賀淑珍
摘要：為了響應(yīng)國家號(hào)召，營造綠色、低碳的空氣環(huán)境，作為碳排放大戶的燒結(jié)工序，從源頭入手，即從燒結(jié)配礦、工藝技術(shù)等多方面進(jìn)行優(yōu)化與應(yīng)用研究，增配磁鐵精礦粉以優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)，提高燒結(jié)料層厚度，復(fù)合造塊技術(shù)的開發(fā)研究等，使得固體燃料消耗降低，取得了很好的應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞：配礦優(yōu)化；厚料層燒結(jié)；復(fù)合造塊；固體燃料消耗
燒結(jié)工序作為關(guān)鍵煉鐵原料工序，擔(dān)負(fù)著鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展、 降本增效、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的職責(zé)，也承擔(dān)著節(jié)能減碳、改善環(huán)境的重要責(zé)任。為了滿足“雙碳”戰(zhàn)略和超低排放的雙重要求，針對(duì)太鋼燒結(jié)原料主要以自產(chǎn)細(xì)精礦粉為主，易惡化燒結(jié)料層透氣性，帶來燒結(jié)返礦率高，固體燃料消耗高等問題，著手進(jìn)行了有利于低碳燒結(jié)的相關(guān)技術(shù)研究和探索，以期獲得較好的產(chǎn)、質(zhì)量和消耗指標(biāo)，降低碳的排放。
1 復(fù)合造塊技術(shù)的開發(fā)研究
1.1 原料物、化性能研究
1.1.1 原料物、化性能分析
試驗(yàn)所用原料化學(xué)成分見表 1，粒度檢測(cè)結(jié)果見表 2，兩種精礦其它物理性能檢測(cè)見表3。
由表 1 可見，精礦 A 為典型的高品位磁鐵精礦粉，CaO、MgO、Al2O3等脈石礦物含量較少；精礦 B 為磁鐵礦與赤鐵礦構(gòu)成的混合型鐵精礦，其 FeO 含量較低；綜合粉是回收利用的含鐵原料，其鐵品位相對(duì)較低一些。
表 2 可見，精礦 A 和精礦 B， 粒度均較細(xì)，尤其是精礦 B，小于 0.074mm 顆粒的含量為 98.54%，平均粒度為 0.047mm。這樣細(xì)度的精礦粉用于燒結(jié)，若混勻、制粒得不到強(qiáng)化，將對(duì)燒結(jié)影響較大。
由表 3 可見，兩種精礦的比表面積分別為 1947cm2/g、2210cm2/g，靜態(tài)成球性指數(shù)分別為 0.63、1.11，表明兩種精礦均適宜造球，且精礦 A 具有良好成球性，精礦 B 具有非常好的成球性。
1.1.2 兩種精礦的顆粒形貌分析
兩種精礦的顆粒形貌檢測(cè)見圖 1 和圖 2。
由圖 1、圖 2 可見，兩種精礦的粗顆粒表面都吸附了較多的細(xì)顆粒，A 精礦表面吸附的細(xì)顆粒相對(duì)更多，且 A 精礦粒度分布相對(duì)較寬一些，B 精礦的粒度細(xì)小且粒度范圍較窄。由此可見，B 精礦用于燒結(jié)，對(duì)混合料制粒效果及料層透氣性的影響會(huì)更大一些。
1.2 復(fù)合造塊技術(shù)開發(fā)研究
1.2.1 球團(tuán)料種類的選擇
分別用精礦 A 和精礦 B 作球團(tuán)料進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表 4.
由表 4 可見，精礦 B 作球團(tuán)時(shí)，復(fù)合造塊的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和成品率較 A 精礦作球團(tuán)時(shí)高出約3 個(gè)百分點(diǎn)，利用系數(shù)也相對(duì)高一些，因此，選擇精礦 B 赤鐵礦粉作球團(tuán)料較為適宜。A 精礦為磁鐵礦粉，在燒結(jié)過程中必須先經(jīng)過氧化才能發(fā)生固結(jié)，置于燒結(jié)料中，氧化環(huán)境相對(duì)要差一些，尤其是球的內(nèi)部，影響其固結(jié)速度和強(qiáng)度，因此，使得球的強(qiáng)度較難保證。
1.2.2 球團(tuán)直徑的選擇
為了保證配入球團(tuán)既能有好的透氣性，又能使球團(tuán)強(qiáng)度較高，對(duì)球團(tuán)的粒度進(jìn)行了選擇試驗(yàn)。球團(tuán)粒度分為 6－8mm、8－10mm、10－12mm 進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表 5.
從表 5 看出，提高球團(tuán)直徑可明顯改善綜合料的透氣性，隨著球團(tuán)直徑的增大，綜合料 JPU 提高。當(dāng)球團(tuán)直徑為 8-10mm，燒結(jié)速度、燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、利用系數(shù)和固體燃耗指標(biāo)均較好；繼續(xù)增大球團(tuán)直徑，燒結(jié)速度和利用系數(shù)進(jìn)一步提高，但燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度有一定降低，固體燃耗增大。綜合考慮，球團(tuán)直徑選擇 8-10mm 較佳。
1.2.3 球團(tuán)配比的選擇
用 B 精礦粉制作球團(tuán)，球團(tuán)直徑為 8－10mm，球團(tuán)配加比例為 20%、30%、40%、50%時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果見圖 3(a)、(b)、 (c).
由圖 3 可見，隨著球團(tuán)料配比的增加，綜合料透氣性得到改善。特別是球團(tuán)比例提高到30%以上，綜合料透氣性有明顯的改善，垂直燒結(jié)速度加快，燒結(jié)礦的產(chǎn)量指標(biāo)得到提高；圖 4 曲線圖顯示，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和成品率在球團(tuán)配比為 30－40%時(shí)處于較高水平，球團(tuán)比例繼續(xù)增加到 50%時(shí)，由于燒結(jié)速度過快，高溫保持時(shí)間較短，成礦不充分，使得質(zhì)量指標(biāo)下降；從圖 5 看出，隨著球團(tuán)的入，料層透氣性改善，固體燃料消耗下降，球團(tuán)配比增加到 50%時(shí)，由于成品率下降，固體燃料消耗反彈，在球團(tuán)比例為 30%－40%時(shí)，固體燃料消耗較基準(zhǔn)降低了 7.27－7.78kg/t，可以有效減少 CO2的排放。
復(fù)合造塊與常規(guī)燒結(jié)的對(duì)比分析
1.2.4 復(fù)合造塊對(duì)燒結(jié)各項(xiàng)指標(biāo)的影響
在料層厚度同為 800mm 時(shí)，進(jìn)行了復(fù)合造塊對(duì)燒結(jié)技術(shù)、冶金性能等主要指標(biāo)的影響，與常規(guī)燒結(jié)對(duì)比見圖 4.
由圖 4 可見，實(shí)施復(fù)合造塊技術(shù)較常規(guī)燒結(jié)，產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)均得到了較大的提升，利用系數(shù)由 1.55t/m2h 提高到 1.82t/m2h，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和成品率分別提高 1.45%和 2.79%，燒結(jié)礦的FeO 含量下降 1.09%，900℃還原度穩(wěn)中有升，550℃低溫還原粉化指數(shù)（+3.15mm）上升 3.02%， 固體燃料消耗降低 6kg/t，取得了明顯的減碳效果。不同造塊方式煙氣中 CO 和 CO2含量檢測(cè)結(jié)果見圖 5-1 和圖 5-2。
由圖 5-1 和圖 5-2 可見，復(fù)合造塊方式下煙氣中 CO 和 CO2 含量均較常規(guī)燒結(jié)方式下有所減小。因此，復(fù)合造塊有利于減少碳的排放。
2 高比例磁精礦粉燒結(jié)試驗(yàn)研究
2.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究
因磁鐵精礦粉在燒結(jié)過程中氧化放熱，有利于減少配碳，為此進(jìn)行了增加磁鐵精礦比例對(duì)固體燃料消耗影響的試驗(yàn)研究，在優(yōu)化混合料水分、燃料配比條件下，試驗(yàn)結(jié)果見表 6.
分析表 6 數(shù)據(jù)，隨著磁鐵精礦粉配比的增加，41%－56%－60%－65%，焦粉配比減少， 4.4%－4.25%－4.25%－4.1%，利用系數(shù)穩(wěn)中有升，這可能與磁鐵精礦粉出礦率高，制粒性能好有關(guān)；轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和成品率均隨磁精礦配比升高而提升，固體消耗可分別降低 2.16 kg/t、2.44kg/t、3.81kg/t。
2.2 工業(yè)性試驗(yàn)研究
在三燒進(jìn)行了增加磁鐵礦比例，減少進(jìn)口礦的工業(yè)性試驗(yàn)研究，在試驗(yàn)期間，混合料水分從 7.8%調(diào)整至 8.5%，焦粉配比從 4.3%減少到 3.7%，試驗(yàn)結(jié)果見表 7。
工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明，磁精礦粉比例由 38.5%增加到 45%－55%－60%，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度穩(wěn)中有升，燒結(jié)礦的平均粒徑呈增大趨勢(shì)，燒返基本呈下降趨勢(shì)，序號(hào) 3 因機(jī)速較快，使得燒返稍高一點(diǎn)；利用系數(shù)隨著磁鐵精礦粉比例的增加，從 1.207t/m 2h 提高到 1.251 t/m 2h、1.434t/m 2h、1.386 t/m 2h，增產(chǎn)效果非常顯著。對(duì)應(yīng)固體燃料消耗由 49.12kg/t 降低至 48.54kg/t、46.78kg/t、45.88kg/t。
因此，增加磁鐵礦粉配比，利用其氧化反應(yīng)自放熱，較外加燃料更有助于燒結(jié)過程成礦反應(yīng)進(jìn)行，使得產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)提升，燒結(jié)固體燃料消耗指標(biāo)降低，從而減少碳的排放。
3 厚料層燒結(jié)技術(shù)的開發(fā)研究與應(yīng)用
3.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究
3.1.1 燒結(jié)杯試驗(yàn)研究
采用混勻料配比為：37.5%磁精礦粉+12%進(jìn)口粉+44.5%赤鐵精粉+6%回收料；進(jìn)行料層厚度分別為：700mm、800mm、900mm 的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖表 4(a)、(b)、 (c)。 從圖 4(a)可見，料層厚度從 700mm 提高到 800mm－900mm，垂直燒結(jié)速度呈下降趨勢(shì)，由于 800mm 成品率提高，利用系數(shù)由 700mm 的 1.658 t/m2h 提高到 1.66t/m2h，900mm 利用系數(shù)降低到 1.592t/m2h；圖 4(b)顯示，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、成品率均在 800mm 料高時(shí)最佳，由圖 4(c)看出，固體燃料消耗 800－900mm 較 700mm 降低 1kg/t 以上。
燒結(jié)杯初步試驗(yàn)結(jié)果表明，在料層厚度為 800mm 時(shí)，取得的指標(biāo)最優(yōu)。為此，進(jìn)行了 800mm 料高的配碳優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖 5.
由圖 5（a）可見，800mm 料高，隨著燃料配比的降低，從 4.3%－3.8%，以 0.1%遞減，利用系數(shù)呈凸型變化，燃料配比在 4.1－3.9%時(shí)，利用系數(shù)較高；燃料配比對(duì)質(zhì)量指標(biāo)的影響如圖 5（b），配比在 3.9%－4.1%時(shí)，成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度均為較高值，處于較好水平。由圖（c）可見，隨著配比減少，固體燃料消耗大致呈下降趨勢(shì)，燃料配比為 4%以下時(shí)，固體燃料消耗較低，在 43.5kg/t 以下，較 700mm 時(shí)降低了約 4kg/t。
綜合考慮產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)及固體燃料消耗指標(biāo)，燃料配比選擇 3.9%－4%為佳。
3.1.2 燒結(jié)礦冶金性能檢測(cè)
對(duì)燒結(jié)礦化學(xué)成分及冶金性能檢測(cè)結(jié)果見表 8.
表8 結(jié)果表明，提高高比例精礦粉燒結(jié)料層厚度，降低燃料配比 0.3%，燒結(jié)礦的 FeO 含量較方案 1 料層高度為 700mm 時(shí)降低了 1.1%，還原度提高了 2.69%，低溫還原粉化指標(biāo)為 73.83%，處于較好水平。
3.2 工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐
在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì) 450m2燒結(jié)機(jī)和 660m2燒結(jié)機(jī)進(jìn)行了提高臺(tái)車欄板改造，臺(tái)車欄板由 700mm 提高到 830mm。改造前、后運(yùn)行情況對(duì)比見表 9。
由表9 可見，兩臺(tái)大型燒結(jié)機(jī)提高料層厚度 100mm 以上，機(jī)速降低 0.2m/min，450m2燒結(jié)機(jī)在利用系數(shù)提高 1.59%的情況下，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度穩(wěn)中有升，燒返減少 3.35 個(gè)百分點(diǎn)，高返減少 1.6 個(gè)百分點(diǎn)，質(zhì)量指標(biāo)整體得到了提升，固體燃料消耗由 50.1kg/t 降低到 47.5kg/t，降低了 2.6kg/t；660m2燒結(jié)機(jī)在利用系數(shù)提高 6.9%的情況下，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高 1.19%，燒返、高返分別減少 1.53 和 1.95 個(gè)百分點(diǎn)，固體燃料消耗由 49.67kg/t 降低到 47.02kg/t，降低了2.65kg/t。 實(shí)施厚料層后，全廠固體燃料消耗降低 2.65kg/t 以上，可減少碳排放 9.57 萬 t/年。
4 結(jié)論
（1）針對(duì)以細(xì)精礦粉為燒結(jié)原料的生產(chǎn)廠，進(jìn)行復(fù)合造塊技術(shù)的開發(fā)研究，即以赤鐵精礦粉為造球料，球團(tuán)直徑為 8-10 mm，球團(tuán)配加比例為 30%－40%時(shí)，可以取得較好的產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)，并顯著降低固體燃料消耗，減少碳的排放。
（2）大比例配用磁鐵精礦粉，燒結(jié)過程利用磁鐵礦氧化放熱，在產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)得到保障的同時(shí)，亦有助于固體燃料消耗的降低。
（3）高精粉率燒結(jié)料層厚度從 700mm 提高至 830mm，從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明：在利用系數(shù)提高的條件下，質(zhì)量指標(biāo)整體得到提升，固體燃料消耗降低 2.6kg/t 以上，取得了很好的應(yīng)用效果。
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