燒結(jié)熔劑、燃料后加試驗(yàn)研究①

李和平， 韓鳳光， 田 豐

(1.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083； 2.上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210039)

引 言

傳統(tǒng)燒結(jié)工藝是將燒結(jié)用熔劑、燃料在配料過程混入含鐵原料中，通過一次混合、二次混合，將熔劑、燃料與含鐵物料混勻、制粒后布在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上。在制粒過程中部分熔劑、燃料被深包裹在制粒的料球內(nèi)。熔劑被包裹不利于熔劑的加熱分解和礦化作用，不利于在燒結(jié)料球表面生成流動(dòng)性良好的鐵酸鈣粘結(jié)相，燃料被包裹阻礙了燃料的充分燃燒，造成燃料燃燒不充分，還原氣氛增加，燃料的利用率下降。

為強(qiáng)化燒結(jié)過程，采用熔劑后加工藝技術(shù)增加燒結(jié)礦表面優(yōu)質(zhì)鐵酸鈣粘結(jié)相數(shù)量，提高燒結(jié)礦質(zhì)量。采用燃料后加工藝技術(shù)是提高燒結(jié)料層透氣性，改善燃料的燃燒條件，降低燃料消耗的方法之一。目前隨著燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展，熔劑和燃料后加燒結(jié)工藝越來(lái)越受到重視。近些年來(lái)，部分鋼鐵業(yè)對(duì)熔劑和燃料后加技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。研究結(jié)果表明：將全部或部分熔劑、燃料在混合制粒后期加入，可以改善氣體動(dòng)力學(xué)特性最為復(fù)雜的燃燒帶的透氣性，對(duì)于提高垂直燒結(jié)速度，改善燒結(jié)燃燒條件，有明顯的提質(zhì)、增產(chǎn)、節(jié)能效果。

1 工藝原理

采用熔劑和燃料后加工藝的原理是讓熔劑和燃料在混料過程中不被礦粉包裹在料球內(nèi)部。不同制粒工藝其小球結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

熔劑后加的作用：熔劑不被包裹，有利于熔劑的加熱分解和礦化作用，有利于CaO在混合料中產(chǎn)生偏析，促進(jìn)燒結(jié)料球表面生成流動(dòng)性良好的鐵酸鈣粘結(jié)相，以達(dá)到提高燒結(jié)礦強(qiáng)度的目的。

燃料后加的作用：燃料不被包裹，可以改善燃料的燃燒條件，促進(jìn)燃料的燃燒，有利于提高燒結(jié)速度，提高燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量；同時(shí)，燃料不被包裹，宏觀上燃料在燒結(jié)料中分布更均勻，有利于提高燒結(jié)顆粒料內(nèi)部的氧化氣氛，促進(jìn)鐵酸鈣的生成和穩(wěn)定。

圖1 制粒小球結(jié)構(gòu)示意圖

2 試驗(yàn)方法及條件

為考察熔劑后加工藝、燃料后加工藝和熔劑、燃料同時(shí)后加工藝在上海梅山鋼鐵股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“梅鋼”)實(shí)行的可行性，以及對(duì)燒結(jié)過程和燒結(jié)主要技術(shù)指標(biāo)的影響，并獲得適合梅鋼原料條件的熔劑、燃料后加工藝的參數(shù)，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究。

2.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在梅鋼技術(shù)中心燒結(jié)試驗(yàn)室進(jìn)行，設(shè)備包括一次混合機(jī)、二次制粒機(jī)，Φ300 mm×750 mm燒結(jié)杯體，全自動(dòng)布料機(jī)，高性能點(diǎn)火器。燒結(jié)過程由計(jì)算機(jī)全程管理控制。燒結(jié)礦采用標(biāo)準(zhǔn)落下，采用ISO標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定裝置測(cè)定試驗(yàn)獲得的燒結(jié)礦粒度組成和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。

2.2 試驗(yàn)料比

試驗(yàn)采用煉鐵廠生產(chǎn)用混勻料及熔劑、燃料等物料。熔劑、燃料粒度分別為：石灰石0～3 mm比例91%，生石灰0～3 mm比例94%，云屑0～3 mm比例85%，燃料0～3 mm比例79%。試驗(yàn)料比如表1所示，原料、燃料的化學(xué)成分如表2所示。

表1 試驗(yàn)料比/%

表2 原料、燃料的化學(xué)成分/%

2.3 試驗(yàn)參數(shù)

主要操作參數(shù)依據(jù)燒結(jié)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)而定：其中，料層750 mm(壓料20 mm)，點(diǎn)火時(shí)間120 s，點(diǎn)火溫度1050±50 ℃，點(diǎn)火負(fù)壓8.0 kPa，燒結(jié)負(fù)壓15.5 kPa。

熔劑、燃料后加時(shí)間設(shè)計(jì)：本試驗(yàn)兼顧考慮物料的制粒效果和后加物料在二混機(jī)內(nèi)軸線上分布均勻，且不被包裹。為此，經(jīng)前期基礎(chǔ)試驗(yàn)，確定基礎(chǔ)物料在二混機(jī)內(nèi)混勻4 min后，將后加物料加入已混勻制粒的前期物料料面上，再經(jīng)2 min混勻。

3 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

3.1 熔劑后加

熔劑后加考慮石灰石100%后加、石灰石替代生石灰100%后加、生石灰50%后加、云屑50%后加和云屑100%后加5組試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 熔劑后加試驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出，與基準(zhǔn)試驗(yàn)相比：

1)試驗(yàn)1(石灰石100%后加)，利用系數(shù)提高了0.018 t/(m2·h)，成品率和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)分別提高了1.54%和1.70%，提高幅度較大，同時(shí)固體消耗下降了1.06 kg/t。

2)試驗(yàn)2(石灰石替代生石灰100%后加)，除轉(zhuǎn)鼓指數(shù)有較大幅度提高(提高3.47%)外，其它指標(biāo)均變差，尤其是利用系數(shù)下降了24.17%，固體消耗升高了8.35%。

3)試驗(yàn)3(生石灰 50%后加)結(jié)果與試驗(yàn)2類似，試驗(yàn)結(jié)果總體不理想，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高1.47%，但利用系數(shù)下降了16.99%，成品率下降了1.48%，固體消耗升高了22.17%。

4)試驗(yàn)4、試驗(yàn)5(云屑50%后加、云屑100%后加)，利用系數(shù)分別提高了0.057 t/(m2·h)和0.034 t/(m2·h)，燒結(jié)質(zhì)量也有改善，其中成品率提高了1.07%和0.99%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高了0.47%和1.70%，固體消耗變化不大。

3.2 燃料后加

燃料后加考慮燃料50%后加、燃料100%后加2組試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 燃料后加試驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出，與基準(zhǔn)試驗(yàn)相比：

1)試驗(yàn)6(燃料50%后加)，利用系數(shù)提高了0.072 t/(m2·h)，成品率和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)分別提高了0.57%和1.07%，固體消耗下降了0.50 kg/t。

2)試驗(yàn)7(燃料100%后加)，除利用系數(shù)提高幅度較大外，成品率、固體消耗、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均有較大幅度劣化。這可能與采用燃料100%后加時(shí)需控制燃料粒度及與混合料粒度組成相匹配有關(guān)，本次試驗(yàn)未做進(jìn)一步探討研究。

3.3 熔劑、燃料同時(shí)后加

熔劑、燃料后加考慮云屑50%+燃料50%后加1組試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 熔劑、燃料后加試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果顯示，試驗(yàn)8(云屑50%+燃料50%后加)雖未產(chǎn)生試驗(yàn)4(云屑50%后加)和試驗(yàn)6(燃料50%后加)的疊加效應(yīng)，但效果總體比較理想，利用系數(shù)提高了0.059 t/(m2·h)，成品率和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)分別提高了1.58%和1.87%，固體消耗下降了1.28 kg/t。

4 討論與分析

試驗(yàn)結(jié)果匯總對(duì)比如圖2所示。

1)試驗(yàn)2(石灰石替代生石灰100%后加)與試驗(yàn)3(生石灰 50%后加)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)有提高，但利用系數(shù)、成品率、固體消耗等指標(biāo)均有較大幅度劣化。主要原因是：生石灰是一種優(yōu)質(zhì)燒結(jié)強(qiáng)化劑，被全部替代或50%后加情況下，其消化反應(yīng)對(duì)改善混合料制粒、提高料溫等強(qiáng)化燒結(jié)作用未得到充分發(fā)揮，燒結(jié)料層透氣性變差，垂直燒結(jié)速度慢。

2)試驗(yàn)7(燃料100%后加)結(jié)果表明，除利用系數(shù)提高幅度較大外，成品率、固體消耗、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均有較大幅度劣化。主要原因是：燃料后加使燃料包裹在混合料小球外側(cè)，促進(jìn)燃料更易發(fā)生燃燒反應(yīng)，提高了燒結(jié)過程的燃燒速度，垂直燒結(jié)速度加快，利用系數(shù)提高；但燒結(jié)速度過快，對(duì)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、成品率不利。

3)試驗(yàn)1(石灰石100%后加)、試驗(yàn)4(云屑50%后加)、試驗(yàn)5(云屑100%后加)、試驗(yàn)6(燃料50%后加)與試驗(yàn)8(云屑50%+燃料50%后加)結(jié)果表明，燒結(jié)指標(biāo)得到全面優(yōu)化改善。主要原因是：熔劑(石灰石、云屑)、燃料外裹使燒結(jié)礦微氣孔增加，透氣通道擴(kuò)大，降低潤(rùn)濕帶、熔融帶的壓差；熔劑(石灰石、云屑)小顆粒包裹在混合料小球外側(cè)，有利于熔劑的加熱分解和礦化作用，使小球外側(cè)的堿度高于小球內(nèi)部，小球外側(cè)易生成優(yōu)質(zhì)針狀鐵酸鈣的礦物結(jié)構(gòu)；部分燃料包裹在混合料小球外側(cè)，可以改善燃料的燃燒條件，有利于提高燒結(jié)速度，同時(shí)提高了燒結(jié)料顆粒內(nèi)部的氧化性，促進(jìn)鐵酸鈣的生成和穩(wěn)定，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和成品率提高，燃料消耗下降。

圖2 試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

通過熔劑、燃料后加工藝試驗(yàn)，改變了燒結(jié)制粒過程中熔劑和燃料的賦存狀態(tài)。部分熔劑、燃料后加可以抑制鐵礦石的過度熔融反應(yīng)，降低熔融帶的阻力，促進(jìn)鐵酸鈣的生成，提高燒結(jié)礦冷強(qiáng)度；促進(jìn)燃料的燃燒效率，改善燒結(jié)料層的透氣性，提高燒結(jié)生產(chǎn)率。

1)在當(dāng)前燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)條件下，采用部分熔劑、燃料后加燒結(jié)工藝完全可行：燒結(jié)用鐵礦石在主線

制粒，部分熔劑、燃料從副線供給到二次混合機(jī)的出料端，由高速皮帶機(jī)拋入二次混料機(jī)，通過高速皮帶的速度、長(zhǎng)度來(lái)控制后加時(shí)間。

2)熔劑、燃料后加時(shí)間控制在二混結(jié)束前2～3 min為宜。

3)生石灰50%后加、石灰石全部替代生石灰100%后加，不利于燒結(jié)混合料制粒，料溫降低，燒結(jié)料層透氣性變差，燒結(jié)礦主要指標(biāo)劣化。

4)石灰石、云屑后加工藝，燃料部分后加工藝，以及云屑和燃料部分后加工藝均能獲得良好的燒結(jié)指標(biāo)，燒結(jié)利用系數(shù)和強(qiáng)度提高，固體消耗下降。