張志超
(天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院)
摘要：燒結(jié)生產(chǎn)過程中，燃料消耗是制約燒結(jié)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)提升的瓶頸。各燒結(jié)生產(chǎn)廠從設(shè)備改造、 原料選取等方面都采取不同的措施降低燒結(jié)固體燃耗。取得了一定的成效。但對(duì)燒結(jié)成本及資源地合理利用造成了不良影響、立足于生產(chǎn)現(xiàn)狀。文章從工藝控制方面出發(fā)，介紹了增設(shè)預(yù)篩分系統(tǒng)、 燃料混用工藝、 控制混合過程水分、 厚料層燒結(jié)、 熱風(fēng)燒結(jié)及增設(shè)伴燒燒嘴等技術(shù)，切實(shí)地減少了燒結(jié)過程的返礦，從而降低燒結(jié)固體燃耗。
關(guān)鍵詞：燃料；燒結(jié)；固體燃耗
降低燒結(jié)固體燃耗是當(dāng)前鋼鐵企業(yè)降低生產(chǎn)成本的重點(diǎn)，同時(shí)也可以減少 CO2及其它有害氣體對(duì)環(huán)境造成的溫室效應(yīng)及污染，對(duì)保護(hù)環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。近年來，為了降低固體燃料消耗，全國各大鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廠采取各種措施，例如優(yōu)化燒結(jié)使用礦粉及燃料的成分，選取品位高、 雜質(zhì)及水分含量小和粒度組成均勻的含鐵原料；選取固定碳含量高、灰分小且粒度在0.5~3mm的燃料[1]； 或者大規(guī)模改造燒結(jié)設(shè)備。雖然取得了一定的成效。 但是相對(duì)國外同行業(yè)先進(jìn)指標(biāo)還相距很遠(yuǎn)。但生產(chǎn)成本及資源合理利用方面反而很不劃算。 比如一些燒結(jié)生產(chǎn)廠使用優(yōu)質(zhì)原燃料， 改造燒結(jié)設(shè)備后，燒結(jié)固體燃耗降低至50kg / t 以下， 但是單位成本上卻多出將近 100 元。因而要想在降低燒結(jié)燃耗上真正取得突破，就必須在工藝方面采取措施，從燒結(jié)生產(chǎn)工序的各個(gè)環(huán)節(jié)入手，在不影響正常生產(chǎn)以及綜合成本的前提下，進(jìn)行工藝改造。
1 配料增設(shè)預(yù)篩分工藝
在鐵料和燃料進(jìn)入配料工序前增設(shè)篩分工藝，最好利用振動(dòng)篩，將大粒度和小粒度的原燃料去除，整個(gè)工藝在鐵料倉進(jìn)行，不影響正常生產(chǎn)。篩分大粒度料可通過篩上物的形式， 將大粒度料篩除，運(yùn)至原料破碎工序重新破碎，篩分小粉末料時(shí)可采用篩下物的形式，可通過篩下增設(shè)皮帶把細(xì)粉料運(yùn)出，以不超過 3％ 的比例進(jìn)入配料中，或者加水制作成粘結(jié)劑加入混合工序中。
某廠為解決燃料粒度不均勻現(xiàn)象，在鐵料進(jìn)倉料口，燃料破碎前后增加預(yù)篩分系統(tǒng)，即在鐵料進(jìn)倉口處增加振動(dòng)篩， 篩板孔要求不大于8mm；在燃料破碎系統(tǒng)增設(shè)3mm 振動(dòng)篩，篩分粒度大于 3mm 燃料返回重新破碎，而粒度過細(xì)的燃料粉末進(jìn)入除塵灰返回配料，保證破碎后的燃料粒度在0.5~3mm百分比不低于 80％，表 1為燃料增加預(yù)篩分系統(tǒng)前后粒度及燃耗對(duì)比：增加預(yù)篩分工藝每噸燒結(jié)礦減少焦粉消耗4無煙煤5這種很具有實(shí)效性的改造，僅在定修期間增加振動(dòng)篩即可完成。
2 燃料混用工藝
目前燒結(jié)生產(chǎn)所用的燃料主要有無煙煤和焦粉，無煙煤煤化程度最大。無煙煤固定碳含量高，揮發(fā)分產(chǎn)率低，密度大，硬度大，燃點(diǎn)高，黑色堅(jiān)硬，有金屬光澤，以脂摩擦不致染污， 斷口成貝殼狀，燃燒時(shí)火焰短而少煙，不結(jié)焦，一般含碳量在70％ 以上，揮發(fā)物在 10％ 以下，無膠質(zhì)層厚度，熱值約 6000 ~ 6500kJ/ kg[2]。 而焦粉一般用高爐煉鐵工序焦炭篩下物，其指標(biāo)方面與使用的焦炭相近，但因存放過程以及各種焦炭混合后篩分，粉化及成分偏析較為嚴(yán)重，需要隨時(shí)化驗(yàn)，各燒結(jié)生產(chǎn)廠都相應(yīng)以無煙煤及焦粉作為燃料， 使用無煙煤時(shí)受到其硬度較大的影響。破碎過程很不徹底， 磨碎后 3mm 以上的粒度占20％ 左右， 而圓輥破碎機(jī)磨損較為嚴(yán)重。而單獨(dú)使用焦粉，由于篩分、 存放等原因，細(xì)粉較多，另外受到高爐使用焦炭量的影響，篩下焦粉不足以滿足燒結(jié)生產(chǎn)， 雖然目前市場(chǎng)上可以外購焦粉，但價(jià)格普遍較高，在一定程度上提升了燒結(jié)成本。
焦粉和無煙煤混用工藝可以解決單一使用燃料所造成的不良影響，而且不需要進(jìn)行改造，目前燒結(jié)廠配料過程至少使用兩個(gè)燃料倉，可以一倉使用焦粉，另一倉使用無煙煤，下料過程按照燃料比例，計(jì)算流量即可，不需要增設(shè)燃料倉。燃料混用可以降低單一種燃料對(duì)燒結(jié)過程特別是燃耗的影響，同時(shí)可防止燃料倉長期存料造成的堵塞及更換料倉過程造成的燒結(jié)質(zhì)量不穩(wěn)定，混用比例可根據(jù)混用燃料的成分，當(dāng)期燃料價(jià)格以及高爐篩下焦粉量進(jìn)行調(diào)整，可結(jié)合預(yù)篩分工藝，進(jìn)一步均勻了燃料成分及粒度指標(biāo)，某廠某批次無煙煤和焦粉的成分見表2，在單獨(dú)和混合使用時(shí)燒結(jié)固體燃耗的指標(biāo)如表 3 所示?；煊煤鬅Y(jié)燃耗指標(biāo)均好于使用單一種類燃料。
混合料中水分含量對(duì)燃料燃耗的影響見圖1?；旌狭现兴趾繛?6.6~7.2%，燃料消耗相對(duì)較低，隨著水分逐漸增加，蒸發(fā)水分過程消耗熱量增加，燒結(jié)溫度降低，燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度下降，固體燃耗增加。但水分在 6以下時(shí)，混合料含水較少，制粒效果下降，對(duì)燒，結(jié)透氣效果造成不良影響。混合料的粒度等級(jí)對(duì)燃耗的影響見圖 2， 在其他條件相同的情況下，隨著 3mm 以上所占百分比的增加， 透氣效果逐步加強(qiáng)，固體燃料消耗降低，另外提高混合料溫度可以減少過濕層厚度，在設(shè)備允許的條件下盡，量保持混合料預(yù)熱溫度在 60℃ 以上.因此在現(xiàn)，場(chǎng)操作中盡量控制混合料中水分含量并保持穩(wěn)定，提高預(yù)熱溫度，增強(qiáng)制粒效果，有助于燃耗的降低。
3 強(qiáng)化燒結(jié)過程控制
3.1厚料層燒結(jié)
厚料層燒結(jié)主要是利用燒結(jié)過程中料層的自動(dòng)蓄熱作用，減少固體燃料用量，也能夠?qū)l2O3 、 SiO2 大部分固溶在鐵酸鈣中，減少硅酸鹽，特別是鐵橄欖石和硅酸二鈣的形成。自動(dòng)蓄熱增加高溫帶寬度，減慢燒結(jié)速度，使物料保持較高溫度，利于礦物結(jié)晶，減少表層返礦的比例， 改善燒結(jié)成品礦的粒度組成，如表4所示。
在其他條件相同的情況下， 隨著料層厚度增加，蓄熱作用增強(qiáng)， 由于料層中氧化氣氛增加，溫度分布均勻，低價(jià)氧化物氧化放熱量增加， 而高價(jià)氧化物分解熱減少，燒結(jié)垂直燃燒速度降低，高溫保持時(shí)間延長，表層返礦量相對(duì)降低，而成品率和燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高，有利于固體燃耗降低。
3.2熱風(fēng)燒結(jié)
將溫度為 200 ~350℃ 環(huán)冷的廢氣，通過管道引入機(jī)頭保溫罩內(nèi)，當(dāng)料層表面移出點(diǎn)火爐后，能夠繼續(xù)吸收保溫罩中的熱量，降低整體料層的冷卻速度，強(qiáng)燒結(jié)料層內(nèi)部的蓄熱效果。整個(gè)改造只需要在環(huán)冷機(jī)上增加吸風(fēng)罩，并架設(shè)Φ1 ~ 2m管道，引入燒結(jié)機(jī)出點(diǎn)火爐后的臺(tái)車上， 有條件的燒結(jié)廠可在環(huán)冷機(jī)吸風(fēng)罩上增加風(fēng)機(jī)，即使不加風(fēng)機(jī)利用燒結(jié)機(jī)抽風(fēng)機(jī)和環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)也足以帶動(dòng)環(huán)冷熱風(fēng)流入燒結(jié)料面，增設(shè)風(fēng)機(jī)只是為了調(diào)節(jié)熱風(fēng)流量，控制熱風(fēng)的溫度，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，使用熱風(fēng)燒結(jié)后可以減少1.5~3％ 的返礦率，噸礦固體燃料消耗降低0.6kg同時(shí)還可以充分利用環(huán)冷廢氣的余熱， 減少廢氣排放。
3.3增設(shè)伴燒燒嘴
在點(diǎn)火過程中過高的溫度易造成料層表面結(jié)成硬殼， 影響整個(gè)料層的透氣效果，而過低的溫度使料層內(nèi)部達(dá)不到燒結(jié)反應(yīng)溫度，返礦量增加，因而合理控制點(diǎn)火溫度不僅對(duì)燒結(jié)效果至關(guān)重要，而且影響固體燃料的消耗?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中要求點(diǎn)火溫度控制在 1100 ± 50℃ ， 此溫度范圍既保證了料層中強(qiáng)氧化氣氛和適宜的溫度，促進(jìn)了低熔點(diǎn)黏結(jié)相的生成，同時(shí)也有利于料層蓄熱及熱量傳遞，降低固體燃耗。
由于受到煤氣燒嘴布局的影響，燒結(jié)機(jī)臺(tái)車表面邊緣點(diǎn)火效果不好，導(dǎo)致返礦量增加， 從而增加燒結(jié)固體燃耗，目前各燒結(jié)廠普遍使用高爐煤氣作為點(diǎn)火介質(zhì)，受流量影響，連接燒嘴的點(diǎn)火管道較粗， 單排燒嘴經(jīng)常使臺(tái)車邊緣點(diǎn)火不充分。因而在常規(guī)點(diǎn)火燒嘴布局的基礎(chǔ)上，在后排及兩邊增加伴燒燒嘴，強(qiáng)化表面及兩邊的點(diǎn)火效果，使整個(gè)臺(tái)車表面均勻接受點(diǎn)火熱量，如圖3所示。伴燒燒嘴的煤氣流量相對(duì)于主燒嘴要小一些，因而連接燒嘴的管道口徑也小于正常的點(diǎn)火管道，只是起到強(qiáng)化點(diǎn)火的作用，按照一些燒結(jié)廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，改造過程只需要一個(gè)正常定修的時(shí)長 (10 ~ 16h) 即可，不需要大規(guī)模拆卸點(diǎn)火爐。
在點(diǎn)火溫度 1080℃ 的條件下，使用伴燒燒嘴后， 有效解決了燒結(jié)過程 “邊緣效應(yīng)” 的影響，在降低固體燃耗的同時(shí)，產(chǎn)量方面也有所提高，以某廠 105m2 燒結(jié)機(jī)為例，固體燃耗降低4.75kg/t，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量增加 12.88t/h，成品率增加7.96%，見表5。
4 結(jié)論
燒結(jié)生產(chǎn)中降低固體燃耗的重要性毋庸置疑，但所采用的措施必須符合生產(chǎn)實(shí)際，從工藝技術(shù)方向采取措施。 增設(shè)預(yù)篩分系統(tǒng)可以使原燃料在進(jìn)入配料前除去不符合粒度要求的部分，只需要逐個(gè)料倉增設(shè)振動(dòng)篩及導(dǎo)料皮帶即可；燃料混用工藝只需要使用備用料倉裝無煙煤或焦粉，根據(jù)生產(chǎn)過程兩種燃料的成分及庫存，結(jié)合市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，選用合理的比例； 通過控制混合過程水分和制粒效果，可以減少燒結(jié)過程水分吸熱，并且提高燒結(jié)過程的透氣效果；強(qiáng)化燒結(jié)過程主要通過厚料層燒結(jié)， 熱風(fēng)燒結(jié)及增設(shè)伴燒燒嘴實(shí)現(xiàn)，低燒結(jié)過程的返礦，從而降低燒結(jié)固體燃耗， 以上工藝措施。 均不需要采購設(shè)備或者大規(guī)模的生產(chǎn)改造，都是在現(xiàn)用生產(chǎn)條件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)， 經(jīng)過各燒結(jié)廠的實(shí)踐，都取得了一定的效果，具有一定的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 張漢泉 燒結(jié)球團(tuán)理論與工藝 (第 2 版) [M]. 北 京: 化學(xué)工業(yè)出版社， 2018
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