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引言
隨著我國煉鐵工業逐漸以高鹼度燒結礦合理配用酸性球團礦成為主要形式的高爐爐料結構的確立，尤其是現代煉鐵工藝對原料的苛刻要求，促使球團礦成為高爐爐料的重要組成部分。
高溫氧化球團工藝按焙燒設備不同，可分為：鏈篦機—迴轉窯球團法、帶式機球團法和豎爐球團法三種。其中球團礦的冷卻是豎爐生產工藝中比較重要的環節之一。一般情況下，通過豎爐焙燒帶和均熱帶到達冷卻帶的球團溫度在1000℃以上，經爐內一次冷卻後豎爐排出的球團礦溫度仍高達600~800℃，一次冷卻不可能將熾熱球團冷卻至150℃以下。但球團礦除滿足高爐入爐要求外，需要保護與延長其運輸和儲存設備的使用壽命，防止高溫球燒損皮帶。多數廠採取打水冷卻的方式，這樣雖可達到冷卻的目的，但球團礦因極熱極冷而使強度下降，以致高爐各項指標降低。單純依靠爐內一次冷卻不能從根本上解決排礦溫度過高的問題，因此，需對球團礦繼續進行二次冷卻。
雲南某球團廠綜合考慮到礦石特性、技術狀況及生產意見，採用了2座10㎡的SP型豎爐，年產球團礦100×104t，分兩期建設。該項目選用了帶式冷卻機對球團礦進行冷卻，現已正式投產，使用效果良好。
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項目工藝過程簡述
項目生產工藝為：配料烘乾、混合、潤磨造球篩分豎爐焙燒、冷卻成品篩分、儲存。鐵精礦與膨潤土混合配料後經膠帶輸送機運至烘乾車間，在圓筒烘乾機內對混合料進行烘乾混勻。再至潤磨車間，以保證造球前的混合料粒度均勻。混勻後的混合料送入造球車間的料倉，經由圓盤給料機進入圓盤造球機。從圓盤造球機出來的生球進入輥式篩分機，將小於6mm和大於20mm的不合格生球篩除後，經膠帶運輸機送至造球室的混合料鬥重新造球，篩分後的6mm至20mm的合格生球進入下一道工序的豎爐本體。爐體排出的熱球，經帶冷篩分後運至成品堆場。
其中矩形豎爐工藝分為布料、乾燥、預熱、焙燒、均熱和冷卻這樣幾個過程。來自篩分車間的合格生球經爐頂布料設備將生球裝入爐內，球以均勻速度連續下降，燃燒室的熱氣體從噴火口進入爐內，熱氣體（自下而上）和生球（自上而下）進行熱交換。生球首先在豎爐上經過乾燥脫水、預熱氧化；然後進入焙燒帶，在焙燒帶進行高溫固結反應；經過均熱帶，完成全部固結過程；焙燒好的氧化球團經過在爐子的下部的冷卻帶進行冷卻，然後從排料口排出，並通過帶式冷卻機在爐外將球團礦冷卻到100℃以下。
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冷卻方式選擇
長期以來，國內各廠家及研究設計單位在球團二次冷卻方面作了大量工作，設計和選用了不同形狀的冷卻形式，取得了一定的效果。目前，國內球團礦的冷卻主要有爐內二次冷卻和爐外冷卻兩種典型的方式。針對豎爐球團法，其冷卻形式主要有爐內冷卻、帶式冷卻機、鏈板機自然冷卻、鋼絲網帶機自然風冷和新近開發的豎冷器等。各冷卻方式和特點如下：
3.1爐內冷卻器
其工作原理是在豎爐的下部建構四道百葉窗，通過鼓風或抽風對球團礦進行冷卻。其優點是結構簡單，無機械傳動，佔地面積小，布局緊湊，維修量小，冷卻效果好。缺點是豎爐高度需增加，總投資費用增加，百葉窗需特種鋼材製作，風流量不易控制，影響爐內氣流分布，不能直接用皮帶機交料，仍需鏈板機自然風冷或打水冷卻。
3.2鏈板機自然冷卻
即球團礦出爐（窯）後經鏈板機送往堆場，在空氣中自然冷卻。其冷卻降溫時間長，堆場佔地大，倒運破損嚴重，崗位衛生條件差，不適應鋼鐵聯合企業工廠內的生產組織和物料快速轉運要求。
3.3噴水冷卻
即出爐（窯）後的高溫球團採用噴水強制冷卻。該方法由於不需要專門冷卻設備及投資，因此在我國廣泛採用，但由於冷卻速度過快，增加了球團結構中產生逾限應變的溫度應力，引起焙燒過程中所形成的粘結鍵斷裂破壞，大大降低了球團的強度。
3.4帶式冷卻機
帶式冷卻機又分為鼓式冷卻機與抽風式冷卻機，其工作原理與鏈板機相似，熾熱的球團礦從豎爐出來以後送入帶式冷卻機上，在輸送物料的同時抽風或鼓風進行冷卻。該冷卻方式適用於連續排礦的豎爐使用。在保證鋪料均勻、不堆埂，不拉溝和不斷流的前提下冷卻效果好。其缺點是投資大，需特殊材料配件多，維修工作量大、費用高，不易直接與電振排料對接配套，利用率低、電耗高。帶式冷卻機與環冷機相比，帶冷機有如下優點：適於多臺配置；密封容易，鋪料平整；在冷卻過程中同時起運輸和提升作用。
鼓式冷卻機與抽風式冷卻機相比有如下優點：冷燒比小；耗風量少；廢氣溫度高，便於餘熱利用；由於抽風式冷卻機通過的氣體為高溫多塵氣體，而鼓風式冷卻機通過的是常溫清潔的空氣，所以風機製造、安裝、維護費用低；由於鼓風式冷卻機便於密封，且密封橡膠不易燒壞，使用壽命長，所以漏風率低。
3.5豎冷器
其工作原理是：鼓入的冷卻風通過豎冷器的下部中心「V」形空區，進入冷風筒和冷卻圓筒，然後利用球團自重向下流動，使其在冷風筒及外殼之間從上而下的移動過程中冷卻。其優點是設備結構簡單且重量不大，冷卻效果一般在300℃左右，缺點是設備的耐熱部件多，易變形，餘熱不能回收利用，仍需鏈板機分兩段自然風冷和爬坡交料。結合該項目工藝特點及參數要求、場地布置，綜合比較各冷卻設備的優缺點，球團廠選用了40㎡輕型鼓風式帶式冷卻機對球團礦進行冷卻。
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項目中帶式冷卻機設計特點
4.1主要設計參數
1適應豎爐面積：10㎡；
2有效冷卻面積：40㎡；
3臺車運行速度：1.56~2.15m/min；
4料層厚度：300mm；
5冷卻機傾角：6°；
6進料溫度：600℃；
7冷卻後溫度：＜150℃；
8物料粒度：6~20mm；
9物料堆比重：1.9t/m ；
10冷卻時間：18.6~25.6min；
11每噸燒結礦耗風量：2800m /t；
12產量：53.44~73.55t。
4.2帶冷機及附件組成
4.2.1帶冷機接料口
矩形豎爐兩個出料口下方均布置了振動給料機，球團礦通過給料機落入帶冷機臺車上，為降低此處大量產生的粉塵，必須對該位置儘量進行密封處理。設計將臺車欄板上方安裝密封煙罩，在煙罩上方開口並用鋼板焊接兩個接料口，同時將接料口上方的給料機安裝煙罩。該結構設計緊湊，揚塵大大減少。
4.2.2臺車
臺車是輕型鼓風帶冷機的主要設備之一。設計中臺車有效尺寸為：1000mm×400mm，欄板高度為350mm，臺車數量為230個。該臺車設計尺寸與1.56~2.15m/min的臺車運行速度配合，能夠保證球團在臺車上均勻布料，達到高效冷卻的效果。為減輕運動設備的重量，設計中臺車選用輕鋼結構，同時，臺車運行環境必須滿足高溫、耐磨的要求，為防止臺車變形，在欄板上焊接一定數量的加強筋。
4.2.3鏈條
鏈條是帶冷機設備的關鍵部件，屬於易損件，如果軸孔磨損和變形較大，會使安裝在其上的臺車扭曲變形，故鏈條要重點防護。設計中鏈條節距400mm，鏈條套筒直徑為80mm，星輪節圓直徑為1294.43mm，託輥直徑為120mm。兩側鏈條同時承載，單個鏈條的最大張力是100kN。
4.2.4機架
機架是支撐輕型帶冷機的鋼結構件，其上面不僅固定了21個大風箱，而且還要承受23t重的移動物料。我們針對輕型帶冷機慢速重載的特點，對長度為44m輕型帶冷機各段進行受力分析，結果表明：頭部（傳動端）受力最大，尾部僅為張緊力。中間段用H型鋼作為支撐框架，對頭部支架受拉力大做為重點進行加固，使得設計後的輕型帶冷機骨架比同等長度傳統帶冷機的骨架重量減輕20%。
4.2.5電動機
電動機型號為YTSP200L-6型。根據豎爐排出球團速度，增加變頻調速功能，節約用電量的同時，保證臺車上布料均勻、不堆梗。正常工作調速範圍是970~730r/min，額定轉速為970r/min，功率大小為18.5kW。
4.2.6灰鬥、風箱
臺車下部設置風箱，風箱側面開方口，與冷卻風管密封連接，風箱下側安裝灰鬥。鼓風冷卻的同時，球團礦所攜帶的大部分灰塵會落入風箱，進入灰鬥，灰鬥出口設有手動蝶閥，灰塵量積攢到一定量時，人工排出灰塵。球團礦隨冷卻溫度的下降，產生的粉塵逐漸減少，並伴有少量球團破損，故帶冷機頭部粉塵量大，尾部粉塵量小。該工程中帶冷機的風箱有21個，風箱形狀呈斜梯形，相應灰鬥不布置在帶冷機正下方，而是隨風箱傾斜布置在帶冷機側下方，此設計便於工作人員清灰。
4.2.7除塵器、煙罩及煙管
在帶冷機頭部和尾部，球團礦跌落點產生的煙塵量較大。設計中在振動給料機、帶冷機接料口、帶冷機頭部、帶冷機尾部分別設置煙罩，並相應安裝1020mm、1520mm、520mm的煙管，對整個帶冷機產生的煙塵進行收塵。最終通過1720mm總管將煙塵併入豎爐煙塵除塵器——一臺65㎡的電除塵器。
4.2.8鼓風機及鼓風管
設計選用三臺鼓風機對帶冷機進行冷卻，帶冷機傾斜6°布置，故鼓風機根據工藝布置特點，靠帶冷機頭部選用右旋0°風機，其餘兩臺選用左旋90°風機，風量為94763m /h，風壓為2414Pa。鼓風管主管直徑為1020mm，與帶冷機平行布置，通往風箱口的支管選用860mm×316mm的方管。
4.2.9帶冷機通廊
通廊分兩層布置，並隨帶冷機一起傾斜6°，通廊兩側均伸出帶冷機1m。第一層採用H型鋼布置成框架，用於帶冷機支腿的擺放。在帶冷機兩側布置第二層通廊，第二層通廊高出第一層通廊1.5m，並用鋼板鋪設通廊，便於設備檢修、安裝和巡視。
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實施效果及改進措施
1) 料層厚度為300mm左右，臺車運行速度為1.56~2.15m/min，冷卻速度控制在70~80℃/min，經過帶冷機冷卻後，球團溫度由600℃可降至100℃以下，球團冷卻均勻，抗壓強度好，冷卻效率高。
2) 由於球團強度提高，粉塵量減少，產品質量得到改善，產量相應提高，相應也提高了高爐煉鐵效益，收益於用戶。
3) 採用鼓風機冷卻，鼓風機可根據物料量變頻調速，大大減少耗風量，降低能耗。
4) 卸灰口仍採用人工卸灰，雖然灰量不大，但卸灰口較多，操作繁瑣，今後可向機械自動化方向改進。
5) 帶冷機頭、尾的煙塵只經過電除塵器除塵，但其溫度較高，應考慮餘熱回收利用。
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