壞對成品球團礦的質量起著很大的影響。

造球過程中的影響因素

1．原料性質：原料親水性越高，成球性就越強，原料顆粒形狀不同，所生產的球團強度也不同。
2．原料濕度：球團濕度對成球影響很大，原料濕度不足時，生球強度較低，濕度較高時，成球速度較快但是成品球團容易互相粘接在一起，導致生球粒度分布不均，同時原料的水分過多，在造球時便會污染造球機，降低圓盤造球機工作效率，生成球團強度低也會給存貯和運輸造成困難。
3．原料的粒度和粒度的組成：礦石粒度越大，氧化還原時礦石的表面和內部還原不均勻，但礦石粒度過小時，氧化還原煤氣和礦石不能充分接觸。在礦石粒度范圍越小，氧化還原效率越高；若礦石粒度范圍越寬，氧化還原效率越低。因此所選原料要有合適的粒度。

工藝條件對造球過程的影響

(1) 要使生球的粒度、濕度等滿足用戶要求，也要考慮造球方法和操作條件。
(2) 需要考慮以下一些參數：加水進料制度、造球機的工藝設備參數、成球時間、用戶對成品球的要求。
(3) 對成品礦的影響最大的是豎爐焙燒環境，豎爐焙燒的爐身溫度、火道溫度、爐篦溫度、冷卻風流量、助燃風流量都分別對成球起著不同的作用，爐身溫度、火道溫度、爐篦溫度都是由煤氣流量決定，所以煤氣壓力和風機壓力對成球起著至關重要的作用。

球團工藝中主要設備

1．干燥爐：干燥爐就是利用煤氣作為燃料直接燃燒。在該豎爐球團工藝中的燃料主要是高爐煤氣。
2．倉壁振動器：倉壁振動器也稱防閉塞裝置、倉壁振動器亦可用于清除各種倉壁、管道粘結物料，也可以當作振動漏斗、振動給料機等的振動源。
3．圓筒干燥機：圓筒干燥機一種用來干燥大批物料的設備，運轉穩定，可操作性強，處理能力大，物料的適應性強，可以烘干各種物料，且設備操作簡單可靠。
4．圓盤造球機：用于鐵礦粉造球，是各種球團廠的主要配套設備¨"。將焦炭粉、石灰石粉或生石灰、鐵精礦粉混合后，進入圓盤造球頂部的混合料倉，均勻地向造球機布料，同時由水管供給霧狀噴淋水，傾斜布置的圓盤造球機，由機械傳動旋轉，混合料加噴淋水在圓盤內滾動生成球團。
5．生球篩分機：生球篩分機是將成形的生球和碎球分離開，生球進入豎爐，碎球則進行二次造球，直到滿足要求。
6．齒輥卸料機：一種用于豎爐上的齒輥卸料器，其包括外伸傳動軸、帶有齒銷的齒輥體以及傳動系統，其特征在于，齒輥排料機具有一個旋轉支承將齒輥排料機固定在爐體支撐架上，齒輥體離旋轉支撐較遠處的一端支撐在爐體支撐架上，傳動系統懸掛在齒輥機外伸傳動軸上。該齒輥排料機使用時將若干套齒輥機獨立地安裝于豎爐的下料部
位，實現了傳統豎爐齒輥排料機所無法達到的排料、松料效果，且具有檢修方便、設備重量輕、工作壽命長、材質要求低、密封效果好、松料和排料控制靈活、日常維護費用低等一系列優點。
7．電磁振動給料機：是用于把原料從存料設備中按照一定速度或頻率輸送給收料設備，是實行流水作業的自動化的設備。該種給料機主要用于松散物料。
8．電加熱器(站)：電加熱是一種能夠對作為介質的氣體、流動中的液體進行加熱、提升溫度的電加熱裝置，其是一種質量較高和使用壽命相對較長的電加熱設備。工作原理是，電加熱裝置的電熱器件在電力驅動下產生很大的能量，同時用來加熱的氣體或液體介質在壓力作用下通過加熱腔，加熱介質會均勻地帶走電熱器件產生的能量，使加熱介質溫度達到用戶要求。在該豎爐球團工藝中，電加熱器主要是為齒輥卸料機提供熱源。
9．鏈板機：鏈板輸送機也稱為鏈板機，它可實現彎道輸送。鏈板機的特點是：適用范圍廣。它可長距離輸送粘度特別大的物料、一般固態物料和成件物，輸送能力大，輸送布線方便靈活。和網帶式輸送機相比，鏈板式輸送機可以在傾斜度達30。--35。，彎曲半徑為5—8m的高傾角、小半徑條件下實現物料的輸送，在其輸送過程中實現對輸
送物料的冷卻、干燥、分類、裝配等多種工藝加工，且運行穩定可靠。

豎爐球團礦的不足以及發展前景

存在不足

1．隨著豎爐生產工藝的不斷創新和發展，操作管理水平的提升，豎爐球團的產量達到了新的水平，一座8平方米豎爐年產30萬噸已不是一件難事，但是使用年限不足5年；
2．球團礦質量良好，基本滿足本廠高爐的冶煉要求，但是不同的原料，生產的球團礦質量也不相同，這需要操作人員經驗相當豐富；
3．各廠豎爐主要指標相差很大，除原料原因外和用戶對球團礦的不同需求下，在操作管理方面還存在不少薄弱環節。

發展前景

三十多年的研究與改進，中國的豎爐球團礦生產技術已達到了世界先進水平，但從發展角度考慮，有以下一些發展前景：
1．大力發展大型球團豎爐幢¨。經過多年來的不斷努力，中國最大的16平方米球團豎爐的年產量已經超過了原設計水平。球團礦的質量及煤氣、電耗各項指標也保持在國內領先水平。今后有條件的企業在建設中可以優先選擇16平方米豎爐。在建設規模相同條件下，建設兩座8平方米豎爐比建設一座16平方米豎爐基建投資多30％左右；
2．開發能夠有效代替膨潤土功能的低成本、高效益凝結劑，力爭在豎爐使用過程中凝結劑的用量低于每噸20千克陵1；
3．研究開發用煤作燃料的球團豎爐，為在礦山建設豎爐球團工藝創造良好條件；
4．改善原料條件，提高精礦鐵品位，降低SiO,含量嘲嘲1。開發設計潤磨機，解決豎爐原料粒度偏大的難題，從原料著手，切實提高豎爐的產量和質量：
5．研制導風墻及其水梁的新材質，新結構，提高操作技術水平，延長其使用年限；
6．加強數學模型研究，建立豎爐焙燒有關參數(煤氣溫度、壓力和流量和冷卻風的
壓力和流量)與其各個影響因素間的定量經驗公式，建立豎爐優化模型，為設計、生產提供更優質的服務。

豎爐球團自動控制系統分析

豎爐焙燒是豎爐球團工藝中起著至關重要的作用，直接影響球團礦的好壞以及成品礦的產量，要獲得質量更好的球團礦以及更高的產量，就必須分析豎爐的內部構造，這樣才能熟悉生球在豎爐內部的干燥、焙燒、氧化還原及冷卻環節的運動軌跡。

                                    豎爐內部結構圖

    經圓盤造球機造球后的生球經過皮帶運送到布料車，然后由布料車均勻穩定地布料到豎爐頂部的干燥床，然后生球要通過預熱、焙燒、還原和冷卻環節。生球在預熱、焙燒和氧化還原三個溫度區間要進行熱交換和熱傳遞，所需要的熱量來自豎爐兩側燃燒室，熱量由高爐煤氣提供；焙燒好的熟球進入冷卻帶，經冷卻風冷卻后，由齒輥卸料器卸到電磁振動給料機上，然后電磁振動給料機將焙燒好的球團卸料到鏈板機上，最后由鏈板機運送成品球到成品貨倉。
    豎爐內部球團由干燥帶下落到冷卻帶，爐內的煤氣和助燃風要從焙燒帶上行到干燥帶，冷卻風從冷卻帶經導風墻進入到干燥帶。豎爐東西兩側設有燃燒室和火道口，煤氣和助燃風分別經管道進入燃燒室內混合燃燒m1，產生大量的爐內廢氣，受壓力作用進入爐膛，并向干燥帶流動。在向上流動過程中與下落的球團進行熱交換，并通過熱交換給球團加熱使其溫度升高。豎爐下側設有冷卻風進口管道，冷卻風在豎爐內部通過導風墻向上流動，將熟球冷卻，與此同時冷卻風被加熱，冷卻交替，通過導風墻上升到爐身上部，回收熱量，并烘干由布料皮帶和布料車運送過來的生球。

豎爐部分自動控制系統控制目標

根據生產現場的實際狀況和系統的控制要求，本文提出以下一些控制目標：
1．根據工藝要求對烘干系統煤氣、助燃風閥門的自動控制(通過調節閥門開度控制)：
2．對豎爐系統的煤氣、助燃風、冷卻風閥門的自動控制(通過調節閥門開度控制)；
3．現場本地儀器儀表參數顯示，儀器儀表主要有流量計、壓力計、溫度計、液位計、變頻器、閥門開度顯示等：
4．八條皮帶機以及布料小車的自控控制，經配料結束后的原料先經l#皮帶開始運送，然后經2#皮帶將配料的烘干，然后輸送到4#皮帶進行潤磨，潤磨后通過5#皮帶運送到3#皮帶，這時通過3#皮帶、6#皮帶運送到混合倉、圓盤造球機造球，造好的生球通過7#皮帶進入生球篩分機，篩下的生球通過8#皮帶、布料小車進入豎爐焙燒，篩下的碎球由3#皮帶、6#皮帶輸送到圓盤造球機二次造球。配料結束，皮帶運行，需要從最后一個皮帶機開始運行，然后l#皮帶最后運行；皮帶停止時，與運行開啟順序相反，由最后運行的皮帶最先停止，即逆序啟動、順序停止，這樣設計可以避免堆料、堵料，而且可以保證運行的穩定和安全；
5．配料倉振動器、造球倉壁振動器、圓筒干燥機、螺旋給料機、振動漏斗、圓盤造球機、生球篩分機、齒輥卸料機、電磁振動給料機、鏈板機、供水泵等設備等設備的自動控制；
6．豎爐內部各個參數在上位機和現場操作柜均顯示，豎爐系統的實時工藝參數與現場設備的生產狀況，各種閥門的啟停狀態和開度，重要運行參數的實時和歷史曲線以及現場設備故障和工藝參數的超限的報警窗口和報警燈閃爍提示；
7．隨時對豎爐的運行狀況進行采集，并存貯到上位機數據庫中，生成豎爐運行狀況報表，可供操作人員隨時查詢、打印；
8．當有報警發生時，自動彈出報警窗口，并隨時可供操作人員記錄、查詢、打印報警事件；
9．系統具有故障自診斷和自動報警功能，當系統出現異常時，根據上位機監控界面的顯示判斷故障來源，并通過提示燈閃爍和報警窗口提醒現場操作人員及時排查故障。
10．現場設備控制站與中央控制站之間的通訊與數據交換。

豎爐球團自動控制系統的設計原則如下：

1．應遵循“集中管理，分散控制，數據共享"的原則，采用分布式結構。整個控制系統的設計首先要運行穩定可靠、控制簡單、維護方便。而且在以后現場設備的維護方面做到成本低并便于擴展等：
2．自控系統應滿足豎爐球團鋼廠安全穩定運行原則，應具有暢通的通訊能力，具有自動調節、自動保護、自動報警等功能；運行管理方面降本增效，實現24小時連續安全穩定運行；
3．該控制系統應具備“遠程控制”、“現場控制"操作模式。當需要自動控制時，采用“遠程控制"模式，當控制系統出現故障時，可采用“現場控制"模式；
4．上位機監控界面友好，可以非常形象的模擬出整個廠區設備情況，并且方便操作人員的控制。對豎爐工藝各種數據參數和現場設備的運行情況進行監測，方便觀測和控制，設置管理員操作權限，保證了在控制當中的安全性；
5．通過對球團工藝的分析和現場實際的考察，設計豎爐球團生產效率優化模型。

豎爐球團自動控制系統的組成

根據現場的實際情況，系統的控制設備主要分布在總控室和現場設備控制站。豎爐部分的控制箱都放在了總控室。按照豎爐球團自動系統的控制要求，系統可分為：
    第一層為處于系統底層——設備層。該層主要有電動蝶閥、放散閥、各種儀器儀表、變頻器以及快切閥等。主要完成生產設備的操作和工藝參數的監測，執行來自PLC的程序指令，并做出相應的操作或顯示實時監測數據參數。
    第二層為PLC控制層，主要完成各種操作、實時和歷史參數的監測、連鎖動作、報警的自動處理等功能。完成整個系統PLC站的控制網絡集成，負責接收從設備層傳送的信息、數據和上位機控制的命令，并將這些命令再反饋到設備層，完成中央信息層與設備層之間的信息、數據、命令傳輸及交換。
    第三層為中央信息層，即上位機控制層。在該豎爐球團控制系統，中央信息層由三個監控機構成，而監控上位機是由工業控制機(Pc機)、液晶顯示器和相關網絡通信設備等組成。完成實時監測參數和現場設備運行狀態的控制，歷史數據的記錄、查看，報警與故障的提示和處理、實時和歷史曲線的查看等功能。

豎爐焙燒工藝流程分析

從豎爐工藝的流程上看，豎爐工作可分為以下幾個控制階段，各個階段工藝過程的作用和特點如下：
1．溫度控制環節
豎爐內溫度的分布情況決定著球團礦質量的好壞啪1。豎爐焙燒球團礦的過程可以分為有五個部分，分別為干燥帶、預熱帶、焙燒帶、均熱帶和冷卻帶，其理想的溫度分布

    布料車將料均勻布到干燥床上進行干燥。其作用是脫去生球中的水分。干燥生球速度越快，在豎爐中的時間就越短，但是干燥速度快到一定程度，就容易引起生球產生裂痕；為了使生球干燥速度快又不易產生裂痕，則要對干燥帶的溫度進行控制。生球的初始濕度越高，破裂溫度越低。如果放慢了干燥生球的速度，那么也就是在一定程度上制約了豎爐球團的產量，所以不能單單限制干燥速度。干燥帶的溫度是由冷卻風和上行焙燒風決定，所以要調節好煤氣和空氣的比例。
    生球干燥完成后，進入預熱帶。預熱是個溫度的過渡階段，為焙燒帶創造良好的溫度條件。球團穿過預熱階段，其目的在于：去除干燥過的生球中的殘留水分，使生球的溫度逐漸升高，避免由于溫度劇升而產生的局部膨脹和裂痕，并保證球團在豎爐內有足夠的時間使氧化亞鐵充分地氧化。
    然后進入焙燒帶。在焙燒帶發生物理和化學反應，氧化亞鐵開始氧化還原。物料一般在焙燒帶的理想溫度為1000℃一1200℃，如果溫度過高的話會使球團燒結，繼而粘在爐身上，堵塞火道，影響球團下料；如果溫度過低，將會延長焙燒時間，焙燒完成之后進入均熱帶，理想溫度在1000"(3左右。其主要作用是保證球團礦在均熱帶持續升溫，全面氧化和再結晶，繼續固結并增大強度。
    球團焙燒好之后，進入冷卻帶，通過冷卻風使球團從高溫狀態冷卻到低溫或中溫狀態，然后通過鏈板機運到成品礦倉。
    實際上，豎爐內部的溫度很難準確劃分預熱帶、焙燒帶和均熱帶，并且豎爐內球團的氧化發生在焙燒帶和均熱帶，在均熱帶還會發生劇烈的氧化還原過反應，造成均熱帶中部出現第二次溫度峰值。因此想要直接精確控制預熱、焙燒和均熱帶的溫度是很困難的。一般通過控制豎爐兩側燃燒室的溫度來間接估算和控制豎爐中的溫度。在壓力穩定的條件下，燃燒室溫度的主要是由煤氣和助燃風的流量控制，冷卻風又由風機提供，所以在溫度控制環節中，主要是控制煤氣、風機的流量。
2．風機控制環節
    這一環節是至關重要的，風機主要控制助燃風和冷卻風的風量，與此同時還改變了在干燥帶冷卻風的成分。冷卻風的作用不僅僅是冷卻焙燒好的熟球，并且回收豎爐中的熱量，經過導風墻上升至豎爐上部，與上行焙燒風混合作為干燥生球的媒介。
3．布料控制環節
    由布料車將造好的生球連續均勻穩定地布料到干燥床是豎爐球團焙燒工藝的關鍵工序。實踐表明，布料車布料情況決定著豎爐的焙燒環境、焙燒進程以及整個豎爐球團生產效率。使布料車不均勻布料的原因有：布料車的運行狀況、原料不均勻等。如果原料均勻，那么可以通過調節變頻器，改變布料車速度，使布料車在布料時基本保持平衡和穩定，以達到更高的球團生產效率。
4．卸料控制環節
    熟球冷卻后要通過卸料器排出，卸料的速度也影響著球團的生產效率，影響卸料機制和維持下料均勻穩定的原因有：豎爐內球團的燒結程度和卸料狀況等。在卸料時，盡量保證做到不間斷摔料，這樣對改良豎爐內部環境有利。下料處的物料監測非常關鍵，即可控制物料平衡，又可用于報警提示。若爐內有球團礦燒結現象，在卸料過程中會有相應的聲光提示，此時會提醒操作員工立即采取相應措施，把故障和其他不安全因素消滅在萌芽狀態。
    通過上述幾個控制環節的分析，在該系統中需要控制的參數有：煤氣總管壓力和流量、煤氣總管快切閥，助燃風總管流量和壓力、助燃風東、西支管流量電動調節閥，冷卻風總管流量電動調節閥，布料車速度、電磁振動給料機速度(速度均由變頻器調節)、低壓煤氣總管壓力、低壓煤氣總管溫度，焙燒帶溫度，火道口、南北爐身溫度以及煙罩、爐篦溫度等。

豎爐球團工藝的生產效率優化模型的應用

    在豎爐球團工藝中，豎爐球團的產量和質量是由豎爐的熱效率決定“力嗍，豎爐的熱效率又主要取決于燃空比。在該項目中，豎爐的燃氣由高爐產生，空氣由風機提供，空氣在豎爐內部又分為助燃風和冷卻風兩部分，通過第三章建立豎爐生產效率優化模型，在球團下料速度最快條件下，找到最佳的燃空比。
    調節電磁振動給料機和布料機的布料頻率，控制其速度，使其速度達到優化模型中的最大速度。通過控制煤氣、助燃風和冷卻風的調節閥，使助燃風與冷卻風流量的比值在優化模型給定參數的范圍內，在焙燒過程中達到最佳燃空比值。
    通過一段時間的運行，提高了豎爐球團的生產效率，在一定程度上節省了煤氣和風機的電耗，由此可證明該優化模型的設計是合理的。

自動控制系統設計

為了保證控制過程的安全可靠和生產的連續性，提高自動化水平，博微采用自動控制與視頻監控系統相結合的自動化控制系統，主要用于原料輸送控制、運行操作、監視管理

博微特色

專業培訓

博微公司的工程師擁有大量的現場培訓經驗，用生動的語言深入淺出的為現場操作員進行相關培訓，減少各方面的誤操作引起的事故。

設備管理

典型案例

西林鋼鐵集團球團豎爐自動控制系統

結束語

    實施“精品”戰略,明確“創優工程”的質量目標,并在施工過程中實施對工程質量進行全方位、全過程的有效控制,即:從材料采購、施工與驗收、實施各專業、各工序、各階段質量控制，直到調試投運和竣工驗收。
    認真貫徹ISO9001的質量方針和質量文件，有效實施質量控制；嚴格按各工程階段的停止點實施有效控制，對各部門的工程質量負責。
    認真貫徹執行設計工作的有關標準和規范，認真執行圖樣和設計文件的審簽程序，保證提供的設計圖樣和技術文件完整、正確、協調、統一、清晰。
    博微公司具有強大的技術團隊和經驗豐富的技術人員，一流的技術服務，能為用戶提供最先進最優化的行業解決方案。