李志鹏
中冶南方武汉钢铁设计研究院有限公司
摘 要：混合机作为烧结生产过程中十分重要的设备，其主要作用是将烧结所用各种原料按比例配合后进行充分混合、制粒，使得混匀料均质化的同时改善其粒度分布、改善混匀物料的透气性，满足烧结生产的要求。本文将详细阐述不同混合机的基本构造及其在烧结生产中的应用。
关键词：烧结生产；圆筒混合机；强力混合机
一、前言
利用混合机将烧结所用的含铁原料、熔剂、燃料等进行充分的混合，使物料各组分均匀分布，同时添加适当的水分和蒸汽，改善物料的透气性，并提高料温，是烧结生产必要的工艺过程。
从当前全球范围内铁矿资源来看，天然富铁块矿产出的比例逐渐减少，而钢铁生产“对人造富矿”的需求持续增加。人造富矿（即烧结矿、球团矿）所用原料均为细铁粉矿和超细铁精矿粉，这种开采、洗选的矿粉必须进行定量配料、混合处理后方能达到烧结生产的要求。本文仅对配料混合工艺中所用的混合机的基本构造及其应用情况展开论述。
二、混合机的功能及应用
烧结生产是高炉冶炼的原料准备工序。为了满足高炉冶炼要求，烧结矿在生产过程中除配加含铁原料外，还需配入其它添加物，以期获得强度高，还原性好的结晶体；烧结过程在高温、负压条件下进行，要求原料必须具有良好的透气性；同时，原料中的90%硫通过烧结过程除去，烧结过程要具备较好的氧化性气氛。
烧结所用含铁原料为矿山开采、洗选后的细粒矿粉和烧结生产过程自生的返矿以及冶金过程的含铁返料等。为了满足烧结生产各种条件，就要加入适量的熔剂、燃料和水，而这些添加物组分比例相差很大。必须进行搅拌混合，使其各组分均匀分布；同时，使混匀矿的粒度有所改善，满足烧结过程中一系列复杂的物理、化学反应，产生理想的液相，最终产出高质量的烧结矿。
混合机作为混合、制粒的关键设备，不仅投资费用占比高，而且设备庞大，安装各方面要求也高，一旦投入使用，混合机的各项性能将基本确定。因此，混合、制粒设备的选择既要符合生产要求，又要经济环保。
传统上，细粉和粗颗粒料都是通过圆筒混合机来进行混合和制粒的。但是，由于原料中部分超细粉的亲水性较差，因此在传统工艺中很难使得水分均匀地分散，而水的均匀分散对于后续制粒效果非常关键。
近几十年来，许多烧结厂不断对传统的烧结料制备技术进行革新，将革新重点放在了将已经成熟应用于球团和钢厂固废回收的立式强力混合机应用于烧结生产的工艺。
强力混合机应用在烧结生产中有几种方式：
第一、两段强化混合制粒工艺(如图1)
采用强力混合机替代一次圆筒混合机。即一段采用强力混合机，二段采用圆筒混合机的混合工艺。具有混匀度好，无需原料预混匀的优点。
第二、两段强力混合工艺(如图2)
采用2台强力混合机分别替代一次、二次圆筒混合机，即一段、二段均采用强力混合机的混合工艺。该工艺由奥图泰开发，并应用于巴西Usiminas公司1~3#烧结厂。
第三、三段混合制粒工艺
采用增加一段强力混合机作为一次混合机的工艺，即一 段采用强力混合机，二段、三段采用圆筒混合机，三段混合的工艺。该工艺在本钢566m2烧结项目中首次应用，中冶南方设计的山西立恒项目也已经成功应用该工艺。
第四、粗细粒分级强化制粒工艺
根据原料粒级、配加量的不同，采用分段混合，合并制粒的混匀制粒工艺。即将烧结原料中熔剂、燃料、除尘灰、添加水等通过一段强力混合机，一段圆筒混匀后得到的半成品混匀矿A。烧结用铁矿粉等含铁原料通过一段圆筒混合机混合后得到半成品混匀矿B。混匀矿A、混匀矿B经胶带机输送进一段圆筒制粒机制粒后送至烧结机机头料仓。该工艺已成功应用于日本住友祖岛住友和歌山烧结厂。
实践证明，采用强力混合机替代滚筒混合机或者增加一段强力混合机，能增强烧结混合料的混匀度，使得混合料中超细粉、燃料、熔剂等能充分混匀，使烧结原料透气性增加，制粒效果增强。
近30年来，许多烧结厂不断对传统的烧结料制备技术进行革新。日本住友、新日铁等公司最早开始采用立式强力混合机用于烧结料混合。通过研究和在住友和歌山第三烧结厂的实践，由于增加了爱立许强力混合机替代滚筒混合机，使烧结原料透气性增加，制粒效果增强并且烧结速度提高了10%-12%。由此，生产能力也提高了8%-10%，同时降低焦粉的添加比例0.5%。该研究成果发表于1995年4月2-5日美国Nash‐ville炼铁大会上。
三、混合机的基本构造及工作原理
（一）圆筒混合机
圆筒混合机通过筒体的旋转，使物料在筒体内呈＂螺旋状”运动。在运动的过程中使物料反复“滚落”、抛撒、前移，从而完成物料的混匀与制粒过程。
圆筒混合机主要由以下几个部分构成：
1、筒体
混合机筒体直径 φ3.5m～5.5m，长度 12m～25m。通常采用Q345B钢板卷制焊接成筒节，再由筒节组合焊接成筒体，每节筒体纵向焊缝不超过两条，且相邻筒节的纵向焊缝相互错开 90 度；一混筒体钢板厚度正常 20mm，过渡段 38mm，滚道处55mm；二混筒体钢板厚度正常 22mm，过渡段 40mm，滚道处60mm。
2、滚圈
滚圈采用45#钢整体锻造，机械加工成型后与筒体焊接。
3、主传动装置
混合机传动形式为：电动机—限矩型液力偶合器（或者联轴器）—硬齿面减速机—齿式联轴器—小齿轮—大齿圈—筒体。
（1）小齿轮材质40Cr，小齿轮轴材质40Cr，整体锻造，齿表面淬火，硬度HRC40-42，调质硬度HB207～227。
（2）大齿圈上下剖分，铸造加工而成，材质为ZG310-570。
大齿圈通过铰孔与筒体螺栓联接。
4、微传动装置
混合机设有慢速传动装置，由电机直联减速器，爪型离合器、主减速机和齿轮付实现混合机的微动运转。主要用于检修混合机或更换衬板时以低速驱动混合机筒体。
5、托轮装置
托轮装置承受整个回转部分的重量，和滚圈接触，支承筒体平稳转动。托轮材质为锻钢45#，须调质处理，与轴热压配合，轴材质为锻钢40Cr，调质处理。
6、挡轮装置
挡轮装置承受因筒体倾斜安装产生的轴向力和齿轮啮合后产生的附加轴向力，限制筒体的轴向窜动，挡轮成对安装在下料口侧的滚圈两侧。通过锥形轮面和滚圈侧面接触，因接触力较大，挡轮体材质锻钢40Cr，轮面须淬火处理。
7、洒水装置
混合机的给水装置，采用高压雾化喷头，对物料均匀喷洒雾化水；
喷水装置由钢结构梁、给水管道和喷嘴以及两端支架等组成，给水管轴向贯穿筒体。
8、蒸汽预热装置
混合机内采用射流预热装置，用脱除物理水的干蒸汽预热混合料，蒸汽预热将混合料料温提高到 55℃（冬季）（夏季60 ℃）以上,避开烧结的露点温度。
9、润滑系统
滚圈与托轮间、滚圈与挡轮间、大齿圈与小齿轮间采用喷油润滑。
油雾喷射到被润滑表面上（油内含有易挥发稀释剂，经喷嘴喷出后马上挥发，）即在润滑表面形成固态油层，有效地防止接触表面的磨损。
（二）强力混合机
强力混合采用逆流相对运动的原理，使烧结原料中的水份、生石灰、超细粉等不易分布均匀的物料反复分散、混匀。它由顺时针旋转的混合桶、逆时针高速旋转的三维混合工具（桨叶，多层刀头）、固定的L型刮板等组成。
混合桶水平旋转，转子偏心安装（转子上有多层桨叶），配多功能导料装置。
多功能工具引导物料流，并推向搅拌工具。分散的物料流被导向相反方向运动,产生宏观混合。两个不同速度的高速搅拌工具对由混合桶和多功能工具运动形成的循环物料流的混合作用,产生微观混合。旋转的混合盘,特殊工具以及所运用的工艺技术，将使物料产生水平方向和垂直方向的流动。因而,物料将得到最佳的混合均匀度。
顺时针旋转的混合桶把物料输送到逆时针高速旋转的桨叶上来使物料充分的混合，固定的L型刮板把混合桶带过去的物料挡向混合工具及卸料门，保证物料能100%的混合充分，并且能通过卸料门正常卸料。通过传感器控制的伺服驱动的卸料门，确保物料在混合桶内的停留时间和均匀度一致，可以对物料的波动进行有效的补偿，并保证混合的均匀度。
四、混合机的应用
（一）圆筒混合机的应用
圆筒混合机作为传统的混匀、制粒设备广泛的应用于国内外大大小小的钢铁企业。综合各方面因素，烧结厂通常采用两段混合工艺，且都采用圆筒混合机，一次混合的目的在于混匀，二次混合的主要作用是制粒。
混匀制粒（造球）的效果随物料性质的不同而不同，同时也与外界条件存在一定的关系。当前烧结生产中，改善混匀制粒效果的主要方法包括增加混合段数、延长混匀制粒的时间、采取强化制粒措施等。
在武钢三烧、唐山东海钢铁等生产单位采用3段圆筒混合工艺，并从多方面采取强化制粒措施，包括：增加石灰用量、烧结粉尘预先造球制粒、混合料蒸汽预热、添加各种添加剂、在混合机进出口料端设导料版和挡圈并安装强化制粒挡料板、采用含油尼龙衬板和雾化喷水等以提高混合料的成球率和小球强度，增强混合料透气性。虽然延长混合工艺在一定程度上增强了混匀、制粒的效果，但随之而来的长期运行成本也会大大增加，也未得到广泛推广应用。
（二）强力混合机的应用
传统烧结工艺，含铁矿粉与各种原燃料通过圆筒混合机来进行混匀和制粒。近年来，随着高品位天然铁矿粉资源逐渐枯竭，铁矿粉在烧结中的使用比例逐渐减少，人工选矿铁精粉的使用比列将大大提高（有的单位精矿比例达25%以上）；同时厂内含铁返粉的配加比例也逐步提高，而这部分返粉的亲水力往往会比较差。
需要指出的是，水分的均匀分散对于制粒效果非常关键，这也将直接影响烧结料的透气性。若透气性差，就导致烧结过程不顺，产量降低、质量变差、粉尘增加、环境恶化。
为解决细粉物料对混匀制粒的影响，国内外研究工作者们开发了一种强力混合机在烧结中的应用的新技术，即在圆筒混合机之前加一段强力混合机的工艺。
实践证明，使用强力混合机新工艺制粒效果增强，烧结速度、生产能力同比有大幅提高，同时燃料比例也有降低。
目前，国内的本钢、太钢、立恒等烧结配混系统应用了强力混合机工艺。
（三）圆筒混合机与强力混合机的比较
以处理能力Q=1200t/h的圆筒混合机和强力混合机进行综合比较，结果如表1所示。
由表可见，强力混合机不仅能提高各项工艺指标，还能在很大程度上降低烧结成本，提高烧结效益。
五、结束语
采用强力混合的新技术改进了细粒铁矿粉的混匀性和“成球”性，在铁矿原料不断变化的情况下，稳定了烧结生产并使之有所发展。对传统的烧结配料混合工艺也增加了新的发展方向。
参考文献：
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