燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)控制新技術(shù)的研究與應(yīng)用

張 明

燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)控制新技術(shù)的研究與應(yīng)用

張 明

文章分析了萊鋼256m2制約燒結(jié)生產(chǎn)的主要因素，研究并改進(jìn)配料燒結(jié)過(guò)程控制新技術(shù)，開(kāi)發(fā)了應(yīng)用燒結(jié)終點(diǎn)控制新方法，提出采用工業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行石灰石粉替代白灰可行性研究，探索高褐鐵礦配比燒結(jié)技術(shù)，使燒結(jié)生產(chǎn)在成本較低的條件下穩(wěn)定高效運(yùn)行，滿足高爐的需求。

燒結(jié)終點(diǎn) 石灰石粉 白灰 褐鐵礦控制技術(shù)

1.前 言

在鋼鐵生產(chǎn)中，鐵水成本約占鋼材成本70%-80%，燒結(jié)礦在高爐爐料比例中占70%-80%。因此，提高低品質(zhì)低價(jià)格燒結(jié)原料使用比例、降低燒結(jié)熔劑成本、保持燒結(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)，是目前鋼鐵行業(yè)應(yīng)對(duì)危機(jī)、優(yōu)化資源配置的有效措施。企業(yè)為降低燒結(jié)礦原料成本，采用大量低價(jià)格、低品質(zhì)礦配入到燒結(jié)生產(chǎn)中，也給燒結(jié)生產(chǎn)帶來(lái)了系列問(wèn)題。經(jīng)綜合分析，萊鋼265m2燒結(jié)系統(tǒng)分析了制約燒結(jié)生產(chǎn)的主要因素，在對(duì)應(yīng)工業(yè)試驗(yàn)研究及相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，研究并改進(jìn)了配料燒結(jié)過(guò)程控制新技術(shù)，逐步使燒結(jié)生產(chǎn)在成本較低的條件下穩(wěn)定高效，使生產(chǎn)質(zhì)量滿足了高爐需求。

2.工藝簡(jiǎn)介

燒結(jié)是將各種粉狀含鐵原料，配入燃料和熔劑，加入適量的水，經(jīng)混合造球后，在燒結(jié)機(jī)上點(diǎn)火抽風(fēng)燃燒，使物料發(fā)生物理化學(xué)變化，最終將礦粉顆粒黏結(jié)成塊的過(guò)程。燒結(jié)工序包括配置混勻料、燒結(jié)配料、燃料破碎、混合制粒、點(diǎn)火抽風(fēng)燒結(jié)等工序，核心是抽風(fēng)燃耗過(guò)程控制（見(jiàn)圖1）。

圖1 燒結(jié)工藝流程見(jiàn)圖

3.燒結(jié)配料過(guò)程控制新技術(shù)

3.1 燒結(jié)終點(diǎn)控制的新方法

燒結(jié)終點(diǎn)提前或滯后，對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)均有不利的影響。終點(diǎn)提前，發(fā)生過(guò)燒現(xiàn)象，篦條燒損，浪費(fèi)產(chǎn)能；終點(diǎn)滯后，發(fā)生欠燒現(xiàn)象，料餅中存在生料，影響燒結(jié)礦質(zhì)量，對(duì)下道工序冷卻、篩分帶來(lái)很大危害。

3.1.1 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)燒結(jié)終點(diǎn)

萊鋼股份煉鐵265m2燒結(jié)機(jī)（27個(gè)風(fēng)箱），燒結(jié)終點(diǎn)控制在倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱的位置上。具體步驟：第一步，全程采集燒結(jié)機(jī)各風(fēng)箱溫度。在燒結(jié)機(jī)后半部分風(fēng)箱安裝溫度監(jiān)測(cè)儀，并通過(guò)自動(dòng)監(jiān)控軟件、工業(yè)微機(jī)，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)各風(fēng)箱位置溫度采集。第二步，建立溫度分析曲線。以縱軸為風(fēng)箱溫度、橫軸為風(fēng)箱距離，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)首先確立溫度分析曲線為二次函數(shù)關(guān)系Y=AX2+BX+C，其中Y代表風(fēng)機(jī)溫度，X代表風(fēng)箱中點(diǎn)與燒結(jié)機(jī)頭的水平距離。按照“三點(diǎn)代入求解”的方法（考慮到實(shí)際應(yīng)用需求，為簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程，僅以相鄰三點(diǎn)代入求解二次函數(shù)關(guān)系式Y(jié)=AX2+BX+C，不再交叉三點(diǎn)代入求解），可求出系列“An、Bn、Cn”，取系列“An”的平均值為A的真值，取系列“Bn”的平均值為B的真值，取系列“Cn”的平均值為C的真值。第三步，判斷調(diào)整。根據(jù)自動(dòng)繪制出的二次函數(shù)曲線圖，可預(yù)測(cè)并判斷高溫轉(zhuǎn)折點(diǎn)（Xmax=-B/2A）是否正常。

利用常見(jiàn)電子軟件（Excel等）匯出二次函數(shù)關(guān)系式“Y=AX2+BX+C”的，以縱軸為臺(tái)車(chē)溫度、橫軸為運(yùn)行距離，根據(jù)實(shí)際得出的“A、B、C”值，繪出二次函數(shù)曲線圖。據(jù)高溫轉(zhuǎn)折點(diǎn)Xmax=-B/2A=68.85035。根據(jù)判斷規(guī)則，Xmax∈（倒數(shù)第三個(gè)風(fēng)箱中點(diǎn)距離，倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱起點(diǎn)距離）U（倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱終點(diǎn)距離，倒數(shù)第一個(gè)風(fēng)箱中點(diǎn)距離），可判斷為“密切監(jiān)控”。結(jié)合原棒條圖界面顯示預(yù)測(cè)高溫點(diǎn)。

通過(guò)結(jié)合預(yù)測(cè)高溫點(diǎn)顯示界面，發(fā)現(xiàn)終點(diǎn)“不正?！憋@示超出2分鐘-5分鐘時(shí)（防止出現(xiàn)過(guò)度調(diào)節(jié)），及時(shí)調(diào)節(jié)糾正，若發(fā)現(xiàn)終點(diǎn)提前，應(yīng)加快機(jī)速；若終點(diǎn)滯后，則減慢機(jī)速。結(jié)合終點(diǎn)風(fēng)箱溫度圖，透氣性發(fā)生很大變化僅靠調(diào)節(jié)機(jī)速難以控制終點(diǎn)時(shí)，則應(yīng)調(diào)整料層厚度，并注意調(diào)整機(jī)速，以正確控制終點(diǎn)。采用“微調(diào)機(jī)速、高調(diào)料層”方法，可克服生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)波動(dòng)，解決傳統(tǒng)燒結(jié)終點(diǎn)控制效率低下、燒結(jié)終點(diǎn)智能現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性差等難題，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)終點(diǎn)準(zhǔn)確控制，適用于目前燒結(jié)行業(yè)生產(chǎn)一線推廣應(yīng)用。

3.1.2 全程監(jiān)控?zé)Y(jié)終點(diǎn)

計(jì)算綜合參數(shù)T終。取第23、24、25、26、27風(fēng)箱溫度為主要參數(shù)值T23、T24、T25、T26、T27，并以此為依據(jù)計(jì)算綜合參數(shù)T終。計(jì)算公式如下：

T終= T1+ T2+ T3+ T4=“T24 -T23”+“T25-T24”+“T25-T26”+“T26-T27”

計(jì)算說(shuō)明：當(dāng)相鄰參數(shù)值計(jì)算為正值時(shí)，計(jì)算結(jié)果取值為“1”； 當(dāng)相鄰參數(shù)值計(jì)算為負(fù)值時(shí)，計(jì)算結(jié)果取值為“-1”； 當(dāng)相鄰參數(shù)值計(jì)算為零時(shí)，計(jì)算結(jié)果取值為“0”。

安裝在線監(jiān)控折線圖。利用燒結(jié)機(jī)檢修機(jī)會(huì)和原主控工業(yè)微機(jī)監(jiān)控軟件，提取最后五個(gè)風(fēng)箱溫度為主要參數(shù)值，編輯公式分別計(jì)算T1 、T2 、T3 、T4 ，編輯邏輯判斷公式正值取“1”；負(fù)值取 “-1”。編輯公式計(jì)算：T終= T1+ T2+ T3+ T4。利用原主控工業(yè)微機(jī)監(jiān)控軟件，以（0，0）為坐標(biāo)原點(diǎn)，繪制綜合參數(shù)T終折線圖。

風(fēng)箱溫度折線圖，可快速瀏覽歷史燒結(jié)終點(diǎn)控制情況，并對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行詢問(wèn)和相關(guān)資料抽查，提升了工藝紀(jì)律督查效率。新型燒結(jié)終點(diǎn)控制技術(shù)改進(jìn)，有效提高了燒結(jié)終點(diǎn)參數(shù)控制準(zhǔn)確度，使燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量保持穩(wěn)定。

3.2 優(yōu)化燒結(jié)熔劑結(jié)構(gòu)

為降低燒結(jié)熔劑成本，采用工業(yè)實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了石灰石粉替代白灰可行性研究。為避免料層透氣性變差，燃耗升高，熔劑結(jié)構(gòu)采用白云石粉+2%石灰石粉+白灰的結(jié)構(gòu)。白云石粉和石灰石粉為萊蕪分公司煉鐵廠長(zhǎng)期使用的熔劑，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（見(jiàn)表2）。

配比結(jié)構(gòu)：保持白云石粉配比不變，石灰石粉替代部分白灰?；鶞?zhǔn)期為A堆半堆生產(chǎn)，使用日常生產(chǎn)溶劑即白灰和白云石粉結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)期為A堆另外半堆生產(chǎn)，即白灰、白云石粉和石灰石粉溶劑結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦一個(gè)料堆使用周期為8天左右，可以認(rèn)為混勻料成分基本穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)期間配料、燒結(jié)礦樣品對(duì)比及燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)見(jiàn)表3、表4、表5。

工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：配加2%石灰石粉后，白灰配比略有降低，燒結(jié)機(jī)作業(yè)率和利用系數(shù)無(wú)明顯變化，燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定。由于A堆實(shí)驗(yàn)期石灰石粉可以作為混勻料造球的核心，燒結(jié)混勻料透氣性有所提高，布料厚度增加，自動(dòng)蓄熱作用增強(qiáng)，節(jié)省了部分燃料，固體燃耗指標(biāo)僅略有上升，燃耗增加0.19kg?t。在目前萊蕪分公司煉鐵廠的原料條件下，使用石灰石粉替代部分白灰完全可行，有效降低了熔劑成本。

3.3 高褐鐵礦配比燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)

萊鋼265m2燒結(jié)混勻料中褐鐵礦配比一般在30%左右，為了進(jìn)一步降低原料成本，逐步將褐鐵礦配比提高到40%左右，對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生了較大的影響，如：物理指標(biāo)變差，水分難控制，燃耗增加等。為了穩(wěn)定燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量，保障高爐穩(wěn)定順行，通過(guò)實(shí)踐制定了以下措施：

表2 實(shí)驗(yàn)所用溶劑化學(xué)成分平均值 %

表3 配料室配比結(jié)構(gòu)對(duì)比 Kg/m，%

表4 燒結(jié)礦物化指標(biāo)對(duì)比 %

表5 燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo) %

表6 制定配礦結(jié)構(gòu)模型 %

3.3.1 改善混勻礦的燒結(jié)性能的匹配程度

根據(jù)原料同化性能、粒度等性質(zhì)合理搭配，取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)化混勻礦的粒度組成，提高混合料的制粒效果，改善燒結(jié)料層透氣性。固化主體料種見(jiàn)表6，每堆混勻料中主體料種種類(lèi)和配比要保持基本穩(wěn)定，其他褐鐵礦中可以根據(jù)需求適當(dāng)變化。由于塞礦僅是鋁含量較高，有害元素含量較低，所以在爐渣中的鋁含量不超過(guò)16%時(shí)，對(duì)降低生產(chǎn)成本是較為有利的。

優(yōu)化各種礦料，保證硅含量既能平衡燒結(jié)礦堿度又能滿足高爐造渣的雙重需要。根據(jù)1000立級(jí)高爐需要，燒結(jié)礦MgO含量控制依據(jù)高爐終渣堿度而定，一般在2.15%-2.5%之間，為提高爐渣流動(dòng)性，爐渣堿度1.15±0.05，鎂鋁比控制在0.55以上，同時(shí)注意避免 MgO過(guò)高影響燒結(jié)礦強(qiáng)度和品位。

3.3.2 優(yōu)化混勻配料方式

部分褐鐵礦具有吸水性強(qiáng)、粘性大、易粘倉(cāng)等特點(diǎn)，對(duì)于此種小比例配加的褐鐵礦將其混入雜礦堆（雜礦堆主要成分為高返、除塵灰、塊礦球團(tuán)篩下物等），用鏟車(chē)翻倒混勻雜礦堆中和礦料中的物理水。為盡可能清除混勻料中的高鋁塊礦，對(duì)料堆取樣方式也做出了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。原料經(jīng)過(guò)配料造堆后，在二次料場(chǎng)混勻料堆會(huì)由于生礦塊的偏析作用，塊礦從堆頂滾落，集中在混勻料堆底部，其中寬度方向底部?jī)啥藟K礦最為集中，約有1m厚。在取料機(jī)取料時(shí)，留下料堆橫向兩端各1.5m的塊礦層，由斗車(chē)集中汽運(yùn)后破碎處理，大約可以減少30%的塊礦進(jìn)入燒結(jié)混勻料中，減輕了對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)的影響，節(jié)約燃料等消耗。

3.3.3 提高1%亞鐵含量

在燒結(jié)過(guò)程中，透氣性較好時(shí)會(huì)導(dǎo)致垂直燃燒速度的增加，從而使燒結(jié)高溫停留時(shí)間短，鐵礦石脫除結(jié)晶水后出現(xiàn)很多孔洞，燒結(jié)過(guò)程中液相會(huì)滲透到孔洞中，從而使液相流動(dòng)性變差，液相凝結(jié)不充分，影響燒結(jié)礦強(qiáng)度。適當(dāng)增加燃料粒度，可以減慢燒結(jié)過(guò)程中垂直燃燒速度，延長(zhǎng)高溫保持時(shí)間，增加燒結(jié)礦的強(qiáng)度。在保證燒結(jié)礦出礦溫度的前提下，適當(dāng)提高燒結(jié)礦FeO含量，促使燒結(jié)礦中生成足夠的液相，有助于提高燒結(jié)礦強(qiáng)度，降低低溫還原粉化率。根據(jù)使用的原料條件，將燒結(jié)礦FeO含量控制標(biāo)準(zhǔn)由7.0%-9.0%提高到8.0%-10.0%。延長(zhǎng)高溫保持時(shí)間決定了燒結(jié)機(jī)的機(jī)速不能過(guò)快，垂直燃燒速度也要適宜，匹配燒結(jié)料層厚度和燒結(jié)機(jī)速，實(shí)施“厚鋪慢轉(zhuǎn)”的操作模式，使燒結(jié)過(guò)程中液相量和粘度適宜，燒結(jié)礦形成微孔海綿狀結(jié)構(gòu)的有效固結(jié)，從而獲得高質(zhì)量的燒結(jié)礦。利用褐鐵礦平均粒度粗、透氣性好的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)厚料層燒結(jié)降低燃耗。燒結(jié)料層厚度提高了50mm-150mm，并利用壓料板對(duì)燒結(jié)料面進(jìn)行壓料，減小燒結(jié)混勻料之間的空隙，避免料厚收縮過(guò)大，為高溫抽風(fēng)燃燒過(guò)程中液相生成與再結(jié)晶創(chuàng)造條件，促使燒結(jié)礦強(qiáng)度改善。

表7 2014-2016年萊鋼265m2燒結(jié)機(jī)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 萬(wàn)噸

表8 2014-2016年萊鋼265m2燒結(jié)機(jī)項(xiàng)目生產(chǎn)情況對(duì)比 萬(wàn)噸

表9 2014-2016年萊鋼煉鐵廠高爐燃料比情況 kg/t

3.3.4 選取適宜的混勻料水分

褐鐵礦中含有大量結(jié)晶水，在傳熱的過(guò)程中結(jié)晶水分解并將熱量向下傳遞，所以高褐鐵礦條件下傳熱對(duì)混勻料含水量要求很低。水分的控制主要以造球效果而定，只要透氣性滿足生產(chǎn)需要，水分盡量下限控制，泥輥處水分7.5%-8.0%之間。在混勻料水分一定的情況下，預(yù)熱混勻料是降低燃耗最有效的手段。在混合機(jī)及燒結(jié)機(jī)小礦槽設(shè)有蒸汽預(yù)熱裝置，料溫控制在55℃-65℃，受大氣溫度及飽和蒸汽壓的影響，冬季可取上限，夏季可取下限控制。

通過(guò)以上措施的實(shí)施，原料中褐鐵礦配比最高達(dá)到45%左右時(shí)，燒結(jié)礦各項(xiàng)指標(biāo)仍保持或接近正常水平。但由于褐鐵礦中含有大量結(jié)晶水，并且提高了燒結(jié)礦中FeO含量，使燒結(jié)固體燃耗略有上升。

4.改進(jìn)效果

項(xiàng)目從2014年1月開(kāi)始立項(xiàng)攻關(guān)至2016年12月項(xiàng)目結(jié)束，2015年1月開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)階段。燒結(jié)機(jī)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及對(duì)比（見(jiàn)表7、表8、表9）。

從以上可以看出，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高0.031t/m2?h，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高0.45%，篩分指數(shù)降低0.49%，固體燃耗降低0.37kg/t，工序能耗降低0.75kg/t，高爐燃料比由537.24kg/t降低到了529.51 kg/t，取得了較好的效果。根據(jù)煉鐵有關(guān)理論，燒結(jié)礦篩分指數(shù)降低1%，燃料比降低0.5%，生鐵產(chǎn)量提高0.4%-1%；燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高1%，燃料比降低0.8%，高爐產(chǎn)量提高1.8%。按鐵水年產(chǎn)量530萬(wàn)噸、燃料比按530kg/t、焦炭?jī)r(jià)格按907元/噸、鐵水固定加工成本為73元/噸計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益約3000余萬(wàn)元。

5.結(jié)語(yǔ)

研究應(yīng)用燒結(jié)終點(diǎn)控制新方法，可提前預(yù)測(cè)燒結(jié)終點(diǎn)，適合鋼鐵冶金燒結(jié)生產(chǎn)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量、降低能源消耗。對(duì)于老燒結(jié)生產(chǎn)線改造，具有較好的推廣價(jià)值，對(duì)于新建燒結(jié)生產(chǎn)線也可以采用部分技術(shù)。

萊鋼項(xiàng)目新技術(shù)實(shí)施后，燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量都得到提高，減少了能源消耗，降低了熱能排放，減少了勞動(dòng)定員，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（作者單位：山鋼集團(tuán)萊蕪分公司煉鐵廠）