李濤，陳若平

（1.寶鋼集團(tuán)八鋼公司制造管理部；2.寶鋼集團(tuán)八鋼公司煉鐵分公司）

1 前言

冶金工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)使用和消耗大量的粉狀含水分的物料。尤其是在我國(guó)北方地區(qū)，冬季大量的鐵精粉凍塊問(wèn)題一直制約著整個(gè)原料系統(tǒng)的正常生產(chǎn)運(yùn)行。八鋼公司地處我國(guó)西北邊陲，冬季嚴(yán)寒，冬季生產(chǎn)組織面臨著原料組織和供應(yīng)困難的問(wèn)題。以2017年一、二月為例，在低溫環(huán)境下（約-20℃），庫(kù)存鐵精粉中有20～30萬(wàn)t的凍塊無(wú)法應(yīng)用于生產(chǎn)。這些鐵精粉凍塊不僅直接影響了鐵前原料系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)和運(yùn)行。同時(shí)，大量的鐵精粉凍塊積壓在庫(kù)內(nèi)，占用了原本緊缺的場(chǎng)地資源，且降低了資金的周轉(zhuǎn)率。

為緩解冬季鐵精粉凍塊影響正常生產(chǎn)的矛盾，八鋼公司采取了許多積極的應(yīng)對(duì)措施和方法。例如，對(duì)入廠前的鐵精粉凍塊，采取在解凍庫(kù)內(nèi)間接換熱的方式，但僅能達(dá)到解離車幫可以卸車的效果，無(wú)法解凍鐵精粉內(nèi)部的凍塊；對(duì)庫(kù)存的鐵精粉凍塊，采用空氣換熱裝置提高倉(cāng)內(nèi)環(huán)境溫度，并覆蓋篷布的保溫方式，但解凍量不大，且解凍效率不高，熱損失大，每天僅能解凍鐵精粉約500t，難以滿足冬季連續(xù)生產(chǎn)的需求。為進(jìn)一步提高庫(kù)存（圓倉(cāng)）內(nèi)鐵精粉凍塊的解凍效率，滿足原料系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)行的需要。進(jìn)行了熱媒接觸式鐵精粉凍塊解凍試驗(yàn)，為八鋼生產(chǎn)用鐵精粉實(shí)現(xiàn)冬季快速解凍提供新的途徑和參考依據(jù)。

2 熱媒接觸式解凍的模擬試驗(yàn)及分析

通過(guò)模擬試驗(yàn)，在冬季外部低溫環(huán)境溫度下，采用熱媒接觸式對(duì)鐵精粉凍塊進(jìn)行解凍，獲取相關(guān)解凍試驗(yàn)的技術(shù)參數(shù)，為八鋼鐵精粉實(shí)現(xiàn)冬季快速解凍提供參考依據(jù)。

環(huán)境溫度：-15℃～-25℃

試驗(yàn)裝置參數(shù)，見(jiàn)表1。試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖1。

表1 鐵精粉解凍試驗(yàn)裝置參數(shù)

圖1 試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

2.1 試驗(yàn)方法

將熱輻射板的加熱溫度控制在90℃。制作一個(gè)直徑為370mm的試驗(yàn)鋼管，管壁沿高度方向開(kāi)孔（熱電偶孔）。在試驗(yàn)管內(nèi)放置塊度為150～300mm的鐵精粉凍塊（含水分9.7%），且管內(nèi)的大塊凍塊間隙用小塊和粉末狀鐵精粉填滿。

試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，通過(guò)各熱電偶測(cè)量不同高度下鐵精粉的溫度變化、水分變化及相關(guān)解凍試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)獲取的鐵精粉解凍溫度變化曲線，見(jiàn)圖2。

鐵精粉沿厚度方向的溫度變化及解凍效率，見(jiàn)表2。

圖2 鐵精粉解凍溫度變化曲線

表2 鐵精粉沿厚度方向的溫度變化及解凍時(shí)間

從表2來(lái)看，不同高度（厚度）上的鐵精粉凍塊，在升溫解凍時(shí)，鐵精粉內(nèi)部溫度不是呈線性升高，而是要先經(jīng)歷一個(gè)蓄熱時(shí)間段，然后再開(kāi)始快速升溫達(dá)到最高溫度的，因此，鐵精粉的升溫必須要超過(guò)最小蓄熱時(shí)間后才能達(dá)到解凍效果的。

隨著料層高度（厚度）的增加，不同厚度的鐵精粉的蓄熱時(shí)間是有很大差別的。從試驗(yàn)中料層的蓄熱時(shí)間和最終解凍時(shí)間來(lái)看，當(dāng)料層厚度在760mm以下時(shí)，解凍效率最高。

鐵精粉解凍時(shí)的水分變化情況，見(jiàn)表3。

表3 鐵精粉解凍的水分變化

2.3 不同鐵精粉解凍方式的熱能利用對(duì)比

對(duì)三種鐵精粉解凍方式的噸礦耗熱能進(jìn)行比較，見(jiàn)表4，表5。

表4 解凍庫(kù)及圓倉(cāng)間接換熱方式比較

表5 熱媒接觸式解凍方式

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）從鐵精粉解凍的模擬試驗(yàn)效果來(lái)看，采用熱媒接觸式解凍方式，其熱能利用較為充分，熱損失小，對(duì)300mm以內(nèi)的鐵精粉凍塊的解凍效率高于八鋼現(xiàn)有解凍方式。雖然圓倉(cāng)間接換熱的解凍方式與熱媒接觸式解凍方式的熱效率數(shù)值接近，但圓倉(cāng)內(nèi)間接換熱并加篷布在實(shí)際操作中需要進(jìn)行設(shè)備改造，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的解凍；

（2）從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，鐵精粉內(nèi)部的熱量傳遞是非線性的，熱源溫度直接影響著熱傳導(dǎo)效率，熱源初始溫度越高，鐵精粉內(nèi)部的熱傳導(dǎo)速度相應(yīng)較快；鐵精粉底部熱源靠?jī)?nèi)水蒸發(fā)向上傳遞熱量，因此，熱源初始溫度至少應(yīng)控制在80～100℃以上；

（3）從鐵精粉內(nèi)部溫度變化和解凍效果來(lái)看，料層厚度在760mm以內(nèi)的解凍效率是最高的，可實(shí)現(xiàn)在1.5天內(nèi)將20～30mm鐵精粉凍塊完全解凍；超過(guò)760mm以上的熱傳遞效率和解凍效率都呈倍數(shù)下降。建議今后對(duì)鐵精粉凍塊料層厚度按1000mm以內(nèi)進(jìn)行控制；

（4）鐵精粉解凍過(guò)程中，鐵精粉內(nèi)的水分呈降低趨勢(shì)；在60小時(shí)（2.5天）內(nèi)可至少降低2個(gè)百分點(diǎn)的鐵精粉水分，有利于降低鐵精粉在皮帶運(yùn)輸過(guò)程中的二次結(jié)凍現(xiàn)象。

3 熱媒接觸式鐵精粉解凍的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

以一座圓倉(cāng)解凍2000t/天鐵精粉凍塊計(jì)算，采用熱媒接觸式方式相較于現(xiàn)有圓倉(cāng)解凍方式（500t/天鐵精粉凍塊，消耗煤氣200×48＝9600m3)，每天增加可用鐵精粉量1500t。同時(shí)，按煤氣價(jià)格及利用率來(lái)計(jì)算，每噸鐵精粉解凍的費(fèi)用減少3～4元，則每天可比現(xiàn)有解凍方式節(jié)約費(fèi)用4500～6000元。

按兩座圓倉(cāng)的解凍效率測(cè)算，熱媒接觸式解凍方式每天可解凍約3000～4000t鐵精粉凍塊，基本可保障八鋼冬季原料供應(yīng)的連續(xù)性。同時(shí)，解凍后的可用鐵精粉量的增加，也相當(dāng)于增加了冬季燒結(jié)工序的燒結(jié)礦產(chǎn)量，為冬季鋼鐵連續(xù)生產(chǎn)提供了原料保障。

4 結(jié)論

通過(guò)熱媒接觸式鐵精粉解凍試驗(yàn)，為冬季鐵精粉凍塊的解凍方式提供了新途徑。也為應(yīng)用于生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)。

（1）熱媒接觸式的解凍方式是有效解決冬季鐵精粉凍塊的一種簡(jiǎn)潔、高效的技術(shù)途徑。當(dāng)料層厚度在0.76m～1m其解凍效率相較于現(xiàn)有解凍方式可提高30%～50%。

（2）合理控制鐵精粉厚度和解凍時(shí)間，建議熱源初始溫度控制在80～100℃以上，鐵精粉料層厚度控制在760mm以內(nèi)，解凍時(shí)間在2天以內(nèi)的解凍效果最佳。

（3）熱媒接觸式鐵精粉解凍可采用在圓倉(cāng)內(nèi)地面敷設(shè)熱源管來(lái)提高冬季鐵精粉的解凍效率。根據(jù)此次模擬試驗(yàn)所獲得的技術(shù)參數(shù)，驗(yàn)證和確認(rèn)在該工況下的鐵精粉傳熱系數(shù)，為初步設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

（4）熱媒接觸式解凍方式作為一種低消、高效的解凍措施，可有效解決北方冬季鐵精粉凍塊解凍慢的問(wèn)題，在冬季也可以保證穩(wěn)定的原料供應(yīng)。值得在北方地區(qū)的鐵精粉用戶中推廣。