鐵精粉熱媒接觸解凍方式的試驗探索

李濤，陳若平

（1.寶鋼集團八鋼公司制造管理部；2.寶鋼集團八鋼公司煉鐵分公司）

1 前言

冶金工業的生產過程中，會使用和消耗大量的粉狀含水分的物料。尤其是在我國北方地區，冬季大量的鐵精粉凍塊問題一直制約著整個原料系統的正常生產運行。八鋼公司地處我國西北邊陲，冬季嚴寒，冬季生產組織面臨著原料組織和供應困難的問題。以2017年一、二月為例，在低溫環境下（約-20℃），庫存鐵精粉中有20～30萬t的凍塊無法應用于生產。這些鐵精粉凍塊不僅直接影響了鐵前原料系統的連續、穩定供應和運行。同時，大量的鐵精粉凍塊積壓在庫內，占用了原本緊缺的場地資源，且降低了資金的周轉率。

為緩解冬季鐵精粉凍塊影響正常生產的矛盾，八鋼公司采取了許多積極的應對措施和方法。例如，對入廠前的鐵精粉凍塊，采取在解凍庫內間接換熱的方式，但僅能達到解離車幫可以卸車的效果，無法解凍鐵精粉內部的凍塊；對庫存的鐵精粉凍塊，采用空氣換熱裝置提高倉內環境溫度，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，難以滿足冬季連續生產的需求。為進一步提高庫存（圓倉）內鐵精粉凍塊的解凍效率，滿足原料系統正常生產運行的需要。進行了熱媒接觸式鐵精粉凍塊解凍試驗，為八鋼生產用鐵精粉實現冬季快速解凍提供新的途徑和參考依據。

2 熱媒接觸式解凍的模擬試驗及分析

通過模擬試驗，在冬季外部低溫環境溫度下，采用熱媒接觸式對鐵精粉凍塊進行解凍，獲取相關解凍試驗的技術參數，為八鋼鐵精粉實現冬季快速解凍提供參考依據。

環境溫度：-15℃～-25℃

試驗裝置參數，見表1。試驗裝置簡圖，見圖1。

表1 鐵精粉解凍試驗裝置參數

圖1 試驗裝置簡圖

2.1 試驗方法

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

試驗開始時，通過各熱電偶測量不同高度下鐵精粉的溫度變化、水分變化及相關解凍試驗技術參數。

2.2 試驗數據分析

試驗獲取的鐵精粉解凍溫度變化曲線，見圖2。

鐵精粉沿厚度方向的溫度變化及解凍效率，見表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間

從表2來看，不同高度（厚度）上的鐵精粉凍塊，在升溫解凍時，鐵精粉內部溫度不是呈線性升高，而是要先經歷一個蓄熱時間段，然后再開始快速升溫達到最高溫度的，因此，鐵精粉的升溫必須要超過最小蓄熱時間后才能達到解凍效果的。

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

鐵精粉解凍時的水分變化情況，見表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比

對三種鐵精粉解凍方式的噸礦耗熱能進行比較，見表4，表5。

表4 解凍庫及圓倉間接換熱方式比較

表5 熱媒接觸式解凍方式

2.4 試驗結果分析

（1）從鐵精粉解凍的模擬試驗效果來看，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300mm以內的鐵精粉凍塊的解凍效率高于八鋼現有解凍方式。雖然圓倉間接換熱的解凍方式與熱媒接觸式解凍方式的熱效率數值接近，但圓倉內間接換熱并加篷布在實際操作中需要進行設備改造，難以實現大規模的解凍；

（2）從試驗數據可以看出，鐵精粉內部的熱量傳遞是非線性的，熱源溫度直接影響著熱傳導效率，熱源初始溫度越高，鐵精粉內部的熱傳導速度相應較快；鐵精粉底部熱源靠內水蒸發向上傳遞熱量，因此，熱源初始溫度至少應控制在80～100℃以上；

（3）從鐵精粉內部溫度變化和解凍效果來看，料層厚度在760mm以內的解凍效率是最高的，可實現在1.5天內將20～30mm鐵精粉凍塊完全解凍；超過760mm以上的熱傳遞效率和解凍效率都呈倍數下降。建議今后對鐵精粉凍塊料層厚度按1000mm以內進行控制；

（4）鐵精粉解凍過程中，鐵精粉內的水分呈降低趨勢；在60小時（2.5天）內可至少降低2個百分點的鐵精粉水分，有利于降低鐵精粉在皮帶運輸過程中的二次結凍現象。

3 熱媒接觸式鐵精粉解凍的經濟效益評估

以一座圓倉解凍2000t/天鐵精粉凍塊計算，采用熱媒接觸式方式相較于現有圓倉解凍方式（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，按煤氣價格及利用率來計算，每噸鐵精粉解凍的費用減少3～4元，則每天可比現有解凍方式節約費用4500～6000元。

按兩座圓倉的解凍效率測算，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的連續性。同時，解凍后的可用鐵精粉量的增加，也相當于增加了冬季燒結工序的燒結礦產量，為冬季鋼鐵連續生產提供了原料保障。

4 結論

通過熱媒接觸式鐵精粉解凍試驗，為冬季鐵精粉凍塊的解凍方式提供了新途徑。也為應用于生產提供了基礎技術數據。

（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潔、高效的技術途徑。當料層厚度在0.76m～1m其解凍效率相較于現有解凍方式可提高30%～50%。

（2）合理控制鐵精粉厚度和解凍時間，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，解凍時間在2天以內的解凍效果最佳。

（3）熱媒接觸式鐵精粉解凍可采用在圓倉內地面敷設熱源管來提高冬季鐵精粉的解凍效率。根據此次模擬試驗所獲得的技術參數，驗證和確認在該工況下的鐵精粉傳熱系數，為初步設計提供參考依據。

（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題，在冬季也可以保證穩定的原料供應。值得在北方地區的鐵精粉用戶中推廣。