超厚料層燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用研究

闞永海

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司）

0 引言

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國的支柱性產(chǎn)業(yè)，我國生鐵產(chǎn)量超過世界生鐵產(chǎn)量的50%，但隨著全球鐵礦石資源的逐漸劣化，以及國家環(huán)保政策的日益嚴(yán)苛[1-3]，我國主流的鐵前燒結(jié)工藝需進(jìn)行改進(jìn)，燒結(jié)工藝作為我國鐵前最主要的工藝，技術(shù)水平居世界前列，但燒結(jié)工藝在煉鐵長(zhǎng)流程中最為耗能，且污染最為嚴(yán)重。如何降低燒結(jié)工藝的能量消耗，降低污染排放，提高產(chǎn)量質(zhì)量，成為諸多學(xué)者及企業(yè)研究的熱點(diǎn)。厚料層燒結(jié)技術(shù)是基于鐵酸鈣固結(jié)理論和自蓄熱作用發(fā)展起來的先進(jìn)燒結(jié)技術(shù)，近年來在我國被普遍采用[4]。隨著我國燒結(jié)設(shè)備的大型化、工藝流程的完善及原料條件的改善，寶鋼、鞍鋼、柳鋼等鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)廠紛紛根據(jù)自身?xiàng)l件調(diào)整工藝參數(shù)，改造燒結(jié)設(shè)備，于2000年前后均實(shí)現(xiàn)了600 mm厚料層的生產(chǎn)，平均料層厚度約471 mm。2000年之后我國燒結(jié)機(jī)料層平均厚度逐年增加，2005年國內(nèi)大中型燒結(jié)機(jī)料層厚度已達(dá)到600～800 mm，截至2020年，天鋼聯(lián)合特鋼、鞍鋼、陜鋼、湘鋼、馬鋼等部分鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)機(jī)料層厚度均已經(jīng)超過900 mm，其中天鋼聯(lián)合特鋼的料層厚度更是長(zhǎng)期穩(wěn)定在1 000 mm。

燒結(jié)料層厚度達(dá)到或超過850 mm的燒結(jié)被定義為超厚料層燒結(jié)[4]，超厚料層燒結(jié)能夠更好地發(fā)揮燒結(jié)料層的自蓄熱作用，進(jìn)一步提高燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低燃料消耗，減少燒結(jié)煙氣中CO2、氮氧化物、硫氧化物的排放量。隨著燒結(jié)料層厚度的增加，煙氣經(jīng)上部熱燒結(jié)礦帶入下部料層熱量增加，余熱利用率提高，固體燃耗降低[5]。當(dāng)料層內(nèi)配碳量降低時(shí)，有效抑制了料層底部燒結(jié)礦的過熔現(xiàn)象，提高了燒結(jié)料層溫度場(chǎng)的均勻性，同時(shí)料層內(nèi)氧氣含量提高，氧化性氣氛增強(qiáng)，有利于降低成品礦中的FeO含量，改善入爐燒結(jié)礦的還原性。同時(shí)，隨著料層厚度的增加，空氣通過料層時(shí)的阻力增加，料層底部抽風(fēng)負(fù)壓增大，下部過熔，因此需嚴(yán)格控制混勻料粒度及水分。但料層厚度增加總體上會(huì)造成垂直燒結(jié)速度下降，延長(zhǎng)了料層在高溫下的保持時(shí)間，高溫區(qū)時(shí)間的延長(zhǎng)可有效促進(jìn)燒結(jié)礦中液相的生產(chǎn)，有利于硅鋁復(fù)合鐵酸鹽（SFCA）的生成，從而提高了燒結(jié)礦的強(qiáng)度和成品率，改善了燒結(jié)礦的質(zhì)量[6]。

1 超厚料層燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)的主要影響因素

1.1 生產(chǎn)設(shè)備對(duì)超厚料層燒結(jié)的影響

燒結(jié)生產(chǎn)設(shè)備決定了燒結(jié)工藝的水平，為了進(jìn)一步提高燒結(jié)料層厚度，需對(duì)燒結(jié)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)改造，保證燒結(jié)料層的良好透氣性和燒結(jié)機(jī)本體的低漏風(fēng)率。綜合分析國內(nèi)外先進(jìn)企業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，得出一系列設(shè)備改進(jìn)建議。

首先，需做好超厚料層燒結(jié)相關(guān)設(shè)備的適應(yīng)性改造，保證各級(jí)設(shè)備協(xié)同作用，改進(jìn)混料裝置及布料設(shè)備，盡可能使混勻料粒度分布合理，保證燒結(jié)料層透氣性良好。適當(dāng)增加燒結(jié)機(jī)擋板高度，優(yōu)化布料方式，實(shí)現(xiàn)偏析布料，充分利用超厚料層燒結(jié)的自蓄熱作用，降低燃料消耗，充分發(fā)揮低溫?zé)Y(jié)的優(yōu)勢(shì)。改進(jìn)燒結(jié)機(jī)料面壓板，增加松料器、支撐板等設(shè)施用來提高料層透氣性。對(duì)燒結(jié)機(jī)煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備（螺栓、滑道、欄板、風(fēng)箱等）進(jìn)行密封處理，保證較低的漏風(fēng)率。此外，還可以對(duì)燒結(jié)噴嘴進(jìn)行改造，控制火苗長(zhǎng)度，改善點(diǎn)火效果。

其次，需逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化，采用先進(jìn)的科技手段，使各流程規(guī)范化、可視化、智能化。這樣不僅能有效提高生產(chǎn)效能，還可以更好地把控產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量。

1.2 原燃料對(duì)超厚料層燒結(jié)的影響

燒結(jié)工藝中的原燃料主要包括鐵料、熔劑、燃料，對(duì)實(shí)現(xiàn)超厚料層燒結(jié)起著至關(guān)重要的作用，適宜的鐵料配比，能在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源利用優(yōu)化，通過合理搭配高、低、中熔點(diǎn)鐵料，保證較為適宜的液相生成量，減少燃料消耗。通過單品種礦粉燒結(jié)性能及流動(dòng)性試驗(yàn)對(duì)比，確定高、低熔點(diǎn)礦粉上限配比[7]。根據(jù)單品種礦粉的性能評(píng)價(jià)及相互間的替代關(guān)系，優(yōu)化入燒結(jié)構(gòu)，為提高料層厚度提供了原料基礎(chǔ)。適宜的熔劑結(jié)構(gòu)不僅可以促進(jìn)燒結(jié)礦液相生成，改善燒結(jié)礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，還可以增加燒結(jié)料料溫，降低燃料消耗，輔助制粒，進(jìn)一步提高料層透氣性[8]。燃料影響著燒結(jié)料層的熱量分布，決定著燒結(jié)礦的質(zhì)量，對(duì)燃料你實(shí)行偏析布料，保證熱量的均勻性，充分利用厚料層的蓄熱，降低燃料消耗[9]。另外，原燃料粒度分布對(duì)制粒效果影響較大，需綜合考慮各影響因素的作用效果，協(xié)調(diào)控制原燃料的配比。

1.3 生產(chǎn)操作工藝參數(shù)對(duì)超厚料層燒結(jié)的影響

超厚料層燒結(jié)，不僅對(duì)燒結(jié)設(shè)備和原燃料有嚴(yán)格要求，還需要格外注意生產(chǎn)工藝參數(shù)（水分、料溫、料層透氣性等）對(duì)超厚料層的影響。水分對(duì)于燒結(jié)制粒以及過濕帶起著至關(guān)重要的作用，需控制適宜的水分含量，在保證制粒效果的同時(shí)減弱或者杜絕對(duì)過濕帶的影響，保證料層透氣性。高料溫在一定程度上能夠很好地提高燒結(jié)露點(diǎn)，降低過濕帶的影響，同時(shí)節(jié)約預(yù)熱所需的熱量[10-14]。大量的水分能夠有效地保證制粒效果，但是也會(huì)加劇過濕帶的形成，因此高水操作一般和高料溫一起使用，同時(shí)對(duì)操作人員的生產(chǎn)操作水平有一定的要求。許多企業(yè)還通過偏析布料、料面打孔、負(fù)壓點(diǎn)火等操作來提高料層透氣性，進(jìn)一步保證超厚料層燒結(jié)生產(chǎn)操作工藝參數(shù)的優(yōu)良。生產(chǎn)實(shí)踐中除了需要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)外，還需嚴(yán)格控制操作流程，規(guī)范化操作，將燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率、垂直燒結(jié)速度等納入監(jiān)控，降低不必要的能量損耗。

2 超厚料層燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐案例分析

2.1 天鋼聯(lián)合特鋼230 m2燒結(jié)機(jī)1 000 mm超厚料層燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐

天鋼聯(lián)合特鋼2臺(tái)230 m2燒結(jié)機(jī)進(jìn)行了1 000 mm超厚料層燒結(jié)，在很多方面取得了不錯(cuò)的生產(chǎn)應(yīng)用成果。天鋼聯(lián)合特鋼之所以能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定料層厚度1 000 mm生產(chǎn)，除了其操作技術(shù)先進(jìn)之外，最主要的特點(diǎn)在于其采用高水高料溫的混料模式，且添加的熔劑均采用高活性石灰，生石灰消化放熱進(jìn)一步提高混勻料溫度，高料溫操作可很好地降低過濕帶對(duì)透氣性的影響。另外，隨著設(shè)備改造、工藝優(yōu)化以及操作制度的改善，燒結(jié)機(jī)的漏風(fēng)率由原來的55%下降至34.68%；同時(shí)，隨著燒結(jié)料層的升高，氣體經(jīng)上部熱燒結(jié)礦帶入下部料層的熱量增加，余熱利用率提高，固體燃耗降低，2019年固體燃料單耗下降至43.73 kg/t，電能單耗也降至19.24 kWh/t，利用系數(shù)提升至1.87 t/（m2·h）[6,7,10,15]。

2.2 陜鋼265 m2燒結(jié)機(jī)1 000 mm超厚料層燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐

陜鋼漢鋼265 m2燒結(jié)機(jī)進(jìn)行了超厚料層1 000 mm燒結(jié)，其主要的技術(shù)改進(jìn)在于設(shè)備和原燃料控制方面。首先，從設(shè)備方面來講，陜鋼將欄板高度增加至1 000 mm，同時(shí)嚴(yán)格管控?zé)Y(jié)機(jī)的漏風(fēng)，保證燒結(jié)機(jī)零部件氣密性，混料機(jī)加裝熱水箱，使混合料露點(diǎn)溫度盡可能維持在65 ℃以上，降低過濕帶對(duì)料層透氣性的影響。其次，對(duì)內(nèi)返高返及鋪底料粒度進(jìn)行控制，使其≤5.0 mm粒度返礦占比超過75%，對(duì)燃料粒徑及質(zhì)量也進(jìn)行了嚴(yán)格控制。設(shè)備改造之后，成品燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)由73%增加至75%，粒徑≥16 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)由55%增加至65%，入爐固體單耗由60 kg/t降低至55 kg/t，極大地提高了燒結(jié)礦質(zhì)量及產(chǎn)量[9]。

2.3 湘鋼360 m2燒結(jié)機(jī)920 mm超厚料層燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐

湘鋼為了實(shí)現(xiàn)920 mm超厚料層燒結(jié)生產(chǎn)，采取的主要技術(shù)措施有：首先，開發(fā)了霧化水制粒系統(tǒng)，強(qiáng)化制粒，開發(fā)微負(fù)壓點(diǎn)火技術(shù)，改型爐箅條，減緩爐條板結(jié)，使用新型松料器等措施提高料層透氣性。其次，改造燒結(jié)機(jī)欄板，降低漏風(fēng)率[16-17]。最后，優(yōu)化改造布料系統(tǒng)，恒定料溫，改造加水系統(tǒng)，穩(wěn)定加水量及加水方式。通過一系列的設(shè)備改造和生產(chǎn)操作優(yōu)化，在一定程度上提高了燒結(jié)的礦產(chǎn)、質(zhì)量，降低了燒結(jié)的生產(chǎn)成本，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能減排的目的。920 mm料層超厚度生產(chǎn)實(shí)施后，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度達(dá)到80%以上，提高了2.95%，利用系數(shù)提高至1.4 t/m2·h以上，提高了5.2%，同時(shí)燒結(jié)礦生產(chǎn)成本也大幅度降低，電耗降低至40.5 kWh/t，固體燃料消耗降低至53.89 kg/t，降低了9.94%[18]。

2.4 馬鋼360 m2燒結(jié)機(jī)900 mm超厚料層燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐

馬鋼380 m2燒結(jié)機(jī)于2010年進(jìn)行了900 mm超厚料層生產(chǎn)，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于對(duì)混料機(jī)加水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，使得混合料加水量穩(wěn)定性明顯提高，混料機(jī)加水偏差值減小，燒結(jié)機(jī)廢氣溫差減少，燒結(jié)過程的穩(wěn)定性明顯上升。同時(shí)，根據(jù)馬鋼的實(shí)際情況對(duì)燒結(jié)機(jī)和點(diǎn)火爐均進(jìn)行了改造，以適應(yīng)超高料層厚度燒結(jié)需要[19,20]。馬鋼超厚料層燒結(jié)設(shè)備改造與優(yōu)化的應(yīng)用，成功實(shí)現(xiàn)了900 mm超厚料層燒結(jié)，降低固體燃料單耗1.03 kg/t，燒結(jié)生產(chǎn)率和燒結(jié)礦質(zhì)量明顯改善，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)上升了0.098 t/（m2·h），燒結(jié)礦合格率提高了2.30%。

3 超厚料層燒結(jié)相關(guān)技術(shù)

3.1 支撐燒結(jié)技術(shù)

隨著料層厚度的增加，燒結(jié)料層重力對(duì)燒結(jié)各帶的透氣性影響加劇，尤其是燃燒熔融帶。隨著燒結(jié)過程的持續(xù)進(jìn)行，自蓄熱作用越來越顯著，燃燒帶溫度逐漸增加，液相量逐漸增加。上部燒結(jié)料層荷重壓力對(duì)燃燒熔融帶的影響加劇，熔融帶礦石相和液相被充分壓縮，氣體流動(dòng)受阻，料層透氣性急劇惡化，燒結(jié)礦質(zhì)量下降。為此開發(fā)出支撐燒結(jié)技術(shù)，通過在料層底部添加燒結(jié)支撐板，減少焙燒過程中因?yàn)楹芍貕毫淼耐笟庑圆畹膯栴}。試驗(yàn)證明，安裝支撐板后，燒結(jié)料層透氣性明顯改善，燒結(jié)礦質(zhì)量增加，垂直燒結(jié)速度增加，燃耗降低，成品率波動(dòng)降低，利用系數(shù)增大，燒結(jié)礦產(chǎn)量增加[21]。

3.2 雙層燒結(jié)技術(shù)

雙層燒結(jié)技術(shù)的主要特點(diǎn)在于其將布料和點(diǎn)火分級(jí)進(jìn)行，首先布料65%厚度，進(jìn)行點(diǎn)火燒結(jié)。當(dāng)燒結(jié)接近預(yù)燒結(jié)終點(diǎn)時(shí)，快速進(jìn)行上層二次布料，二次布料結(jié)束后立即進(jìn)行二次點(diǎn)火燒結(jié)[16]。雙層燒結(jié)技術(shù)顯著改善了料層厚度增加帶來的透氣性差、燒結(jié)礦質(zhì)量低、料層下部缺氧等問題，通過分層預(yù)燒結(jié)，使得料層中部形成透氣性良好的預(yù)燒結(jié)礦帶，降低了因?yàn)樾顭嶙饔煤土蠈雍芍貛淼耐笟庑圆畹葐栴}，也很好的利用了上部燒結(jié)煙氣的預(yù)熱作用節(jié)約了燃料消耗，以及下部燃燒帶對(duì)燒結(jié)煙氣的高溫分解作用，保持了超厚料層節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)，使得垂直燒結(jié)速度加快，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)增加。

3.3 其他相關(guān)技術(shù)

近年來對(duì)于超厚料層相關(guān)研究較多，常見技術(shù)還包括強(qiáng)混技術(shù)、料面打孔技術(shù)、分層布料技術(shù)等，通過改進(jìn)圓筒混料機(jī)，保證燒結(jié)原料制粒效果良好，粘附粉和核顆粒分布均勻，難燒結(jié)的含鐵原料和液相流動(dòng)性好的鐵料混合效果良好，可有效保證超厚料層燒結(jié)的高產(chǎn)低耗，料面打孔技術(shù)可有效改善超厚料層的透氣性，保證焙燒過程下部氧氣供應(yīng)。分層布料技術(shù)能更好的利用自蓄熱作用，通過將燃料的偏析布料，最大限度的利用了燒結(jié)煙氣的預(yù)熱，進(jìn)一步節(jié)約了能源。

4 結(jié)語

超厚料層燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于我國鐵前工藝有著不可替代的作用，分析對(duì)比國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，得出如下超厚料層燒結(jié)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)：

（1）生產(chǎn)設(shè)備方面，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的改造，保證各設(shè)備協(xié)調(diào)作用，充分發(fā)揮效能，保證混勻料的制粒效果，燒結(jié)機(jī)料層具備較高的透氣性，燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率低，另外可增加類似于支撐板，打孔器等設(shè)備改進(jìn)燒結(jié) 料層透氣性，進(jìn)一步保證超厚料層燒結(jié)的穩(wěn)定性。

（2）原燃料方面，應(yīng)該優(yōu)化含鐵原料種類，合理搭配不同燒結(jié)性能的鐵礦粉；采用合適的熔劑結(jié)構(gòu)，保證較好的制粒效果，以及優(yōu)良的液相生成條件；燃料方面應(yīng)當(dāng)注意粒度分布及偏析布料，保證熱量的均勻分布。

（3）工藝參數(shù)方面，水分、料溫、料層透氣性等參數(shù)需嚴(yán)格把控，其中水分對(duì)于燒結(jié)制粒以及過濕帶的形成有著至關(guān)重要的作用，需控制適宜的水分含量，減弱或者杜絕過濕帶的影響，保證料層透氣性；料溫可以降低露點(diǎn)，減少過濕帶的形成；料層透氣性更是直接決定超厚層燒結(jié)能否實(shí)現(xiàn)。

（4）生產(chǎn)技術(shù)方面，應(yīng)當(dāng)規(guī)范化生產(chǎn)應(yīng)用，將燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率、垂直燒結(jié)速度煙氣成分等及進(jìn)行嚴(yán)格把控，降低不必要的能力損耗，同時(shí)企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身設(shè)備及原料情況，對(duì)自己的操作進(jìn)行合理優(yōu)化。