湘鋼低水燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐

史 磊 湯樂云

(華菱鋼鐵集團(tuán)公司湘潭鋼鐵有限公司煉鐵廠，湖南 湘潭 411100)

0 引言

混合料水分是燒結(jié)生產(chǎn)工藝的核心參數(shù)，適宜均勻的水分是生產(chǎn)過程穩(wěn)定順行的先決條件，它直接影響著燒結(jié)速度、質(zhì)量和成品率?；旌狭纤诌^大，圓輥下料不暢，料層變薄，燒結(jié)速度過快，燒結(jié)礦質(zhì)量和成品率降低，成本消耗增加；混合料水分過小，透氣性變壞、總管負(fù)壓升高，燒結(jié)速度慢，生產(chǎn)率低，過程控制難度加大導(dǎo)致穩(wěn)定性變差。

在2015年以前，湘鋼燒結(jié)混合料水分普遍按6.8%～7.5%組織，與國(guó)內(nèi)其他燒結(jié)廠差異不大，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度僅76.5%，內(nèi)返礦率高，成品率低，年產(chǎn)量在900萬t以下。隨著國(guó)內(nèi)鋼廠燒結(jié)競(jìng)爭(zhēng)日益提高，且湘鋼高爐生產(chǎn)不斷取得進(jìn)步，對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量有了更高的要求，低水厚料層生產(chǎn)成為行業(yè)發(fā)展大勢(shì)所趨。

1 低水燒結(jié)理論基礎(chǔ)

低水燒結(jié)和厚料層是相輔相成的，厚料層燒結(jié)的意義是減少玻璃質(zhì)多、強(qiáng)度低的表層燒結(jié)礦占比，充分利用燒結(jié)過程自蓄熱作用強(qiáng)化燒結(jié)高溫反應(yīng)，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和成品率；同時(shí)降低FeO控制，從而降低固體燃料消耗，改善還原性。但隨著料層厚度提升，過濕帶厚度也逐漸增加，過程阻力增大，透氣性惡化，進(jìn)而導(dǎo)致水分控制失常，生產(chǎn)惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)甚至造成爐條大面積板結(jié)，極大地制約了燒結(jié)生產(chǎn)的長(zhǎng)周期順行。

實(shí)施厚料層燒結(jié)生產(chǎn)，推進(jìn)低水燒結(jié)勢(shì)在必行。低水燒結(jié)對(duì)提質(zhì)提產(chǎn)和降低能耗都有積極作用。低水燒結(jié)的優(yōu)勢(shì)在于降低物料堆密度，強(qiáng)化物料顆粒表面接觸，促進(jìn)固相反應(yīng)進(jìn)行，且有效減少過濕層。

2 低水燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 概述

低水燒結(jié)的前提保證和根本措施是在實(shí)現(xiàn)混合料水分控制的精準(zhǔn)性及穩(wěn)定性的同時(shí)，通過強(qiáng)化制粒和減少過濕層影響來改善料層透氣性。

2.2 混合料水分精準(zhǔn)穩(wěn)定控制

2.2.1 強(qiáng)化在線水分監(jiān)測(cè)

混合料水分的精準(zhǔn)檢測(cè)控制是燒結(jié)生產(chǎn)舉足輕重的環(huán)節(jié)。單憑人工經(jīng)驗(yàn)判斷，無論從時(shí)效性還是準(zhǔn)確性上均無法滿足生產(chǎn)需求，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因水分失常釀成生產(chǎn)事故。為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)水分，湘鋼燒結(jié)在早期就分別在出混合機(jī)和制粒機(jī)后的膠帶加設(shè)MM710e紅外線測(cè)水儀。因認(rèn)識(shí)和維護(hù)工作不到位，測(cè)水儀最初使用僅僅起到參考作用，對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用沒有得到充分發(fā)揮。

近些年湘鋼對(duì)計(jì)器計(jì)量?jī)x表設(shè)備的重要性認(rèn)識(shí)大幅提高。通過開展針對(duì)性攻關(guān)，減輕紅外線測(cè)水儀運(yùn)行的各項(xiàng)影響因素干擾，具體包括加裝犁頭等平料裝置平衡探測(cè)距離，對(duì)儀器移位、增加擋盒密封、軸流風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)施來改善儀表工作環(huán)境，且原料配比變更后及時(shí)校準(zhǔn)，減少光照、料面蒸汽、物料顏色、粒度及環(huán)境粉塵等變化影響，見圖1。當(dāng)前紅外線測(cè)水儀數(shù)據(jù)的真實(shí)性和指導(dǎo)性大大提高，能夠及時(shí)預(yù)警水分變化異常，明確操作調(diào)整方向。

2.2.2 改進(jìn)加水系統(tǒng)

湘鋼燒結(jié)設(shè)有混合機(jī)和制粒機(jī)，生產(chǎn)加水點(diǎn)最初集中在混合機(jī)和制粒機(jī)。隨著生產(chǎn)模式擴(kuò)大，原有的加水模式已無法滿足生產(chǎn)有效加水，故對(duì)加水管道重新系統(tǒng)梳理走線，同時(shí)將單點(diǎn)加水改為分段加水，分段加水點(diǎn)包括混合機(jī)前混-1膠帶加水點(diǎn)、原混合機(jī)及制粒機(jī)加水點(diǎn)、制粒機(jī)和混合料倉通蒸汽水及外接清水補(bǔ)充點(diǎn)等，見圖2。

圖2 加水管道重新走線

改善加水流量控制系統(tǒng)，確保加水量精確調(diào)控。生產(chǎn)中加水量調(diào)節(jié)常采用流量閥開度控制和流量控制兩種控制方式，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。前者配加水量的精確度不夠，易受水壓、水管通暢情況影響，后者加水量精確，但閥管小容易堵塞。實(shí)現(xiàn)分段加水后，將多處電動(dòng)調(diào)節(jié)閥均改為精密流量閥，加水量穩(wěn)定性顯著改善，最終實(shí)現(xiàn)加水流量自動(dòng)調(diào)控。蒸汽使用方面，增設(shè)了蒸汽排水器、管道自改沉積水容器排水，如圖3、蒸汽穩(wěn)壓閥等設(shè)備設(shè)施，有效過濾掉蒸汽中所含的液態(tài)冷凝水，同時(shí)在蒸汽主管道設(shè)蒸汽壓力和流量表，納入聲控報(bào)警系統(tǒng)。使用余熱發(fā)電自產(chǎn)蒸汽的燒結(jié)機(jī)須確保生產(chǎn)工藝平穩(wěn)。

圖3 沉積水容器排水

2.2.3 上料系統(tǒng)零停機(jī)攻關(guān)

每次停機(jī)停料對(duì)燒結(jié)過程穩(wěn)定性帶來的巨大沖擊，直接制約著燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量，湘鋼燒結(jié)區(qū)域?qū)⑸狭舷到y(tǒng)零停機(jī)作為生產(chǎn)管控的重要目標(biāo)達(dá)成了共識(shí)。主要改進(jìn)措施如下：一是做設(shè)備穩(wěn)定順行攻關(guān)、嚴(yán)抓備件驗(yàn)收和檢修質(zhì)量，升級(jí)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，以此避免設(shè)備事故停機(jī)；二是通過定修對(duì)上料系統(tǒng)膠帶托輥、擋皮、清掃器檢查更換，對(duì)拐點(diǎn)承壓托輥改型提質(zhì)，推進(jìn)下托輥在線更換改造攻關(guān)；三是縮短臺(tái)車輪檢修周期，對(duì)隔熱件改型加厚延長(zhǎng)使用壽命，減少臺(tái)車在線更換次數(shù)；四是在工藝上嚴(yán)把核心參數(shù)管控，平衡各物料緩沖倉槽位，避免工藝調(diào)整不當(dāng)或可控事故所導(dǎo)致的非必要停機(jī)。

2.3 改善厚料層透氣性

2.3.1 強(qiáng)化制粒

強(qiáng)化制粒保證厚料層燒結(jié)透氣性，以滿足燒結(jié)過程需求。生產(chǎn)實(shí)踐中通過提高熟熔劑配比、熟熔劑提前消化、制粒機(jī)加水點(diǎn)改霧化水、燒好返礦循環(huán)等措施，不斷改善混合料粒級(jí)組成。

熟熔劑有效鈣、活性度及粒度質(zhì)量跟蹤保證，將熟熔劑配比從30%～40%升高至70%。并通過提前在混合機(jī)前混-1膠帶加水和分段加水，確保充分提前消化，從而避免消化不完全影響制粒、預(yù)熱和混合料的水分均勻，減少“白點(diǎn)”產(chǎn)生。

混合料中球核多，霧化水為球核表面提供毛細(xì)水，毛細(xì)力將球核和顆粒糅合一起造球，故霧化水制粒效果比滴狀水好。在原設(shè)施的基礎(chǔ)上加裝了壓縮空氣管，將制粒機(jī)筒體內(nèi)的若干螺旋噴頭更換成水汽混合霧化噴頭，不斷調(diào)整霧化噴頭角度和水汽混合比，達(dá)到較好的霧化效果，見圖4。

追求均衡適宜的燒結(jié)氣氛和全過程穩(wěn)定，推進(jìn)集中曲線控制和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，大數(shù)據(jù)積累分析與生產(chǎn)操作相互印證，從而持續(xù)改進(jìn)。確保返礦循環(huán)持續(xù)向好，保證返礦溫度、粒度、成分均勻，對(duì)達(dá)成良好的制粒效果起到積極作用。

綜上，對(duì)制粒性能攻關(guān)后，出制粒機(jī)的混合料>3 mm粒級(jí)占比提高了約10%，如圖5所示。

1—壓縮空氣管；2—進(jìn)水管；3—制粒機(jī)；4—霧化噴頭

圖5 攻關(guān)前后物料粒級(jí)對(duì)比

2.3.2 減少過濕層

提高混合料溫是減少過濕層的核心措施，具體方式有蒸汽預(yù)熱、熱返礦、白灰消化、熱清水、余熱熱風(fēng)利用等預(yù)熱方式。燒結(jié)從余熱發(fā)電或動(dòng)力主網(wǎng)接入蒸汽，分別通往制粒機(jī)和混合料倉，蒸汽能夠均勻加熱通過的混合料。返礦溫度的控制要求由低于50 ℃提高到60～80 ℃控制。此外熟熔劑消化后極大地提高物料濕容量，也是減少過濕層的重要保障。以上措施實(shí)施后，泥輥給料機(jī)處的下料溫度由50～60 ℃提高至70～80 ℃，見圖6，遠(yuǎn)高于“露點(diǎn)”溫度。

圖6 混合料料溫

3 低水厚料層推進(jìn)效果

經(jīng)以上系列設(shè)備工藝改造，從表1中可看出，從2016年開始逐漸推行低水厚料層燒結(jié)以來，水分控制逐階段不斷降低，燒結(jié)料層厚度增漲幅度達(dá)到200 mm，燒結(jié)機(jī)機(jī)速降低近0.3 m/min。燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量持續(xù)突破歷史最高，其中返礦率降低約2%，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高0.2 t/m2·h以上，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步接近并超過80%，燒結(jié)礦年產(chǎn)量突破1 000萬t大關(guān)，保持強(qiáng)勁提升勢(shì)頭。同時(shí)固體燃料成本顯著降低，單耗降低2.5 kg/t，見圖7。

表1 各階段整個(gè)燒區(qū)工藝參數(shù)和燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量對(duì)比

圖7 2014～2021年固體燃料單耗變化

4 結(jié)語

1)低水和厚料層相輔相成，是密不可分的組合生產(chǎn)操作理念，兩者共同推進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的燒結(jié)生產(chǎn)模式。

2)低水厚料層燒結(jié)初期會(huì)面臨一系列難題。通過穩(wěn)定上料系統(tǒng)、改善布料系統(tǒng)和抽風(fēng)系統(tǒng)，改善料層透氣性，突破固相反應(yīng)瓶頸，促進(jìn)燒結(jié)過程均勻和結(jié)晶充分，有力地支撐了超厚料層生產(chǎn)。

3)經(jīng)過近6年生產(chǎn)實(shí)踐摸索，湘鋼燒結(jié)已達(dá)成并穩(wěn)定在年產(chǎn)超千萬t，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度79.5%以上的生產(chǎn)平臺(tái)。

4)低水厚料層燒結(jié)生產(chǎn)仍有很多實(shí)際性問題，需要去不斷探索完善，在系統(tǒng)負(fù)荷適應(yīng)、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定率提升、工藝改進(jìn)、生產(chǎn)智能化等方面須持續(xù)改進(jìn)。