李鵬飛
（漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司，湖南 婁底 417000）
摘 要：傳統(tǒng)燒結(jié)料層厚度因料層透氣性被限制在 750~800 mm，從而影響了燒結(jié)礦的生產(chǎn)效率。在不影響燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，改善料層透氣性，有效提高燒結(jié)料層厚度已成為進(jìn)一步提高燒結(jié)礦生產(chǎn)效率的重要途徑。漣鋼 130 ㎡，180 ㎡燒結(jié)機(jī)，通過加強(qiáng)制粒性能，優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)，改進(jìn)生石灰下料設(shè)備，優(yōu)化圓筒混合機(jī)揚(yáng)料角鋼方式等措施，強(qiáng)化制粒，改善了燒結(jié)料層的透氣性。相比于料層厚度 700~750 mm 燒結(jié)，料層厚度 950~1000 mm 超高料層條件下，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步提高至 78.58%，利用系數(shù)達(dá)到 1.54 t/(㎡*h)，固體燃耗穩(wěn)定在 48.23 kg/t，返礦配比降低至 20.24%，為小型燒結(jié)機(jī)的超高料層燒結(jié)（1000 mm）工藝優(yōu)化升級提供了參考。
關(guān)鍵字：超高料層燒結(jié)；熔劑結(jié)構(gòu)，料層透氣性；生產(chǎn)效率
0 引言
燒結(jié)是當(dāng)今國內(nèi)鋼鐵企業(yè)最為常用的鐵礦造塊方法之一[1-2]。漣鋼 130㎡，180 ㎡燒結(jié)機(jī)為 2800m³高爐供應(yīng)著優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦，該高爐在與重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對標(biāo)中，利用系數(shù)在同類型高爐中排行業(yè)第一名，2024 年 1~8 月累計(jì)利用系數(shù) 3.29t/(m³*d)，高爐全年燒結(jié)礦配比 75%。燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定對高爐的長周期穩(wěn)順至關(guān)重要，而厚料層燒結(jié)是進(jìn)一步提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的重要途徑，燒結(jié)過程料層厚度是基礎(chǔ)，透氣性是關(guān)鍵[5-8]。
但國內(nèi)外的研究及生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)料層高度超過 750~800 mm 的臨界值時(shí)，燒結(jié)生產(chǎn)效率和燒結(jié)礦質(zhì)量均有明顯下降趨勢，臨界值的高低因原料結(jié)構(gòu)不同、工藝及技術(shù)參數(shù)不同略有差異。近年來國內(nèi)外燒結(jié)料層高度增加的勢頭趨于緩慢，為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能減排，必須研究查明超高料層燒結(jié)時(shí)產(chǎn)、質(zhì)量下降的原因，有針對性的開發(fā)超高料層（950~1 000 mm）燒結(jié)新技術(shù)。
本文從優(yōu)化含鐵原料和熔劑結(jié)構(gòu)，改進(jìn)生石灰下料設(shè)備，優(yōu)化圓筒混合機(jī)揚(yáng)料方式，強(qiáng)化制粒，優(yōu)化蒸汽預(yù)熱混合料等方面改進(jìn)，改善了燒結(jié)料層的透氣性，實(shí)現(xiàn)了超高料層燒結(jié)。
1 優(yōu)化含鐵原料和熔劑結(jié)構(gòu)
1.1 優(yōu)化含鐵原料結(jié)構(gòu)
漣鋼燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)的粉礦基本穩(wěn)定，以澳褐鐵礦系列配加巴西赤鐵礦系列為基本框架，通過精粉[3-6]平衡燒結(jié)礦雜質(zhì)元素，提高燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)。但是因鐵精粉資源的局限[9,12]，精粉結(jié)構(gòu)變化較大，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也直接影響混合料的制粒性能。通過加強(qiáng)精粉制粒性能的研究，逐步優(yōu)化了精粉原料結(jié)構(gòu)。
粒度分析結(jié)果見表 1，國內(nèi)精粉 A 的粒度較粗，其-500 目占 17.92%；進(jìn)口精粉 A 和 B的粒度較細(xì)，其-500 目含量分別為 52.59%和 70.89%；而進(jìn)口精粉 C 中-500 目含量占 28.40%。平均粒徑排序?yàn)椋簢鴥?nèi)精粉 A＞進(jìn)口精粉 C＞進(jìn)口精粉 A＞進(jìn)口精粉 B。
四種鐵精粉的成球性能分析見表 2，通過對比可知，進(jìn)口精粉 B 的最大分子水和最大毛細(xì)水最高，其次是進(jìn)口精粉 A，進(jìn)口精粉 C 和國內(nèi)精粉 A 分別位列第三和第四。然而，國內(nèi)精粉 A 的遷移速率最大，為 16.96 mm/min，其次是進(jìn)口精粉 C 的遷移速率為 4.11 mm/min，進(jìn)口精粉 A 和進(jìn)口精粉 B 的遷移速率分別為 3.92 mm/min 和 2.96 mm/min。靜態(tài)成球性指數(shù)K 計(jì)算公式如下：
式中：W分 —最大分子水，%；W毛 —最大毛細(xì)水，%。
K 值分析結(jié)果表明進(jìn)口精粉 B 的成球性為優(yōu)，進(jìn)口精粉 A 及進(jìn)口精粉 C 的成球性均為良，國內(nèi)精粉 A 的成球性為中。
進(jìn)口精粉 B 具有優(yōu)異的成球性，可強(qiáng)化制粒效果，改善原始料層透氣性。根據(jù)成球性能，優(yōu)化精粉結(jié)構(gòu)見表 3。
從表 3 中可以看出，隨著進(jìn)口精粉 B 增加，優(yōu)化后的鐵精粉成球性逐漸改善，在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著進(jìn)口精粉 B 的增加，總管負(fù)壓逐漸降低，風(fēng)門開度可逐漸減小。
1.2 優(yōu)化熔劑結(jié)構(gòu)
范曉慧等[10-11]研究表明：隨著生石灰用量的提高，制粒后混合料的平均粒徑增大，當(dāng)生石灰用量達(dá)到 3%時(shí)，平均粒徑由 4 mm 增加至 5.2 mm，繼續(xù)增加生石灰含量至 6%，平均粒徑可達(dá) 6 mm；制粒后混合料中-1mm 含量減少，不添加生石灰時(shí)-1mm 含量為 12.53%，提高生石灰配比至 6%時(shí)-1mm 含量降低至 5%以下，當(dāng)生石灰配比由 6%提高至 8%，-1mm比例稍有升高。當(dāng)生石灰從 0%提高到 3%，料層壓力降從 887 Pa 降低至 605 Pa，繼續(xù)提高生石灰含量到 6%，壓力降可降低至 497 Pa [11]。漣鋼 130 ㎡，180 ㎡燒結(jié)機(jī)熔劑結(jié)構(gòu)優(yōu)化見表 4。近年來，漣鋼逐步降低了石灰石粉和白云石粉的用量，增加了生石灰單耗。
生石灰消化后其粘結(jié)性能取決于消石灰的粒度和活性度。范曉慧等人[13]認(rèn)為：為保證混合料有良好的制粒性能，要求生石灰活性度＞250 ml。據(jù)馮二蓮等[14]研究表明：為了有利于熔劑的充分分解和完全礦化，控制熔劑-3 mm 比例在 85%以上。若熔劑粒度過粗，在燒結(jié)過程中分布不均勻，分解和礦化反應(yīng)速度慢，生成物成分不均勻，甚至燒結(jié)礦中殘留未反應(yīng)的 CaO 和 MgO，尤其游離 CaO 受潮遇水后體積膨脹和產(chǎn)生粉化，影響燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和低溫還原粉化指標(biāo)變差[14]。
近年來漣鋼生石灰質(zhì)量情況見表 5。
生石灰質(zhì)量整體穩(wěn)定在較高水平，為燒結(jié)厚料層燒結(jié)創(chuàng)造了良好的條件。
2 優(yōu)化工藝設(shè)備，強(qiáng)化制粒
2.1 穩(wěn)定生石灰下料
隨著生石灰單耗的逐步增加，生石灰下料的穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過對生石灰設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，見圖 1，增加緩沖積料倉和透氣布袋，防止泄料的同時(shí)保證不懸料。同時(shí)定周期檢查倉頂干燥機(jī)、倉頂布袋、風(fēng)機(jī)、呼吸閥等設(shè)備運(yùn)行情況，定期清理維護(hù)，杜絕出現(xiàn)堵塞的情況。
生石灰下料穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)偏差由原來 1.5 t/h 逐步降低至 0.5 t/h 以內(nèi)。
圖 1 生石灰倉設(shè)備優(yōu)化示意圖
2.2 優(yōu)化圓筒混合機(jī)揚(yáng)料角鋼
如圖 2 所示，圓筒轉(zhuǎn)動時(shí)，揚(yáng)料角鋼提高了筒內(nèi)壁的摩擦力，球體在造球筒內(nèi)沿角鋼擴(kuò)散、旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動次數(shù)增加，因此提高制粒效果。據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐，出二次圓筒+3 mm 粒級顆粒比例較之前可提高 3%~5%，二次圓筒粘料可控。
二次圓筒加霧化水后，進(jìn)一步強(qiáng)化制粒。通過以上措施，對應(yīng)出二次圓筒混合料+3 mm比例由原來的 65%逐步提高至 70%以上。
2.3 優(yōu)化蒸汽預(yù)熱并提高料溫
通過優(yōu)化混合料倉蒸汽噴頭布局，提高混合料倉蒸汽預(yù)熱的均勻性，加強(qiáng)蒸汽排水，提高料溫至 70 ℃以上，進(jìn)一步減少過濕層的厚度，改善料層透氣性，也為降低燒結(jié)固體燃耗和穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量創(chuàng)造了條件。
3 燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量對比分析
通過優(yōu)化含鐵原料結(jié)構(gòu)、熔劑結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)備，強(qiáng)化制粒，改善燒結(jié)混合料冷態(tài)透氣性， 同時(shí)提高料溫，減少過濕層，通過采取以上措施，燒結(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改進(jìn)見表 6。
2020 年控制料層厚度為 700~750 mm 時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為 78.22%，利用系數(shù)為 1.37 t/(㎡*h)，返礦配比為 23.58%。2021 年至 2023 年，逐步提高料層厚度至 900 mm，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度有所下降，利用系數(shù)無明顯變化，表明在提高料層厚度的過程中，如料層透氣性的保證措施沒到位，產(chǎn)質(zhì)量不一定會提升。2024 年在優(yōu)化料層透氣性的前提下，進(jìn)一步提高料層厚度至 900-1000mm，同時(shí) 130 ㎡和 180 ㎡燒結(jié)機(jī)總管負(fù)壓均降低，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步提高至 78.58%，利用系數(shù)達(dá)到 1.54t/(㎡*h)，在 2024 年燃料質(zhì)量有所下降的前提下，固體燃耗穩(wěn)定在 48.23kg/t，在不影響燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)了超高料層燒結(jié)。
4 結(jié)語
1）超高料層燒結(jié)存在的主要問題是燒結(jié)礦產(chǎn)量下降，主要原因是料層總阻力增大、料層荷重增大引起的料層結(jié)構(gòu)的變化、邊緣漏風(fēng)增大。超高料層燒結(jié)工藝下燒結(jié)產(chǎn)率的提高應(yīng)以改善料層透氣性為重點(diǎn)攻關(guān)方向。
2）130 ㎡，180 ㎡燒結(jié)機(jī)通過優(yōu)化原料、熔劑結(jié)構(gòu)，優(yōu)化生石灰下料設(shè)備，圓筒混合機(jī)揚(yáng)料方式，強(qiáng)化制粒，優(yōu)化蒸汽預(yù)熱混合料等方面改進(jìn)，改善了燒結(jié)料層透氣性，逐步優(yōu)化提高料層厚度至 900-1000mm，工藝優(yōu)化升級后，燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)逐步提高，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步提高至 78.58%，返礦配比降低至 20.24%，利用系數(shù)穩(wěn)定在 1.54 t/(㎡*h)。
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