韓明 苗書(shū)磊 鄭和璆
摘要：厚料層燒結(jié)技術(shù)因其降低燒結(jié)固體燃耗，改善燒結(jié)礦質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)已得到業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可，目前某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)料層厚度已達(dá)到900mm（即超厚料層），但通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：當(dāng)料層厚度達(dá)到900mm時(shí)，料層透氣性急劇惡化，利用系數(shù)降低；同時(shí)隨著料層增加，自動(dòng)蓄熱加強(qiáng)，料層上部熱量不足，下部熱量富余，不均質(zhì)燒結(jié)加劇，燒結(jié)礦質(zhì)量變差。因此如何改善燒結(jié)料層透氣性和均質(zhì)性成為制約超厚料層燒結(jié)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵?；诖吮疚奶岢鲆环N柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)，以此改善超厚料層透氣性和溫度場(chǎng)均質(zhì)性，達(dá)到提質(zhì)、降本的優(yōu)良效果。
關(guān)鍵字：超厚料層；柔性支撐；均質(zhì)燒結(jié) ；降本增效
1 前言
燒結(jié)工藝的本質(zhì)是混合料中部分物料熔融產(chǎn)生液相粘結(jié)周?chē)慈鄣V物而生成燒結(jié)礦，從微觀結(jié)構(gòu)層面來(lái)說(shuō)其是非均質(zhì)的，但我們宏觀希望燒結(jié)礦成分、性能是均質(zhì)的，但隨著料層厚度的增加，燒結(jié)礦沿料層高度方向不均質(zhì)性加劇，一是由于料層蓄熱能力加強(qiáng)，料層上部與下部熱量差異增強(qiáng)；二是隨著料層厚度增加，布料不合理偏析加劇，大顆粒物料向臺(tái)車(chē)兩側(cè)與底部聚集，造成兩側(cè)燒結(jié)速度過(guò)快，下部熱量過(guò)剩。龍紅明[1]等在850mm料層厚度下對(duì)燒結(jié)礦沿臺(tái)車(chē)高度方向進(jìn)行分層取樣研究發(fā)現(xiàn)：燒結(jié)礦上中下層成分、性能差異較大， FeO含量、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、平均粒級(jí)呈下層＞中層＞上層分布，堿度則相反呈遞減分布。某鋼鐵企業(yè)通過(guò)強(qiáng)化制粒、偏析布料，提高混合料溫度、降低邊緣效應(yīng)等措施，燒結(jié)機(jī)料層已穩(wěn)定達(dá)到900mm，如何在超厚料層狀態(tài)下進(jìn)一步改善燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量成為某鋼鐵企業(yè)目前亟需解決的問(wèn)題。
2 超厚料層燒結(jié)技術(shù)探索
某鋼鐵企業(yè)超厚料層前后燒結(jié)機(jī)過(guò)程參數(shù)及指標(biāo)詳見(jiàn)表1、表2。
表1超厚料層前后燒結(jié)機(jī)過(guò)程參數(shù)
|
料層mm |
機(jī)速m/min |
煙道溫度℃ |
煙道負(fù)壓KPa |
|
800 |
2.11 |
125 |
14.27 |
|
900 |
1.68 |
131 |
14.94 |
|
對(duì)比 |
-0.43 |
6 |
0.67 |
從表1看出：超厚料層后，燒結(jié)機(jī)機(jī)速降對(duì)比之前降低20%，大煙道溫度升高6℃，負(fù)壓升高5%，主要因?yàn)榱蠈犹岣吆?，燒結(jié)料層透氣性惡化，燒結(jié)速度降低，負(fù)壓升高。
表2超厚料層前后燒結(jié)機(jī)指標(biāo)參數(shù)
|
料層mm |
利用系數(shù) t/㎡·h |
固體燃耗kg/t |
5-10mm% |
內(nèi)返率% |
轉(zhuǎn)鼓指數(shù)% |
|
800 |
1.237 |
57.05 |
21.22 |
16.79 |
78.07 |
|
900 |
1.161 |
53.10 |
19.90 |
16.45 |
77.47 |
|
對(duì)比 |
-0.076 |
-3.95 |
-1.32 |
-0.24 |
-0.6 |
從表2看出：超厚料層后，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)對(duì)比之前降低6%，固體燃耗降低7%；5-10mm粒級(jí)降低1.32%，內(nèi)返率降低0.24%，質(zhì)量指標(biāo)整體得到改善；但轉(zhuǎn)鼓指數(shù)對(duì)比超厚料層之前略微下降，推測(cè)可能因?yàn)闊Y(jié)礦亞鐵降低，和預(yù)混料變料后硅降低所致。
通過(guò)超厚料層前后數(shù)據(jù)可以得出：超厚料層技術(shù)的實(shí)施對(duì)燒結(jié)礦粒級(jí)和內(nèi)返率得到改善，并因其蓄熱能力的提升大幅度降低固體燃料的消耗；但超厚料層技術(shù)降低了燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)，造成燒結(jié)礦產(chǎn)量降低，主要因?yàn)殡S著料層的增加，在主抽風(fēng)機(jī)作用下，抽風(fēng)的阻力增加，燒結(jié)過(guò)程負(fù)壓升高，導(dǎo)致燒結(jié)垂直燃燒速度下降，利用系數(shù)降低。且隨著料層自動(dòng)蓄熱能力的加強(qiáng)，造成燃燒帶厚度增加，料層熱帶透氣性變差，燒結(jié)速度下降，并且由于邊緣效應(yīng)及料層收縮使燃燒帶呈倒凹形即兩側(cè)燃燒帶移動(dòng)速度快，中間燃燒帶移動(dòng)速度慢，造成燒結(jié)礦整體不均質(zhì)程度加劇。
綜合以上，本文提出一種柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)，旨在通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)改善超厚料層條件下料層透氣性及燒結(jié)礦均質(zhì)性問(wèn)題。
3 實(shí)驗(yàn)研究
3.1 實(shí)驗(yàn)原理與條件
3.1.1 實(shí)驗(yàn)原理
柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)的關(guān)鍵在于料柱原料的選取及定型。首先，制作料柱的原料本身具有良好的透氣性，它不含固體碳，又有一定的熱態(tài)強(qiáng)度，當(dāng)燒結(jié)礦帶到達(dá)料柱上部時(shí)，其對(duì)料層下部產(chǎn)生作用力時(shí)能首先在其表面產(chǎn)生抵抗力，使料柱上部収縮減慢，同時(shí)使料柱下部承受荷重減弱，透氣性得到改善，燃燒帶減薄[2-4]，燒結(jié)垂直速度得到提高。其次，料柱本身原料成分與預(yù)計(jì)的燒結(jié)礦成分一致，對(duì)燒結(jié)礦成分沒(méi)有負(fù)作用。再有，制作料柱的原料含低熔點(diǎn)礦物，易被液相熔蝕，在燒結(jié)過(guò)程中絕大部分會(huì)被液相熔蝕變成燒結(jié)礦，不影響燒結(jié)礦成品率。最后，使用料柱之后改變了料層固結(jié)方向，使料層向下的熱量分散，同時(shí)加快了中部高溫區(qū)的傳熱速度，使臺(tái)車(chē)本體中下部高溫水平降低，減輕臺(tái)車(chē)型變，及篦條燒損。
圖1 柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)原理示意圖
3.1.2實(shí)驗(yàn)條件及檢測(cè)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)條件：實(shí)驗(yàn)用燒結(jié)杯內(nèi)徑300mm，料層厚度800mm，點(diǎn)火負(fù)壓5KPa,點(diǎn)火溫度1150±50℃，點(diǎn)火時(shí)間150S；混合料水分中心值按照7.0%控制；燒結(jié)礦按照亞鐵中值12.5%；MgO中值2.8%；二元堿度0.65倍控制。
檢測(cè)內(nèi)容：工藝過(guò)程參數(shù)、成品礦粒級(jí)、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、RDI、RI。
3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與原料
3.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案
具體實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。
表3實(shí)驗(yàn)方案
|
序號(hào) |
料柱高度/mm |
直徑/mm |
體積占比/% |
|
方案1 |
0 |
0 |
0 |
|
方案2 |
200 |
50 |
0.69 |
|
方案3 |
400 |
75 |
3.13 |
|
方案4 |
300 |
50 |
1.04 |
|
方案5 |
400 |
60 |
2.00 |
備注：實(shí)驗(yàn)方案按照料柱體積占比進(jìn)行調(diào)節(jié)制定，方案1為本次試驗(yàn)的基礎(chǔ)杯；料柱稱(chēng)重（試驗(yàn)前先裝至設(shè)計(jì)高度，然后稱(chēng)重，單獨(dú)存放）、燒結(jié)餅單齒輥破碎前鑿開(kāi)截面觀察料柱熔蝕情況。
3.2.2 實(shí)驗(yàn)原料
實(shí)驗(yàn)原料為1#016預(yù)混料。預(yù)混料結(jié)構(gòu)，熔劑、燃料結(jié)構(gòu)配比如下：
表4預(yù)混料結(jié)構(gòu)及配比
|
新西蘭海砂 |
PB粉 |
印度粗粉 |
南非PMC精粉 |
雜料 |
羅伊山粉 |
巴西粗粉 |
SP10粉 |
高爐返礦 |
|
4 |
20 |
20 |
7 |
4 |
6 |
14 |
20 |
5 |
實(shí)驗(yàn)用含鐵原料中海砂是一種含鈦磁鐵礦粉，其鈦含量約2.5%；南非精粉FeO含量高，屬于磁鐵礦范疇；PB粉、SP10粉、印度粗粉、羅伊山粉結(jié)晶水含量高，屬于褐鐵礦型礦粉；巴西粗粉loi為4.24%，屬于混合礦類(lèi)礦粉；南非精粉自身R2達(dá)1.02倍，R4達(dá)1.89倍，屬于堿性礦粉；海砂礦R4達(dá)0.7倍，屬于半自熔性礦粉；其他礦粉屬于酸性礦石；印度粗粉和SP10粉鋁含量高，海砂、南非精粉、SP10粉化學(xué)成分P偏高
表5熔劑、燃料結(jié)構(gòu)及配比
|
生石灰 |
菱鎂石 |
焦粉 |
市場(chǎng)煤 |
|
4.1 |
7 |
3.75 |
1.61 |
焦粉＞5mm占比11.46%，偏高，＜3mm占比72.82%；市場(chǎng)煤＞5mm占比14.49%，偏高，＜3mm占比63%，燃料粒級(jí)組成較差。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
4.1 化學(xué)成分分析
各實(shí)驗(yàn)方案化學(xué)成分如表6所示：
表6實(shí)驗(yàn)方案化學(xué)成分
|
序號(hào) |
TFe |
FeO |
SiO2 |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
MnO |
P |
R2 |
|
方案1 |
57.02 |
11.90 |
6.03 |
3.88 |
2.80 |
2.85 |
0.28 |
0.062 |
0.65 |
|
方案2 |
56.42 |
11.81 |
6.22 |
3.99 |
2.76 |
2.80 |
0.25 |
0.063 |
0.64 |
|
方案3 |
56.47 |
12.08 |
6.27 |
3.79 |
2.68 |
3.01 |
0.28 |
0.065 |
0.61 |
|
方案4 |
56.50 |
12.61 |
6.14 |
3.80 |
2.76 |
2.99 |
0.29 |
0.065 |
0.62 |
|
方案5 |
56.28 |
12.59 |
6.27 |
3.93 |
2.91 |
3.22 |
0.26 |
0.066 |
0.63 |
從表6看出：對(duì)比方案1燒結(jié)礦FeO含量呈升高趨勢(shì)，其他成分變化不規(guī)律。使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)后，料層透氣性改善，燃料燃燒加快，燃料燃燒熱利用率增加，燒結(jié)礦FeO升高，相對(duì)基礎(chǔ)FeO升高約5%，以經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算，采用支撐燒結(jié)能夠降低固體燃料消耗1kg/t。
4.2 成品率、粒級(jí)和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)分析
各實(shí)驗(yàn)方案成品率、粒級(jí)和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)如表7所示：
表7實(shí)驗(yàn)方案成品率、粒級(jí)和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
|
料號(hào) |
平均粒級(jí)/mm |
＞40 |
40-25 |
25-16 |
16~10 |
10~5 |
＜5 |
成品率/% |
轉(zhuǎn)鼓/% |
水分/% |
|
方案1 |
26.43 |
27.84 |
23.83 |
11.86 |
10.78 |
9.64 |
16.05 |
83.95 |
59.00 |
7.67 |
|
方案2 |
27.18 |
28.92 |
24.58 |
12.53 |
10.54 |
8.98 |
14.46 |
85.54 |
61.00 |
7.69 |
|
方案3 |
25.56 |
25.06 |
23.32 |
13.82 |
12.86 |
9.80 |
15.14 |
84.86 |
62.00 |
7.70 |
|
方案4 |
26.36 |
27.61 |
22.91 |
13.56 |
10.97 |
9.58 |
15.37 |
84.63 |
60.00 |
7.88 |
|
方案5 |
27.90 |
31.54 |
24.37 |
10.69 |
9.50 |
9.50 |
14.40 |
85.60 |
59.00 |
8.12 |
從表7看出：對(duì)比方案1燒結(jié)礦平均粒級(jí)呈增大趨勢(shì)，成品率呈升高趨勢(shì)，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)呈升高趨勢(shì)。使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)后，燒結(jié)溫度場(chǎng)得到改善，燒結(jié)礦成品率提高，相對(duì)基礎(chǔ)成品率提高約1.9%。
4.3 冶金性能分析
各實(shí)驗(yàn)方案冶金性能如表8所示：
表8實(shí)驗(yàn)方案冶金性能統(tǒng)計(jì)表
|
序號(hào) |
RDI+6.3（%） |
RDI+3.15（%） |
RDI-0.5（%） |
RI（%） |
RVI（%/min） |
|
方案1 |
56.38 |
69.51 |
7.53 |
68.89 |
0.37 |
|
方案2 |
56.94 |
69.61 |
6.54 |
69.14 |
0.39 |
|
方案3 |
55.51 |
67.77 |
7.98 |
68.68 |
0.36 |
|
方案4 |
54.79 |
69.80 |
6.91 |
68.85 |
0.37 |
|
方案5 |
57.28 |
70.38 |
6.94 |
71.02 |
0.40 |
從表8看出：對(duì)比方案1除方案3小幅度降低外，其他方案RDI和RI呈向好趨勢(shì)。
4.4 過(guò)程參數(shù)分析
各實(shí)驗(yàn)方案過(guò)程參數(shù)如表9所示：
表9實(shí)驗(yàn)方案過(guò)程參數(shù)統(tǒng)計(jì)表
|
序列 |
料層mm |
負(fù)壓 kpa |
透氣性JPU |
收縮 mm |
燒成率 % |
垂直速度mm/min |
終點(diǎn)溫度℃ |
混合料水分% |
頻率Hz |
利用系數(shù) |
體積占比% |
|
方案1 |
800 |
14.06 |
800 |
150 |
87.98% |
17.38 |
534 |
7.67 |
1500 |
1.29 |
0 |
|
方案2 |
800 |
14.58 |
710 |
170 |
88.11% |
18.19 |
542 |
7.69 |
1500 |
1.37 |
0.69 |
|
方案3 |
800 |
13.1 |
1140 |
150 |
87.67% |
21.80 |
545 |
7.70 |
1500 |
1.63 |
3.13 |
|
方案4 |
800 |
13.12 |
1030 |
140 |
88.14% |
19.90 |
558 |
7.88 |
1500 |
1.48 |
1.04 |
|
方案5 |
800 |
13.34 |
1300 |
130 |
87.37 |
19.98 |
586 |
8.12 |
1500 |
1.52 |
2.00 |
從表9看出：方案2對(duì)比方案1平均負(fù)壓升高0.52Kpa，収縮率增加20mm，疑為料柱體積偏少，受自動(dòng)蓄熱影響，在下部出現(xiàn)料柱熔蝕導(dǎo)致；方案3、4、5對(duì)比方案1平均燒結(jié)負(fù)壓呈降低趨勢(shì)，収縮率呈降低趨勢(shì)，垂直燒結(jié)速度呈升高趨勢(shì)，煙溫呈升高趨勢(shì)；成品率呈降低趨勢(shì)；對(duì)比方案1垂直燒結(jié)速度提高分別為：0.81mm/min、4.42mm/min、2.52mm/min、2.6mm/min，提高幅度分別為4.66%、25.43%、14.50%、14.96%，在料柱體積占比約3%時(shí)，燒結(jié)垂直速度最快，相對(duì)方案1，垂直燒結(jié)速度增加約25%，利用系數(shù)提高26.36%；但燒結(jié)礦冶金性能相對(duì)最低，當(dāng)料柱占比在2%時(shí)，垂直燒結(jié)速度相對(duì)基礎(chǔ)增加約15%，利用系數(shù)提高17.83%，但燒結(jié)礦冶金性能達(dá)到最優(yōu)。
5 工業(yè)試驗(yàn)小試
通過(guò)以上燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)可以看出使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)，可以大幅度提高燒結(jié)利用系數(shù)，改善燒結(jié)質(zhì)量，并在一定程度降低燒結(jié)固體燃耗，達(dá)到提產(chǎn)降本的優(yōu)良效果，為此在360㎡燒結(jié)機(jī)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)應(yīng)用，該燒結(jié)機(jī)由148塊臺(tái)車(chē)組成，臺(tái)車(chē)寬度3.5m、長(zhǎng)度1.5m、欄板高度880mm，工業(yè)試驗(yàn)前后對(duì)比數(shù)據(jù)如表10所示：
表10工業(yè)試驗(yàn)前后對(duì)比表
|
|
料層 |
負(fù)壓 |
內(nèi)返 |
外返 |
5-10mm |
轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度 |
燃料配比 |
利用系數(shù) |
|
使用前 |
900 |
15.43 |
18.83% |
15.94 |
21.66% |
70.81 |
5.66 |
1.13 |
|
使用后 |
900 |
15.25 |
17.08% |
13.79 |
21.02% |
70.41 |
5.20 |
1.20 |
|
對(duì)比 |
0 |
-0.19 |
-1.75% |
-2.14 |
-0.64% |
-0.40 |
-0.46 |
0.07 |
從表10看出：使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)后，除轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，各項(xiàng)生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)及指標(biāo)均呈向好趨勢(shì)，分析轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低可能由于垂直燃燒速度加快，高溫保持時(shí)間縮短導(dǎo)致，但轉(zhuǎn)鼓指數(shù)對(duì)比使用后僅降低0.4個(gè)百分點(diǎn)，拋去化驗(yàn)誤差，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度變化不大。
6 結(jié)論
（1）通過(guò)某鋼鐵企業(yè)超厚料層生產(chǎn)表明，超厚料層對(duì)降低燒結(jié)固體燃耗作用顯著，固體燃耗相對(duì)之前降低7%，但不可避免帶來(lái)燒結(jié)透氣性變差、燒結(jié)礦不均質(zhì)程度加劇的問(wèn)題。
（2）通過(guò)燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)表明，使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)一方面能夠通過(guò)減少燒結(jié)礦層自身荷重的方式提高燒結(jié)過(guò)程透氣性，垂直燃燒速度提升4～15%，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提升5～25%，另一方面能夠減輕料層中下部收縮，使通過(guò)料層氣流與熱量更加均勻，燒結(jié)礦均質(zhì)程度得到改善，成品率提高約1.9%。
（3）通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)小試表明，使用柔性燒結(jié)技術(shù)能夠在超厚料層的基礎(chǔ)上，改善料層透氣性，提高燒結(jié)礦各項(xiàng)工藝指標(biāo)。
（4）作為國(guó)內(nèi)柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)第一次工業(yè)應(yīng)用，只需對(duì)設(shè)備進(jìn)行稍微改造，即可達(dá)到燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量提高，節(jié)能降耗的優(yōu)良效果，簡(jiǎn)單易行，并為今后超厚料層技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用開(kāi)辟了一項(xiàng)新的道路。
參考文獻(xiàn)
[1] 龍紅明,左俊,王平,李杰民,施思強(qiáng),王阿朋. 厚料層燒結(jié)高度方向均質(zhì)性研究[J] 燒結(jié)球團(tuán),.2013（38）:1-6
[2] 程崢明,寧文欣,潘文,安鋼,李宏偉,馬懷營(yíng). 超厚料層均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J] 燒結(jié)球團(tuán),.2019（44）:7-12
[3] 左海濱,林金柱,戴玉山,劉征建,張旭,楊天鈞.料層減荷燒結(jié)提高生產(chǎn)效率工業(yè)試驗(yàn) [J] 鋼鐵.2008（43）:16-21
[4] 于文濤,左海濱,張建良 支撐面積對(duì)支撐燒結(jié)過(guò)程的影響[J] 燒結(jié)球團(tuán),.2014（39）:7-11（21）