朱剛¹， 陳鵬²， 尹媛華³

（1. 湖南中冶長天節能環保技術有限公司， 湖南長沙410007； 2. 中冶長天國際工程有限責任公司，湖南長沙410007； 3. 湖南和天工程項目管理有限公司， 湖南長沙410007）

摘要：介紹了國內外鋼鐵企業在復合造塊、制粒、布料、燒結噴吹天然氣節能減排等燒結新技術方面所取得的進步。為國內鋼鐵企業采用和借鑒這些新技術，改善燒結生產和研發新燒結技術，提供一定的參考和有益的借鑒。

關鍵詞：燒結新技術；復合造塊；制粒布料；燒結噴吹天然氣；進展

引言

進入21 世紀以來，中國的鋼鐵企業面臨著兩大挑戰，一是日益增長的鋼鐵產量加劇了鐵礦石的需求，導致鐵礦原料價格上升和質量下降；二是日漸萎縮的鋼鐵市場，噸鋼盈利能力的持續減弱。而燒結礦是高爐煉鐵的主要爐料，特別是中國高爐爐料結構中燒結礦配比普遍偏高，2011 年燒結礦占爐料結構的比例超過80%^[1]。因此，為解決鐵礦原料條件的惡化、降低生產成本，高爐操作要實現相應的高生產率和低還原劑比，就需要高爐使用的燒結礦具有優良的冶金性能。

燒結礦的冶金性能直接影響燒結礦在高爐內的還原行為及高爐各項技術經濟指標，而燒結礦冶金性能又主要取決于鐵礦粉的自身性能，近年來隨著鐵礦資源的劣質化，燒結所用鐵礦來源結構都發生了較大的變化，鐵礦粉的自身特性以及鐵礦粉在燒結中的規律也在一定程度上有所改變，針對此國內外燒結工作者進行了一系列相應研究從而提出了燒結新技術。本文簡要介紹了近些年來國內外在燒結新技術方面所取得的進步，并按其主要特點將其分類為幾個方面，復合造塊技術、制粒技術、布料技術、燒結噴吹天然氣減排技術等。通過本文的介紹，為國內鋼鐵企業采用、改善和借鑒這些新技術，提供了一定的參考。

1 復合造塊技術

1.1 鑲嵌式燒結法

隨著澳大利亞、巴西等鐵礦供給國優質鐵礦粉的逐漸減少，目前世界上的各大鋼鐵生產國家都面臨著鐵礦資源劣化，精礦逐漸增多的局面。近年來，鋼鐵技術強國日本的各大燒結廠為了降低生產成本和應對將來精礦逐漸增多的局面均不斷改變精礦在燒結中的配比，在大量提高低價礦配比的情況下生產出優質低渣比燒結礦，研發出了鑲嵌式燒結(MEBIOS)技術^{[2- 3]}。

鑲嵌式燒結(MEBIOS)流程為：先粉礦制成小球，燒結機上布料時將小球置于燒結料層中間層，采用常規的燒結制度就能燒出合適的空隙結構。這種燒結的原理是利用小球四周的空隙，提高料層的透氣性，且小球不會過熔；小球燒結時的熱源主要來自上層混勻料燒結所產生的熱量，所以上層混勻料的堿度可適當提高，而小球層的堿度則可降低。在此基礎上，研究出小球的合適尺寸、布料球間距離、在燒結層中的布料方式、布料厚度等參數。

Kawaguchi 提出將大顆粒燒結球置于中間層燒結的方法^[4]，其原理是大顆粒燒結球附近物料的密度會因為邊緣間隙而下降，透氣性會提高；同時，大顆粒燒結球不會過熔，從而能夠支撐上面料層的負荷，限制了上層燒結餅的過度收縮，也對燒結透氣性有利。圖1 為鑲嵌式燒結法和大顆粒礦置于料層中進行燒結示意圖。

1.2 復合造塊法

中南大學姜濤等人發明出一種不同于傳統鐵礦粉造球方法技術：復合造塊法。鐵粉礦復合造塊法是先將細粒鐵礦粉單獨分出制備成酸性球團，然后將粗粒的鐵礦及其他原料混勻后布料到燒結機上進行燒結，生產出高堿度燒結礦包裹著酸性球團礦的優質復合煉鐵爐料^[5]。該復合造塊燒結法能解決煉鐵高爐內酸、堿爐料的偏析問題，能夠生產中低堿度燒結礦、冶煉出高鐵低硅產品，可以很好地處理超細礦粉、轉爐灰等極難處理和利用的資源。可以使用該方法對傳統的鐵精礦、難處理和復雜礦經磨選獲得的精礦、各種細粒含鐵二次資源等原料與黏結劑混勻進行造球使用；基體料則是粒度較粗的鐵粉礦、熔劑、燃料、返礦等燒結原料，當含鐵原料中細精礦為主(比例超過60%)時，基體料也可以使用部分細粒鐵精礦。復合造塊法于2008 年在我國包頭鋼鐵公司率先投入工業使用，取得了良好效果^[6]。包鋼在超細精礦配比相同的情況下采用不同工藝的指標對比結果見表1。復合造塊法在我國屬于一種比較成熟的技術，由于其在擴大一些難冶煉礦石方面和解決我國酸性料不足的問題方面的獨特優勢，很具有推廣價值。

從為高爐提供優質爐料的角度出發，MEBIOS 法和復合造塊法均是將球團料和燒結料分別制粒混合進行燒結，最終為高爐提供一種新型原料，前者的造球料主要是馬拉曼巴粉等，后者以精礦粉為主；布料問題應是二者均面臨的困難。與傳統的燒結礦相比較，復合造塊技術能夠顯著提高礦粉(在普通燒結過程中難以大量使用的）的使用效率。日本已對MEBIOS 進行了大量實驗室研究，取得了一些成果。通過把MEBIOS 與我國中南大學的鐵礦復合造塊技術進行比較發現，該技術在實際生產中是可行的。我們應借鑒其技術思想，開發研究燒結中大量使用低價礦的技術，以降低生產成本，提高企業競爭力。

2 燒結制粒技術

燒結用混勻料的制粒在燒結工藝中是一個非常重要的環節，良好的制粒效果能有效地改善燒結料層的透氣性，提高燒結礦的質量。對于厚料層燒結來說，要解決好厚料層的透氣性問題，才能達到節能降耗、保證燒結礦質量的目的。所以，混合料制粒是厚料層燒結中最重要的環節。

2.1 涂層制粒技術

JFE 公司為了增加低價礦配比，降低燒結燃料消耗、高爐還原劑比而開發出涂層制粒技術。該技術是將焦粉、石灰石粉混勻后涂于已成型顆粒的表面，物料在燒結過程中會形成鐵酸鈣來改善燒結礦還原性。生產工藝是先將各燒結原料裝入一次混勻設備內混勻制粒，再將焦粉和石灰石粉從二次混勻設備后段噴入，對輸送至二次混勻設備內的已制粒物料進行噴涂。其生產工藝流程如圖2 所示^[7]。

JFE 公司的生產實踐表明，采用涂層制粒技術進行燒結生產后，燒結礦還原率約提高7.3%，還原粉化指數大約提高了5%，燒結利用系數約提高18.75%，燒結礦產量約提高0.69%。該燒結礦投入高爐生產使用后，鐵礦還原率提高1%，焦炭消耗下降7 kg/t。JFE 公司西日本鋼鐵廠的4 臺燒結機均采用此技術進行生產。但是，采用涂層制粒技術時，噴涂時間和噴涂的均勻程度不易控制是最大的問題。如果噴涂時間過長，顆粒外表面的焦炭及石灰石粉過多，燒結時不易與鐵礦原料進行反應生成合格的燒結礦，這些外表面的原料粉化率增加使得燒結料層的透氣性變差、燒結礦產率下降；如果噴涂時間過短，鐵礦粉表面的焦粉與石灰石粉涂層厚度不夠且不均勻，鐵礦原料不能得到足夠的熔劑和燃料參與反應，將使燒結礦的強度下降。JFE 公司經過研究、生產摸索，確定出較適宜的噴涂時間大約為40 s。通過JFE 公司的生產實踐可以看到，涂層制粒工藝簡單，不需要對原有的制粒工序進行大的改動，不需要增加設備，根據來料情況，精準控制噴涂時間，就可實現平穩操作。

2.2 燒結強力混合與制粒新技術

傳統的燒結原料混勻制粒是將所有鐵原料的細粉和粗顆粒料與其它原料混合一起投入到混合和制粒設備中進行混勻制粒的。但是，在傳統燒結工藝中由于鐵原料細粉的水親和力比較差，很難使得水分均勻地分布在各種粒徑的鐵原料中，而水分的均勻分布對于制粒造球效果非常關鍵。因此，精礦燒結由于其制粒效果差影響了燒結料層的透氣性，從而影響了燒結機的生產效率及燒結礦成品率。

日本新日鐵、住友等公司最早開始采用強力混合機進行混勻制粒，提高精礦燒結中原料的混勻度和制粒效果。通過住友在和歌山第三燒結廠的實踐，使用強力混合機代替傳統的圓筒混合機進行混勻制粒，使燒結原料的制粒效果增強，燒結料層透氣性增加，生產率提高了8%～ 10%，同時降低焦比0.5%^[8]。

與傳統圓筒混合機相比，強力混合機的強力攪拌混勻工作制度可以使焦粉及原料能夠被更好地分散，節約焦粉用量；同時由于細粉能更好地被包覆在顆粒表面，提高燒結料層的透氣性，增加燒結礦強度。因此，在燒結生產中應用強力混合機代替傳統混合機，可以節能減排、減少原燃料消耗、提高燒結生產率。但是，目前在國內強力混合機的應用面對進口設備價格偏高、操作維護成本高、轉子槳葉耐磨性等問題還需有待進一步解決。

臺灣龍鋼的燒結廠采用圓筒制粒和強力混合結合的工藝處理了100%的燒結原料(包括鋼廠回收的廢料)^[9]。經過這套系統處理后的燒結混勻料具備極高的混勻度，所以在龍鋼不需要對鐵原料進行預混合，這就大大減少了鐵原料預處理需要的儲存空間和作業面積。巴西Usiminas 燒結廠采用兩套強力混合和制粒系統，對來自1～ 3 號燒結廠的原料混勻制粒處理，其中兩臺強力混合機還配有除潮裝置，帶式輸送機和氣力輸送系統，二次除塵裝置。

3 天然氣噴吹的低碳燒結技術

為了大幅度減少燒結生產過程中產生的CO₂排放量， JFE 公司開發出在燒結機上噴吹天然氣燒結技術(Super- SINTER)。通過從燒結機臺車側上方噴吹天然氣，能夠長時間地保持燒結溫度在1 200～ 1 400 ℃ ，提高燒結礦質量的同時還能夠節省焦粉用量，極大地提高燒結機生產效率。Super- SINTER 噴吹裝置如圖3 所示^[10]。

“Super- SINTER”的原理是避免燒結峰值溫度過高，延長有利燒結溫度（1 200℃ ）持續時間，促進石灰與鐵礦石兩種原料的反應及燒結礦內孔隙的增長。在常規燒結生產中，通常是增加焦粉用量延長上述有利時間段，但是若添加量過多，不僅會增加焦粉用量也會引起峰值溫度過高使鐵酸鈣分解，產生玻璃狀熔渣及再生赤鐵礦等不利組分。采用“Super- SINTER”時，是在點火段之后往燒結料層表面噴射液態天然氣用來代替添加的部分焦粉，噴入的天然氣從燒結料層中逐次穿過并在燒結料層中燃燒。與常規燒結制度相比，“Super- SINTER”能有效提高燒結料層中不同料層的內部然后溫度和有利溫度持續時間，從而提高燒結礦強度，減小返礦率，減小焦粉配比，提高燒結礦還原度，進而高爐生產時的焦比就會降低。從而，高強度、高還原性的燒結礦可有效降低整個生產工序中CO₂的排放量^[11]。

日本JFE 鋼鐵公司京濱廠燒結機從2009 年1月采用“Super- SINTER”技術以來節能減排效果明顯。經計算，以含氫的城市煤氣代替部分焦粉可每年減排1 萬t CO₂；采用這種技術生產可減少焦粉用量，每年可減排3 萬t CO₂；生產出的高強度、高還原性燒結礦使高爐塊焦用量減少，可每年減排2 萬t CO₂。

采用“Super- SINTER”進行燒結生產后，每年合計減排6 萬t CO₂，減排效果顯著。因此，JFE 鋼鐵公司又在千葉和倉敷的燒結廠進行推廣，2010 年的CO₂減排量達到26 萬t。

4 結語

當前國內鋼鐵市場產能過剩的局面使各鋼鐵企業的利潤空間越來越小，低效益運行甚至虧損的艱難態勢會持續較長時間，并且未來鐵礦粉燒結生產面臨著鐵礦粉資源短缺、品質劣化、高爐對爐料要求不斷提高、節能減排、環境保護等諸多挑戰。為此，國內鋼鐵企業應根據企業自身經濟效益出發，在傳統的鐵礦粉造粒工藝基礎上，借鑒國內外高效利用低價礦的新技術和新思路，結合自身燒結生產特點，不斷開發和應用新的鐵礦粉造塊工藝、低能耗低排放的環保生產等技術，為實現燒結生產的長久可持續發展提供有力的技術支撐，實現鋼鐵工業創新發展、節約發展、清潔發展。

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