豎爐是世界上最早的球團(tuán)礦焙燒設(shè)備。美國伊利公司于1947年建起第一座試驗豎爐,1950年正式建廠,以后各國有31家工廠建起豎爐102座,年產(chǎn)球團(tuán)礦2900萬噸。到六十年代初,世界上有一半球團(tuán)礦靠豎爐生產(chǎn)。
美國最早期的豎爐爐形如圖所示。生球從上部爐口均勻地裝進(jìn)爐內(nèi),焙燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣體從兩側(cè)噴入,在逆向流動中進(jìn)行熱交換。生球被烘干、預(yù)熱、焙燒固結(jié),而后在下降過程中,與從底部鼓進(jìn)的冷空氣相遇,得到冷卻。但實際上,熱氣流受自下而上冷卻氣流的干擾,沿豎爐橫斷面氣流分布無法控制,因而溫度和氣氛極不均勻,得到的產(chǎn)品質(zhì)量欠佳;此外豎爐的生產(chǎn)率低,一座爐口面積為8米2的豎爐,年產(chǎn)球團(tuán)礦不過30萬噸,15米2大型豎爐也只有年產(chǎn)50萬噸的能力;況且豎爐只能焙燒以磁鐵礦為原料的球團(tuán)礦。所以自七十年代以來,隨著帶式焙燒機和鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯的發(fā)展,豎爐已停止發(fā)展。目前國外只有少數(shù)廠家使用豎爐,其中最大的一家公司,便是豎爐的創(chuàng)始者——伊利(Erie)
我國于1996年開始籌建豎爐,1968年第一座豎爐在山東濟(jì)南投產(chǎn)。其后又在浙江等地相繼建了幾座。我國的原料條件較差,精礦粉的粒度較粗,含SiO2較高,煤氣發(fā)熱值低。豎爐開爐初期,遇到許多困難,甚至球團(tuán)礦在爐內(nèi)結(jié)成大塊,使生產(chǎn)不能繼續(xù)。
1969年山東濟(jì)南鋼鐵廠的工程師和工人們,對豎爐進(jìn)行了技術(shù)改造,針對豎爐內(nèi)料面溫度太高及兩股氣流相互干擾等問題,發(fā)明了烘干床和導(dǎo)風(fēng)墻,從而為豎爐的發(fā)展,開創(chuàng)了新的道路。經(jīng)過技術(shù)改造的豎爐如圖5所示。
導(dǎo)風(fēng)墻的作用在于使冷卻風(fēng)從墻內(nèi)通過,避免它對燃燒室噴出熱氣流的干擾,使焙燒帶溫度均勻,同時使冷卻風(fēng)穿過料柱阻力降低,增加了冷卻風(fēng)量,提高了冷卻效果。
爐口增設(shè)烘干床,使豎爐內(nèi)出現(xiàn)了真正的干燥帶。生球布在烘干床上,床層厚度150~200厘米,烘干床的坡度大于球團(tuán)礦的自然堆角。隨著爐內(nèi)球團(tuán)礦向下運動,生球沿烘干床的斜坡下滑,從頂端到爐口約6分鐘,在此期間,被穿過烘干床的熱氣流烘干,F(xiàn)場實測的結(jié)果表明,正常情況下,可使生球含水份由8~9%降至1.5%.
被烘干了的球團(tuán)礦,在爐口依自然堆角向中心滑動。大球的動能較大,趨向中心,小球和少量粉末、碎塊留在墻邊。因此有助于控制爐墻邊緣效應(yīng),使燃燒室噴出的熱氣流向中心發(fā)展,有利于溫度均勻分布。
導(dǎo)風(fēng)墻和烘干床技術(shù)改變了豎爐的面貌,生產(chǎn)率上升,能耗下降,球團(tuán)礦的品質(zhì)改善,這一技術(shù)在國內(nèi)很快推廣。
現(xiàn)場測試證明,豎爐采用導(dǎo)風(fēng)墻及烘干床后,爐內(nèi)出現(xiàn)界線分明的干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱和冷卻五個帶、與帶式焙燒相比,豎爐的干燥帶太短,其余四個帶,均較帶式焙燒機長?磥砀稍锶詾樨Q爐焙燒球團(tuán)礦的限制性環(huán)節(jié)。
中國豎爐的革新,引起美國伊利公司的興趣,現(xiàn)在導(dǎo)風(fēng)墻,烘干床技術(shù)已被用在伊利公司的豎爐上試用。
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