許滿興
（北京科技大學(xué) 北京海淀100083）
摘要:本文首先介紹了我國燒結(jié)和三種球團(tuán)生產(chǎn)的能耗與質(zhì)量現(xiàn)狀，并分析了它的五個特征，論述了新時代燒結(jié)和球團(tuán)低碳高質(zhì)量生產(chǎn)的目標(biāo)和價值，論述了實現(xiàn)燒結(jié)球團(tuán)低碳高質(zhì)量生產(chǎn)的問題所在和關(guān)鍵技術(shù)，最后提出對實現(xiàn)燒結(jié)球團(tuán)低碳高質(zhì)量發(fā)展的期望。
關(guān)鍵詞:低碳高質(zhì)量發(fā)展;燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)能耗和質(zhì)量現(xiàn)狀;發(fā)展目標(biāo)問題所在和關(guān)鍵技術(shù)
1 近幾年我國燒結(jié)球團(tuán)能耗與質(zhì)量現(xiàn)狀
十九大進(jìn)入中國特色社會主義新時代，“雙碳”目標(biāo)吹響了我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排和高質(zhì)量發(fā)展的號角。燒結(jié)球團(tuán)是鋼鐵生產(chǎn)的主要原料，它的節(jié)能減排不僅量大面廣，對生態(tài)環(huán)境有著極大的影響，還直接影響其產(chǎn)品質(zhì)量，燒結(jié)球團(tuán)的質(zhì)量離不開節(jié)能，節(jié)能是燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)和核心，近幾年(2015~2021年)我國燒結(jié)球團(tuán)能耗與質(zhì)量狀況列于表1，表2，表3和表4[1][2]。
表1 2015～2021年我國燒結(jié)生產(chǎn)的能耗與質(zhì)量狀況
|
項目 |
料層厚度 |
電耗 |
固體燃耗 |
工序能耗 |
轉(zhuǎn)鼓指數(shù) |
化學(xué)成分% |
|||||
|
年份 |
mm |
Kwh/t |
Kg/t |
Kgce/t |
% |
TFe |
FeO |
SiO2 |
MgO |
Al2O3 |
CaO/SiO2 |
|
2015 |
688.5 |
44.41 |
47.38 |
49.50 |
78.73 |
54.31 |
8.70 |
5.90 |
2.07 |
1.92 |
1.89 |
|
2016 |
731.4 |
43.39 |
45.89 |
50.24 |
78.03 |
55.65 |
8.73 |
5.49 |
2.02 |
1.94 |
2.12 |
|
2017 |
714.3 |
46.74 |
46.40 |
49.36 |
78.36 |
55.35 |
8.55 |
5.82 |
2.11 |
2.19 |
1.98 |
|
2018 |
728.5 |
46.78 |
46.78 |
49.89 |
78.68 |
55.37 |
8.60 |
5.59 |
2.13 |
2.14 |
2.00 |
|
2019 |
748.1 |
48.24 |
45.29 |
49.53 |
78.02 |
55.33 |
8.78 |
5.50 |
2.16 |
2.09 |
2.00 |
|
2020 |
768.5 |
38.95 |
50.03 |
49.03 |
78.95 |
55.27 |
8.84 |
5.52 |
2.09 |
2.07 |
2.03 |
表2 2015～2021年全國豎爐球團(tuán)能耗與質(zhì)量狀態(tài)
|
項目
年份 |
利用 系數(shù) |
抗壓 強(qiáng)度 |
轉(zhuǎn)鼓 指數(shù) |
膨潤土用量 |
精粉 用量 |
煤氣 用量 |
電耗 |
工序 能耗 |
TFe |
FeO |
SiO2 |
|
t/m2h |
N/P |
% |
Kg/t |
Kg/t |
m3/t |
Kwh/t |
KgCe/t |
% |
% |
% |
|
|
2015 |
6.60 |
2452.8 |
90.84 |
18.10 |
1038.7 |
199.7 |
32.86 |
26.63 |
62.67 |
0.67 |
5.98 |
|
2016 |
7.28 |
2287.7 |
91.78 |
21.97 |
955.9 |
200.3 |
35.20 |
30.49 |
62.11 |
1.15 |
6.53 |
|
2017 |
7.36 |
2579.4 |
91.90 |
23.23 |
1098.2 |
218.0 |
40.47 |
29.16 |
62.28 |
0.39 |
7.56 |
|
2018 |
7.38 |
2499.2 |
92.47 |
21.59 |
1012.1 |
168.1 |
40.50 |
30.10 |
62.72 |
0.42 |
6.58 |
|
2019 |
8.28 |
2476.0 |
92.42 |
20.94 |
992.5 |
165.6 |
37.53 |
27.96 |
62.07 |
0.87 |
6.19 |
|
2020 |
7.47 |
2571.7 |
94.41 |
18.08 |
1001.5 |
147.3 |
40.66 |
29.59 |
62.16 |
0.72 |
6.20 |
表3 2015～2021年全國鏈蓖機(jī)-回轉(zhuǎn)窯能耗與質(zhì)量狀態(tài)
|
項目
年份 |
鏈篦機(jī) 利用系數(shù) |
抗壓 強(qiáng)度 |
轉(zhuǎn)鼓 指數(shù) |
膨潤土用量 |
精礦粉用量 |
煤氣 用量 |
電耗 |
工序 能耗 |
TFe |
FeO |
SiO2 |
|
t/m2h |
N/P |
% |
Kg/t |
Kg/t |
m3/t |
Kwh/t |
Kgce/t |
% |
% |
% |
|
|
2015 |
-- |
2691.8 |
94.77 |
18.72 |
994.8 |
220.9 |
29.77 |
29.03 |
62.0 |
1.52 |
5.82 |
|
2016 |
0.742 |
2529.3 |
95.43 |
19.17 |
989.9 |
185.08 |
31.19 |
26.19 |
61.8 |
1.28 |
5.96 |
|
2017 |
1.034 |
2645.1 |
95.50 |
18.46 |
997.9 |
263.61 |
32.55 |
26.74 |
61.5 |
1.17 |
5.80 |
|
2018 |
1.057 |
2469.9 |
95.02 |
18.24 |
978.9 |
373.91 |
35.25 |
26.03 |
62.0 |
0.88 |
5.85 |
|
2019 |
1.160 |
2530.9 |
95.19 |
21.62 |
975.2 |
208.10 |
34.73 |
20.69 |
62.1 |
0.98 |
6.09 |
|
2020 |
1.013 |
2766.6 |
95.27 |
19.14 |
983.3 |
358.12 |
33.43 |
25.53 |
62.2 |
1.08 |
5.92 |
表4 2015～2021年全國帶式焙燒機(jī)能耗與質(zhì)量狀態(tài)
|
項目
年份 |
利用 系數(shù) |
抗壓 強(qiáng)度 |
轉(zhuǎn)鼓 指數(shù) |
膨潤土用量 |
精礦粉用量 |
煤氣 用量 |
電耗 |
工序 能耗 |
成品礦化學(xué)成分(%) |
||
|
t/m3h |
N/P |
(%) |
(%) |
Kg/t |
m3/t |
Kwh/t |
Kgce/t |
TFe |
FeO |
SiO2 |
|
|
2015 |
0.875 |
2557.0 |
94.86 |
11.93 |
981.5 |
133.90 |
37.82 |
24.14 |
64.89 |
0.40 |
4.48 |
|
2016 |
0.788 |
2765 |
95.35 |
15.80 |
1019.7 |
206.37 |
33.34 |
22.23 |
64.63 |
0.55 |
4.33 |
|
2017 |
0.765 |
2582.6 |
95.54 |
17.28 |
957.0 |
278.92 |
40.42 |
25.63 |
64.56 |
0.68 |
4.71 |
|
2018 |
0.802 |
2784.7 |
95.61 |
17.28 |
984.0 |
372.79 |
41.10 |
25.82 |
64.49 |
0.62 |
4.87 |
|
2019 |
0.873 |
2858.3 |
95.42 |
18.77 |
977.4 |
159.46 |
37.86 |
22.20 |
64.60 |
0.56 |
4.40 |
|
2020 |
0.815 |
2839.8 |
95.46 |
15.40 |
974.7 |
149.18 |
38.82 |
23.33 |
63.94 |
0.46 |
4.94 |
由表1-表4所列數(shù)據(jù)可見以下幾個特點：
1)近幾年我國燒結(jié)生產(chǎn)的固體燃料和工序能耗，沒有隨料層厚度的提高而下降，基本分別徘徊在47.0kg/t和49.5kgce/t的水平。
2)近幾年燒結(jié)礦的質(zhì)量，在堿度為2.0的條件下，強(qiáng)度和FeO沒有隨料層的提高得到改善，分別在8.50%和8.70%的水平徘徊。
3)由表2，表3和表4數(shù)據(jù)可見，三種球團(tuán)的工序能耗對比，帶式機(jī)球團(tuán)最低，豎爐球團(tuán)最高，鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯居中；三種球團(tuán)的原材料消耗（膨潤土和精礦粉）對比，也是帶式機(jī)球團(tuán)最低，豎爐球團(tuán)最高，鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯居中。
4)由表2～表4可見，我國三種球團(tuán)的含鐵品位均偏低，特別是豎爐球團(tuán)和鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)的含鐵品位僅為61%~62%, 帶式機(jī)球團(tuán)含鐵品位基本在64 %上。
5)由表2～表4可見，我國三種球團(tuán)礦的SiO2含量偏高，豎爐球團(tuán)和鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)均接近6%，甚至有超過6.5%的，帶式機(jī)球團(tuán)SiO2含量比較低，但也有超過4.5%的。
2 新時代低碳高質(zhì)量燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)的目標(biāo)和價值
2.1 新時代低碳高質(zhì)量燒結(jié)球團(tuán)的生產(chǎn)目標(biāo)
2.1.1 新時代低碳高質(zhì)量燒結(jié)礦的生產(chǎn)目標(biāo)
依據(jù)現(xiàn)有的燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的燒結(jié)能耗和質(zhì)量目標(biāo)列于下表。
表5 新時代燒結(jié)生產(chǎn)的能耗和質(zhì)量目標(biāo)
|
料層厚度 |
固體 燃耗 |
工序 能耗 |
轉(zhuǎn)鼓 指數(shù) |
化學(xué)成分% |
冶金性能% |
||||||
|
mm |
Kg/t |
Kgce/t |
+6.3% |
TFe |
FeO |
SiO2 |
MgO |
Al2O3 |
R2 |
RI |
RDI+3.15 |
|
800 |
＜35.0 |
＜40.0 |
≥80.0 |
≥57.0 |
＜7.5 |
＜5.03 |
≤1.6 |
≤2.10 |
=1.9~2.2 |
≥85 |
≥75 |
2.1.2 新時代球團(tuán)生產(chǎn)的高品位低SiO2，高質(zhì)量目標(biāo)[3]
表6 新時代球團(tuán)生產(chǎn)的高品位，低SiO2質(zhì)量目標(biāo)
|
粒度 |
膨潤土 |
精礦粉 |
工序能耗 |
抗壓強(qiáng)度 |
球團(tuán)礦化學(xué)成分% |
冶金性能% |
||||
|
mm |
% |
Kg/t |
Kgce/t |
N |
TFe |
SiO2 |
MgO |
B2O3 |
RI |
RDI+3.15 |
|
9~13>80% |
≤1.0 |
≤970 |
≤20.0 |
≥2500 |
≥65.0 |
≤3.5 |
1.50.2 |
0.08 |
≥75.0 |
≥80.0 |
2.2 新時代燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)實現(xiàn)低碳高質(zhì)量發(fā)展的價值
燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)實現(xiàn)低碳高質(zhì)量發(fā)展效益是多方面的，價值是巨大的，具體包括節(jié)能減排和質(zhì)量改善二個方面。
2.2.1 燒結(jié)生產(chǎn)低碳節(jié)能減排質(zhì)量改善的價值
按噸燒結(jié)礦固體燃耗由年平均47kg/t降低到35kg/t，直接節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益：8.00*1.20=9.60元/t（固體燃料價格按1.2元/kg計算, 降低量打個大折扣按8kg/t計算）；一臺360m2燒結(jié)機(jī)年產(chǎn)400萬噸燒結(jié)礦，年直接節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)3840萬元；間接經(jīng)濟(jì)效益按每提高產(chǎn)量5%，提高強(qiáng)度，降低內(nèi)返礦10%，改善900度還原性5.0%，降低500度低溫還原粉化率10%，降低CO2,CO,SOX,NOX排放量22%計算，年合計間接經(jīng)濟(jì)效益將超過5000萬元。
2.2.3 球團(tuán)生產(chǎn)低碳節(jié)能減排質(zhì)量改善的價值
球團(tuán)生產(chǎn)低碳節(jié)能減排質(zhì)量改善的效益，包括降低原材料消耗(膨潤土由平均18kg/t，降低到10kg/t以下,鐵精粉由980 kg/t以上降低到970 kg/t以下)；造球和焙燒工序能耗由27kgce/t降低到20.0 kgce/t；球團(tuán)礦質(zhì)量改善由含鐵品位的提高，SiO2含量的降低，MgO和B2O3含量的提高等，球團(tuán)礦冶金性能的改善，高爐煉鐵渣量和能耗的降低，估算球團(tuán)礦的價值將超過105元/t。
3 實現(xiàn)燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)低碳高質(zhì)量發(fā)展的問題和解決問題的關(guān)鍵技術(shù)
3.1 影響實現(xiàn)燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)低碳高質(zhì)量發(fā)展的相關(guān)問題
3.1.1 影響燒結(jié)生產(chǎn)實現(xiàn)低碳高質(zhì)量發(fā)展的問題
近幾年燒結(jié)生產(chǎn)的固體燃耗不再隨料層厚度提高而下降。2015年料層厚度688.5mm，固體燃耗為44.38kg/t；2020年全國燒結(jié)料厚度平均達(dá)到768.5mm，固體燃耗不降反升，升到了50.03kg/t。某鋼5座360m2燒結(jié)機(jī)料層厚度提到800mm，固體燃耗為51.564kg/t；某鋼2座500m2燒結(jié)機(jī)料層厚度提高到940~960mm，固體燃耗約為55.20kg/t。這樣的實例舉不勝舉，相應(yīng)的工序能耗也具有同樣的規(guī)律，這是為什么？
濟(jì)南銀能冶金科技公司在濟(jì)鋼和江蘇興達(dá)鋼鐵公司在這個問題上有較成功的創(chuàng)新實踐[3]，固體燃耗分別降低12.66kg/t和14.09kg/t,達(dá)到了35kg/t的先進(jìn)水平，這一成功創(chuàng)舉，改變了燒結(jié)生產(chǎn)傳統(tǒng)的制粒模式，燃料的完全外配，改善了燃料直接與空氣接觸的燃燒條件；多年來料層厚度提高，燒結(jié)能耗卻舉步不前，徘徊在45kg/t難以下降，正是燃料燃燒的條件沒有得到改善的結(jié)果。
3.1.2 影響球團(tuán)生產(chǎn)實現(xiàn)低碳高質(zhì)量發(fā)展的問題
球團(tuán)生產(chǎn)的能耗和高質(zhì)量問題，主要有原料條件（鐵精粉的礦種，粒度組成和粘接劑的種類及質(zhì)量），生球質(zhì)量和焙燒，從多年的生產(chǎn)實踐情況分析，鐵精粉的品位低， SiO2含量高，粒度粗及造球質(zhì)量差是主要原因。不少企業(yè)鐵精粉的品位低，全鐵含量達(dá)不到64%，-200目粒級70%都達(dá)不到,SiO2含量＞5.0%，粘接劑質(zhì)量差，造球困難，生球的粒度偏大而不勻，導(dǎo)致焙燒熱耗高；其次礦種的選擇，赤鐵礦粉焙燒的熱耗要比磁鐵精粉高1/3，（磁鐵礦粉球團(tuán)焙燒氧化放熱41131KJ/t）[5]，以上這些因素都制約著球團(tuán)礦生產(chǎn)的低碳高質(zhì)量發(fā)展。
3.2 燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)實現(xiàn)低碳高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
3.2.1 燒結(jié)生產(chǎn)實現(xiàn)低碳高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
1)改變傳統(tǒng)的燃料內(nèi)配制粒方式，改為鐵礦粉和熔劑先行混合制粒，后再與燃料混合，改善燃料燃燒的條件，燒結(jié)配碳由目前的3.6%以上降低到2.2%以下。
2)采用與燃料外配和制粒相適應(yīng)的方法，分梯度和分區(qū)域加水。
3)采用多根松料齒和橫向偏析布料，克服臺車邊緣效應(yīng)和有效利用超厚料層的自動蓄熱作用，為低碳均質(zhì)燒結(jié)創(chuàng)造條件。
4)采用低負(fù)壓點火，確保布到在臺車上的混合料保持原始透氣性，改善燒結(jié)料層的高溫透氣性，用風(fēng)箱點火負(fù)壓和溫度棒態(tài)圖指導(dǎo)燒結(jié)生產(chǎn)，控制燒結(jié)終點。
3.2.2 球團(tuán)生產(chǎn)實現(xiàn)低碳高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
1)準(zhǔn)備好造球原料，選擇好礦種，鐵精粉的粒度-200目達(dá)到82%以上，比表面積達(dá)到≥1300 cm2/g, 采用復(fù)合粘接劑，配加比例＜1.0%。
2)造好球，球團(tuán)要求小而勻，直徑9~13mm粒級達(dá)到85%以上。
3)造球原料配加微量B2O3，降低含氧化鎂球團(tuán)的焙燒溫度，提高成品球的強(qiáng)度。
4 對新時代燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)實現(xiàn)低碳高質(zhì)量發(fā)展前景的展望
要完成國務(wù)院制定的《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》對新發(fā)展理念下節(jié)能減排工作的要求，到2025年我國節(jié)能減排主要目標(biāo)就要比2020年降低13.5%，SOX，NOX和CO2等廢氣排放總量要下降8%和10%。為了實現(xiàn)這個目標(biāo), 按以往的常規(guī)生產(chǎn)是不可能的。為此，鋼鐵企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)和燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)的科技干部首先要樹立低碳與高質(zhì)量發(fā)展的理念，認(rèn)識到降碳是減排和高質(zhì)量發(fā)展的核心，只有降低了燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)的能源消耗，才能真正實現(xiàn)燒結(jié)球團(tuán)的高質(zhì)量發(fā)展，燒結(jié)球團(tuán)降碳具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和改善生態(tài)環(huán)境的社會效益。
燒結(jié)生產(chǎn)噸燒結(jié)礦降低10kg煤焦粉消耗，會產(chǎn)生12~14元的經(jīng)濟(jì)效益，推而廣之，全國一年生產(chǎn)10億噸燒結(jié)礦，就會減少1000萬噸燃料消耗，降低1.2~1.4億元的成本，減少400萬億立方米的廢氣排放，減少向大氣排放432萬噸的CO2和300萬噸的CO（燒結(jié)煙氣含CO2為5.5%，含CO為0.6%）[4]。因此應(yīng)該特別重視燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)的節(jié)能減排。
但在實際工作中，推動燒結(jié)球團(tuán)的節(jié)能減排困難重重。都要看人家，比企業(yè)，怕承擔(dān)責(zé)任，怕冒風(fēng)險，因此筆者期望企業(yè)干部應(yīng)提高認(rèn)識，敢于負(fù)責(zé)，大膽創(chuàng)新，努力推動燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)節(jié)能減排的車輪，為實現(xiàn)燒結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)的低碳高質(zhì)量發(fā)展付出自己的創(chuàng)新智慧和力量，在我國燒結(jié)球團(tuán)領(lǐng)域譜寫新時代的歷史新篇章。
參考文獻(xiàn)
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[4] 許滿興 代汝昌 “超低碳高能效”均質(zhì)燒結(jié)生產(chǎn)新工藝 《全國“碳達(dá)峰，碳中和形勢下燒結(jié)球團(tuán)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展高峰論壇論文集》2021.10.湖南湘潭（37-39）
[5] 許滿興 赤鐵礦球團(tuán)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù) 《2007年全國燒結(jié)球團(tuán)技術(shù)交流年會論文集》2007.6（1-6）