王兆才 ^1，2 ，周志安 ^1，2 ，何國強(qiáng) ¹ ，范曉慧 ²，甘敏 ²，胡兵 ¹

( 1． 中冶長天國際工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410205; 2． 中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

摘 要: 由于燒結(jié)過程的自動(dòng)蓄熱作用，厚料層燒結(jié)作為一種行之有效的節(jié)能提質(zhì)技術(shù)被國內(nèi)外各大燒結(jié)企業(yè)廣泛應(yīng)用。本文針對粉礦為主的燒結(jié)原料提出了一種返礦分流強(qiáng)化制粒技術(shù)，即將一部分粗顆粒返礦單獨(dú)處理而不直接參與制粒，使得剩余混合料中成核粒子含量與黏附粉含量的比例更有利于制粒要求，同時(shí)改變物料中水分的分布狀態(tài)，提升物料的制粒效果。研究了返礦分流對混合料制粒和燒結(jié)指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，采用返礦分流強(qiáng)化制粒工藝后，在同等制粒水分條件下，制粒小球平均粒度由 4． 27 mm 提升至 4． 58mm，制粒效果得到明顯改善; 燒結(jié)速度和利用系數(shù)分別從 21． 66 mm/min、1． 46 t/( m 2 ·h) 提高到 23． 86 mm/min、1． 54 t/( m 2 ·h) 。研究結(jié)果有助于將料層厚度從 700 mm 提高至 780 mm。

關(guān)鍵詞: 燒結(jié); 返礦分流; 厚料層; 強(qiáng)化制粒; 節(jié)能降耗

1 前 言

燒結(jié)工序作為鋼鐵企業(yè)的第一道高溫工序，其能耗在煉鐵系統(tǒng)僅次于高爐煉鐵工序能耗。2015 年全國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序能耗為47. 20 kgce/t，盡管比 2014 年下降 1. 28 kgce/t，但與國際清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平≤44 kgce/t 仍差距較大，燒結(jié)過程節(jié)能潛力巨大^［1］。固體燃料消耗占燒結(jié)工序總能耗的 70% ～80%，降低燒結(jié)固體燃料消耗是燒結(jié)工序節(jié)能降耗的關(guān)鍵。由于燒結(jié)過程的自動(dòng)蓄熱作用，厚料層燒結(jié)作為一種行之有效地降低固體燃料消耗的技術(shù)被國內(nèi)外各大燒結(jié)企業(yè)廣泛應(yīng)用。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，我國多數(shù)燒結(jié)廠如寶鋼、武鋼、太鋼等相繼實(shí)現(xiàn)了 700 ～ 750 mm 厚料層燒結(jié)^［2］。雖然厚料層燒結(jié)具有一系列的優(yōu)勢，但盲目的加厚料層又存在料層氣流阻力增加，風(fēng)機(jī)負(fù)壓過高，燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)加重，料面有效風(fēng)量不足，生產(chǎn)率不增反降等問題^{［3 ～6］}。如何改善燒結(jié)物料的制粒效果，改善料層透氣性、提升燒結(jié)速度對厚料層燒結(jié)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

為此，本文以改善料層透氣性為目標(biāo)，首先提出了一種返礦分流強(qiáng)化制粒工藝，并采用湘鋼燒結(jié)廠物料為試驗(yàn)原料，開展了返礦分流試驗(yàn)研究，研究了返礦分流對制粒效果、燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)的影響。

2 返礦分流強(qiáng)化制粒技術(shù)的提出

返礦是燒結(jié)過程中不可或缺的原料之一。目前，混勻礦中返礦的比率約為 25% ～ 50%，高比例的返礦添加量會(huì)對燒結(jié)過程和燒結(jié)礦質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。返礦的循環(huán)減少了新混合料的使用量，另一方面，其改善了混合制粒和燒結(jié)過程，混合料中添加返礦還可以提高燒結(jié)過程的效率^［7］。但是，隨著進(jìn)口礦粉粒度粗化，返礦充當(dāng)造粒核心的功能有所弱化。返礦自身粒度大，在一定程度上會(huì)破壞制粒過程中小球的正常長大，造成成分和粒度偏析嚴(yán)重，對燒結(jié)礦質(zhì)量造成較大影響。中南大學(xué)范曉慧等在深入研究了鐵礦石制粒體系中顆粒 － 橋液間相互作用機(jī)制的基礎(chǔ)上，分析混合料制粒行為，建立制粒小球結(jié)構(gòu)模型。研究表明: 制粒小球由成核粒子和粘附粉構(gòu)成，粘附粉包裹成核粒子形成準(zhǔn)顆粒，成核粒子和粘附粉粒子的粒度界限是 0. 5 mm，其中小于 0. 5 mm 的黏附粉含量占比在 40% ～ 50% 時(shí)最有利于制粒^{［8 －9］}。鐵礦燒結(jié)過程中，制粒小球的粒度組成以及透氣性對燒結(jié)礦的產(chǎn)、質(zhì)量有巨大影響。通過返礦分流技術(shù)，粗粒返礦不參與制粒，而是在制粒后期加入，可不破壞細(xì)粒料成球，對于當(dāng)前提高制粒效果有利，在燒結(jié)時(shí)還可發(fā)揮料層支撐作用。因此，研究返礦分流對混合料制粒和燒結(jié)的影響，找到返礦分流的最佳工藝條件，開發(fā)出有效的返礦分流控制技術(shù)，有助于厚料層燒結(jié)技術(shù)的實(shí)施。

3 返礦分流燒結(jié)試驗(yàn)研究

3. 1 原料條件及基準(zhǔn)試驗(yàn)

采用湘鋼燒結(jié)廠物料為試驗(yàn)原料: 鐵礦石及含鐵雜料有澳洲篩下粉、混合粉、國王粉、伊朗粉、巴西精礦、安徽精礦、澳洲精礦、綜合鐵皮，共計(jì) 8 種; 燃料為焦粉; 熔劑有白云石、石灰石、高鎂生石灰、低鎂生石灰、輕燒白云石，共計(jì) 5 種; 以及燒結(jié)、高爐兩種返礦。

在含鐵原料中粉礦占比 77%，燒結(jié)礦堿度1. 95，燒 結(jié) 返 礦 外 配 18%，高 爐 返 礦 外 配12%?；鶞?zhǔn)方案下燒結(jié)礦化學(xué)成分的理論計(jì)算值如表 1 所示，TFe 含量為57. 05%，堿度為1. 95?；旌狭系牧６冉M成如表 2 所示，平均粒徑為 2. 35 mm，其 中 小 于 5 mm 的 粒 徑 占34. 6%，混合料的粒度組成并不處于以上所提到的制粒效果最佳時(shí)黏附粉的含量范圍。

兩種返礦的粒度組成如表 3 所示。燒結(jié)返礦平均粒度為 2. 29 mm，其粒度以 － 5 mm 為主; 高爐返礦的平均粒度為 5. 36 mm，其粒度以3 ～8 mm為主，占比達(dá)96. 45%?？梢?，將粒度相對較粗的高爐返礦進(jìn)行分流更為合適，在制粒后期加入不會(huì)對制粒小球的粒度組成，尤其是細(xì)粉末含量有太大影響。

實(shí)驗(yàn)室條件下，燒結(jié)杯試驗(yàn)的主要參數(shù)( 其中一混為人工混合) 基準(zhǔn)值如表 4 所示。經(jīng)基準(zhǔn)試驗(yàn)研究，確定燒結(jié)混合料中焦粉的適宜配比為 5. 60%，混 合 料 的 適 宜 水 分 含 量 為7. 75%，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展后續(xù)返礦分流試驗(yàn)研究。

3. 2 返礦分流試驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)室條件下，對返礦分流制粒過程進(jìn)行模擬，方法如圖 1 所示。首先采用人工混勻的方式將鐵礦石、焦粉、熔劑和燒結(jié)返礦混勻，然后加水制粒 4. 5 min。此時(shí)，均勻加入高爐返礦，使其與制粒小球均勻混合 0. 5 min，然后進(jìn)行燒結(jié)杯試驗(yàn)。

3. 2. 1 返礦分流對制粒的影響

返礦分流前后，混合料 ( 未制粒) 的粒度組成情況如表 5 所示?？芍?，返礦分流后，在未進(jìn)行制粒時(shí)，混合料平均粒徑由 2. 35 mm 降低至 2. 14 mm，黏附粉 ( － 0. 5 mm) 含量由60%提升 38. 04%，黏附粉 ( － 0. 5 mm) /核顆粒 ( +0. 5 mm) 由 0. 53 提高到 0. 61。

在高爐返礦全部進(jìn)行分流的條件下，研究了不同水分對制粒效果的影響，結(jié)果如表 6 所示。可知: ①在制粒水分為 7. 75% 時(shí)，返礦分流后，平均粒度由 4. 27 mm 提升至 4. 58 mm，透氣性指數(shù)也隨之改善，由 3. 65 提升至 4. 22，返礦分流后 3 ～8 mm 的比例較分流前有明顯增加，同時(shí) －3 mm 比例也大幅減少。這表明在同等水分下，返礦分流可以有效改善制粒效果;②高爐返礦飽和吸收量為 1. 77%，扣除高爐返礦制粒過程所需的水分，剩余水分占混合料的7. 58%。在此條件下制粒，相比返礦不分流而制粒水分為 7. 75%，返礦分流后，平均粒度由4. 27 mm 提升至 4. 41 mm，透氣性指數(shù)也隨之改善，由 3. 65 提升至 4. 11，進(jìn)一步表明返礦分流可以有效改善制粒效果; ③當(dāng)返礦分流時(shí)，在制粒水分為 7. 50% 獲得的制粒效果，與返礦不分流而水分為 7. 75% 時(shí)的制粒效果相當(dāng)，由此可以得出，達(dá)到相當(dāng)?shù)闹屏ＰЧ?，采用返礦分流技術(shù)可以適度降低制粒水分的含量。

3. 2. 2 返礦分流對燒結(jié)的影響

分別研究了焦粉配比5. 60%時(shí)，不同水分條件下，返礦分流對燒結(jié)指標(biāo)的影響，結(jié)果如表 7所示?？芍? ①同等水分情況下，返礦分流可以提升燒結(jié)速度和利用系數(shù)，但成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度有所降低; ②返礦分流而水分為 7. 5% 時(shí)的燒結(jié)各指標(biāo)與返礦未分流而水分為 7. 75% 時(shí)基本相當(dāng)，其表明返礦分流可以適當(dāng)降低制粒水分。

3. 2. 3 返礦分流預(yù)潤濕對制粒的影響

進(jìn)一步研究了在高爐返礦全部分流時(shí)，不同潤濕比例對制粒效果以及燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的影響。由 實(shí) 驗(yàn) 測 得 高 爐 返 礦 飽 和 吸 水 率 為1. 77%，因此對其進(jìn)行預(yù)潤濕時(shí)，只需根據(jù)高爐返礦所占比例，從總添加水中分出對應(yīng)水分對其潤濕即可，剩余水分即為制粒添加水分。返礦分流預(yù)潤濕比例對制粒效果的影響如表 8所示?？芍? ①在相同制粒水分條件下，高爐返礦潤濕后再分流，制粒小球的平均粒徑為4. 45 mm，透氣性指數(shù)為 4. 09，均劣于高爐返礦不潤濕而直接分流的情況; ②相比返礦不分流，返礦分流不論潤濕還是不潤濕，其平均粒度和透氣性指數(shù)均有提高。

3. 2. 4 返礦分流對料層厚度的影響

將高爐返礦進(jìn)行分流后由于制粒效果和料層透氣性得以改善，為厚料層燒結(jié)的實(shí)施打下了基礎(chǔ)。返礦分流對料層厚度的影響如表 9 所示?？梢?，抽風(fēng)負(fù)壓不增加的前提下，料層厚度由基準(zhǔn)值 700 mm 提高至 780 mm 后，在保證燒結(jié)速度、利用系數(shù)不變的同時(shí)，燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度顯著提高。

4 返礦分流應(yīng)用方案

返礦分流在工藝中的應(yīng)用如圖 2 所示，在二次圓筒尾部增設(shè)高爐返礦分流礦倉，來自高爐槽下的高爐返礦通過一條可逆皮帶，即可進(jìn)入配料室原有的高爐返礦礦倉，也可進(jìn)入新增的高爐返礦分流礦倉。分流的高爐返礦經(jīng)皮帶秤稱量后由可移動(dòng)式皮帶自二次圓筒尾部送入，運(yùn)輸皮帶伸入混合機(jī)約 3 m，并保證一定的運(yùn)行速度，使得分流的返礦以拋射的形式進(jìn)入混合機(jī)，確保其落點(diǎn)距離圓筒混合機(jī)末端4 ～5 m，分流的返礦與其余物料的混合時(shí)間大于 1 min。在靠近二次圓筒端的可移動(dòng)式皮帶下方設(shè)有鋼結(jié)構(gòu)的三角支撐梁，防止可移動(dòng)式皮帶的懸塌。另外在靠近二次圓筒端的可移動(dòng)式皮帶上方設(shè)有擋料板，防止因旋轉(zhuǎn)而被帶至二次圓筒內(nèi)頂端的物料落下時(shí)損壞可移動(dòng)式皮帶。

5 結(jié) 論

針對返礦分流技術(shù)對混合料制粒和燒結(jié)指標(biāo)的影響研究，查明了返礦分流的最佳工藝條件，研究結(jié)果表明:

(1) 在同等制粒水分條件下，將高爐返礦分流制粒，相比未分流的制?；旌狭?，其平均粒度由 4. 27 mm 提升至 4. 58 mm，返礦分流技術(shù)有助于改善制粒效果，提高料層透氣性。

(2) 將高爐返礦分流制粒，在同等制粒水分條件下，燒結(jié)速度和利用系數(shù)得到提高，分別從 21. 66 mm/min、1. 46 t/( m 2 ·h) 提高到23. 86 mm/min、1. 54 t/( m 2 ·h) 。

(3) 將高爐返礦分流后，透氣性的改善有利于使用厚料層燒結(jié)，可將料層厚度由 700 mm提高至 780 mm。

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