周明順 1，尚策2，趙東明3，朱建偉1，顧顏4，李仲3
（1. 鞍鋼集團鋼鐵研究院，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. 鞍山鋼鐵集團有限公司， 遼寧 鞍山 114021）
摘要：為了全面提升鞍鋼煉鐵原料準備技術水平，結合國內在燒結球團工藝方面的新發(fā)展動態(tài)，對國內一些可以借鑒的成熟有效技術與工藝進行了梳理，介紹了鞍鋼近年來在煉鐵原料準備領域的新技術與新工藝的自主創(chuàng)新情況，對鞍鋼今后應重點開展的新技術與新工藝的研發(fā)和應用進行了展望。
關鍵詞：煉鐵原料準備技術；雙層燒結；復合造塊；新技術與新工藝
圍繞優(yōu)質、高效、節(jié)能和清潔的主題，國內外煉鐵原料準備新工藝新技術蓬勃發(fā)展，各種先進的前瞻性煉鐵原料準備新工藝正在被競相研發(fā)并推廣應用[1-5]。作為我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)源地和重要的鋼鐵生產基地，鞍鋼為我國鋼鐵工業(yè)做出過巨大貢獻，其中，煉鐵原料準備工藝、生產技術曾長期引領國內鋼鐵企業(yè)。但隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和鋼鐵生產布局的調整，近年來，通過與國內外領先水平的鋼鐵企業(yè)對標發(fā)現(xiàn)，鞍鋼在煉鐵原料準備新技術與新工藝的開發(fā)和應用方面已逐漸落后于國內外領先水平的鋼鐵企業(yè)，亟需圍繞優(yōu)質、高效、節(jié)能、清潔的生產重點開展新工藝、新技術的規(guī)劃和實施工作。為此，本文針對鞍鋼現(xiàn)有煉鐵原料準備存在的問題，對其今后應著力開展的新技術與新工藝的研發(fā)和應用進行了展望，核心是提升效率及經(jīng)濟技術指標，期望通過吸收引進國內現(xiàn)有成熟技術和自主開發(fā)若干項具有前瞻性、引領性的新技術與新工藝，全面提升鞍鋼煉鐵原料準備技術水平。
1 國內已有成熟技術與工藝
1.1 成熟技術
1.1.1 強力混勻制粒技術
燒結原料通過混合制粒后得到化學成分均勻、粒度適宜、透氣性好的燒結料。工業(yè)生產通常采用圓筒混合+圓筒制粒工藝。 圓筒混合機屬于典型的被動混合技術，混合能力弱，很難使水分、生石灰等在原料中均勻分散， 易導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，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原料混勻，可使成分、粒度堯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，并提高燒結礦化學成分的均勻性，達到改善燒結礦質量、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原料混勻， 因混勻效果提高、制粒效果增強，指標有所提高，具體如下：①透氣性提高 10%； ② 焦粉添加比例降低0.5%；③燒結速度提高 8%~10%；④生產能力提高 6%~8%。
筆者在實驗室條件下對比分析了燒結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行化學成分分析，考察混合料堿度、MgO 含量的穩(wěn)定性，其標準差分析結果見表 1。結果表明，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。
1.1.2 燒結機綜合堵漏風技術
燒結生產過程中進入料層的有效風量是影響燒結生產效率的決定因素。 一般地，燒結機容許的漏風率約在 15%~30%。燒結漏風率降低 10%，燒結礦產量可提高 5%，燒結礦質量可改善 1%~3%。燒結機漏風率高無法使上述燒結混合料強力混勻制粒等技術的提產優(yōu)勢發(fā)揮出來。
目前，國內燒結機漏風率普遍超過 35%。燒結機的漏風點很多，主要包括燒結機頭、尾漏風，滑道漏風，臺車之間漏風，管道系統(tǒng)漏風，雙層卸灰閥漏風等。針對不同漏風點的工況環(huán)境與結構特點，中冶長天公司研發(fā)了系統(tǒng)性的綜合堵漏風密封技術，包括負壓吸附式端部密封技術、波紋彈性滑道密封技術、重力自適應臺車欄板密封技術、獨立氣密封雙層卸灰閥技術等，使用效果良好。該技術在國內外得到了廣泛應用，國內應用于寶鋼、安鋼、日照鋼廠等，其中寶鋼湛江 2 號 550 m2 燒結機初期測試漏風率僅為 17.8%；國外應用于越南臺塑鋼鐵、日本和歌山鋼鐵等，其中和歌山 185 m2 燒結機測試漏風率僅為 16.7%。燒結機漏風率降低，有助于降低燒結機主抽風機功率及燒結煙氣末端治理負荷。
1.1.3 氣體燃料噴吹技術
氣體燃料噴吹燒結技術由日本 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)化應用。其利用 LNG 氣體與焦粉燃燒性能的不同，對料層內高溫區(qū)進行控制，擴大料層中 1 200~ 1 400℃益溫度區(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，燒結礦強度提高約 1%，固體燃料焦粉的配比可以降低 0.3%，燒結礦還原性升高約 4%。鐵酸鈣礦物含量從 17.0%增加到 19.1%。該技術針對現(xiàn)有燒結機在生產中難做到燃料偏析分布，而抽風作業(yè)生產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料層配碳量，再從頂部噴入冷態(tài)可燃氣體使其在燒結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+熱風蓄熱的新加熱模式。該模式實現(xiàn)了變相的料層內燃料偏析分布，對于減少料層內高溫峰值點、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，對于減少燒結工序能耗、提高燒結成品礦質量、降低燒結過程污染物排放有重大正面意義。
該技術在國內外得到了廣泛應用，目前 JFE日本鋼鐵在日本的 7 臺燒結機全部采用了該項技術；國內方面，該技術也在梅鋼、韶鋼、馬鋼等鋼廠得到成功應用，其中韶鋼 5# 燒結機的燃氣噴吹裝置已應用兩年多，噸燒結礦固體燃料配量達到1.69 kg。同時 SOx、NOx 等污染物均得到了減量排放，燒結內返率降低了0.35%，對燒結工序的節(jié)能減排提質有多方面有益效果。
1.2 成熟工藝
1.2.1 復合造塊工藝
復合造塊法集傳統(tǒng)的燒結與球團兩種工藝于一體，將傳統(tǒng)的燒結、球團生產原料統(tǒng)一分類為酸性骨架原料和堿性基體原料兩大類，對兩類原料分別進行造球和制粒預處理后，將兩者混合，然后利用燒結主體設備制備成酸性球團嵌入高堿度基體的復合煉鐵爐料。與燒結法相比，復合造塊法具有產品堿度靈活可調、料層高、效率高、能耗低、產品還原粉化率低、可高效處理細粒鐵精礦等優(yōu)勢。
包鋼首先應用了該整體技術，2008 年建成國內外第一條復合造塊生產線，制備堿度為 1.5~1.6復合人造塊礦，造塊固體燃耗降低 15%以上，高爐使用復合造塊產品后，綜合焦比降低 13 kg/t，渣比降低 37 kg/t；2011 年建成第二條生產線，處理超細難造塊巴潤含氟鐵精礦，首次將自產精礦使用比例由 41%提高到 60%。 復合造塊法的應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，寶鋼采用復合造塊法處理全部含鐵渣塵生產線已于 2019 年建成投產[6]。
復合造塊工藝已經(jīng)在包鋼應用的效果如表 2所示。與傳統(tǒng)燒結工藝相比，復合造塊工藝能夠使用更高比例的磁鐵精礦，且其燒結料層透氣性、生產率和燃料消耗等均有明顯的改善，能夠生產出具有良好冶金性能的低堿度高爐原料。復合造塊燒結礦結構集合了燒結礦和球團礦的結構特點，燒結基體性能與高堿度燒結礦相似，而其中的球團性能與球團礦一致，但球團緊密鑲嵌在燒結基體中。
1.2.2 帶式焙燒機熔劑性球團工藝
酸性球團和熔劑球團以二元堿度值（CaO/SiO2）的大小來區(qū)分。按照美國鐵礦協(xié)會的試驗標準，規(guī)定堿度值大于 0.6 才能稱為熔劑性球團（fluxed pellet），堿度值大于 1.0 稱為自熔性球團。一般地，堿度值小于 0.1 的稱為酸性球團，堿度值為 0.1~0.6 的稱為低堿度球團。
以球團礦為主的高爐冶煉渣鐵比低、燃料比低、高爐冶煉經(jīng)濟技術指標優(yōu)良，同時球團礦生產的煙氣凈化難度小、能耗低、加工費用低、產生煙塵和廢氣量少、 煙氣中 SO2 和 NOx 含量顯著降低（SO2 排放量僅為燒結工序的 13%左右），有利于清潔生產和節(jié)能減排，相比于球團礦生產，燒結煙氣凈化治理的設備投資大，運營費用高，脫硫、脫硝、脫二噁英的技術難度大。到目前為止，燒結煙氣的污染以末端治理為主，把氣體污染物轉化為固體，大多數(shù)處于積存狀態(tài)，造成環(huán)境的二次污染，已不適應建設美麗中國、 綠色發(fā)展和智能發(fā)展鋼鐵工業(yè)的要求。因此，在新時代調整鞍鋼高爐爐料結構，逐步提高以高品質熔劑性球團礦為主的爐料結構，大力發(fā)展高品質熔劑性球團礦是必然趨勢袁在新形勢下，若再主張新建燒結機顯然不是明智的選擇。
由于燒結煙氣的污染問題，國外早在 30年前就已開始逐步關停、取締燒結機。由于帶式焙燒機球團工藝鋪到臺車上的生球團在焙燒過程中球與球之間是相對靜止的，不存在像回轉窯球團的粘結結圈問題，因此，用帶式焙燒機工藝可以生產任何堿度的熔劑性球團，是成熟的熔劑性球團工藝。
2 鞍鋼自主創(chuàng)新新技術與新工藝
2.1 開發(fā)的新技術
2.1.1 燒結新型粘結劑開發(fā)技術
在燒結混合料中配加粘結劑可以加強核顆粒與細顆?；蚣氼w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，使用粘結劑是提高燒結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，其在提高燒結生產率和燒結礦質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。添加有機粘結劑或復合粘接劑也是目前比較常用的技術，但這些粘接劑通常粒度非常細且用量很少，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)，燒結混合料中的超細顆粒具有粘結劑的作用，其行為影響燒結料的制粒性能，但這些超細顆粒的粘性較大，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），以確保超細顆粒能夠均勻地分布在混合料中[8]。 新日鐵公司進行了制粒試驗和燒結杯試驗，結果表明，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，從而提高燒結生產率，且其效果要明顯好于使用生石灰[9-10]。 在此基礎上，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]。
鞍鋼集團鋼鐵研究院與遼寧科技大學合作，在實驗室條件下開發(fā)了一種新型絡合化鎂質高效燒結粘結劑。研究發(fā)現(xiàn)，該粘結劑可以明顯改善燒結料層的透氣性，在鞍鋼高配比磁鐵精礦燒結原料條件下，這種新型絡合化鎂質粘結劑在提高燒結生產率和燒結礦質量方面有著明顯的效果。當新型絡合化鎂質粘結劑配加量達到適宜配比時，燒結生產率提高了約 6%以上，燒結返礦率降低約1.5~2 個百分點，深入的機理研究和實驗工作仍在進行中，預期會達到提高燒結礦產質量的效果，有待工業(yè)試驗驗證。
粘結劑是通過改善制粒后顆粒的質量來提高料層的透氣性， 但粘結劑的粒度通常非常細且其用量非常少，需要采取特殊措施以確保其在燒結混合料中均勻分布，筆者認為，國內已成熟燒結混合料強力混勻制粒技術將在配加粘結劑等方面發(fā)揮重要作用。
2.1.2 爐料 MgO 添加技術
筆者于 2005 年針對 MgO 對燒結礦的冶金性能及產質量影響開展了系列創(chuàng)新性研究工作[12]。研究表明，燒結礦中過高的 MgO 含量對燒結礦產質量有著不可忽視的負面影響，燒結生產中添加MgO 會導致燒結礦冷強度變差，其主要原因是MgO 在燒結過程中易與 Fe3O4 反應生成鎂磁鐵礦（MgO·Fe3O4），阻礙 Fe3O4 氧化成 Fe2O3，也就阻礙了鐵酸鈣的生成，造成燒結礦冷強度和還原性變差。根據(jù)實驗室研究結果，筆者在國內率先提出，高爐爐渣所需要的 MgO 應該由過去在燒結生產中添加轉變?yōu)樵谇驁F生產中添加的新方式， 并提出低 MgO 燒結是燒結生產的趨勢。2012 年末，筆者提出鞍鋼高爐爐料 MgO 添加方式由在燒結生產中添加轉變?yōu)樵谇驁F生產中添加可以提高燒結礦的產質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行了燒結降低 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，燒結礦MgO 含量由 1.74%降到 1.48 %。燒結降低 MgO 的工業(yè)試驗效果，燒結礦產量增加 1.75%，燒結礦轉鼓強度提高 0.02 個百分點。三燒車間燒結礦產量隨燒結礦中 MgO含量變化關系見圖 1。隨著燒結礦中 MgO 含量的增加，燒結礦的 2 h 臺時產量呈逐漸降低的趨勢。簡言之，降低燒結礦中 MgO 含量可以提高燒結礦的產量。
鞍鋼高爐爐料結構是燒結礦、球團礦和天然塊礦的搭配，燒結礦 MgO 含量降低后，為了平衡高爐渣中 MgO 含量，需要提高球團礦 MgO 含量，由此提出鞍鋼本部煉鐵總廠的帶式機球團工藝生產MgO 球團礦的建議，MgO 組元由鎂基粘結劑帶入。
2.1.3 球團鎂基粘結劑開發(fā)技術
筆者 2009 年在實驗室對鞍鋼帶式機生產MgO 球團礦進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 MgO 球團礦的配料工序，把含有 MgO 的熔劑與球團粘結劑混合在一起，變?yōu)橐环N復合鎂基粘結劑參加球團配料，這樣既提供了 MgO 源又不用配加傳統(tǒng)的膨潤土粘結劑，可簡化球團生產配料過程，為此，在實驗室進行了帶式機球團配加鎂基粘結劑實驗研究并與煉鐵總廠共同制定了帶式機球團配加鎂基粘結劑的工業(yè)試驗方案[14]。
工業(yè)試驗結果表明，在帶式機鎂基粘結劑球團生產過程中，粘結劑的選擇至關重要，配加了一種鎂質熔劑及新型膨潤土，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等有害雜質的帶入，并且可以使球團鐵品位提高 0.4 個百分點。球團礦有機復合粘結劑超強的粘結能力使得在生產鎂基球團過程中，可以盡可能多的帶入含鎂質材料，這一點膨潤土是無法辦到的。在煉鐵總廠 10 號 3200 m3 高爐冶煉鎂質球團礦工業(yè)試驗結果表明，使用鎂質球團的高爐混合爐料冶金性能改善，可以適當降低入爐二元堿度和提高球團比例從而達到增加入爐品位的目的。高爐透氣性改善、風量增加、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/熔劑性球團關鍵技術儲備
由于歷史的原因，我國高堿度燒結礦生產規(guī)模太大，雖然形成了高堿度燒結礦加酸性球團礦的爐料結構，但球團礦比例至今不足 20%，提高球團礦堿度的空間有限，致使我國熔劑性球團的發(fā)展明顯落后于歐美國家。
近年來，在鋼鐵生產節(jié)能減排的壓力下，我國球團礦的生產快速發(fā)展。 隨著球團礦入爐比例的繼續(xù)增加，發(fā)展熔劑性球團的條件日趨成熟，我國熔劑性球團的發(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)熔劑性球團制備技術，并建廠實施。
熔劑性球團的生產技術，從原料準備、生球團制備到焙燒和冷卻制度等，均與酸性球團有很大不同，且受所用原料、燃料和熔劑的類型、產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制備的關鍵技術。
筆者于 2008 年開展了基于帶式機的熔劑性球團和鎂基/堿性熔劑性球團的相關儲備研究，表明了熔劑性球團和鎂基堿性/熔劑性球團在鞍鋼帶式焙燒機生產使用的可行性，同時實驗還印證了鎂基熔劑性球團相比普通酸性球團和熔劑球團更具優(yōu)良的冶金性能。
2.2 創(chuàng)新的新工藝
2.2.1 雙層預燒結新工藝已開發(fā)
針對煉鐵總廠各燒結車間使用大比例細粒鐵精礦，料層透氣性差，導致長期以來燒結機利用系數(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廠帶來的燒結礦產量嚴重不足問題，筆者開發(fā)了雙層預燒結新工藝[15-18]。 在沒有富氧燒結的條件下， 對預燒結時間與雙層布料的上、下層厚度的比例關系進行了具有自主知識產權的研發(fā)與優(yōu)化，獲得了以野一種采用預燒結的超厚料層燒結方法冶為核心的 19 項國家發(fā)明專利授權。
雙層預燒結即雙層點火燒結，先鋪裝下層料后點火燒結，然后再鋪裝上層料再在上層點火燒結。由于在燒結料層中有兩個燃燒帶同時移動，因此在理論上，燒結時間可大幅縮短，燒結礦的產量可顯著提高，此外抽入的空氣得以充分利用，可大幅節(jié)省風量，雙層預燒結新工藝示意圖如圖 2 所示。雙層燒結工藝改善高磁鐵礦配比下燒結料層透氣性差、利用系數(shù)低的技術原理是院在燒結過程中，燒結料層劃分為 6 個帶，分別是過濕帶、干燥帶堯預熱帶、燃燒帶、熔化帶和燒結礦帶，在這六個帶中燒結礦帶的阻力最小。先鋪裝的下層料經(jīng)預燒結后形成的燒結礦帶，使得料層透氣性得到改善袁燒結利用系數(shù)大幅提高。
在煉鐵總廠二燒車間 360 m2 燒結機上開展了雙層預燒結工業(yè)試驗，工業(yè)試驗結果表明，雙層預燒結新工藝在生產實踐上是完全可行的。該新工藝的實施在國內外燒結行業(yè)是一項顛覆性的創(chuàng)新。2016 年經(jīng)過 4 個多月的燒結老設備的改造、調試、整改、完善等環(huán)節(jié)，工業(yè)試驗取得了 16.11%的燒結增產效果，高爐使用雙層預燒結新工藝的燒結礦，順行情況良好，高爐產量及風量與基準期基本一致。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提產效果。
該工藝不僅可以顯著提高燒結礦產量，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。在與國內燒結專業(yè)最權威的院校合作開展野雙層預燒結新工藝冶的機理研究工作中，專家給出的結論是，雙層預燒結新工藝在國內外是燒結領域的一項顛覆性技術創(chuàng)新，代表超厚料層鐵礦石燒結的發(fā)展方向。
2.2.2 冷固結球團工藝在研
隨著我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展袁 通過選礦工藝大量開發(fā)利用貧鐵礦資源后袁 產生大量小于 200 目的細粒鐵精礦遙 應用這樣的細粒鐵精礦燒結工藝技術困難袁惡化燒結生產指標袁浪費能耗遙 冷固結球團因其制備工藝無高溫處理過程堯 能顯著減少能耗和降低污染堯可充分利用細粒鐵精礦袁同時具有流程簡單和投資少等優(yōu)點袁 成為新型爐料制備的關注熱點遙 在高溫下袁粘結劑失效會導致冷固結球團強度嚴重劣化袁 產生大量粉末袁 降低球團入爐比遙 因此袁可保持冷固結球團高溫強度的粘結劑是冷固結球團的關鍵遙 中南大學等單位研究開發(fā)了野冷固結球團煤基回轉窯直接還原新工藝冶袁 在鐵精礦中加入自主研發(fā)的復合粘結劑造球后, 只需在干燥機上低溫淵200 益左右冤干燥固結袁再進入高爐或者回轉窯進行煉鐵遙 該工藝不需要采用煤粉堯天然氣等外部熱源供熱來完成球團高溫氧化焙燒階段袁省去了常規(guī)球團的高溫氧化焙燒階段袁僅在低溫干燥機上完成球團的干燥固結袁 再進入高爐或回轉窯煉鐵袁可顯著減少能耗和降低污染袁降低生產成本和簡化工藝流程袁 中南大學等單位研發(fā)的野冷固結球團煤基回轉窯直接還原新工藝冶有可借鑒之處遙
國內外研究者對冷固結球團煉鐵新爐料制備方法和技術進行了大量的研究遙 筆者團隊對冷固結球團煉鐵新爐料制備問題與中南大學進行了一些前期技術交流和實驗室探索研究袁 積累了一定的研究經(jīng)驗袁打下了良好的技術基礎遙 目前袁綠色清潔生產堯節(jié)能減排是現(xiàn)代化鋼鐵生產的趨勢袁煉鐵爐料制備技術的更新?lián)Q代成為必然遙 鞍鋼細粒鐵精礦充足袁 完全具備采用冷固結球團法提高煉鐵爐料生產技術水平堯優(yōu)化鋼鐵生產流程的條件遙因此袁 鞍鋼與中南大學合作開展冷固結球團制備關鍵技術研究袁 最終實現(xiàn)冷固結球團產業(yè)化有一定的可行性。
3 展望
3.1 可實施的成熟技術展望
3.1.1 強力混勻制粒
鞍鋼具備自產鐵礦用于燒結的天然原料條件優(yōu)勢，但同樣也使得細粒鐵精礦高比例用于燒結生產，繼續(xù)采用傳統(tǒng)的兩段式圓筒混合堯制粒工藝難以支撐企業(yè)高質量發(fā)展的需求。 國內外生產實踐均證實強力混合機能夠大幅改善較高比例細粒精礦燒結的混合、制粒效果以及燒結產質量指標，對于鞍鋼高比例精礦燒結的原料條件而言，開發(fā)相匹配的強力混合-圓筒制粒工藝對于鞍鋼燒結提產堯增效、降本均具有重要意義。
未來，針對鞍鋼現(xiàn)有燒結工藝配置，可探究強力混合對現(xiàn)有原料條件燒結的強化效果， 并挖掘強力混合-制粒工藝條件下進一步提高鞍鋼燒結鐵精礦配比、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工藝高質量發(fā)展。
3.1.2 燒結機綜合堵漏風
歸納燒結混合料強力混勻制粒技術和燒結機綜合堵漏風技術，筆者認為，鐵礦石燒結工藝實現(xiàn)高產低耗要解決的核心問題可以用兩個字野透冶和野堵冶來高度概括：野透冶即燒結料層的透氣性要好，阻力小；野堵冶即燒結機系統(tǒng)堵漏風，使通過燒結料層的有效風量大。
煉鐵總廠燒結機漏風率高，為 49.0%~52.0%，燒結機漏風率直接影響燒結煙氣的排放量和燒結工序的電單耗，是影響燒結礦產質量的關鍵因素。目前鞍鋼燒結機漏風率治理水平遠低于寶鋼等先進企業(yè)，治理漏風是鞍鋼燒結機提產降耗的關鍵，因此，要大力開展燒結機綜合密封堵漏風技術工作并實施，將燒結機漏風率降到 40%以下。
3.1.3 氣體燃料噴吹技術
歸納氣體燃料噴吹技術，筆者認為，在目前暫時無法良好實現(xiàn)燒結料層內焦粉偏析分布的情況下，采用氣體燃料噴吹技術這種野以氣代焦冶的方式來變相實現(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，進而實現(xiàn)節(jié)能、減排、提質的多重有益效果，是國內燒結廠能夠做出的較好選擇，且其技改成本較低，回收周期短，技改全程無需燒結機停機配合，對生產任務無任何負面影響。因此，大力開展氣體燃料噴吹技術在煉鐵總廠燒結機的應用實施，提升鞍鋼燒結工序的綠色化生產指標，是未來助推鞍鋼燒結綠色發(fā)展的可選擇方案之一。
3.2 自主創(chuàng)新技術與新工藝進一步開發(fā)與應用
3.2.1 開發(fā)高效燒結粘結劑
鞍鋼集團鋼鐵研究院以改善燒結料層的透氣性這一關鍵環(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，僅在燒結配料過程中添加粘結劑即可實施， 屬于投入少、見效快的野短平快冶技術措施，但長期以來該技術在國內鋼鐵企業(yè)一直未被突破， 亟需聯(lián)合國內在這方面有較高理論與實踐水平的科研院所，圍繞大幅提高燒結機產能開展合作攻關。燒結添加粘結劑就可提高混合料制粒效果，改善燒結料層透氣性，提高燒結礦產量，降低固體燃料消耗等，是解決鞍鋼目前燒結礦嚴重缺口問題的捷徑，在保證燒結礦質量的前提下，研制出技術經(jīng)濟合理的、可高效改善燒結料層透氣性的添加劑是亟需突破的技術瓶頸。
3.2.2 改變高爐爐料 MgO 添加技術的應用
鑒于燒結礦中過高的 MgO 含量對燒結礦產質量有著不可忽視的負面影響，燒結生產中添加MgO 會導致燒結礦冷強度變差已被業(yè)內普遍認可，鞍鋼高爐爐渣所需要的 MgO 的添加方式應由過去在燒結生產中添加轉變?yōu)樵谇驁F生產中添加，低 MgO 燒結是燒結生產的趨勢。鞍鋼高爐爐料結構是燒結礦、球團礦和天然塊礦的搭配，燒結礦 MgO 含量降低后，為了平衡高爐渣中 MgO 含量，需要提高球團礦 MgO 含量，鞍鋼在鞍山地區(qū)的 1 臺帶式球團焙燒機和 4 條鏈篦機-回轉窯球團線應生產冶金性能較佳的 MgO 酸性球團，替代熱態(tài)冶金性能較差的普通酸性球團，燒結礦為自然 MgO 含量，燒結不再配加菱鎂石等鎂質熔劑。
3.2.3 新型鎂基粘結劑應用于帶式機球團生產
新型鎂基粘結劑是選用高粘性有機高分子聚合材料與鎂質熔劑為核心材料配制，具有親水性強、擴散快堯粘度高等特點。該材料對含鐵物料有很強的粘結性，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堯Al2O3 等有害雜質的帶入，并且使球團鐵品位可以提高 0.4 個百分點以上。球團礦有機復合粘結劑超強的粘結能力使得在生產鎂基球團過程中，可以盡可能多的帶入含鎂質材料，這一點膨潤土是無法辦到的。鑒于此，建議鞍鋼應大力推進帶式機生產新型鎂基粘結劑 MgO 球團技術的推廣應用。
3.2.4 鏈篦機-回轉窯生產鎂基堿性/熔劑性球團關鍵技術開發(fā)
研究采用鏈篦機-回轉窯工藝生產鎂基熔劑性球團供高爐使用，擴展球團品種，提高球團礦品質，適應并引領時代發(fā)展趨勢。但采用鏈篦機-回轉窯工藝生產熔劑性球團或鎂基堿性/熔劑性球團尚存在諸多問題需要攻克，在國內外仍然是未解的難題，需要立即開展深入的基礎與應用研究工作袁研究出高品質鎂基堿性/熔劑性球團的關鍵技術，生產出適合于高爐冶煉的、二氧化硅含量適中的技術經(jīng)濟合理的熔劑性球團，逐步實現(xiàn)鞍鋼高爐爐料結構由大比例燒結礦型向大比例熔劑球團礦型的轉變，逐步關停、取締污染大的燒結機工藝。相應地，高爐逐漸增加熔劑性球團的配比，直至實現(xiàn)高爐 100%高品質熔劑性球團冶煉，最終實現(xiàn)鞍鋼鐵前工藝沿著綠色發(fā)展、高質量發(fā)展方向大步前進。
針對球團礦的優(yōu)勢及作用，國家發(fā)改委 2019年發(fā)布的《鋼鐵產業(yè)結構調整指導目錄》里也明確提出，鼓勵熔劑性球團生產工藝技術和高爐高比例球團冶煉工藝技術，重視熔劑型、鎂質酸性球團礦的生產技術及應用，為高比例球團礦的使用奠定基礎。
總之，高品質鎂基堿性/熔劑性球團是鞍鋼高爐爐料結構的未來發(fā)展方向，鞍鋼有較多的鏈篦機-回轉窯球團工藝產線，應率先掌握基于鏈篦機-回轉窯工藝生產鎂基堿性/熔劑性球團的關鍵技術。
3.2.5 開發(fā)基于雙層預燒結工藝的燒結富氧技術
雙層預燒結作為鞍鋼專有工藝技術，其技術有益效果不再繁述。但在雙層燒結生產時，易存在下層燒結帶助燃氧氣量不夠的問題， 嚴重影響下部燒結質量。為解決該問題，筆者項目組與中南大學、 中冶長天公司通過多次交流探討與燒結杯試驗，提出了野分段供氧、富氧燒結冶的解決方案，試驗證明當在燒結杯頂部料層噴入氧氣含量為 25%的富氧空氣時，下層燒結帶可實現(xiàn)良好燃燒生產，不會對燒結礦的質量指標造成負面影響。為更好地開發(fā)完善雙層燒結工藝技術， 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，可先考慮選取一條燒結生產線作為工業(yè)化試驗改造對象，待積累經(jīng)驗后，再在鞍鋼其他燒結生產線推廣應用。
3.2.6 雙層預燒結新工藝的推廣應用
該新工藝豐富了超厚料層燒結的技術與理論體系， 為超厚料層燒結技術在國內的廣泛應用，推進燒結行業(yè)的優(yōu)質、高效、清潔發(fā)展提供技術支撐。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)冷固結球團工藝
冷固結球團因其制備工藝無高溫處理過程堯能顯著減少能耗和降低污染、可充分利用細粒鐵精礦，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，冷固結球團工藝還處于研究階段。經(jīng)調研袁中南大學對此項技術研究比較深入，建議鞍鋼搶占先機，與其開展合作，對此項技術開展深入研究，進而進行工業(yè)應用，提升鐵前科技創(chuàng)新領航地位。冷固結球團技術還處于研究階段， 開發(fā)出適合鞍鋼原料條件下生產冷固結球團的粘結劑是一項重大難題，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性實驗工作，借助中南大學研究平臺開展機理研究，結合自身開展的實驗研究及現(xiàn)場應用條件，填補鞍鋼冷固結球團工藝研究和應用方向的空白。
3.2.8 開發(fā)基于鞍鋼鐵礦資源條件的復合造塊技術與產業(yè)化
復合造塊法尤其適用于細粒鐵精礦的高效造塊，可以利用現(xiàn)有燒結工藝的主體設備實現(xiàn)工業(yè)生產。鞍鋼自產鐵精礦粒度細資源量大，燒結類型堯工藝及裝備齊全，因此，通過與中南大學合作開展基于鞍鋼鐵礦資源條件的復合造塊新方法研究與產業(yè)化， 完全具備采用復合造塊法提高煉鐵爐料生產技術水平堯優(yōu)化鋼鐵生產流程的條件。產業(yè)化時，可先考慮選取一條燒結生產線改造為復合造塊法生產，待積累經(jīng)驗后，再在鞍鋼公司內其他燒結生產線推廣應用，可顯著提高煉鐵爐料生產技術水平，實現(xiàn)煉鐵生產節(jié)能減排和持續(xù)健康發(fā)展。
4 結語
鞍鋼煉鐵原料準備領域只有堅定依靠自主創(chuàng)新并聯(lián)合國內一流的科研院所共同開發(fā)顛覆性、 前瞻性新工藝新技術，同時利用先進企業(yè)已有成熟有效技術，才能重新煥發(fā)生機。本文涉及現(xiàn)有燒結工藝的升級、燒結新技術與新工藝的開發(fā)、球團新產品的開發(fā)、造塊新方法的集成應用，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備的整體技術水平，預期將大幅提高鐵前系統(tǒng)生產效率，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技術和新技術的研發(fā)進入國內領先和國際先進行列，同時對國內絕大部分鋼鐵企業(yè)均有推廣應用價值。推動行業(yè)技術進步。
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