摘要:混合工藝直接影響鐵礦粉造球的質量，混合均勻度對于球團的質量至關重要。本文介紹了混合的原理以及鋼鐵行業(yè)中常用的混合機類型，并重點強調(diào)了逆流式強力混合機的特點及其應用于煉鐵原料制備的優(yōu)越性。

關鍵詞：鐵礦粉混合，直接還原鐵，混合機，混合質量

前言

       混合工藝在整個煉鐵過程中非常重要，該工藝對于整個工藝過程的效率和其中間產(chǎn)品（球團）的質量有很大影響，但其重要性往往被低估。

1 鐵礦粉造球

       鐵礦粉需要加工成團塊狀進入高爐或直接還原，通常小于0.1mm的礦粉和精礦粉需制成直徑為10mm的球團。與團塊礦相比，球團礦具有較窄的粒徑分布，一致的質量和高透氣率。球團礦可以進入高爐或直接還原。

       除礦石原有的化學性能外，球團的物理和化學性能決定了后續(xù)工藝過程的效率，而其制備方式是決定性因素。

       精礦粉的細度和粒徑分布非常適合造球。造球設備前一般配置連續(xù)式混合機，將精礦粉與不同種類的添加劑進行混合。通過混合機獲得的混合均勻度很大程度上決定了球團的質量。在后續(xù)工藝過程中，球團應適合輸送并盡量少產(chǎn)生細粉。其重要冶金性能之一的低溫分解性低（在由赤鐵礦到磁鐵礦的還原過程中）由球團的穩(wěn)定性決定。提到還原性，具有更強機械應力的球團通常得到更好的效果。每個球團的自由下落指數(shù)應盡可能低，不易聚集和在高溫下粘結（否則高爐的錐形部分有被阻塞的危險）。如果透氣性好的話，間接還原的比例高，例如：可以獲得更高的CO效率（燃氣使用率），降低焦粉消耗。

       以上所有的重要參數(shù)來自于混合過程中參與混合的各種添加劑之間的充分反應。球團的化學性質只能通過造球前有效的混合來保證。來自用戶的報告：當檢驗不同的球團時，即使看上去添加劑的分散很充分，它們的內(nèi)部性質可能會差別很大。而且每個球團的質量一致性對于生產(chǎn)高質量球團也很重要。如果需要保證每一個球團的性質一致（物理和化學性能），需要高性能的混合系統(tǒng)。

       沒有簡單的混合任務。原料非常細，通常鐵精粉的細度為：90％<63微米。為了達到不同冶金性能需要添加不同種類的添加劑，例如：膨潤土、石灰石、白云石、橄欖石、有機粘結劑、固體燃料（焦粉，煤粉等），一般希望使用盡量少的添加劑以避免降低鐵品位。

       在過去的150年來鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，尤其是近5-10年的快速發(fā)展，形成了世界范圍的對于鋼鐵原料制備更高要求的需求。在此需求下，鐵礦粉造球的技術臻于成熟，球團制備中粘結劑消耗的降低和生球強度的提高是大家追求的目標。

       除高爐煉鐵外，在過去的50年間在直接還原領域涌現(xiàn)出許多成功的工藝技術，例如：

1. 一步法工藝，如： Hlsmelt
2. 高度預還原工藝，如：Fastmelt, Itmk³
3. 優(yōu)化熔融還原工藝，如: COREX, FINEX

       相對于燒結工藝，這些工藝或多或少基于不需要焦炭和塊礦的優(yōu)點。直接還原鐵主要為氣基還原工藝，可利用低成本的天然氣。煤基的熔融還原工藝生產(chǎn)液態(tài)金屬鐵，不用或僅用非常少量的焦炭。

       愛立許的混合技術成功應用于球團礦混合，燒結礦混合，在全球擁有上百家用戶。在中國由首鋼礦業(yè)公司在2002年引進愛立許強力混合機用于球團生產(chǎn)后，已有50多條球團生產(chǎn)線采用了愛立許混合機。愛立許混合技術還成功應用于熱壓工藝和COREX, FINEX工藝等直接還原工藝。

2 混合技術

2.1 混合機形式

        在所有需要制備固體料的行業(yè)，混合工藝非常重要。如果原始物料不能被有效混合，就不能獲得期望的產(chǎn)品性質，質量也會有很大差異。混合的質量決定了最終產(chǎn)品的質量。所以選擇最佳的混合機至關重要。從長遠來看，這也常常決定公司是否在市場上具有競爭力。

        重力式混合機是旋轉的混合桶使物料進行跌落和拋擲運動的混合。混合桶內(nèi)部裝有一些配件支持這些運動。重力式混合機并不適合高質量混合的要求。

        強制式混合機使物料進行強制式運動，不同形式如下：

目前市場上的混合機多多少少從以下4種基本形式衍生而來，見圖：

圖1：市場上4種強制式混合機
      單軸混合機，環(huán)槽混合機
        行星式混合機，雙軸混合機

        正當這些‘簡單’的混合機緩慢進步，目前的結構與100年前幾乎一樣時，愛立許逆流式混合機已經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段，到今天已是第5代。愛立許混合機與‘簡單’混合機的關鍵區(qū)別在于在愛立許混合機中實現(xiàn)了物料運動和真正混合的分離。
        物料運動和真正混合的分離使混合工具（將機械能輸入到混合物中）的速度可以在很大范圍內(nèi)調(diào)整。

3.2 逆流式強力混合機（愛立許混合機）

        1903年愛立許制造出第一臺環(huán)槽混合機（見圖2），得到當時新生的混凝土行業(yè)的歡迎。1906年愛立許開發(fā)出行星式混合機（見圖3），使用該混合機，按照當時的技術標準，第一次獲得高質量的混合物。

       在接下來的100多年中，愛立許1903年環(huán)槽混合機和1906年行星式混合機的原理仍被世界上許多國家的眾多制造廠商所應用，主要用于簡單混合要求工業(yè)行業(yè)。

圖2 : EIRICH 愛立許1903年制造的環(huán)槽混合機

圖3：EIRICH 愛立許1906年制造的行星式混合機

愛立許強力混合機

        在1924年愛立許開發(fā)出第1臺具有驅動的混合盤的混合機（見圖4）。這種混合原理非常獨特，命名為“愛立許逆流式強力混合機”或簡單成為“愛立許混合機”，適用于多種行業(yè)。不斷的開發(fā)和完善使今天的愛立許混合機進入了第5代（圖5和6）。

                                                         
圖5 原理圖：逆流式混合機混合原理                                                             圖6 照片: EIRICH愛立許混合機中的三維料流

-      由于混合工具偏心安置使由旋轉混合盤產(chǎn)生的物料流反向運動，所有物料顆粒被強制不斷地在很大的范圍內(nèi)水平方向和垂直方向改變位置，創(chuàng)造了快速充分的混合。

-       在一個旋轉周期的5－10秒內(nèi)混合工具可以幾次掃過混合盤底部。

-       只有很少的工具用于使物料運動。

-       混合盤和混合工具的運動合起來，即使較慢的速度也可以達到很好的混合效果。

-       固定安裝的壁部/底部刮板使所有物料顆粒參與混合過程。

-       裝在不同水平層面的主軸槳葉可以達到極高的有效裝填率，并得到極佳的混合效果。

-       強烈的顆粒運動使添加劑充分混合，并相應節(jié)省其用量。

3.3 混合原理

       愛立許混合機中輸入的能量是多重的，至今無法給出準確的數(shù)學數(shù)字，一個近似的說法是作為混合工具的攪拌軸，其輸出的能量原理上按比例為線速度功率的三分之一。

        只有在愛立許混合機中可以得到2－25m/s的穩(wěn)定混合。其他混合系統(tǒng)無法在這么大的范圍內(nèi)調(diào)整混合工具的速度，并適應工藝的需求。