煉鐵廠燒結(jié)工序三混技術(shù)改造

尚成龍，鄭 超，吳洪洋

(吉林恒聯(lián)精密鑄造科技有限公司，吉林 磐石 132300)

1 燒結(jié)現(xiàn)狀

某煉鐵廠燒結(jié)工序有90 m2燒結(jié)機(jī)1臺(tái)，混合機(jī)2臺(tái)，因高爐煉鐵需求，燒結(jié)礦產(chǎn)量應(yīng)在5 150 t左右，其中堿度控制在2.15倍，成礦率低，返礦率高，燒結(jié)礦供應(yīng)比較緊張，受配礦結(jié)構(gòu)等影響，燒結(jié)礦質(zhì)量存在階段性波動(dòng)，如何解決燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量、質(zhì)量為當(dāng)前最大難題。

2 燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量影響因素

2.1 配礦結(jié)構(gòu)

配礦結(jié)構(gòu)是影響燒結(jié)產(chǎn)量、質(zhì)量的初始因素，現(xiàn)階段燒結(jié)過(guò)程配礦鐵料主要有國(guó)產(chǎn)精礦粉及進(jìn)口礦為主。國(guó)產(chǎn)精礦粉主要為細(xì)粉；進(jìn)口礦為粗粉，粒級(jí)較好，適當(dāng)提高進(jìn)口礦配比可提高混合料粒級(jí)，改善燒結(jié)過(guò)程透氣性。表1為燒結(jié)主要物料配比。

表1 燒結(jié)主要物料配比

以上為現(xiàn)階段主要物料配比，外粉配比合計(jì)為27%，混合料粒級(jí)(≥3 mm)為65.51%，其中該廠所使用的常用外粉為紐曼、PB、金布巴、FMG超特粉、FMG混合粉等，其外粉燒結(jié)性能不同，與院?？蒲袡C(jī)構(gòu)共同對(duì)其性能檢測(cè)，其中PB粉粒級(jí)及冶金性能均劣于其他四種外粉，F(xiàn)MG混合粉粒級(jí)及冶金性能處于中等水平，燒損較大，大比例配加不利于燒結(jié)礦提高產(chǎn)量。

表2 不同進(jìn)口礦粒級(jí)及冶金性能

2.2 混合料溫度

燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)濕層的形成，使得料層的透氣性惡化，對(duì)燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)混合料溫度達(dá)到“露點(diǎn)”以上時(shí)，可大幅度減少或消除料層的過(guò)濕現(xiàn)象，有研究得出料溫由18 ℃提高至70 ℃時(shí)，過(guò)濕層的水分凝結(jié)量由6.8%降低至0.9%，明顯改善了料層的透氣性，強(qiáng)化了燒結(jié)過(guò)程[1-2]。

該廠提高混合料溫度的主要熱源途徑為沖渣水、環(huán)冷余熱蒸汽，受蒸汽產(chǎn)出及發(fā)電平衡影響，蒸汽壓力給到0.02 MPa，對(duì)混料皮帶、混合機(jī)等進(jìn)行蒸汽加熱，混合料溫度在40 ℃～50 ℃(室外溫度零下25 ℃～32 ℃)，無(wú)較大改善空間。

2.3 燒結(jié)礦堿度

通常將堿度R=1.8～2.2的燒結(jié)礦稱為高堿度燒結(jié)礦，堿度R>2.2的燒結(jié)礦稱為超高堿度燒結(jié)礦，高堿度燒結(jié)礦具有轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、還原性、低溫還原粉化性、熔滴性能好等優(yōu)點(diǎn)。雖固相反應(yīng)中鐵酸一鈣生成早生成速度快，但一旦形成熔體后，熔體中CaO和SiO2的親和力、SiO2和FeO的親和力都比CaO和Fe2O3親和力大得多，因此最初生成的鐵酸一鈣CF容易分解形成CaO·SiO2熔體，只有當(dāng)CaO過(guò)剩(即高堿度)時(shí)，CaO才能與Fe2O3作用生成鐵酸一鈣[3]。

堿度低時(shí)不僅SFCA少，且鐵酸鈣大多為片狀和柱狀。堿度R>2.2又出現(xiàn)大量難還原鐵酸二鈣2CaO·Fe2O3。適宜堿度R為1.9～2.15，最低不低于1.85，最高不超過(guò)2.2，該廠堿度選擇在2.15倍組織生產(chǎn)。

2.4 厚料層燒結(jié)

在抽風(fēng)燒結(jié)生產(chǎn)中，臺(tái)車上部的燒結(jié)礦遇冷空氣急劇冷卻，結(jié)晶程度低，玻璃質(zhì)含量高，強(qiáng)度差，粉末多，隨著料層增加，臺(tái)車上下部強(qiáng)度差的燒結(jié)礦比例降低。在燒結(jié)過(guò)程后，燒結(jié)高溫帶增寬，燒結(jié)速度減慢，礦物結(jié)晶條件變好，結(jié)晶度升高，燒結(jié)礦強(qiáng)度和成品率升高，且在燒結(jié)過(guò)程中，料層自身蓄熱能力隨料層的增加而增強(qiáng)。文獻(xiàn)[4]經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表明料層提高10 mm，可降低1 kg～3 kg燃料消耗，但某廠目前受料層透氣性及負(fù)壓影響，未能實(shí)現(xiàn)厚料層燒結(jié)。

2.5 燒結(jié)風(fēng)量

風(fēng)是燒結(jié)過(guò)程中賴以進(jìn)行的基本條件之一，也是加快燒結(jié)過(guò)程最活躍的因素，關(guān)系式(1)表明，通過(guò)料層的有效風(fēng)量越大，垂直燒結(jié)速度越快，提高燒結(jié)生產(chǎn)率，一定范圍內(nèi)有效風(fēng)量與燒結(jié)礦產(chǎn)量成正比。但當(dāng)垂直燒結(jié)速度增大到一定程度后，繼續(xù)增加風(fēng)量，則因垂直燒結(jié)速度過(guò)快，表層燒結(jié)礦冷卻加劇，燃燒帶固結(jié)成型條件差，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度將有一定程度的降低，抵消了生產(chǎn)率增長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)且燒結(jié)礦質(zhì)量變差。

△P=K1V1.8 ；

(1)

υ⊥=K2V0.9 ；

(2)

Q=K3V1.9

(3)

式中：V為燒結(jié)有效風(fēng)量，m3/min；△P為總管負(fù)壓，Pa；υ⊥為垂直燒結(jié)速度，mm/min；Q為燒結(jié)礦電耗，kWh/t；K1、K2、K3為與原料性質(zhì)和操作有關(guān)的系數(shù)。

關(guān)系式(2)和(3)表明，有效風(fēng)量增加，總管負(fù)壓和電耗基本呈平方關(guān)系明顯增加，增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直燒結(jié)速度，影響燒結(jié)產(chǎn)能降低能耗升高，同時(shí)大風(fēng)量高負(fù)壓下，漏風(fēng)率增大，燒結(jié)礦氣孔率減小，還原性下降。目前燒結(jié)工序已將主抽能力提高到最大，設(shè)備方面無(wú)增大風(fēng)量空間。

3 燒結(jié)三混改造方案提出

某廠燒結(jié)工序生產(chǎn)主要為負(fù)壓高、有效風(fēng)量低、混合料溫度低等特點(diǎn)，想要進(jìn)一步提高燒結(jié)礦產(chǎn)量及質(zhì)量需要解決燒結(jié)過(guò)程料層透氣性問(wèn)題。

常規(guī)燒結(jié)混料制粒系統(tǒng)配置為制粒機(jī)+混合機(jī)，通過(guò)現(xiàn)階段對(duì)混合料粒級(jí)跟蹤發(fā)現(xiàn)，某廠在進(jìn)口礦配比大幅變化前后粒級(jí)變化不明顯，與其他公司對(duì)標(biāo)，整體同樣顆粒料占比情況下，某廠混合料粒級(jí)低于其他公司6%左右，說(shuō)明某廠制粒系統(tǒng)制粒能力不足。

2019年對(duì)燒結(jié)制粒機(jī)進(jìn)行改造，新建一臺(tái)制粒機(jī)，原制粒機(jī)停用，本次改造主要思路為將原舊制粒機(jī)進(jìn)行改造，增加皮帶走向，將舊制粒機(jī)串聯(lián)到制粒機(jī)及混合機(jī)之間，形成三道混合效果，對(duì)比常規(guī)燒結(jié)生產(chǎn)配置(制粒機(jī)+混合機(jī))，增加一臺(tái)制粒機(jī)后我廠制粒系統(tǒng)改造后為制粒機(jī)1(舊)+制粒機(jī)2+混合機(jī)聯(lián)合強(qiáng)化制粒生產(chǎn)。

4 燒結(jié)三混改造效果跟蹤

4.1 混料時(shí)間跟蹤

(1)對(duì)混料時(shí)間進(jìn)行測(cè)定，使用小型礦泉水瓶，內(nèi)部填充混合料與實(shí)際混合料比重一致，將水瓶投入新增混合機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)→出混合機(jī)結(jié)束計(jì)時(shí)，記錄時(shí)間，新增設(shè)皮帶根據(jù)轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算運(yùn)行用時(shí)，整體混料時(shí)間增加5.31 min。

表3 混料時(shí)間跟蹤

4.2 燒結(jié)過(guò)程參數(shù)跟蹤

混合料粒級(jí)升高5.59%，負(fù)壓降低0.57 kPa，生產(chǎn)操作采取厚料層慢機(jī)速方針，料層提高11 mm，終點(diǎn)溫度提高11.67 ℃，風(fēng)量升高1.6萬(wàn)m3。

表4 過(guò)程參數(shù)跟蹤

現(xiàn)場(chǎng)觀察機(jī)尾卸料紅料層厚度降低1/3，生球強(qiáng)度提高(生球表面光滑，致密)，制粒后大球占比明顯增多，檢測(cè)粒級(jí)時(shí)篩下物(≤3 mm)也為小球狀，原篩下物多為面狀組成(如圖3、圖4)。

4.3 效果跟蹤

對(duì)比改造前高爐返礦率降低1.91%，綜合返礦率降低2.24%，整體燒結(jié)礦質(zhì)量改善明顯，成礦率升高，毛礦產(chǎn)量對(duì)比增加105 t，凈礦產(chǎn)量增加193 t。

圖1 原制粒效果 圖2 現(xiàn)制粒效果

表5 燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量變化

5 結(jié)論

在同樣配礦結(jié)構(gòu)不變的條件下，通過(guò)機(jī)理及實(shí)踐過(guò)程跟蹤和效果驗(yàn)證如下：在混合料溫度較低情況下，通過(guò)混合料粒級(jí)升高，負(fù)壓降低，調(diào)整燒結(jié)過(guò)程操作方針，采取厚料層慢機(jī)速燒結(jié)，同時(shí)生球大粒級(jí)占比增加，料層風(fēng)量增加1.6萬(wàn)m3，燒結(jié)礦產(chǎn)量升高105 t/d，質(zhì)量改善成礦率提高1.91%，凈礦產(chǎn)量提高193 t/d。