应用于钢铁行业的爱立许混合技术

2013-07-01   作者：佚名   网友评论 0 条

摘要:混合工艺直接影响铁矿粉造球的质量，混合均匀度对于球团的质量至关重要。本文介绍了混合的原理以及钢铁行业中常用的混合机类型，并重点强调了逆流式强力混合机的特点及其应用于炼铁原料制备的优越性。

关键词：铁矿粉混合，直接还原铁，混合机，混合质量

前言

       混合工艺在整个炼铁过程中非常重要，该工艺对于整个工艺过程的效率和其中间产品（球团）的质量有很大影响，但其重要性往往被低估。

1 铁矿粉造球

       铁矿粉需要加工成团块状进入高炉或直接还原，通常小于0.1mm的矿粉和精矿粉需制成直径为10mm的球团。与团块矿相比，球团矿具有较窄的粒径分布，一致的质量和高透气率。球团矿可以进入高炉或直接还原。

       除矿石原有的化学性能外，球团的物理和化学性能决定了后续工艺过程的效率，而其制备方式是决定性因素。

       精矿粉的细度和粒径分布非常适合造球。造球设备前一般配置连续式混合机，将精矿粉与不同种类的添加剂进行混合。通过混合机获得的混合均匀度很大程度上决定了球团的质量。在后续工艺过程中，球团应适合输送并尽量少产生细粉。其重要冶金性能之一的低温分解性低（在由赤铁矿到磁铁矿的还原过程中）由球团的稳定性决定。提到还原性，具有更强机械应力的球团通常得到更好的效果。每个球团的自由下落指数应尽可能低，不易聚集和在高温下粘结（否则高炉的锥形部分有被阻塞的危险）。如果透气性好的话，间接还原的比例高，例如：可以获得更高的CO效率（燃气使用率），降低焦粉消耗。

       以上所有的重要参数来自于混合过程中参与混合的各种添加剂之间的充分反应。球团的化学性质只能通过造球前有效的混合来保证。来自用户的报告：当检验不同的球团时，即使看上去添加剂的分散很充分，它们的内部性质可能会差别很大。而且每个球团的质量一致性对于生产高质量球团也很重要。如果需要保证每一个球团的性质一致（物理和化学性能），需要高性能的混合系统。

       没有简单的混合任务。原料非常细，通常铁精粉的细度为：90％<63微米。为了达到不同冶金性能需要添加不同种类的添加剂，例如：膨润土、石灰石、白云石、橄榄石、有机粘结剂、固体燃料（焦粉，煤粉等），一般希望使用尽量少的添加剂以避免降低铁品位。

       在过去的150年来钢铁行业的发展，尤其是近5-10年的快速发展，形成了世界范围的对于钢铁原料制备更高要求的需求。在此需求下，铁矿粉造球的技术臻于成熟，球团制备中粘结剂消耗的降低和生球强度的提高是大家追求的目标。

       除高炉炼铁外，在过去的50年间在直接还原领域涌现出许多成功的工艺技术，例如：

1. 一步法工艺，如： Hlsmelt
2. 高度预还原工艺，如：Fastmelt, Itmk³
3. 优化熔融还原工艺，如: COREX, FINEX

       相对于烧结工艺，这些工艺或多或少基于不需要焦炭和块矿的优点。直接还原铁主要为气基还原工艺，可利用低成本的天然气。煤基的熔融还原工艺生产液态金属铁，不用或仅用非常少量的焦炭。

       爱立许的混合技术成功应用于球团矿混合，烧结矿混合，在全球拥有上百家用户。在中国由首钢矿业公司在2002年引进爱立许强力混合机用于球团生产后，已有50多条球团生产线采用了爱立许混合机。爱立许混合技术还成功应用于热压工艺和COREX, FINEX工艺等直接还原工艺。

2 混合技术

2.1 混合机形式

        在所有需要制备固体料的行业，混合工艺非常重要。如果原始物料不能被有效混合，就不能获得期望的产品性质，质量也会有很大差异。混合的质量决定了最终产品的质量。所以选择最佳的混合机至关重要。从长远来看，这也常常决定公司是否在市场上具有竞争力。

        重力式混合机是旋转的混合桶使物料进行跌落和抛掷运动的混合。混合桶内部装有一些配件支持这些运动。重力式混合机并不适合高质量混合的要求。

        强制式混合机使物料进行强制式运动，不同形式如下：

目前市场上的混合机多多少少从以下4种基本形式衍生而来，见图：

图1：市场上4种强制式混合机
      单轴混合机，环槽混合机
        行星式混合机，双轴混合机

        正当这些‘简单’的混合机缓慢进步，目前的结构与100年前几乎一样时，爱立许逆流式混合机已经历了几个发展阶段，到今天已是第5代。爱立许混合机与‘简单’混合机的关键区别在于在爱立许混合机中实现了物料运动和真正混合的分离。
        物料运动和真正混合的分离使混合工具（将机械能输入到混合物中）的速度可以在很大范围内调整。

3.2 逆流式强力混合机（爱立许混合机）

        1903年爱立许制造出第一台环槽混合机（见图2），得到当时新生的混凝土行业的欢迎。1906年爱立许开发出行星式混合机（见图3），使用该混合机，按照当时的技术标准，第一次获得高质量的混合物。

       在接下来的100多年中，爱立许1903年环槽混合机和1906年行星式混合机的原理仍被世界上许多国家的众多制造厂商所应用，主要用于简单混合要求工业行业。

图2 : EIRICH 爱立许1903年制造的环槽混合机

图3：EIRICH 爱立许1906年制造的行星式混合机

爱立许强力混合机

        在1924年爱立许开发出第1台具有驱动的混合盘的混合机（见图4）。这种混合原理非常独特，命名为“爱立许逆流式强力混合机”或简单成为“爱立许混合机”，适用于多种行业。不断的开发和完善使今天的爱立许混合机进入了第5代（图5和6）。

                                                         
图5 原理图：逆流式混合机混合原理                                                             图6 照片: EIRICH爱立许混合机中的三维料流

-      由于混合工具偏心安置使由旋转混合盘产生的物料流反向运动，所有物料颗粒被强制不断地在很大的范围内水平方向和垂直方向改变位置，创造了快速充分的混合。

-       在一个旋转周期的5－10秒内混合工具可以几次扫过混合盘底部。

-       只有很少的工具用于使物料运动。

-       混合盘和混合工具的运动合起来，即使较慢的速度也可以达到很好的混合效果。

-       固定安装的壁部/底部刮板使所有物料颗粒参与混合过程。

-       装在不同水平层面的主轴桨叶可以达到极高的有效装填率，并得到极佳的混合效果。

-       强烈的颗粒运动使添加剂充分混合，并相应节省其用量。

3.3 混合原理

       爱立许混合机中输入的能量是多重的，至今无法给出准确的数学数字，一个近似的说法是作为混合工具的搅拌轴，其输出的能量原理上按比例为线速度功率的三分之一。

        只有在爱立许混合机中可以得到2－25m/s的稳定混合。其他混合系统无法在这么大的范围内调整混合工具的速度，并适应工艺的需求。