提升燒結(jié)礦成品率生產(chǎn)實(shí)踐

張永亮

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠，河北 宣化 075100）

我國鋼鐵行業(yè)在繼續(xù)深入推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的過程中，進(jìn)程總體平穩(wěn)，但也出現(xiàn)了鋼材平均價(jià)格水平下降、進(jìn)口鐵礦石價(jià)格上升的問題。企業(yè)生產(chǎn)成本持續(xù)走高，利潤空間縮減。為促進(jìn)高爐煉鐵實(shí)現(xiàn)“高效率、高效益、低成本”的生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，宣鋼鐵前系統(tǒng)管理技術(shù)人員以提升燒結(jié)礦成品率為切入點(diǎn)開展了一系列的研究工作。宣鋼在線運(yùn)行的3臺360 m2燒結(jié)機(jī)，燒結(jié)礦成品率指標(biāo)在行業(yè)以及集團(tuán)內(nèi)同規(guī)模燒結(jié)機(jī)中處于中下游水平，通過開展技術(shù)攻關(guān)雖有一定提升，但還未達(dá)到領(lǐng)先水平。因此，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、改善環(huán)境，提高燒結(jié)礦成品率成為宣鋼鐵前燒結(jié)系統(tǒng)指標(biāo)攻關(guān)的重要任務(wù)[1-2]。

1 宣鋼燒結(jié)礦現(xiàn)狀

目前，燒結(jié)礦成品率維持在81.5%左右，機(jī)燒損耗率10.08%，平均粒級20.63 mm，還原度82.4%。雖然較過去有一定進(jìn)步，但與行業(yè)先進(jìn)水平相比還有差距。工藝過程控制存在一定缺陷，參數(shù)調(diào)整思路不夠明確，關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還有提升空間。

2 從機(jī)理研究出發(fā)提升燒結(jié)礦成品率措施

通過燒結(jié)礦成品率低的機(jī)理性研究，并基于針狀復(fù)合鐵酸鈣（SFCA）形成理論，以工藝改進(jìn)及燒結(jié)礦成分優(yōu)化控制為技術(shù)手段，增強(qiáng)燒結(jié)過程的氧化性氣氛、減少液相過熔作為改進(jìn)方向，促進(jìn)SFCA的充分發(fā)展，做到思路明確、有的放矢。

2.1 改善布料效果

2.1.1 穩(wěn)定緩沖倉出料

緩沖倉經(jīng)過長時(shí)間使用，倉體出現(xiàn)外鼓現(xiàn)象，造成下料不均勻，影響料面平整度。為解決該問題，安裝固定式可旋轉(zhuǎn)扇形閥，用于引導(dǎo)物料及控制出料口。扇形閥使出料口高度可調(diào)整范圍大大增加，調(diào)整范圍達(dá)到100～400 mm。同時(shí)，扇形閥上面加裝6個(gè)可活動(dòng)的小料門，生產(chǎn)中扇形閥控制一定開度，控制整體的下料量并通過小料門進(jìn)行微調(diào)，有效解決緩沖倉儲(chǔ)料不勻及雜物卡阻現(xiàn)象，提高臺車料面平整度，見圖1。

圖1 改善布料效果

2.1.2 促進(jìn)垂直布料合理偏析

由于料層上、中、下部位物料粒度、成分和碳含量的分布對于燒結(jié)過程透氣性、反應(yīng)有較大的影響，故厚料層燒結(jié)條件下物料的分布狀態(tài)引起技術(shù)工作者的重視。

為了獲得混料在臺車上的粒級分布，對燒結(jié)機(jī)不同部位進(jìn)行取樣，分為縱向上、中、下，橫向北、中、南進(jìn)行取樣，見第143頁圖2。結(jié)果見第143頁表1。

表1 燒結(jié)機(jī)斷面粒級分布（轉(zhuǎn)速15 Hz） mm

圖2 臺車斷面粒級分布取樣部位

從臺車水平粒級分布看，結(jié)果較為理想。中部粒級偏大，兩側(cè)粒級偏小，有利控制邊緣效應(yīng)，無需調(diào)整。從垂直粒級分布看，由上至下逐漸增大，但上、下部粒級差僅為0.5 mm左右，偏析量過小。下部粒級小不利于消除過濕層對透氣性的影響，惡化料層透氣性。

九號輥布料由公頻改造為變頻后，為減少九輥消耗，轉(zhuǎn)速調(diào)整為15 Hz左右。分析認(rèn)為，造成上、下部粒級偏析量小的主要因素為九號輥布料出現(xiàn)問題。應(yīng)從九號輥安裝角度、間隙調(diào)整、轉(zhuǎn)速調(diào)整方面入手。

九號輥角度由40°調(diào)整為37.5°，間隙由8 mm改為4 mm，并根據(jù)不同轉(zhuǎn)速測定上、中、下部混料粒級分布。結(jié)果見表2。

表2 九號輥轉(zhuǎn)速與偏析量關(guān)系 mm

由表2可知，通過優(yōu)化九號輥轉(zhuǎn)速，25 Hz范圍內(nèi)混料偏析最理想。進(jìn)一步提高九號輥轉(zhuǎn)速，臺車落料點(diǎn)堆尖加大而加劇上部大顆粒偏析，減少下部大顆粒，惡化料層透氣性。

控制合理的九號輥轉(zhuǎn)速，混料沿垂直方向分布得到改善，偏析量趨于合理，提高了料層氣相中的氧分壓，為鐵酸鈣的生成創(chuàng)造了有利條件，有利于減少鐵橄欖石、硅酸二鈣、玻璃質(zhì)等強(qiáng)度低、還原性差的礦物含量。

2.2 改進(jìn)工藝操作

2.2.1 工藝管理制度創(chuàng)新

隨著項(xiàng)目的逐步實(shí)施，對工藝操作穩(wěn)定性提出更高要求。為此，技術(shù)工作者提出了關(guān)鍵工藝參數(shù)受控率概念。將抽象的穩(wěn)定概念用具體的受控率數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來，并建立相應(yīng)的日核算、月考核制度。根據(jù)實(shí)際測算，將最關(guān)鍵的終點(diǎn)位置、終點(diǎn)溫度受控率規(guī)定為96%以上。制度運(yùn)行后，終點(diǎn)受控率由95%提高至98%，為穩(wěn)定工藝參數(shù)奠定了制度基礎(chǔ)，燒結(jié)礦指標(biāo)明顯改善。

2.2.2 實(shí)施800 mm厚料層燒結(jié)生產(chǎn)

隨著燒結(jié)機(jī)向大型化發(fā)展，料層厚度也逐步提高。宣鋼3臺360 m2燒結(jié)機(jī)料層厚度先后提高至800 mm。同時(shí)，為抑制邊緣效應(yīng)，臺車兩側(cè)布料高出5 mm，并用單獨(dú)小壓料輥壓實(shí)。研究表明，料層厚度為200 mm時(shí)，自動(dòng)蓄熱率為35%；400 mm時(shí)為52%，600 mm時(shí)為62%，800 mm時(shí)可以達(dá)到70%。料層厚度提高為增強(qiáng)燒結(jié)過程的氧化氣氛提供了條件，低溫?zé)Y(jié)得以實(shí)現(xiàn)，從而減少了燒結(jié)礦中硅酸鹽含量，有利于SFCA發(fā)展。

2.2.3 穩(wěn)定入燒混合料水分控制

燒結(jié)生產(chǎn)中，水、碳是保證燒結(jié)工藝穩(wěn)定性的關(guān)鍵。通過優(yōu)化自動(dòng)加水流程，使入燒混合料水分穩(wěn)定率由過去的80%左右提高至90%以上。在滿足工藝需求的前提下，混合料入燒水分由7.6%逐步下調(diào)為7.2%。水分穩(wěn)定率提高，促進(jìn)了制粒過程的均勻性；入燒水分的降低，減弱了過濕層的影響，極大地提高了燒結(jié)生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性。

2.2.4 優(yōu)化點(diǎn)火制度

點(diǎn)火操作是鐵礦石高溫?zé)Y(jié)的起點(diǎn)，是燒結(jié)工藝承上啟下的重要環(huán)節(jié)，也是燒結(jié)過程的基礎(chǔ)。點(diǎn)火效果的好壞直接影響燒結(jié)過程能否順利進(jìn)行及表層燒結(jié)礦質(zhì)量。點(diǎn)火溫度過低，點(diǎn)火強(qiáng)度不足或者點(diǎn)火時(shí)間不夠，都會(huì)促使料層表面欠熔;點(diǎn)火溫度過高或點(diǎn)火時(shí)間過長，又會(huì)造成燒結(jié)料表面過熔形成硬殼，影響空氣通過，降低料層的透氣性，氧化氣氛減弱。

適宜的點(diǎn)火制度必須根據(jù)原燃料條件及混合料中水分選擇適當(dāng)?shù)目杖急?、點(diǎn)火溫度及點(diǎn)火負(fù)壓。宣鋼精粉比例由10.5%逐步提高至20%，燃料結(jié)構(gòu)中汽運(yùn)燒結(jié)無煙煤粉比例由35%提高至47%，入燒水分基數(shù)由7.6%下調(diào)至7.2%。精粉比例的提高、燃料粒度的變小，使料層上部分布的磁鐵礦、燃料增多，原有的點(diǎn)火制度已不適應(yīng)原燃料結(jié)構(gòu)的變化，常導(dǎo)致過熔現(xiàn)象發(fā)生，影響料層透氣性。根據(jù)原燃料條件變化，點(diǎn)火溫度由1100℃±50℃調(diào)整為1050℃±50℃；空燃比由3.5～5.0調(diào)整為4.5～6.0。同時(shí)，實(shí)施微負(fù)壓點(diǎn)火，點(diǎn)火負(fù)壓由-10.0 kPa調(diào)整為-7.0 kPa。調(diào)整后，點(diǎn)火效果改善，氧化氣氛得到加強(qiáng)。

2.2.5 動(dòng)態(tài)優(yōu)化燃料粒級

燒結(jié)生產(chǎn)中，同等原料條件下，燃料粒級對燒結(jié)過程具有較大影響。粒級越小，燃燒速度越快，高溫保持時(shí)間越短；粒級越大，燃燒速度越慢，燃燒帶越厚，大顆粒周圍還原氣氛強(qiáng)，且易偏析至料層底部造成過熔，惡化料層透氣性。宣鋼入燒原料中，外粉屬于粗顆粒物料，配加比例不同對燃料粒級要求不同。在嚴(yán)格控制燃料粒級＞5 mm、含量不超過10%、杜絕出現(xiàn)燃料粒級＞8 mm的前提下，逐步摸索出不同外粉比例條件下適宜的燃料粒級（＜3 mm的含量）。結(jié)果見表3。

表3 燃料粒級動(dòng)態(tài)控制范圍

通過動(dòng)態(tài)優(yōu)化入燒燃料粒級范圍，保證在不同原料條件下適宜的液相量，改善了燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)。

2.3 優(yōu)化燒結(jié)礦成分

2.3.1 FeO的優(yōu)化控制

溫度和氣氛是SFCA生成的重要條件。對于磁鐵礦來說，SFCA形成的最佳溫度區(qū)間為1230～1250℃，赤鐵礦為1250～1270℃。溫度過高，SFCA出現(xiàn)高溫分解現(xiàn)象?？刂茻Y(jié)溫度意味著控制燃料用量，最終體現(xiàn)在燒結(jié)礦FeO指標(biāo)上。較高的FeO含量，燒結(jié)氧化氣氛降低，黏結(jié)相以鈣鐵橄欖石和玻璃質(zhì)為主，低溫還原粉化性能好，但強(qiáng)度和還原性較差。降低燃料用量，可以保證燒結(jié)過程較強(qiáng)的氧化性氣氛，燒結(jié)礦w（FeO）由9.75%逐步下調(diào)至9.2%左右，鐵酸鈣生成量增加，同時(shí)有利于降低燒結(jié)溫度，克服SFCA的高溫分解特性，保持SFCA的穩(wěn)定存在，抑制了硅酸鹽類礦物的生成。

2.3.2 SiO2的優(yōu)化控制

一般情況下，混料中適宜的SiO2含量能夠生成足夠的液相把周圍的礦粉黏結(jié)起來，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。但燒結(jié)過程中SiO2與CaO的親和力較強(qiáng)，過高的SiO2含量會(huì)導(dǎo)致鐵酸鈣減少，硅酸鈣等硅酸鹽類礦物增加，硅酸鈣相變產(chǎn)生體積膨脹，引起燒結(jié)礦粉化，降低轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。但SiO2含量過低，則導(dǎo)致燒結(jié)礦黏結(jié)相數(shù)量減少，流動(dòng)性下降，使燒結(jié)礦強(qiáng)度、成品率下降。

宣鋼根據(jù)自身原料條件，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)鼐圪Y源優(yōu)勢，結(jié)合性價(jià)比測算，科學(xué)配礦。以SiO2含量中等的PB粉、澳粉和低鈦半自熔為主，合理搭配卡粉、自熔精粉等低硅資源和FMG混合粉、楊迪粉等高硅資源，根據(jù)性價(jià)比變化，在保證成本和燒結(jié)礦性能的基礎(chǔ)上動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了w（SiO2）穩(wěn)定控制在5.1%～5.5%。

2.3.3 堿度的優(yōu)化控制

燒結(jié)礦堿度與鐵酸鈣生成密切相關(guān)，SiO2含量一定時(shí)，提高堿度有利于提高CaO的分散性和均質(zhì)性，促進(jìn)與SiO2形成低熔點(diǎn)物質(zhì)的液相組織，減少玻璃質(zhì)含量。同時(shí)，使得CaO與Fe2O3接觸點(diǎn)增多，促進(jìn)鐵酸鈣的生成量增加。除此之外，還可以改善燒結(jié)過程中的熱態(tài)透氣性，提高垂直燒結(jié)速度，增加黏結(jié)相數(shù)量，改善燒結(jié)礦強(qiáng)度和還原性能。在實(shí)際生產(chǎn)中，燒結(jié)礦堿度下限由1.9倍提高至1.95倍，根據(jù)爐料平衡需求在1.95倍～2.15倍動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3 實(shí)施效果（見表4）

表4 燒結(jié)礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過技術(shù)措施的實(shí)施，燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)提升明顯且保持穩(wěn)定，降低了燒結(jié)礦成本。與2019年基準(zhǔn)期比較，成品率提高了1.73%，機(jī)燒損耗率降低了0.82%，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高了0.11%，平均粒級提高了0.59 mm，還原度提高了0.7%。

4 結(jié)語

燒結(jié)礦成品率是燒結(jié)生產(chǎn)的一項(xiàng)綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，燒結(jié)礦成品率的高低，在某種程度上反映了企業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)過程控制水平的高低。通過一系列措施的實(shí)施，燒結(jié)成品率及其他性能指標(biāo)提升，促進(jìn)了燒結(jié)工序更加高效地利用礦粉資源，為高爐穩(wěn)定運(yùn)行及指標(biāo)改善提供了有利條件。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，節(jié)省了燃料用量，減少了CO2、SO2等氣體排放，具有良好的環(huán)保效益。