鞍鋼煉鐵原料準(zhǔn)備新技術(shù)與新工藝自主創(chuàng)新與展望

周明順 ，尚策 ，趙東明 ，朱建偉 ，顧顏 ，李仲

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司制造管理部，遼寧 鞍山 114021；3.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021；4.鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司，遼寧 鞍山114021）

圍繞優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和清潔的主題，國內(nèi)外煉鐵原料準(zhǔn)備新工藝新技術(shù)蓬勃發(fā)展，各種先進(jìn)的前瞻性煉鐵原料準(zhǔn)備新工藝正在被競相研發(fā)并推廣應(yīng)用［1-5］。作為我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)源地和重要的鋼鐵生產(chǎn)基地，鞍鋼為我國鋼鐵工業(yè)做出過巨大貢獻(xiàn)，其中，煉鐵原料準(zhǔn)備工藝、生產(chǎn)技術(shù)曾長期引領(lǐng)國內(nèi)鋼鐵企業(yè)。但隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和鋼鐵生產(chǎn)布局的調(diào)整，近年來，通過與國內(nèi)外領(lǐng)先水平的鋼鐵企業(yè)對標(biāo)發(fā)現(xiàn)，鞍鋼在煉鐵原料準(zhǔn)備新技術(shù)與新工藝的開發(fā)和應(yīng)用方面已逐漸落后于國內(nèi)外領(lǐng)先水平的鋼鐵企業(yè)，亟需圍繞優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、清潔的生產(chǎn)重點開展新工藝、新技術(shù)的規(guī)劃和實施工作。為此，本文針對鞍鋼現(xiàn)有煉鐵原料準(zhǔn)備存在的問題，對其今后應(yīng)著力開展的新技術(shù)與新工藝的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了展望，核心是提升效率及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，期望通過吸收引進(jìn)國內(nèi)現(xiàn)有成熟技術(shù)和自主開發(fā)若干項具有前瞻性、引領(lǐng)性的新技術(shù)與新工藝，全面提升鞍鋼煉鐵原料準(zhǔn)備技術(shù)水平。

1 國內(nèi)已有成熟技術(shù)與工藝

1.1 成熟技術(shù)

1.1.1 強力混勻制粒技術(shù)

燒結(jié)原料通過混合制粒后得到化學(xué)成分均勻、粒度適宜、透氣性好的燒結(jié)料。工業(yè)生產(chǎn)通常采用圓筒混合+圓筒制粒工藝。圓筒混合機屬于典型的被動混合技術(shù)，混合能力弱，很難使水分、生石灰等在原料中均勻分散，易導(dǎo)致粒度與成分不均勻，既浪費能源也影響制粒效果。立式強力混合機采用強迫擾動的方式激發(fā)混合能力，其混合工具為混合槳，混合槳高速旋轉(zhuǎn)，直接向原料中輸入機械能，使立式強力混合機的速度——弗勞德數(shù)達(dá)到92以上，單機處理能力大，混勻效率高。立式強力混合機用于燒結(jié)原料混勻，可使成分、粒度、水分在混合料中分布更均勻，顯著改善制粒效果，增強透氣性，提高燃料燃燒效率。因此，采用強力混合機有利于降低制粒水分，并提高燒結(jié)礦化學(xué)成分的均勻性，達(dá)到改善燒結(jié)礦質(zhì)量、減少過程消耗的目的。

大量工業(yè)實踐數(shù)據(jù)表明，用立式強力混合機取代一次圓筒混合機用于燒結(jié)原料混勻，因混勻效果提高、制粒效果增強，指標(biāo)有所提高，具體如下：①透氣性提高10%；②焦粉添加比例降低0.5%；③ 燒結(jié)速度提高8%～10%；④ 生產(chǎn)能力提高6%～8%。

筆者在實驗室條件下對比分析了燒結(jié)杯實驗用的小型傳統(tǒng)臥式圓筒混合機（原一混）與小型立式強力混合機（新一混）混勻效果。分析方法如下：①按某燒結(jié)杯實驗用原料配比配制兩組相同混合料（兩組混合料所用原料及配比一致），分別采用兩種混料機對兩組相同混合料進(jìn)行混勻，混料時間均為3 min；②分別對兩種類型一次混合機取樣，在兩種混料機的卸料出口隨機取樣，每組取20個，取樣時間間隔一致，對隨機取得的兩種混合料進(jìn)行化學(xué)成分分析，考察混合料堿度、MgO含量的穩(wěn)定性，其標(biāo)準(zhǔn)差分析結(jié)果見表1。結(jié)果表明，立式強力混合機的混勻效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)臥式圓筒混合機。

表1 混合料堿度、MgO含量正態(tài)分布擬合結(jié)果

1.1.2 燒結(jié)機綜合堵漏風(fēng)技術(shù)

燒結(jié)生產(chǎn)過程中進(jìn)入料層的有效風(fēng)量是影響燒結(jié)生產(chǎn)效率的決定因素。一般地，燒結(jié)機容許的漏風(fēng)率約在15%～30%。燒結(jié)漏風(fēng)率降低10%，燒結(jié)礦產(chǎn)量可提高5%，燒結(jié)礦質(zhì)量可改善1%～3%。燒結(jié)機漏風(fēng)率高無法使上述燒結(jié)混合料強力混勻制粒等技術(shù)的提產(chǎn)優(yōu)勢發(fā)揮出來。

目前，國內(nèi)燒結(jié)機漏風(fēng)率普遍超過35%。燒結(jié)機的漏風(fēng)點很多，主要包括燒結(jié)機頭、尾漏風(fēng)，滑道漏風(fēng)，臺車之間漏風(fēng)，管道系統(tǒng)漏風(fēng)，雙層卸灰閥漏風(fēng)等。針對不同漏風(fēng)點的工況環(huán)境與結(jié)構(gòu)特點，中冶長天公司研發(fā)了系統(tǒng)性的綜合堵漏風(fēng)密封技術(shù)，包括負(fù)壓吸附式端部密封技術(shù)、波紋彈性滑道密封技術(shù)、重力自適應(yīng)臺車欄板密封技術(shù)、獨立氣密封雙層卸灰閥技術(shù)等，使用效果良好。該技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)應(yīng)用于寶鋼、安鋼、日照鋼廠等，其中寶鋼湛江2號550 m2燒結(jié)機初期測試漏風(fēng)率僅為17.8%；國外應(yīng)用于越南臺塑鋼鐵、日本和歌山鋼鐵等，其中和歌山185 m2燒結(jié)機測試漏風(fēng)率僅為16.7%。燒結(jié)機漏風(fēng)率降低，有助于降低燒結(jié)機主抽風(fēng)機功率及燒結(jié)煙氣末端治理負(fù)荷。

1.1.3 氣體燃料噴吹技術(shù)

氣體燃料噴吹燒結(jié)技術(shù)由日本JFE公司提出［6］，并于2009年1月于JFE東日本廠首次成功工業(yè)化應(yīng)用。其利用LNG氣體與焦粉燃燒性能的不同，對料層內(nèi)高溫區(qū)進(jìn)行控制，擴大料層中1 200～1 400℃溫度區(qū)域，解決單純利用提高焦粉配比擴大適宜溫度區(qū)間帶來的溫度過高 （>1 400℃）問題。噴吹LNG后，燒結(jié)礦強度提高約1%，固體燃料焦粉的配比可以降低0.3%，燒結(jié)礦還原性升高約4%。鐵酸鈣礦物含量從17.0%增加到19.1%。該技術(shù)針對現(xiàn)有燒結(jié)機在生產(chǎn)中難做到燃料偏析分布，而抽風(fēng)作業(yè)生產(chǎn)的蓄熱特性又使燃料需求量沿料層高度方向逐漸遞減的矛盾點，采取以氣代焦的方式，通過先整體降低燒結(jié)料層配碳量，再從頂部噴入冷態(tài)可燃?xì)怏w使其在燒結(jié)燃燒帶附近點燃補熱，從而形成上部料層依靠固體燃料+氣體燃料，中下部料層依靠固體燃料+熱風(fēng)蓄熱的新加熱模式。該模式實現(xiàn)了變相的料層內(nèi)燃料偏析分布，對于減少料層內(nèi)高溫峰值點、擴寬1 200～1 400℃有益溫度區(qū)間范圍、強化等提供了有效幫助，對于減少燒結(jié)工序能耗、提高燒結(jié)成品礦質(zhì)量、降低燒結(jié)過程污染物排放有重大正面意義。

該技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，目前JFE日本鋼鐵在日本的7臺燒結(jié)機全部采用了該項技術(shù)；國內(nèi)方面，該技術(shù)也在梅鋼、韶鋼、馬鋼等鋼廠得到成功應(yīng)用，其中韶鋼5#燒結(jié)機的燃?xì)鈬姶笛b置已應(yīng)用兩年多，噸燒結(jié)礦固體燃料配量達(dá)到1.69 kg。同時SOx、NOx等污染物均得到了減量排放，燒結(jié)內(nèi)返率降低了0.35%，對燒結(jié)工序的節(jié)能減排提質(zhì)有多方面有益效果。

1.2 成熟工藝

1.2.1 復(fù)合造塊工藝

復(fù)合造塊法集傳統(tǒng)的燒結(jié)與球團(tuán)兩種工藝于一體，將傳統(tǒng)的燒結(jié)、球團(tuán)生產(chǎn)原料統(tǒng)一分類為酸性骨架原料和堿性基體原料兩大類，對兩類原料分別進(jìn)行造球和制粒預(yù)處理后，將兩者混合，然后利用燒結(jié)主體設(shè)備制備成酸性球團(tuán)嵌入高堿度基體的復(fù)合煉鐵爐料。與燒結(jié)法相比，復(fù)合造塊法具有產(chǎn)品堿度靈活可調(diào)、料層高、效率高、能耗低、產(chǎn)品還原粉化率低、可高效處理細(xì)粒鐵精礦等優(yōu)勢。

包鋼首先應(yīng)用了該整體技術(shù)，2008年建成國內(nèi)外第一條復(fù)合造塊生產(chǎn)線，制備堿度為1.5～1.6復(fù)合人造塊礦，造塊固體燃耗降低15%以上，高爐使用復(fù)合造塊產(chǎn)品后，綜合焦比降低13 kg/t，渣比降低37 kg/t；2011年建成第二條生產(chǎn)線，處理超細(xì)難造塊巴潤含氟鐵精礦，首次將自產(chǎn)精礦使用比例由41%提高到60%。復(fù)合造塊法的應(yīng)用成功解決了困擾包鋼數(shù)十年的酸性爐料不足、高爐不順和自產(chǎn)精礦難利用等問題。武鋼、酒鋼、攀鋼等6家企業(yè)已完成可行性研究，攀鋼正在籌備建廠實施，寶鋼采用復(fù)合造塊法處理全部含鐵渣塵生產(chǎn)線已于 2019 年建成投產(chǎn)［6］。

復(fù)合造塊工藝已經(jīng)在包鋼應(yīng)用的效果如表2所示。與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝相比，復(fù)合造塊工藝能夠使用更高比例的磁鐵精礦，且其燒結(jié)料層透氣性、生產(chǎn)率和燃料消耗等均有明顯的改善，能夠生產(chǎn)出具有良好冶金性能的低堿度高爐原料。復(fù)合造塊燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)集合了燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的結(jié)構(gòu)特點，燒結(jié)基體性能與高堿度燒結(jié)礦相似，而其中的球團(tuán)性能與球團(tuán)礦一致，但球團(tuán)緊密鑲嵌在燒結(jié)基體中。

表2 包鋼傳統(tǒng)工藝與復(fù)合造塊工藝燒結(jié)性能的比較

1.2.2 帶式焙燒機熔劑性球團(tuán)工藝

酸性球團(tuán)和熔劑球團(tuán)以二元堿度值（CaO/SiO2）的大小來區(qū)分。按照美國鐵礦協(xié)會的試驗標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定堿度值大于0.6才能稱為熔劑性球團(tuán)（fluxed pellet），堿度值大于1.0稱為自熔性球團(tuán)。一般地，堿度值小于0.1的稱為酸性球團(tuán)，堿度值為0.1～0.6的稱為低堿度球團(tuán)。

以球團(tuán)礦為主的高爐冶煉渣鐵比低、燃料比低、高爐冶煉經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良，同時球團(tuán)礦生產(chǎn)的煙氣凈化難度小、能耗低、加工費用低、產(chǎn)生煙塵和廢氣量少、煙氣中SO2和NOx含量顯著降低（SO2排放量僅為燒結(jié)工序的13%左右），有利于清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排。相比于球團(tuán)礦生產(chǎn)，燒結(jié)煙氣凈化治理的設(shè)備投資大，運營費用高，脫硫、脫硝、脫二噁英的技術(shù)難度大。到目前為止，燒結(jié)煙氣的污染以末端治理為主，把氣體污染物轉(zhuǎn)化為固體，大多數(shù)處于積存狀態(tài)，造成環(huán)境的二次污染，已不適應(yīng)建設(shè)美麗中國、綠色發(fā)展和智能發(fā)展鋼鐵工業(yè)的要求。因此，在新時代調(diào)整鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)，逐步提高以高品質(zhì)熔劑性球團(tuán)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展高品質(zhì)熔劑性球團(tuán)礦是必然趨勢，在新形勢下，若再主張新建燒結(jié)機顯然不是明智的選擇。由于燒結(jié)煙氣的污染問題，國外早在30年前就已開始逐步關(guān)停、取締燒結(jié)機。

由于帶式焙燒機球團(tuán)工藝鋪到臺車上的生球團(tuán)在焙燒過程中球與球之間是相對靜止的，不存在像回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)的粘結(jié)結(jié)圈問題，因此，用帶式焙燒機工藝可以生產(chǎn)任何堿度的熔劑性球團(tuán)，是成熟的熔劑性球團(tuán)工藝。

2 鞍鋼自主創(chuàng)新新技術(shù)與新工藝

2.1 開發(fā)的新技術(shù)

2.1.1 燒結(jié)新型粘結(jié)劑開發(fā)技術(shù)

在燒結(jié)混合料中配加粘結(jié)劑可以加強核顆粒與細(xì)顆?；蚣?xì)顆粒之間的接觸，從而提高混合料制粒后顆粒的強度和粒級。因此，使用粘結(jié)劑是提高燒結(jié)料層透氣性的有效方法之一。配加生石灰是目前非常普遍的技術(shù)，其在提高燒結(jié)生產(chǎn)率和燒結(jié)礦質(zhì)量等方面有非常顯著的效果，尤其是在高磁鐵精礦配比的條件下。添加有機粘結(jié)劑或復(fù)合粘接劑也是目前比較常用的技術(shù)，但這些粘接劑通常粒度非常細(xì)且用量很少，很難保證能夠均勻地分布在混合料中。

日本岡田等人發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)混合料中的超細(xì)顆粒具有粘結(jié)劑的作用，其行為影響燒結(jié)料的制粒性能，但這些超細(xì)顆粒的粘性較大，很難均勻地分散在混合料中。因此，開發(fā)了陰離子聚合物分散劑（APD），以確保超細(xì)顆粒能夠均勻地分布在混合料中［8］。新日鐵公司進(jìn)行了制粒試驗和燒結(jié)杯試驗，結(jié)果表明，使用APD分散劑能夠增加制粒后顆粒的強度和干燥后顆粒的強度，從而提高燒結(jié)生產(chǎn)率，且其效果要明顯好于使用生石灰［9-10］。在此基礎(chǔ)上，新日鐵公司開發(fā)了使用APD分散劑的創(chuàng)新制粒工藝 （AGIS，Advanced Granulation for Innovation of Sinter Ore）［11］。

鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院與遼寧科技大學(xué)合作，在實驗室條件下開發(fā)了一種新型絡(luò)合化鎂質(zhì)高效燒結(jié)粘結(jié)劑。研究發(fā)現(xiàn)，該粘結(jié)劑可以明顯改善燒結(jié)料層的透氣性，在鞍鋼高配比磁鐵精礦燒結(jié)原料條件下，這種新型絡(luò)合化鎂質(zhì)粘結(jié)劑在提高燒結(jié)生產(chǎn)率和燒結(jié)礦質(zhì)量方面有著明顯的效果。當(dāng)新型絡(luò)合化鎂質(zhì)粘結(jié)劑配加量達(dá)到適宜配比時，燒結(jié)生產(chǎn)率提高了約6%以上，燒結(jié)返礦率降低約1.5～2個百分點，深入的機理研究和實驗工作仍在進(jìn)行中，預(yù)期會達(dá)到提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的效果，有待工業(yè)試驗驗證。

粘結(jié)劑是通過改善制粒后顆粒的質(zhì)量來提高料層的透氣性，但粘結(jié)劑的粒度通常非常細(xì)且其用量非常少，需要采取特殊措施以確保其在燒結(jié)混合料中均勻分布，筆者認(rèn)為，國內(nèi)已成熟燒結(jié)混合料強力混勻制粒技術(shù)將在配加粘結(jié)劑等方面發(fā)揮重要作用。

2.1.2 爐料MgO添加技術(shù)

筆者于2005年針對MgO對燒結(jié)礦的冶金性能及產(chǎn)質(zhì)量影響開展了系列創(chuàng)新性研究工作［12］。研究表明，燒結(jié)礦中過高的MgO含量對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量有著不可忽視的負(fù)面影響，燒結(jié)生產(chǎn)中添加MgO會導(dǎo)致燒結(jié)礦冷強度變差，其主要原因是MgO在燒結(jié)過程中易與Fe3O4反應(yīng)生成鎂磁鐵礦（MgO·Fe3O4），阻礙 Fe3O4氧化成 Fe2O3，也就阻礙了鐵酸鈣的生成，造成燒結(jié)礦冷強度和還原性變差。根據(jù)實驗室研究結(jié)果，筆者在國內(nèi)率先提出，高爐爐渣所需要的MgO應(yīng)該由過去在燒結(jié)生產(chǎn)中添加轉(zhuǎn)變?yōu)樵谇驁F(tuán)生產(chǎn)中添加的新方式，并提出低MgO燒結(jié)是燒結(jié)生產(chǎn)的趨勢。

2012年末，筆者提出鞍鋼高爐爐料MgO添加方式由在燒結(jié)生產(chǎn)中添加轉(zhuǎn)變?yōu)樵谇驁F(tuán)生產(chǎn)中添加可以提高燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量的建議得到鞍鋼股份有限公司和鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠（以下簡稱煉鐵總廠）的采納，2013年1月1日至9月30日，煉鐵總廠在三燒車間進(jìn)行了燒結(jié)降低MgO的工業(yè)試驗，試驗開始時先減少鎂石粉配比直至停止配加鎂石粉，燒結(jié)礦MgO含量由1.74%降到1.48%。燒結(jié)降低MgO的工業(yè)試驗效果：燒結(jié)礦產(chǎn)量增加1.75%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高0.02個百分點。

三燒車間燒結(jié)礦產(chǎn)量隨燒結(jié)礦中MgO含量變化關(guān)系見圖1。隨著燒結(jié)礦中MgO含量的增加，燒結(jié)礦的2 h臺時產(chǎn)量呈逐漸降低的趨勢。簡言之，降低燒結(jié)礦中MgO含量可以提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量。

圖1 三燒車間燒結(jié)礦產(chǎn)量隨燒結(jié)礦中MgO含量變化關(guān)系

鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)是燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和天然塊礦的搭配，燒結(jié)礦MgO含量降低后，為了平衡高爐渣中MgO含量，需要提高球團(tuán)礦MgO含量，由此提出鞍鋼本部煉鐵總廠的帶式機球團(tuán)工藝生產(chǎn)MgO球團(tuán)礦的建議，MgO組元由鎂基粘結(jié)劑帶入。

2.1.3 球團(tuán)鎂基粘結(jié)劑開發(fā)技術(shù)

筆者2009年在實驗室對鞍鋼帶式機生產(chǎn)MgO球團(tuán)礦進(jìn)行了一系列的探索開發(fā)研究和優(yōu)化［13］。 2015～2016 年間，為了簡化生產(chǎn) MgO 球團(tuán)礦的配料工序，把含有MgO的熔劑與球團(tuán)粘結(jié)劑混合在一起，變?yōu)橐环N復(fù)合鎂基粘結(jié)劑參加球團(tuán)配料，這樣既提供了MgO源又不用配加傳統(tǒng)的膨潤土粘結(jié)劑，可簡化球團(tuán)生產(chǎn)配料過程，為此，在實驗室進(jìn)行了帶式機球團(tuán)配加鎂基粘結(jié)劑實驗研究并與煉鐵總廠共同制定了帶式機球團(tuán)配加鎂基粘結(jié)劑的工業(yè)試驗方案［14］。

工業(yè)試驗結(jié)果表明，在帶式機鎂基粘結(jié)劑球團(tuán)生產(chǎn)過程中，粘結(jié)劑的選擇至關(guān)重要，配加了一種鎂質(zhì)熔劑及新型膨潤土，新型膨潤土選用以高粘性有機高分子聚合材料為核心的材料配制，具有親水性強、擴散快、粘度高等特點。該材料對含鐵物料有很強的粘結(jié)性，是膨潤土的8～10倍。加入量比膨潤土降低50%以上，顯著的減少了SiO2、Al2O3等有害雜質(zhì)的帶入，并且可以使球團(tuán)鐵品位提高0.4個百分點。

球團(tuán)礦有機復(fù)合粘結(jié)劑超強的粘結(jié)能力使得在生產(chǎn)鎂基球團(tuán)過程中，可以盡可能多的帶入含鎂質(zhì)材料，這一點膨潤土是無法辦到的。在煉鐵總廠10號3200 m3高爐冶煉鎂質(zhì)球團(tuán)礦工業(yè)試驗結(jié)果表明，使用鎂質(zhì)球團(tuán)的高爐混合爐料冶金性能改善，可以適當(dāng)降低入爐二元堿度和提高球團(tuán)比例從而達(dá)到增加入爐品位的目的。高爐透氣性改善、風(fēng)量增加、爐渣脫硫能力和穩(wěn)定性增強，爐缸活躍程度增加，高爐消耗降低、利用系數(shù)提高。

2.1.4 鎂基堿性/熔劑性球團(tuán)關(guān)鍵技術(shù)儲備

由于歷史的原因，我國高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)規(guī)模太大，雖然形成了高堿度燒結(jié)礦加酸性球團(tuán)礦的爐料結(jié)構(gòu)，但球團(tuán)礦比例至今不足20%，提高球團(tuán)礦堿度的空間有限，致使我國熔劑性球團(tuán)的發(fā)展明顯落后于歐美國家。

近年來，在鋼鐵生產(chǎn)節(jié)能減排的壓力下，我國球團(tuán)礦的生產(chǎn)快速發(fā)展。隨著球團(tuán)礦入爐比例的繼續(xù)增加，發(fā)展熔劑性球團(tuán)的條件日趨成熟，我國熔劑性球團(tuán)的發(fā)展勢在必然。目前，首鋼和河鋼均在針對各自的原料、燃料和熔劑特點研發(fā)熔劑性球團(tuán)制備技術(shù)，并建廠實施。

熔劑性球團(tuán)的生產(chǎn)技術(shù)，從原料準(zhǔn)備、生球團(tuán)制備到焙燒和冷卻制度等，均與酸性球團(tuán)有很大不同，且受所用原料、燃料和熔劑的類型、產(chǎn)品礦物組成與成分影響大，必須提前開發(fā)鞍鋼原料條件下熔劑性球團(tuán)制備的關(guān)鍵技術(shù)。

筆者于2008年開展了基于帶式機的熔劑性球團(tuán)和鎂基/堿性熔劑性球團(tuán)的相關(guān)儲備研究，表明了熔劑性球團(tuán)和鎂基堿性/熔劑性球團(tuán)在鞍鋼帶式焙燒機生產(chǎn)使用的可行性，同時實驗還印證了鎂基熔劑性球團(tuán)相比普通酸性球團(tuán)和熔劑球團(tuán)更具優(yōu)良的冶金性能。

2.2 創(chuàng)新的新工藝

2.2.1 雙層預(yù)燒結(jié)新工藝已開發(fā)

針對煉鐵總廠各燒結(jié)車間使用大比例細(xì)粒鐵精礦，料層透氣性差，導(dǎo)致長期以來燒結(jié)機利用系數(shù)低，影響高爐鐵料平衡的短板問題，以及公司規(guī)劃未來取消東鞍山燒結(jié)廠帶來的燒結(jié)礦產(chǎn)量嚴(yán)重不足問題，筆者開發(fā)了雙層預(yù)燒結(jié)新工藝［15-18］。在沒有富氧燒結(jié)的條件下，對預(yù)燒結(jié)時間與雙層布料的上、下層厚度的比例關(guān)系進(jìn)行了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的研發(fā)與優(yōu)化，獲得了以“一種采用預(yù)燒結(jié)的超厚料層燒結(jié)方法”為核心的19項國家發(fā)明專利授權(quán)。

雙層預(yù)燒結(jié)即雙層點火燒結(jié)，先鋪裝下層料后點火燒結(jié)，然后再鋪裝上層料再在上層點火燒結(jié)。由于在燒結(jié)料層中有兩個燃燒帶同時移動，因此在理論上，燒結(jié)時間可大幅縮短，燒結(jié)礦的產(chǎn)量可顯著提高，此外抽入的空氣得以充分利用，可大幅節(jié)省風(fēng)量，雙層預(yù)燒結(jié)新工藝示意圖如圖2所示。雙層燒結(jié)工藝改善高磁鐵礦配比下燒結(jié)料層透氣性差、利用系數(shù)低的技術(shù)原理是：在燒結(jié)過程中，燒結(jié)料層劃分為6個帶，分別是過濕帶、干燥帶、預(yù)熱帶、燃燒帶、熔化帶和燒結(jié)礦帶，在這六個帶中燒結(jié)礦帶的阻力最小。先鋪裝的下層料經(jīng)預(yù)燒結(jié)后形成的燒結(jié)礦帶，使得料層透氣性得到改善，燒結(jié)利用系數(shù)大幅提高。

在煉鐵總廠二燒車間360 m2燒結(jié)機上開展了雙層預(yù)燒結(jié)工業(yè)試驗，工業(yè)試驗結(jié)果表明，雙層預(yù)燒結(jié)新工藝在生產(chǎn)實踐上是完全可行的。該新工藝的實施在國內(nèi)外燒結(jié)行業(yè)是一項顛覆性的創(chuàng)新。2016年經(jīng)過4個多月的燒結(jié)老設(shè)備的改造、調(diào)試、整改、完善等環(huán)節(jié)，工業(yè)試驗取得了16.11%的燒結(jié)增產(chǎn)效果，高爐使用雙層預(yù)燒結(jié)新工藝的燒結(jié)礦，順行情況良好，高爐產(chǎn)量及風(fēng)量與基準(zhǔn)期基本一致。但新工藝在某些工藝參數(shù)和工序上尚需繼續(xù)完善，目前尚存在燒結(jié)礦成品率和冷強度有一定程度下降的問題，已提出解決的具體措施并著手開展新一輪工業(yè)試驗，以期取得最佳的燒結(jié)提產(chǎn)效果。

圖2 雙層預(yù)燒結(jié)新工藝示意圖

該工藝不僅可以顯著提高燒結(jié)礦產(chǎn)量，還可以大幅度降低氮氧化物和碳氧化物的排放量。工業(yè)試驗期間，共減少氮氧化物排放615.4 t，碳氧化物排放量減少45 239.8 t。在與國內(nèi)燒結(jié)專業(yè)最權(quán)威的院校合作開展“雙層預(yù)燒結(jié)新工藝”的機理研究工作中，專家給出的結(jié)論是，雙層預(yù)燒結(jié)新工藝在國內(nèi)外是燒結(jié)領(lǐng)域的一項顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，代表超厚料層鐵礦石燒結(jié)的發(fā)展方向。

2.2.2 冷固結(jié)球團(tuán)工藝在研

隨著我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展，通過選礦工藝大量開發(fā)利用貧鐵礦資源后，產(chǎn)生大量小于200目的細(xì)粒鐵精礦。應(yīng)用這樣的細(xì)粒鐵精礦燒結(jié)工藝技術(shù)困難，惡化燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)，浪費能耗。冷固結(jié)球團(tuán)因其制備工藝無高溫處理過程、能顯著減少能耗和降低污染、可充分利用細(xì)粒鐵精礦，同時具有流程簡單和投資少等優(yōu)點，成為新型爐料制備的關(guān)注熱點。在高溫下，粘結(jié)劑失效會導(dǎo)致冷固結(jié)球團(tuán)強度嚴(yán)重劣化，產(chǎn)生大量粉末，降低球團(tuán)入爐比。因此，可保持冷固結(jié)球團(tuán)高溫強度的粘結(jié)劑是冷固結(jié)球團(tuán)的關(guān)鍵。中南大學(xué)等單位研究開發(fā)了“冷固結(jié)球團(tuán)煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原新工藝”，在鐵精礦中加入自主研發(fā)的復(fù)合粘結(jié)劑造球后,只需在干燥機上低溫（200℃左右）干燥固結(jié)，再進(jìn)入高爐或者回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煉鐵。該工藝不需要采用煤粉、天然氣等外部熱源供熱來完成球團(tuán)高溫氧化焙燒階段，省去了常規(guī)球團(tuán)的高溫氧化焙燒階段，僅在低溫干燥機上完成球團(tuán)的干燥固結(jié)，再進(jìn)入高爐或回轉(zhuǎn)窯煉鐵，可顯著減少能耗和降低污染，降低生產(chǎn)成本和簡化工藝流程，中南大學(xué)等單位研發(fā)的“冷固結(jié)球團(tuán)煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原新工藝”有可借鑒之處。

國內(nèi)外研究者對冷固結(jié)球團(tuán)煉鐵新爐料制備方法和技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。筆者團(tuán)隊對冷固結(jié)球團(tuán)煉鐵新爐料制備問題與中南大學(xué)進(jìn)行了一些前期技術(shù)交流和實驗室探索研究，積累了一定的研究經(jīng)驗，打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，綠色清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排是現(xiàn)代化鋼鐵生產(chǎn)的趨勢，煉鐵爐料制備技術(shù)的更新?lián)Q代成為必然。鞍鋼細(xì)粒鐵精礦充足，完全具備采用冷固結(jié)球團(tuán)法提高煉鐵爐料生產(chǎn)技術(shù)水平、優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)流程的條件。因此，鞍鋼與中南大學(xué)合作開展冷固結(jié)球團(tuán)制備關(guān)鍵技術(shù)研究，最終實現(xiàn)冷固結(jié)球團(tuán)產(chǎn)業(yè)化有一定的可行性。

3 展望

3.1 可實施的成熟技術(shù)展望

3.1.1 強力混勻制粒

鞍鋼具備自產(chǎn)鐵礦用于燒結(jié)的天然原料條件優(yōu)勢，但同樣也使得細(xì)粒鐵精礦高比例用于燒結(jié)生產(chǎn)，繼續(xù)采用傳統(tǒng)的兩段式圓筒混合、制粒工藝難以支撐企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需求。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐均證實強力混合機能夠大幅改善較高比例細(xì)粒精礦燒結(jié)的混合、制粒效果以及燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)，對于鞍鋼高比例精礦燒結(jié)的原料條件而言，開發(fā)相匹配的強力混合-圓筒制粒工藝對于鞍鋼燒結(jié)提產(chǎn)、增效、降本均具有重要意義。

未來，針對鞍鋼現(xiàn)有燒結(jié)工藝配置，可探究強力混合對現(xiàn)有原料條件燒結(jié)的強化效果，并挖掘強力混合-制粒工藝條件下進(jìn)一步提高鞍鋼燒結(jié)鐵精礦配比、提高料層厚度的潛力，從而充分發(fā)揮鞍鋼原料條件的優(yōu)勢，有利于推動鞍鋼燒結(jié)工藝高質(zhì)量發(fā)展。

3.1.2 燒結(jié)機綜合堵漏風(fēng)

歸納燒結(jié)混合料強力混勻制粒技術(shù)和燒結(jié)機綜合堵漏風(fēng)技術(shù)，筆者認(rèn)為，鐵礦石燒結(jié)工藝實現(xiàn)高產(chǎn)低耗要解決的核心問題可以用兩個字“透”和“堵”來高度概括：“透”即燒結(jié)料層的透氣性要好，阻力??；“堵”即燒結(jié)機系統(tǒng)堵漏風(fēng)，使通過燒結(jié)料層的有效風(fēng)量大。

煉鐵總廠燒結(jié)機漏風(fēng)率高，為49.0%～52.0%，燒結(jié)機漏風(fēng)率直接影響燒結(jié)煙氣的排放量和燒結(jié)工序的電單耗，是影響燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。目前鞍鋼燒結(jié)機漏風(fēng)率治理水平遠(yuǎn)低于寶鋼等先進(jìn)企業(yè)，治理漏風(fēng)是鞍鋼燒結(jié)機提產(chǎn)降耗的關(guān)鍵，因此，要大力開展燒結(jié)機綜合密封堵漏風(fēng)技術(shù)工作并實施，將燒結(jié)機漏風(fēng)率降到40%以下。

3.1.3 氣體燃料噴吹技術(shù)

歸納氣體燃料噴吹技術(shù)，筆者認(rèn)為，在目前暫時無法良好實現(xiàn)燒結(jié)料層內(nèi)焦粉偏析分布的情況下，采用氣體燃料噴吹技術(shù)這種“以氣代焦”的方式來變相實現(xiàn)料層燃料偏析分布，從而實現(xiàn)料層上、中、下部熱量基本一致的均熱燒結(jié)，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能、減排、提質(zhì)的多重有益效果，是國內(nèi)燒結(jié)廠能夠做出的較好選擇，且其技改成本較低，回收周期短，技改全程無需燒結(jié)機停機配合，對生產(chǎn)任務(wù)無任何負(fù)面影響。因此，大力開展氣體燃料噴吹技術(shù)在煉鐵總廠燒結(jié)機的應(yīng)用實施，提升鞍鋼燒結(jié)工序的綠色化生產(chǎn)指標(biāo)，是未來助推鞍鋼燒結(jié)綠色發(fā)展的可選擇方案之一。

3.2 自主創(chuàng)新技術(shù)與新工藝進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用

3.2.1 開發(fā)高效燒結(jié)粘結(jié)劑

鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院以改善燒結(jié)料層的透氣性這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)作為突破口，創(chuàng)新性地提出可在不改變原有工藝流程和裝備水平的條件下，僅在燒結(jié)配料過程中添加粘結(jié)劑即可實施，屬于投入少、見效快的“短平快”技術(shù)措施，但長期以來該技術(shù)在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)一直未被突破，亟需聯(lián)合國內(nèi)在這方面有較高理論與實踐水平的科研院所，圍繞大幅提高燒結(jié)機產(chǎn)能開展合作攻關(guān)。燒結(jié)添加粘結(jié)劑就可提高混合料制粒效果，改善燒結(jié)料層透氣性，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量，降低固體燃料消耗等，是解決鞍鋼目前燒結(jié)礦嚴(yán)重缺口問題的捷徑，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，研制出技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的、可高效改善燒結(jié)料層透氣性的添加劑是亟需突破的技術(shù)瓶頸。

3.2.2 改變高爐爐料MgO添加技術(shù)的應(yīng)用

鑒于燒結(jié)礦中過高的MgO含量對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量有著不可忽視的負(fù)面影響，燒結(jié)生產(chǎn)中添加MgO會導(dǎo)致燒結(jié)礦冷強度變差已被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可，鞍鋼高爐爐渣所需要的MgO的添加方式應(yīng)由過去在燒結(jié)生產(chǎn)中添加轉(zhuǎn)變?yōu)樵谇驁F(tuán)生產(chǎn)中添加，低MgO燒結(jié)是燒結(jié)生產(chǎn)的趨勢。鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)是燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和天然塊礦的搭配，燒結(jié)礦MgO含量降低后，為了平衡高爐渣中MgO含量，需要提高球團(tuán)礦MgO含量，鞍鋼在鞍山地區(qū)的1臺帶式球團(tuán)焙燒機和4條鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)線應(yīng)生產(chǎn)冶金性能較佳的MgO酸性球團(tuán)，替代熱態(tài)冶金性能較差的普通酸性球團(tuán)，燒結(jié)礦為自然MgO含量，燒結(jié)不再配加菱鎂石等鎂質(zhì)熔劑。

3.2.3 新型鎂基粘結(jié)劑應(yīng)用于帶式機球團(tuán)生產(chǎn)

新型鎂基粘結(jié)劑是選用高粘性有機高分子聚合材料與鎂質(zhì)熔劑為核心材料配制，具有親水性強、擴散快、粘度高等特點。該材料對含鐵物料有很強的粘結(jié)性，是膨潤土的8～10倍。加入量比膨潤土降低50%以上，顯著減少了SiO2、Al2O3等有害雜質(zhì)的帶入，并且使球團(tuán)鐵品位可以提高0.4個百分點以上。球團(tuán)礦有機復(fù)合粘結(jié)劑超強的粘結(jié)能力使得在生產(chǎn)鎂基球團(tuán)過程中，可以盡可能多的帶入含鎂質(zhì)材料，這一點膨潤土是無法辦到的。鑒于此，建議鞍鋼應(yīng)大力推進(jìn)帶式機生產(chǎn)新型鎂基粘結(jié)劑MgO球團(tuán)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

3.2.4 鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)鎂基堿性/熔劑性球團(tuán)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)

研究采用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)鎂基熔劑性球團(tuán)供高爐使用，擴展球團(tuán)品種，提高球團(tuán)礦品質(zhì)，適應(yīng)并引領(lǐng)時代發(fā)展趨勢。但采用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)或鎂基堿性/熔劑性球團(tuán)尚存在諸多問題需要攻克，在國內(nèi)外仍然是未解的難題，需要立即開展深入的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究工作，研究出高品質(zhì)鎂基堿性/熔劑性球團(tuán)的關(guān)鍵技術(shù)，生產(chǎn)出適合于高爐冶煉的、二氧化硅含量適中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的熔劑性球團(tuán)，逐步實現(xiàn)鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)由大比例燒結(jié)礦型向大比例熔劑球團(tuán)礦型的轉(zhuǎn)變，逐步關(guān)停、取締污染大的燒結(jié)機工藝。相應(yīng)地，高爐逐漸增加熔劑性球團(tuán)的配比，直至實現(xiàn)高爐100%高品質(zhì)熔劑性球團(tuán)冶煉，最終實現(xiàn)鞍鋼鐵前工藝沿著綠色發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展方向大步前進(jìn)。

針對球團(tuán)礦的優(yōu)勢及作用，國家發(fā)改委2019年發(fā)布的《鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》里也明確提出，鼓勵熔劑性球團(tuán)生產(chǎn)工藝技術(shù)和高爐高比例球團(tuán)冶煉工藝技術(shù)，重視熔劑型、鎂質(zhì)酸性球團(tuán)礦的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用，為高比例球團(tuán)礦的使用奠定基礎(chǔ)。

總之，高品質(zhì)鎂基堿性/熔劑性球團(tuán)是鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的未來發(fā)展方向，鞍鋼有較多的鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝產(chǎn)線，應(yīng)率先掌握基于鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)鎂基堿性/熔劑性球團(tuán)的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.5 開發(fā)基于雙層預(yù)燒結(jié)工藝的燒結(jié)富氧技術(shù)

雙層預(yù)燒結(jié)作為鞍鋼專有工藝技術(shù)，其技術(shù)有益效果不再繁述。但在雙層燒結(jié)生產(chǎn)時，易存在下層燒結(jié)帶助燃氧氣量不夠的問題，嚴(yán)重影響下部燒結(jié)質(zhì)量。為解決該問題，筆者項目組與中南大學(xué)、中冶長天公司通過多次交流探討與燒結(jié)杯試驗，提出了“分段供氧、富氧燒結(jié)”的解決方案，試驗證明當(dāng)在燒結(jié)杯頂部料層噴入氧氣含量為25%的富氧空氣時，下層燒結(jié)帶可實現(xiàn)良好燃燒生產(chǎn)，不會對燒結(jié)礦的質(zhì)量指標(biāo)造成負(fù)面影響。

為更好地開發(fā)完善雙層燒結(jié)工藝技術(shù)，筆者建議煉鐵總廠通過橫向課題的方式與中冶長天共同開發(fā)富氧空氣料面噴吹技術(shù)，可先考慮選取一條燒結(jié)生產(chǎn)線作為工業(yè)化試驗改造對象，待積累經(jīng)驗后，再在鞍鋼其他燒結(jié)生產(chǎn)線推廣應(yīng)用。

3.2.6 雙層預(yù)燒結(jié)新工藝的推廣應(yīng)用

該新工藝豐富了超厚料層燒結(jié)的技術(shù)與理論體系，為超厚料層燒結(jié)技術(shù)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用，推進(jìn)燒結(jié)行業(yè)的優(yōu)質(zhì)、高效、清潔發(fā)展提供技術(shù)支撐。但新工藝在某些工藝參數(shù)和工序上尚需繼續(xù)完善，將開展新一輪工業(yè)試驗，以期取得最佳效果。

3.2.7 開發(fā)冷固結(jié)球團(tuán)工藝

冷固結(jié)球團(tuán)因其制備工藝無高溫處理過程、能顯著減少能耗和降低污染、可充分利用細(xì)粒鐵精礦，同時具有流程簡單和投資少等優(yōu)點，是未來新型爐料制備的發(fā)展方向。目前，冷固結(jié)球團(tuán)工藝還處于研究階段。經(jīng)調(diào)研，中南大學(xué)對此項技術(shù)研究比較深入，建議鞍鋼搶占先機，與其開展合作，對此項技術(shù)開展深入研究，進(jìn)而進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用，提升鐵前科技創(chuàng)新領(lǐng)航地位。冷固結(jié)球團(tuán)技術(shù)還處于研究階段，開發(fā)出適合鞍鋼原料條件下生產(chǎn)冷固結(jié)球團(tuán)的粘結(jié)劑是一項重大難題，另外，鞍鋼從未開展過此類研究，在此類研究方向還處于空白階段，需要開展大量的機理及基礎(chǔ)性實驗工作，借助中南大學(xué)研究平臺開展機理研究，結(jié)合自身開展的實驗研究及現(xiàn)場應(yīng)用條件，填補鞍鋼冷固結(jié)球團(tuán)工藝研究和應(yīng)用方向的空白。

3.2.8 開發(fā)基于鞍鋼鐵礦資源條件的復(fù)合造塊技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化

復(fù)合造塊法尤其適用于細(xì)粒鐵精礦的高效造塊，可以利用現(xiàn)有燒結(jié)工藝的主體設(shè)備實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。鞍鋼自產(chǎn)鐵精礦粒度細(xì)資源量大，燒結(jié)類型、工藝及裝備齊全，因此，通過與中南大學(xué)合作開展基于鞍鋼鐵礦資源條件的復(fù)合造塊新方法研究與產(chǎn)業(yè)化，完全具備采用復(fù)合造塊法提高煉鐵爐料生產(chǎn)技術(shù)水平、優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)流程的條件。產(chǎn)業(yè)化時，可先考慮選取一條燒結(jié)生產(chǎn)線改造為復(fù)合造塊法生產(chǎn)，待積累經(jīng)驗后，再在鞍鋼公司內(nèi)其他燒結(jié)生產(chǎn)線推廣應(yīng)用，可顯著提高煉鐵爐料生產(chǎn)技術(shù)水平，實現(xiàn)煉鐵生產(chǎn)節(jié)能減排和持續(xù)健康發(fā)展。

4 結(jié)語

鞍鋼煉鐵原料準(zhǔn)備領(lǐng)域只有堅定依靠自主創(chuàng)新并聯(lián)合國內(nèi)一流的科研院所共同開發(fā)顛覆性、前瞻性新工藝新技術(shù)，同時利用先進(jìn)企業(yè)已有成熟有效技術(shù)，才能重新煥發(fā)生機。本文涉及現(xiàn)有燒結(jié)工藝的升級、燒結(jié)新技術(shù)與新工藝的開發(fā)、球團(tuán)新產(chǎn)品的開發(fā)、造塊新方法的集成應(yīng)用，涵蓋從工藝優(yōu)化、工藝創(chuàng)新、節(jié)能、環(huán)保等各個方面。項目完成和工業(yè)實施后，將全面提升鞍鋼煉鐵原料準(zhǔn)備的整體技術(shù)水平，預(yù)期將大幅提高鐵前系統(tǒng)生產(chǎn)效率，顯著降低工序能耗，含氮、硫等氣體污排放減少，高爐綜合焦比降低。項目的實施將推動鞍鋼煉鐵爐料生產(chǎn)技術(shù)和新技術(shù)的研發(fā)進(jìn)入國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進(jìn)行列，同時對國內(nèi)絕大部分鋼鐵企業(yè)均有推廣應(yīng)用價值，推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。