淺談燒結(jié)固體燃料結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)工藝的影響

陳朝斌

本溪北營(yíng)鋼鐵(集團(tuán))股份有限公司煉鐵廠 遼寧 本溪 117017

引言

燒結(jié)過(guò)程中,固體碳的燃燒反應(yīng)為液相生成和其他反應(yīng)的進(jìn)行提供了必要的熱量和氣氛條件,對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量有很大影響。焦粉和無(wú)煙煤作為燒結(jié)生產(chǎn)用的主要固體燃料,它們的燒結(jié)過(guò)程中燃燒,反應(yīng)過(guò)程非常復(fù)雜,固體燃料為燒結(jié)工藝過(guò)程提供了70%～80%的熱量,在燒結(jié)過(guò)程中的燃燒行為和燃燒效果對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)、質(zhì)量和燒結(jié)礦的各項(xiàng)冶金性能起到了決定性的作用。同時(shí),焦粉與煤粉的配比發(fā)生變化可以改變燒結(jié)過(guò)程的氣氛和影響燒結(jié)料層中各層的溫度分布,進(jìn)而影響燒結(jié)礦的礦物組成、礦物結(jié)構(gòu)和燒結(jié)礦的各項(xiàng)冶金性能。此外,燒結(jié)使用的固體燃料的粒度對(duì)燒結(jié)的產(chǎn)量、質(zhì)量及工序能耗均有很大的影響.一般認(rèn)為燃料粒度過(guò)粗,在燒結(jié)混合料中將產(chǎn)生偏析,布料分布不均,且燒結(jié)過(guò)程中燃燒時(shí)間較長(zhǎng),大顆粒燃料尚未充分燃燒,而進(jìn)入燒結(jié)礦或返礦,降低了燃料利用率。燃料粒度過(guò)細(xì),燃燒速度過(guò)快,燒結(jié)速度比傳熱速度快,燒結(jié)固體燃耗也升高。因而,固體燃料結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)工藝過(guò)程有著非常顯著的影響。

1 概況

節(jié)能降耗無(wú)論是對(duì)增加企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,還是對(duì)企業(yè)的持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)都具有十分重大的意義。燒結(jié)工序作為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié),其工序能耗約占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的10%,工序能耗成本約占燒結(jié)礦總成本的10～12%。因此作為燒結(jié)工作者,在確保燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的前提下,通過(guò)降低工序能耗及成本,一直是攻關(guān)的方向和追求的目標(biāo),燒結(jié)工序能耗主要包括固體燃耗、煤氣燃耗、電耗、水、蒸汽、氮?dú)?、壓縮空氣等消耗。其中固體燃料消耗占燒結(jié)總能耗的73%,為此,燒結(jié)生產(chǎn)一直以降低固體燃料消耗來(lái)降低工序能耗、降低成本,作為降本增效的重中之重。然而,受燃料質(zhì)量、布料效果、水碳穩(wěn)定性等諸多因素的影響,我廠固體燃料消耗一直處于較差水平,攻關(guān)前為56kg/t。為進(jìn)一步降低燒結(jié)固體燃料消耗,在全體燒結(jié)人的一致努力下,先后克服燒結(jié)料層透氣性差、混合料溫度不達(dá)標(biāo)、臺(tái)車漏風(fēng)率高、燃料粒級(jí)不合格、布料效果差、返礦率高等問(wèn)題,成功促使固體燃料消耗由56kg/t降低至51kg/t,月節(jié)省成本約160萬(wàn)元。

2 固體燃料對(duì)燒結(jié)過(guò)程的影響

2.1 固體燃料種類和粒度對(duì)燒結(jié)過(guò)程的影響 ①?gòu)墓腆w燃耗上看,l～3mm 粒級(jí)越高,燒結(jié)固體燃耗越低。若要考慮燒結(jié)礦產(chǎn)量和冶金性能等綜合指標(biāo),則以0.5mm～3mm 粒級(jí)的比例越高,燒結(jié)的綜合指標(biāo)越好。②從燃料粒度上看,當(dāng)無(wú)煙煤粒度小于1mm,燒結(jié)燃燒速度過(guò)快,就必須適當(dāng)提高固體燃料的配比,才能保證燒結(jié)過(guò)程順利進(jìn)行,并且燃料損耗量較大,固體燃耗升高;而當(dāng)焦粉粒度小于0.5mm 時(shí),燒結(jié)過(guò)程透氣性出現(xiàn)下降,燒結(jié)固體燃料消耗升高。

2.2 燃料質(zhì)量對(duì)燒結(jié)過(guò)程的影響 燒結(jié)過(guò)程中燃料的配加量、燃料的粒度組成、燃料的燃燒性質(zhì)直接影響燒結(jié)過(guò)程中的溫度和熱量變化,進(jìn)而影響到燒結(jié)料層的溫度分布、熱量分布、燃燒帶厚度、料層透氣性、燒結(jié)氣氛、黏結(jié)相數(shù)量和質(zhì)量等,并直接影響燒結(jié)礦的產(chǎn)、質(zhì)量。因此燒結(jié)生產(chǎn)對(duì)燃料質(zhì)量有著很高的要求：固定碳含量高、灰分、揮發(fā)分含量低,有害元素S、P含量低,粒度分布合理,可燃性好,發(fā)熱值高。燒結(jié)過(guò)程對(duì)燃料的粒度有著非常嚴(yán)格的要求。燃料的粒度不能過(guò)粗,也不能過(guò)細(xì)。過(guò)粗時(shí)會(huì)造成燃燒帶過(guò)寬,增大氣流阻力,導(dǎo)致負(fù)壓升高產(chǎn)量下降;過(guò)細(xì)時(shí)會(huì)導(dǎo)致燃燒速度過(guò)快,燃燒帶的高溫保持時(shí)間短,降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度和成品率。最適宜的燃料粒度為0.5～3.0mm,生產(chǎn)中因0.0～0.5mm 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)法進(jìn)行人為控制,一般要求0.0～3.0mm 的燃料要達(dá)到75%以上。

2.3 固體燃料結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響 (1)固體燃料結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)礦還原性的影響。隨著混合料配碳量的增加,燒結(jié)礦還原性逐漸變差,主要原因是配碳增加,燒結(jié)燃燒帶變厚,液相產(chǎn)生過(guò)多,燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)中薄壁大孔結(jié)構(gòu)增多,燒結(jié)成品礦中FeO 含量增加,還原性降低。另一方面,焦粉粒度過(guò)粗,燒結(jié)布料偏析使下部燒結(jié)礦FeO含量明顯高于上部,燒結(jié)礦成分不均,影響高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。(2)固體燃料結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響。研究表明,用焦粉做固體燃料時(shí),燒結(jié)速度比使用無(wú)煙煤時(shí)要快,而垂直燒結(jié)速度過(guò)快,會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程中料層在高溫段停留時(shí)間變短,燒結(jié)礦強(qiáng)度有所降低。為了保證燒結(jié)礦強(qiáng)度,就必須提高燃料配比,調(diào)整焦粉和煤粉的配比比例,適當(dāng)提高煤粉配比,提高燒結(jié)過(guò)程中高溫段停留時(shí)間。另一方面,由于煤粉的著火點(diǎn)比焦粉低,適當(dāng)提高煤粉配比可以促進(jìn)焦粉的燃燒,提高表層礦的成礦率,燒結(jié)礦成礦過(guò)程得到保障,燒結(jié)成品率也就得到提高。因此,適宜的固體燃料配比為焦粉70%－75%,燒結(jié)無(wú)煙煤25－30%,對(duì)穩(wěn)定燒結(jié)礦強(qiáng)度具有十分重要的作用。

3 研究改進(jìn)實(shí)踐

3.1 對(duì)固體燃料的粒度進(jìn)行控制 燒結(jié)過(guò)程中所需的能量來(lái)源于固體燃料的燃燒,燒結(jié)速度的快慢與固體燃料的粒度之間關(guān)系密切。當(dāng)燃料的粒度過(guò)小、過(guò)細(xì)時(shí),氣流對(duì)燃料影響較大,使得燃料燒結(jié)和熱能傳輸速度不匹配,很難長(zhǎng)時(shí)間維持高溫,從而增加的返礦率;當(dāng)燃料的粒度過(guò)大時(shí),布料過(guò)程中容易形成燃料的分布不均勻,影響料層的孔隙率,導(dǎo)致燃燒不完全。大量的研究表明,最佳的燃料粒度分布區(qū)間是處于0.5mm 和3mm 之間,其它粒度的分布都會(huì)固體燃耗提高。

3.2 燃料質(zhì)量控制 針對(duì)燃料質(zhì)量問(wèn)題,嚴(yán)格控制入廠燃料粒度,一是與制造部強(qiáng)化溝通與原料粒度的驗(yàn)收,將焦化廠的焦粉粒度控制在10mm以下,粒度為10－25mm 的焦丁杜絕進(jìn)入燒結(jié)燃料料場(chǎng);二是燒結(jié)無(wú)煙煤的進(jìn)廠粒度＜20mm 的焦末粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%以上,灰分15%以下;三是加強(qiáng)燃料破碎的管理,在燃料對(duì)輥破碎前安裝除鐵器,避免鐵器進(jìn)入焦粉加快對(duì)輥、四輥的輥皮磨損;燃料進(jìn)輥前堅(jiān)持“薄鋪鋪平”;根據(jù)燃料破碎后的燃料粒度,及時(shí)調(diào)整輥距,確保3.0mm 以下焦末粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥75%,3.0mm 以下燒結(jié)無(wú)煙煤粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥70%,焦粉、煤粉≤5.0mm 的部分小于5%;定期對(duì)磨損輥皮進(jìn)行車削,磨損嚴(yán)重時(shí)更換破碎輥。

3.3 對(duì)燒結(jié)料層的厚度進(jìn)行控制 研究表明,料層的厚度與燒結(jié)過(guò)程中的蓄熱能力有很大關(guān)系。采用厚料層的燒結(jié)技術(shù),可以利用料層燃燒的自動(dòng)蓄熱效應(yīng),從而降低能耗,提高燒結(jié)礦的成品率。厚料層技術(shù)的使用,可以減少物料中的配碳量,延長(zhǎng)物料燃燒氧化放熱時(shí)間,并均勻保持物料層的高溫,改善了燒結(jié)環(huán)境。另外,厚料層技術(shù)還會(huì)增加下層物料的燒結(jié)溫度,有利于物料的液化,從而提高燒結(jié)礦的晶化程度,提高成品礦率,因此,我廠燒結(jié)料層厚度750mm 以上。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述,在燒結(jié)生產(chǎn)中,要不斷優(yōu)化入燒燃料結(jié)構(gòu),控制合理的焦煤比,加強(qiáng)燃料粒度控制,保證合理的燃料粒度,減少混合料中燃料偏析,提高混合料透氣性,保證燒結(jié)礦亞鐵強(qiáng)度,低溫還原粉化性能的穩(wěn)定,為高爐提供強(qiáng)度好、還原性好的優(yōu)質(zhì)原料,實(shí)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)降本增效的目標(biāo)。