裴元東1，2 ，歐書海3 ，馬懷營2，潘文2 ，趙志星2 ，吳桂輯3 ，吳勝利1
( 1． 北京科技大學冶金與生態工程學院，北京，100083;
2． 首鋼集團有限公司技術研究院，北京 100043;
3． 首鋼股份公司煉鐵部，河北 遷安 064400)
摘 要: 近年來，燒結料面噴吹技術成為研究的熱點，期望通過噴吹介質達到燒結節能減排改質的效果。前人研究了燒結料面噴吹天然氣、焦爐煤氣、氧氣、燒結大煙道和環冷機廢氣等介質對燒結礦產、質量的影響。本文重點研究了燒結料面噴吹蒸汽對燒結礦質量和CO排放的影響，通過在燒結杯試驗中對燒結廢氣成分和料層溫度進行測試的手段評價了噴吹蒸汽的效果。研究表明燒結料面適宜的蒸汽噴吹可起到 CO 減排和改善燒結礦質量的綜合效果。
關鍵詞: 燒結; 水蒸氣; 噴吹; CO
1 前 言
節能、減排和提質是鐵礦粉燒結面臨的三大重任。近幾年，國內外報道了在燒結料面噴吹介質對燒結節能和質量影響的研究，日本 JFE 通過噴吹液化氣技術改善了燒結礦氣孔結構和燒結礦質量，重點取得了改善表層燒結礦強度和底層燒結礦還原性的效果［1］; 同樣噴吹含氫介質，梅鋼燒結噴吹焦爐煤氣也取得了改善燒結礦質量和還原性的效果［2，3］。國內曾就富氧燒結開展過大量研究［4 ～7］，氧氣促進燃料燃燒、有助于燒結提產的作用，也可用于與天然氣的綜合噴吹上［8］。利用燒結大煙道廢氣［9 ～14］或環冷機廢氣［15 ～17］進行返回料面的熱風燒結本質上也屬于噴吹技術，有顯著的節能和減排效果。燒結料面噴吹蒸汽可提高燃料燃燒效率的效果已在首鋼京唐 550m 2 燒結機上被確定［18］。2018年1月1日，《環境保護稅法》頒布，將正式開始對廢氣CO 污染物征稅，燒結 CO 減排的意義重大。本文進一步對燒結料面噴吹蒸汽影響燒結礦質量和 CO 排放進行了研究。
2 試驗方法
為考察不同的噴吹制度對燒結礦質量和排放的影響，本次試驗所用鐵料為同一種，見表 1，最后兩個方案的焦粉配比從 3.7% 降到3.5%，以作為燃料配比降低后的對比。
3 噴吹蒸汽對燒結礦質量的影響
表 3 和表 4 所示為各方案燒結杯試驗的指標。
噴吹蒸汽對燒結礦指標的影響分析如下:
( 1) 方案 1 和 2 較基準的轉鼓指數明顯降低，可能與其水分偏大導致垂直燒結速度過快有關系，同時蒸汽噴吹量過大也導致表層和中間層冷卻強度大，造成燒結礦急冷現象多，使轉鼓強度降低。
( 2) 方案 1 比 2 的成品率高 5． 7%，說明蒸汽噴吹位置太靠前會影響成品率，這應是由于點火后料層紅層相對較薄，蒸汽接觸紅層后進行吸熱反應，導致表層質量變差形成返礦。
( 3) 方案 3 較基準未噴 1 和 2 的指標均顯著改善，其可能是方案 3 的水分較二者的相對為高所致。與水分接近的基準未噴 3 相比，方案 3 的成品率降低5.3%，轉鼓和系數變化不大，分析認為與噴吹位置太靠后有關—隨著高溫帶的下移，過后位置噴吹使蒸汽在表層和中間層停留過長，也可能造成粉末多; 同時，粉末多也與本實驗所使用蒸汽壓力和溫度低有關。
( 4) 方案 4 比 5 的成品率和轉鼓指數分別高3.4%和5.8%，方案 5 的噴吹總量稍高，其噴吹流量小，但其效果反而不如前者，可能也是由于噴吹蒸汽位置過后對燒結礦質量不利所致。
( 5) 降燃料配比的系列，整體上看噴吹蒸汽的方案 6 較不噴吹蒸汽的指標略好，其中成品率高1.3%，轉鼓指數降低 2%，燃料消耗接近，但燒結全系數顯著提高。
( 6) 從方案 3、4、5 在噴吹總量接近時的燒結指標看，后期連續噴吹的效果最好( 方案 3) ，早期間隔噴吹其次( 方案 4) ，從早期到后期的長時間間斷噴吹效果最差( 方案 5) 。結合不同蒸汽噴吹量來看，效果更差的是如前所述的從燒結早期到后期的長時間連續噴吹( 方案 1 和方案 2) ，效果更好的是低燃料配比時的低蒸汽量、長時間間隔噴吹( 方案 6) ，即噴吹效果: 方案 6 ＞ 方案 3＞ 方案 4 ＞ 方案 5 ＞ 方案 1 ＞ 方案 2。方案 6 的效果最好，分析認為這是蒸汽進入燒結料層后發揮高溫反應的效果也與燃料本身配比有關，二者的匹配性值得繼續探索研究。
( 7) 從降低燃料的最后兩個方案與之前方
案對比看，燃耗顯著降低了 2 ～10 kg/t。流量小，但其效果反而不如前者，可能也是由于噴吹蒸汽位置過后對燒結礦質量不利所致。
( 5) 降燃料配比的系列，整體上看噴吹蒸汽的方案 6 較不噴吹蒸汽的指標略好，其中成品率高1.3%，轉鼓指數降低 2%，燃料消耗接近，但燒結全系數顯著提高。
( 6) 從方案 3、4、5 在噴吹總量接近時的燒結指標看，后期連續噴吹的效果最好( 方案 3) ，早期間隔噴吹其次( 方案 4) ，從早期到后期的長時間間斷噴吹效果最差( 方案 5) 。結合不同蒸汽噴吹量來看，效果更差的是如前所述的從燒結早期到后期的長時間連續噴吹( 方案 1 和方案 2) ，效果更好的是低燃料配比時的低蒸汽量、長時間間隔噴吹( 方案 6) ，即噴吹效果: 方案 6 ＞ 方案 3＞ 方案 4 ＞ 方案 5 ＞ 方案 1 ＞ 方案 2。方案 6 的效果最好，分析認為這是蒸汽進入燒結料層后發揮高溫反應的效果也與燃料本身配比有關，二者的匹配性值得繼續探索研究。
( 7) 從降低燃料的最后兩個方案與之前方案對比看，燃耗顯著降低了 2 ～10 kg/t。
( 8) 圖 1 所示為不考慮具體噴吹位置，僅分析噴吹蒸汽量與燒結指標的關系。可見，隨著噴吹量的增加，燒結礦指標基本呈現穩定然后變差的趨勢。燒結指標變化不大的蒸汽噴吹量為 ＜0.01m 3 ，折算到燒結料重量為 ＜ 0.01%，或者為噸燒結料噴吹 ＜100 g 蒸汽。此數量級為京唐現場實際蒸汽噴吹量的 1/20。分析認為，燒結杯試驗所用蒸汽的壓力較京唐現場使用的低0.2MPa，溫度低 30 ℃，可以預見工業生產中所能容納的適宜蒸汽噴吹量在燒結杯試驗中將降低。
整體上看，由于燒結杯試驗蒸汽的溫度和壓力均比實際工業低，會一定程度影響噴吹效果。從燒結杯試驗分析，蒸汽噴吹存在適宜量和噴吹范圍，在此適宜范圍內噴吹蒸汽對提高燒結礦質量有利，否則將產生負面影響。因此在實際工業生產上使用時應進行適宜蒸汽量和噴吹位置的摸索。
4 噴吹蒸汽對燒結廢氣 CO 含量的影響
圖 2 ～3 所示為噴吹蒸汽對燒結廢氣 CO 含量的影響。可見在不噴吹蒸汽時，CO 含量在燒結過程中段基本呈現逐步升高的形態( 隨工況變化 CO 含量有一定波動) ; 而噴吹蒸汽后，在噴吹期間，廢氣中 CO 含量呈現被拉低的趨勢，噴吹結束后 CO 含量再次升高。這說明噴吹蒸汽對于燒結廢氣 CO 有減排效果。從 CO 曲線波峰波谷看，噴吹蒸汽可使燒結過程 CO 含量降低1 000～2 000 ppm 以上。
5 結 論
( 1) 燒結料面噴吹蒸汽起到了降低 CO 的效果，尤其降低 CO 的效果明顯; 燒結杯條件下( 50kg 料) 噴吹蒸汽 0． 002 ～0． 032 m 3 ，CO 峰值含量降低 1 000 ～2 000 ppm 以上。
( 2) 由于在管道末端，本次燒結杯試驗所用蒸汽量的壓力和溫度均較工業使用時低，一定程度影響燒結礦的質量如成品率指標。
( 3) 存在可改善燒結礦質量的適宜噴吹量，料面噴吹蒸汽位置不能過前也不能過后; 實際使用時應摸索適宜的蒸汽量，噴吹量逐步由小到大進行嘗試。