袁平剛 

（敬業(yè)集團(tuán)  河北石家莊050409）

摘要：本文通過研究改善高比例釩鈦磁鐵精粉燒結(jié)過程粒度、料溫、透氣性等參數(shù)，研發(fā)混合機(jī)在線自動(dòng)清料裝置和燃料破碎皮帶平整料裝置，引進(jìn)耐磨輸灰管道并研發(fā)清堵裝置，研究脫硫系統(tǒng)取消增壓風(fēng)機(jī)，主抽風(fēng)機(jī)添加潤(rùn)滑劑技術(shù)等綜合節(jié)能技術(shù)，有效降低固體燃料、電耗和空壓風(fēng)風(fēng)消耗；燒結(jié)機(jī)工序能耗明顯降低。對(duì)發(fā)揮釩鈦磁鐵精粉資源高產(chǎn)、低耗及綜合利用具有較強(qiáng)的實(shí)際意義，為國(guó)家釩鈦資源高效、綜合利用提供強(qiáng)有力地保證，同時(shí)對(duì)于燒結(jié)工序減少碳排放等指標(biāo)，改善區(qū)域大氣環(huán)境發(fā)揮積極作用。

關(guān)鍵詞：高比例；釩鈦磁鐵精粉；燒結(jié)；節(jié)能；碳排放

1  前言

鋼鐵冶煉屬于高能耗行業(yè)，其中包括燒結(jié)、球團(tuán)、白灰窯、高爐、轉(zhuǎn)爐、連鑄、軋鋼等工序，其中燒結(jié)工序能耗約占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的10%-12%，因此節(jié)能降耗始終是燒結(jié)工作的重中之中，尤其在當(dāng)前原燃料價(jià)格高、利潤(rùn)率低的鋼鐵市場(chǎng)形勢(shì)下，節(jié)能降耗無論是對(duì)增加企業(yè)的盈利能力，還是對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義^[1-2]。燒結(jié)工序能耗是指生產(chǎn)一噸燒結(jié)礦生產(chǎn)和生活(指場(chǎng)內(nèi))所需的全部煤、焦炭、煤氣及水、電、蒸汽、壓縮空氣、氮?dú)獾鹊目偤?，通常折合成?biāo)準(zhǔn)煤。主要包括生產(chǎn)用的固體燃耗、煤氣燃耗、電耗、水、蒸汽等消耗。尤其是高釩中鈦型釩鈦磁鐵精粉，以某企業(yè)為代表的釩鈦磁鐵礦冶煉的鋼鐵企業(yè)，擁有世界最大的2500m³釩鈦磁鐵礦高爐，對(duì)應(yīng)360m²燒結(jié)機(jī)形成了以60%本地釩鈦磁鐵精粉+24%外礦粉+8%普粉+8%雜料為主要結(jié)構(gòu)的配料模型。在釩鈦磁鐵精粉為原料的燒結(jié)技術(shù)領(lǐng)域，高能耗歷來是行業(yè)難題，制約了釩鈦磁鐵精粉燒結(jié)降本增效，通過該項(xiàng)目研究，進(jìn)一步開拓高比例釩鈦磁鐵精粉燒結(jié)節(jié)能降耗思路，在配加60%釩鈦磁鐵精粉比例原料結(jié)構(gòu)條件下，攻克技術(shù)難題，為進(jìn)一步提高釩鈦磁鐵精粉比例，綜合利用高釩中鈦型釩鈦磁鐵精粉資源打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)^[3-5]。

2  技術(shù)思路

燒結(jié)工序能耗處于釩鈦磁鐵精粉燒結(jié)較高水平，因此降低工序能耗對(duì)于降本增效尤為重要。按照目前的能耗組成結(jié)構(gòu)繪制餅分圖可以看出，固體燃耗、電耗所占比例較高。因此，降低燒結(jié)固體燃耗和電耗成為降低燒結(jié)工序能耗的主攻方向，工序能耗餅分圖如下圖1所示：   

圖1  工序能耗餅分圖

Fig.1  Pie chart of energy consumption of Chenggang sintering process

3  技術(shù)方案

3.1  改善燒結(jié)過程粒度、料溫、透氣性等參數(shù)，采取綜合節(jié)能措施，使高比例釩鈦磁鐵精粉燒結(jié)機(jī)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、低耗

根據(jù)鐵礦粉燒結(jié)七大基礎(chǔ)特性，利用燒結(jié)杯研究“釩鈦鐵精粉+外礦粉”適宜的原料配比，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制定了釩鈦鐵精粉配比從38%-68%、配加不同種類外礦粉的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)不同配比“釩鈦鐵精粉+外礦粉”主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了打分評(píng)比，最終確定了配加53%釩鈦鐵精粉及澳礦粉、高硅澳粉、紐曼粉三種外礦粉。在提高燒結(jié)礦含釩的情況下，改善了原料燒結(jié)性能，提高了燒結(jié)礦強(qiáng)度^[6]。

360m²燒結(jié)機(jī)投產(chǎn)后，受釩鈦磁鐵精粉難燒、透氣性不好、鐵酸鈣液相少等原因，燒結(jié)料層一直控制在700mm左右，并根據(jù)原料變化及時(shí)調(diào)整平料器，松料器根據(jù)原料配比和燒結(jié)透氣性進(jìn)行調(diào)整。隨著對(duì)影響燒結(jié)料層的設(shè)備和原料調(diào)整后，燒結(jié)料層由700mm提高到800mm。穩(wěn)定控制燒結(jié)終點(diǎn)，燒結(jié)機(jī)速相應(yīng)降低，提高了燒結(jié)礦強(qiáng)度。

3.2  燒結(jié)過程配加含碳的固體廢棄物

360m²燒結(jié)機(jī)配加焦化除塵灰，焦化除塵灰含碳量在80%左右。在燒結(jié)過程中減少燃料用量，每年使用焦化除塵灰量為2萬噸。

3.3  燃料破碎皮帶安裝平整料裝置

燃料的粒度大小以及均勻程度對(duì)燒結(jié)過程影響較大。所用燃料需經(jīng)對(duì)輥、四輥破碎，待其粒度達(dá)標(biāo)后再輸送至燒結(jié)料倉(cāng)。在用皮帶機(jī)將燃料輸送至四輥破碎機(jī)的過程中，皮帶機(jī)上安裝平整料裝置后，使燃料分布均勻，破碎效率明顯提高。

3.4  研究混合機(jī)在線自動(dòng)清料裝置，徹底解決了因高比例釩鈦磁鐵精粉燒結(jié)原料易粘結(jié)混合機(jī)、制粒效果差等技術(shù)難題

釩鈦磁鐵精粉配料模型存在以下問題：釩鈦磁鐵精粉粒度細(xì)、不利于混勻造球、燒結(jié)性能差及鈣鈦礦含量較多；受釩鈦磁鐵礦高爐爐料結(jié)構(gòu)特殊性和生產(chǎn)的需求，生產(chǎn)堿度2.15倍的燒結(jié)礦，熔劑配加量大，且熔劑廠家及質(zhì)量不穩(wěn)定；為了保證廢舊雜料當(dāng)期消耗，雜料（瓦斯礦、煉鐵除塵灰、煉鋼污泥、煉鋼干法除塵灰、含釩尾渣、含釩鋼渣、氧化鐵皮等）配比較高，且雜料粒度及水分不穩(wěn)定，粘結(jié)上料系統(tǒng)料斗及混合機(jī)內(nèi)部襯板，造成產(chǎn)質(zhì)量受限。為了在現(xiàn)有原料條件下解決混合機(jī)粘料的問題，公司組織燒結(jié)車間技術(shù)人員研發(fā)了一種安裝在混合機(jī)內(nèi)部大梁上的自動(dòng)清料裝置。自動(dòng)清料裝置自投用以來，取得了良好的使用效果，混合機(jī)入料口結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2所示。

圖2  混合機(jī)入料口結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2  Schematic diagram of the structure of the inlet of the mixer

分別選取刀面形和鋸齒形兩種刮刀，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝試驗(yàn)，最終確定清料裝置形式?？紤]制作過程、粘結(jié)料與清料裝置的作用力和清料效果，刮刀材質(zhì)選取為耐磨不銹鋼板，每3個(gè)月更換1次刮刀，較試驗(yàn)期的普通鋼板使用周期延長(zhǎng)了2個(gè)月。為保證清料效果和刮刀使用周期，避免混合機(jī)運(yùn)行電流和液壓馬達(dá)油泵壓差升高，形狀選取為鋸齒形刮刀，刮刀尺寸為500mm×800mm矩形板。刮刀形狀及安裝示意圖如圖3所示 

圖3  刮刀形狀及安裝示意圖

Fig.3  Schematic diagram of scraper shape and installation

混合機(jī)在線自動(dòng)清料裝置的研發(fā)與應(yīng)用，解決了釩鈦磁鐵礦燒結(jié)混合機(jī)粘料所帶來的不利影響，徹底杜絕了燒結(jié)機(jī)工序因混合機(jī)粘料而被迫停機(jī)的問題，降低燒結(jié)機(jī)故障停機(jī)率1.47%；同時(shí)使燒結(jié)過程主要參數(shù)和燒結(jié)礦主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到了明顯的改善，二混后混合料中粒度小于3mm比例降低6.03%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高0.16%，固體燃耗降低1.66kg/t，返礦率降低1.03%。自動(dòng)清料裝置實(shí)現(xiàn)了在線、及時(shí)清理粘料，避免因粘料較厚、過硬引起清料裝置磨損和混合機(jī)負(fù)荷增加，具有清料效果好、節(jié)能、減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)^[7-9]。

3.5  引進(jìn)耐磨輸灰管道并研發(fā)清堵裝置，有效降低氣力輸灰系統(tǒng)空壓風(fēng)消耗

氣力輸灰系統(tǒng)主要以消耗空壓風(fēng)為主，輸灰管道、壓力等直接影響輸灰時(shí)間和空壓風(fēng)消耗，正常輸灰每天補(bǔ)焊管道多達(dá)8-12處、浪費(fèi)人力、物力，針對(duì)輸灰管道長(zhǎng)周期運(yùn)行問題，引進(jìn)耐磨輸灰管道，集中引進(jìn)并更換耐磨輸灰管道1780米，耐磨彎頭20個(gè)，月均降低補(bǔ)焊、更換管道次數(shù)120次，降低輸灰管道成本的同時(shí)空壓風(fēng)消耗隨之降低約1.26m³/t礦。

研發(fā)氣體輸灰管道清堵裝置，解決氣體輸灰管道堵塞后不易清理的問題，通過安裝灰塊收集箱和濾網(wǎng)，安裝在兩段相鄰的輸灰管道之間并通過其側(cè)壁上的開口與兩段輸灰管道連通，濾網(wǎng)所在的平面與該處的氣流方向垂直。防止灰塊在管道的其它位置堆積，當(dāng)灰塊在灰塊收集箱內(nèi)的堆積量影響到正常輸灰時(shí)，可以打開箱蓋進(jìn)行清理。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可有效降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高管道清堵效率，保證輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行^[10-11]。

3.6  研究脫硫系統(tǒng)取消增壓風(fēng)機(jī)，主抽風(fēng)機(jī)添加潤(rùn)滑劑技術(shù)

3.6.1  脫硫系統(tǒng)取消增壓風(fēng)機(jī)

從主抽和增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況分析圖可以看出（如下圖4所示），煙氣脫硫系統(tǒng)的增壓風(fēng)機(jī)均為低效率運(yùn)行狀態(tài)，造成不必要的能源浪費(fèi)。主要原因是：增壓風(fēng)機(jī)出口至脫硫塔煙囪之間的管網(wǎng)阻力只有700Pa左右，增壓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)全壓為2900Pa，正常運(yùn)行并不需要如此高的增壓，導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)只能在低壓力、大流量的低效率狀態(tài)運(yùn)行。

圖4  主抽和增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況分析圖

Fig. 4  Analysis of the operation of the main extraction and booster fans

燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度一般在75-85%之間，入口負(fù)壓15Kpa左右。為保證燒結(jié)機(jī)正常生產(chǎn)，結(jié)合主抽風(fēng)機(jī)特性曲線，按風(fēng)門開度86.6%、入口負(fù)壓15KPa，對(duì)取消增壓風(fēng)機(jī)的可行性進(jìn)行論證。如無脫硫系統(tǒng)管網(wǎng)阻力（有增壓風(fēng)機(jī)），主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況需入口流量約113萬m³/h，運(yùn)行功率約5200Kw。

在保證入口負(fù)壓、流量不變的情況下，取消增壓風(fēng)機(jī)，增加脫硫系統(tǒng)管網(wǎng)阻力（按1000Pa計(jì)），將主抽風(fēng)機(jī)閥門調(diào)整到90%左右即可滿足要求，主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率增加約200Kw?？紤]主抽風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率遠(yuǎn)高于增壓風(fēng)機(jī)，取消增壓風(fēng)機(jī)后可減少用電裝機(jī)容量（900-200）×4=2800Kw（每臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)平均運(yùn)行功率900Kw計(jì)），則年可減少電費(fèi)2800×24×330×0.52=1153萬元。

3.6.2  主抽風(fēng)機(jī)添加潤(rùn)滑劑技術(shù)

    通過收集主抽風(fēng)機(jī)耗電量、噪聲、震動(dòng)、大修次數(shù)、大修部位等歷史數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全方位分析確定運(yùn)行狀態(tài)及磨損情況，找到存在的問題。根據(jù)風(fēng)機(jī)摩擦現(xiàn)狀及潤(rùn)滑油型號(hào)合理配比，制定最佳修復(fù)養(yǎng)護(hù)節(jié)能措施，引進(jìn)活性納米單位金剛石球形顆粒（滾珠）潤(rùn)滑劑，將其按一定比例添加至潤(rùn)滑油中后（潤(rùn)滑油與節(jié)能產(chǎn)品配比比例 10:1），大量的納米單位金剛石球形顆粒會(huì)借助潤(rùn)滑油為載體進(jìn)行不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，對(duì)油路及機(jī)件表面的油垢和沉積的雜質(zhì)進(jìn)行“物理清洗”，對(duì)缺損和劃傷的表面進(jìn)行填充和修復(fù)，并在其表面形成納米單位球形顆粒保護(hù)層， 使機(jī)件間的“滑動(dòng)摩擦”變?yōu)?ldquo;滾動(dòng)摩擦”，減少了機(jī)件間的摩擦性內(nèi)耗，清潔了機(jī)件工作環(huán)境，使的設(shè)備磨損點(diǎn)得到良好修復(fù)，在正常運(yùn)行中達(dá)到節(jié)能效果，節(jié)能降耗明顯，單臺(tái)設(shè)備平均節(jié)電率5%，有效降低噪聲及震動(dòng)，延長(zhǎng)潤(rùn)滑劑使用周期，減少固體廢棄物排放量^[12]。

4  效果跟蹤

360m²燒結(jié)機(jī)近年來固體燃料消耗和工序能耗見下表1：

表1  360m²燒結(jié)機(jī)固體燃料消耗和工序能耗

Table 1   Solid fuel consumption and process energy consumption of 360m² sintering machine

360m²燒結(jié)機(jī)通過節(jié)能技術(shù)集成研究并實(shí)施，固體燃料消耗降低3.71kg/t礦，電耗降低1.25kwh/t礦，空壓風(fēng)消耗降低約1.26m³/t礦，2022年工序能耗完成46.97kgce/t，同口徑相比2022年較2020年降低了1.42kgce/t，工序能耗指標(biāo)達(dá)到了國(guó)內(nèi)高比例釩鈦磁鐵精粉燒結(jié)技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先水平。

5  結(jié)論

1）360m²燒結(jié)機(jī)通過系列節(jié)能技術(shù)集成研究并實(shí)施，在配加53%釩鈦磁鐵精粉比例原料結(jié)構(gòu)條件下，燒結(jié)機(jī)的工序能耗明顯降低。

2）成果經(jīng)不斷完善，為下一步繼續(xù)提高高釩中鈦型釩鈦磁鐵精粉比例提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)發(fā)揮釩鈦磁鐵精粉資源高產(chǎn)、低耗及綜合利用具有較強(qiáng)的實(shí)際意義，為國(guó)家釩鈦資源高效、綜合利用提供強(qiáng)有力地保證，同時(shí)對(duì)于燒結(jié)工序減少碳排放等指標(biāo)，改善區(qū)域大氣環(huán)境發(fā)揮積極作用。

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