利用燒結(jié)環(huán)冷余熱和球團豎爐烘干塊礦的降本實踐

唐澤華，王 毅，郭志斌

（方大特鋼科技股份有限公司，江西 南昌 330012）

1 前 言

長期以來，方大特鋼一直采購非主流、低價進口塊礦，這類塊礦、含粉率高，個別批次礦含粉率甚至高達30%以上。由于含水率高且黏稠，振動篩常常堵塞，篩分效果不佳。同時，塊礦表面黏附著大量的粉料得不到篩除，最終進入高爐冶煉，不但增加了高爐冶煉成本，而且影響了冶煉鐵水品質(zhì)和高爐爐況的穩(wěn)定。

經(jīng)過多方調(diào)研，塊礦烘干生產(chǎn)線能夠解決塊礦使用中存在的含水率高、含粉量大等生產(chǎn)問題，但投建烘干生產(chǎn)線，加上配套除塵設(shè)施、廠房等投資較大，烘干需耗用煤氣能源，導(dǎo)致烘干塊礦運行成本高昂。投建塊礦烘干生產(chǎn)線的效益大打折扣，而國際塊礦價格不穩(wěn)定、給塊礦的性價比帶來挑戰(zhàn)，風(fēng)險難測。因此，方大特鋼立足于現(xiàn)有鐵前工藝裝備，通過利用燒結(jié)環(huán)冷冷卻燒結(jié)礦釋放的熱量蒸發(fā)塊礦水分，簡單改造豎爐用于烘烤塊礦脫去水分，來實現(xiàn)對塊礦含粉和水分進行控制和預(yù)處理，為高爐提高入爐塊礦比例，降低塊礦帶入高爐的粉末量提供了新的工藝路徑，有效降低煉鐵原料成本。

2 理論依據(jù)

2.1 塊礦水分脫除變化

塊礦吸附水一般加熱到105 ℃就能迅速干燥和蒸發(fā)，結(jié)晶水則在200 ℃左右開始分解，400～500 ℃分解速度激增，通常塊礦再結(jié)晶溫度為900 ℃［1］；塊礦烘干則為吸熱反應(yīng)，溫度應(yīng)控制在900 ℃以下，避免塊礦現(xiàn)有粒度因再結(jié)晶而破壞。

2.2 塊礦冶金性能影響

塊礦的熱爆裂性，主要是塊礦的吸附水和結(jié)晶水受熱蒸發(fā)造成，不同的礦種結(jié)構(gòu)及水分含量造成爆裂情況不同。如果天然礦石中含有較高的結(jié)晶水或碳酸鹽，也會降低礦石的抗熱沖擊能力，會導(dǎo)致大量的粉末產(chǎn)生，影響高爐上部的透氣性，導(dǎo)致爐墻結(jié)厚。其原因為鐵礦石中吸附水和結(jié)晶水的迅速排出，以及礦石結(jié)構(gòu)沿各晶面的熱膨脹不同所致［2］。而利用余熱烘干塊礦過程是沿線緩慢烘焙，緩慢消除了塊礦的水分，作用到塊礦熱爆裂程度相對影響小，篩分干凈入爐，減輕了塊礦在爐內(nèi)的爆裂，因此塊礦爐外烘干在一定程度上彌補了天然塊礦冶金性能的缺陷。

3 燒結(jié)環(huán)冷烘干塊礦

目前，對環(huán)冷余熱的利用大部分只選擇了環(huán)冷機中高溫區(qū)300 ℃以上的熱廢氣，配置了余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽后進行發(fā)電。該方式可利用約40%的環(huán)冷熱廢氣，能夠使全廠熱效率達到20%，為大多數(shù)冶金企業(yè)所采納［3-5］。而300 ℃以下的低溫區(qū)環(huán)冷熱廢氣，僅一小段設(shè)置了熱風(fēng)燒結(jié)管道，主要依靠環(huán)冷機鼓風(fēng)余壓、主抽風(fēng)機負壓和熱壓差，將環(huán)冷機上冷卻燒結(jié)礦的低溫?zé)釓U氣送入到點火爐后的燒結(jié)機密封罩內(nèi)，進行熱風(fēng)保溫?zé)Y(jié)。大部分低溫段因利用難度大，利用成本高，直接外排至大氣，造成廢氣余熱資源的浪費。

利用燒結(jié)礦余熱烘干塊礦在線生成混合料工藝［6］，將水分高的塊礦投入到環(huán)冷后段燒結(jié)礦上進行烘干形成混合料，并將混合料定倉裝入高爐料倉，并與燒結(jié)礦共用輸送和除塵系統(tǒng)，用于高爐冶煉生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟效益和節(jié)能環(huán)保效益。

3.1 燒結(jié)環(huán)冷烘干塊礦工藝流程改造

實施130 m2燒結(jié)機環(huán)冷機進行塊礦烘干（燒結(jié)環(huán)冷機余熱烘干塊礦工藝流程見圖1），塊礦篩分后轉(zhuǎn)至環(huán)冷機旁場地，采用鏟車+緩沖料斗+拖式皮帶秤+爬坡皮帶進入環(huán)冷機2 號風(fēng)機與3 號風(fēng)機之間冷卻段。通過3號、4號風(fēng)機向上鼓燒結(jié)機熱風(fēng)后，出板式給礦機礦溫約為80 ℃左右。

圖1 燒結(jié)環(huán)冷機余熱烘干塊礦工藝流程

3.2 烘干工藝問題

塊礦為酸性物料，燒結(jié)礦為堿性物料，兩者成分差異較大，如果混合不均勻，將嚴重影響高爐用料。采取措施：（1）將稱量皮帶控制信號接入燒結(jié)主控室，由主控工控制下料量變化，避免出現(xiàn)斷料、下料不精準的情況。（2）將塊礦稱量皮帶與環(huán)冷機設(shè)置連鎖，當(dāng)環(huán)冷機停機時，稱量皮帶也會連鎖停機。

燒結(jié)機在生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)礦溫不穩(wěn)定或者臨時停機的情況，燒結(jié)礦溫度下降會導(dǎo)致烘干效果變差。采取措施：如遇燒結(jié)機可預(yù)見的2 h 以上停機，或生產(chǎn)過程中燒結(jié)礦溫度低于50 ℃，導(dǎo)致燒結(jié)礦不具備余熱烘干塊礦，提前做好安排，低溫料停止烘干塊礦，做好區(qū)分入倉存放、使用。

3.3 實施效果

塊礦通過皮帶上料后落在環(huán)冷機外圈占20%左右的寬度，經(jīng)過燒結(jié)成品系統(tǒng)多條皮帶輸送后與燒結(jié)礦混勻的效果較為均勻。

塊礦上料量約85 t/h，塊礦和燒結(jié)礦的混礦比達到了1∶3.5，烘干塊礦量大，流程簡單，也便于操作，烘干生產(chǎn)效率高。塊礦進廠水分8%左右，通過烘干后下降至2%左右，附著在塊礦表面的粉末脫落，提高了入爐的篩分效果。

4 豎爐烘干塊礦

4.1 工藝流程改造

依據(jù)球團現(xiàn)場場地的實際情況，利用已有的工藝線進行改造，停用了豎爐造球前的系統(tǒng)，塊礦烘干具體過程為：塊礦進廠后進行預(yù)篩分，然后由鏟車轉(zhuǎn)運塊礦至球團礦落地場地，用鏟車把塊礦裝入料斗2 號熟球倉→B 號皮帶→2 號布料小車皮帶→進入2號豎爐爐內(nèi)進行烘干→2號帶冷機排出烘干塊礦，經(jīng)成品篩分后進大倉通過供料皮帶輸送給高爐使用。

由于塊礦含粉高，且較為濕黏，將2 號熟球倉的振打器改為常開確保下料的穩(wěn)定；將豎爐烘床的篦條拆除兩塊，減緩板結(jié)速度與改善下料不暢的問題。將帶冷機出料口隔開了100 mm 左右，以提升豎爐烘干塊礦的處理能力。

4.2 豎爐工藝調(diào)整

豎爐烘干塊礦的主要目的是蒸發(fā)塊礦的吸附水，為高爐提供干燥、低含粉的優(yōu)質(zhì)塊礦。但在蒸發(fā)吸附水的同時不能將結(jié)晶水分解，否則會因結(jié)晶水分解導(dǎo)致塊礦爆裂粉化［7］，增加除塵壓力與返礦量，甚至影響高爐順行。

豎爐工藝上的變更主要集中在熱工制度方面，包括烘干床溫度、廢氣溫度、燃燒室溫度、廢氣流量等，相關(guān)熱工參數(shù)的實際控制情況（見表1）。塊礦烘干期間，2號豎爐煙氣溫度低，考慮混合兩座豎爐煙氣，來保障煙氣溫度來滿足脫硫排放需要，將1號豎爐煙氣溫度基本控制在220 ℃以上，遠高于正常控制范圍。廢溫達露點（60 ℃）以上，保證廢氣中的水汽不凝結(jié)。

表1 生產(chǎn)球團與烘干塊礦工藝參數(shù)對比

4.3 塊礦烘干期間脫硫存在的問題及應(yīng)對措施

球團2 號豎爐塊礦烘干煙氣經(jīng)過2 號豎爐電除塵，一是會降低溫度和漏風(fēng)從而增加氧含量，造成脫硫能力下降，硫含量折算系數(shù)上升；二是除塵下來的塊礦粉塵因溫度低，粉塵濕度、黏性較大，易堵塞倉口造成放灰不暢。應(yīng)對方案：調(diào)整管道蝶閥，將球團2 號豎爐塊礦烘干煙氣引入球團1 號豎爐電除塵，停運球團2 號豎爐電除塵及除塵風(fēng)機，增加球團1 號豎爐除塵風(fēng)機風(fēng)門開度。優(yōu)點：（1）可將溫度低，濕度、黏性較大的塊礦粉塵與溫度高、流動性較好的球團除塵灰混合，解決塊礦除塵灰結(jié)灰倉造成放灰不暢問題。（2）可增加進入脫硫的混合煙氣溫度及降低含氧量。（3）可以節(jié)約水、電等運行費用。

4.4 豎爐烘烤塊生產(chǎn)效果

烘干后塊礦水分基本不超過3%，塊礦粒度主要集中在16 mm 以上（見表2），鏈板機排出烘干塊礦溫度在60～100 ℃，經(jīng)篩分后塊礦顆粒清爽、干凈，塊礦表面基本上沒有黏附礦粉，滿足了高爐的生產(chǎn)需要。

表2 豎爐烘干塊礦后檢測指標(biāo) %

5 結(jié) 語

通過現(xiàn)有的燒結(jié)球團設(shè)備進行簡單工藝改造，多措施烘干塊礦，提升了高爐消化塊礦能力，高爐塊礦配比增加至20%以上，最高可達到25%，多增加塊礦替代球團礦使用，降低了生產(chǎn)成本。利用燒結(jié)礦余熱烘干塊礦在線生成混合料，結(jié)合鋼鐵廠現(xiàn)有工藝和設(shè)備布局，利用燒結(jié)礦余熱廢氣熱源，具備良好的經(jīng)濟效益和節(jié)能環(huán)保效益。塊礦在燒結(jié)烘干過程中，會提前爆裂，減少了塊礦在高爐冶煉中的爆裂，可以減少對爐料透氣性的影響。和烘干塊礦入爐平均水分基本上控制在2%以下，有利減少了高爐冶煉中的熱量消耗，因此降低燃料比2.6 kg/t工藝目標(biāo)，實現(xiàn)綜合效益227萬元。