多工藝協(xié)同降低燒結(jié)機工序能耗生產(chǎn)實踐

李國良，李乾坤，周曉冬，李秭城，裴元東

（中天鋼鐵集團(tuán)有限公司 第二燒結(jié)廠，江蘇 常州 213000）

摘要：針對燒結(jié)工序能耗高，而一種工藝的改善或新工藝的推出對其工序能耗的改善有限，本文從低水低碳厚料層燒結(jié)、低熱值煤氣低負(fù)壓點火、料面噴吹天然氣等多工藝協(xié)同處理出發(fā)，結(jié)合漏風(fēng)治理、增設(shè)邊緣壓料裝置優(yōu)化燒結(jié)料面布料等生產(chǎn)控制措施，在改善燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的同時，取得了降低工序能耗的良好效果，燒結(jié)工序能耗由 53.66 kgce/t_-s 逐步降低到 46.32 kgce/t_-s。

關(guān)鍵詞：協(xié)同；工序能耗；厚料層；低負(fù)壓；天然氣噴吹

當(dāng)前國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能日趨飽和，原燃料價格上漲明顯，給鋼鐵行業(yè)發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)，節(jié)能降耗逐漸成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展的必由之路。我國鋼鐵行業(yè)能耗占整個國民經(jīng)濟的14%以上，其中燒結(jié)工序能耗占整個鋼鐵行業(yè)能耗的 10%以上^[1-2]，因此，降低燒結(jié)工序能耗意義重大。

針對降低燒結(jié)工序能耗前人開展了眾多生產(chǎn)研究實踐，主要從改善燒結(jié)原燃料結(jié)構(gòu)、提升混合料溫、熱風(fēng)燒結(jié)、漏風(fēng)治理、控制燃料破碎粒度、厚料層燒結(jié)工藝制度等方法進(jìn)行了實踐探究，取得了較好的效果[2-4]。但是常規(guī)工藝和單一新工藝的改進(jìn)對降低燒結(jié)工序能耗的效果有限。為更好地解決此問題，本文以中天鋼鐵 550 m²燒結(jié)機工藝為基礎(chǔ)，從低水低碳厚料層燒結(jié)、低熱值煤氣低負(fù)壓點火、料面噴吹天然氣等多工藝協(xié)同處理出發(fā)，結(jié)合漏風(fēng)治理、增設(shè)邊緣壓料裝置優(yōu)化燒結(jié)料面布料等生產(chǎn)控制措施，試圖在改善燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的同時，取得降低工序能耗的良好效果，為同類工程提供借鑒與參考。

1 降低工序能耗生產(chǎn)工藝

1.1 低水低碳厚料層燒結(jié)工藝

厚料層燒結(jié)是降低燃料消耗的重要手段。寶鋼、馬鋼、首鋼京唐、泰鋼、天鋼、湘鋼等企業(yè)燒結(jié)料厚已達(dá) 900~1 000 mm 水平。本文涉及的燒結(jié)機臺車欄板改造前高度為 750mm，設(shè)計料層厚度為 700~750 mm，為充分利用厚料層燒結(jié)自動蓄熱特點，將點火爐抬高，逐步將料層厚度由 800 mm 抬高至 920 mm 水平，超燒結(jié)機臺車欄板高度 170 mm（見圖 1）。 隨著料層厚度的提升，燒結(jié)機機速放慢，燒結(jié)料的高溫保持時間增加，液相生成更加充足，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度由 77%提升至 78%。為減少過濕層和燃燒層對厚料層燒結(jié)透氣性的影響，在實施厚料層后重點采取了低水燒結(jié)措施和燃料粒度優(yōu)化控制：①采取一混多加水、二混少加水；②加裝霧化噴頭保證原料制粒成球效果；③為消除混合礦槽蒸汽預(yù)熱不均的問題，采用了蒸汽管道輸堵裝置；④采用熟熔劑燒結(jié)，充分利用生石灰消化放熱提升混勻料料溫。在各項措施實施后，混合料水分從 7.5%降低到 6.8%，混合料料溫提高到 70℃水平；⑤優(yōu)化燃料粒度控制，用錘破替代對輥，在增強破碎能力的同時減少四輥負(fù)荷，實施后燃料粒度控制在小于 0.5 mm 占比為 20%，0.5~3 mm 占比為 75%，大于 5 mm占比為 8%的綜合水平。由于厚料層燒結(jié)過程自動蓄熱作用的發(fā)揮^[2]，固體燃料配比由4.6%降低到 4.3%，降低 0.3%，折合噸礦固體燃耗下降 3.75 kg/t_-s^[5]。

1.2 低熱值煤氣的低負(fù)壓點火工藝技術(shù)改造

本文燒結(jié)生產(chǎn)所用點火氣體燃料為高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣，原前 3 個風(fēng)箱開度分別為40%、60%、60%，抽風(fēng)負(fù)壓分別為-14.25、-14.23、-14.16 kpa。由于負(fù)壓較高，煤氣被大量抽走，降低了煤氣的利用率，導(dǎo)致煤氣消耗增大，同時也不利于燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的提升。為改善這種高負(fù)壓、大風(fēng)量的點火制度，燒結(jié)廠于 2019 年初逐步在燒結(jié)機上進(jìn)行點火爐前移工藝技術(shù)改造（見圖 2）。結(jié)合圖 2，當(dāng)將 1#、2#風(fēng)箱翻板關(guān)閉，3#風(fēng)箱翻板開度至50%時，1#、2#、3#風(fēng)箱點火負(fù)壓由原來的-14 kpa（平均值）分別降低至-8.23 -8.44. -10.22kpa，燒結(jié)機點火煤氣單耗由 38.15 m3/t 降低至 32.36 m3/t，降低了 5.79 m3/t。厚料層燒結(jié)制度推行后，燒結(jié)機機速降低，點火時間延長，點火強度得到了提升^[2]。同時，由于前部風(fēng)箱負(fù)壓降低，更多的風(fēng)量后移，保證了后續(xù)燃燒帶的反應(yīng)，使整個燒結(jié)過程進(jìn)行的更加充分，燒結(jié)礦強度得到一定的提升，由 77.89%提升到 78.26%，提升了 0.37%^[5]。

 圖 2 點火爐前移改造方案示意

1.3 料面噴吹天然氣工藝技術(shù)的應(yīng)用

日本 JFE 提出了料面噴吹天然氣工藝^[6-7]，國內(nèi)梅鋼、韶鋼等企業(yè)使用料面噴吹焦?fàn)t煤氣，均取得較好效果^[8]。2020 年，中天在 550m²燒結(jié)機上成功實施了國內(nèi)首臺套燒結(jié)機料面噴吹天然氣工藝和裝備。天然氣噴吹裝置設(shè)計量程為 0~600 Nm³/h，天然氣噴吹后 550m²燒結(jié)機固體燃耗下降明顯。在天然氣噴吹量為 300 Nm3/h 制度下，燒結(jié)機固體燃料（無煙煤）配比下降 0.2%~0.3%，折合噸礦固體燃耗下降 2.9~4.3 kg/t_-s。相較于未噴吹天然氣燒結(jié)礦表層強度提升，內(nèi)返率降低了 0.3%，轉(zhuǎn)鼓強度由 78.49%提升至 78.77%，提升 0.28%。

同時，現(xiàn)場試驗在 550 ㎡燒結(jié)機上料量為 1 030 t/h，燒結(jié)混勻料堆成分固定，料層厚度為920 mm，燒結(jié)機機速為 2.3 m/min，固體燃料洗精煤配比為 4.3%的基準(zhǔn)條件下，探究了不同天燃?xì)鈬姶盗繉Y(jié)過程和燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，其天然氣噴吹裝置如圖 3 所示，不同噴吹量對燒結(jié)終點溫度、廢氣溫度、負(fù)壓的影響如表 1 所示，不同噴吹量對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響如表 2 所示。

Fig. 3 Process flow chart of natural gas injection device

由表 1、2 可知：在燒結(jié)料層厚度一定，上料量一定的條件下，隨著天然氣噴吹流量的加大，固體燃料配比適當(dāng)降低，燒結(jié)終點溫度出現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，燒結(jié)負(fù)壓呈現(xiàn)逐步增加的趨勢；燒結(jié)礦 FeO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，轉(zhuǎn)鼓強度呈現(xiàn)波動變化，低溫還原粉化性能 RDI_+3.15呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，即在噴吹量超過 300 m³/h 后較基準(zhǔn)有所降低。分析原因認(rèn)為，當(dāng)燒結(jié)料面噴吹天然氣過多后，兩種燃料（燃?xì)夂凸腆w燃料）燃燒出現(xiàn)的燃燒帶可能出現(xiàn)不匹配，因而造成高溫帶透氣性變差，燒結(jié)負(fù)壓有所升高。因此，在當(dāng)前條件下噴吹量過大可能會對燒結(jié)過程產(chǎn)生負(fù)面影響^[9]。

2 降低工序能耗強化措施

為進(jìn)一步強化厚料層燒結(jié)工藝和料面天然氣噴吹新工藝對降低工序能耗的效果，現(xiàn)場進(jìn)一步采取了漏風(fēng)治理、優(yōu)化燒結(jié)料面布料等生產(chǎn)控制措施。

2.1 漏風(fēng)治理

燒結(jié)機的漏風(fēng)是行業(yè)的共性問題，降低漏風(fēng)對于改善燒結(jié)產(chǎn)、質(zhì)量和降低主抽風(fēng)機電耗有利，從而可降低燒結(jié)工序能耗。燒結(jié)機主要漏風(fēng)點包括臺車欄板錯位部分、臺車欄板插銷處、燒結(jié)機臺車彈性滑道與固定滑道間油封處、風(fēng)箱大煙道內(nèi)壁磨損嚴(yán)重處、大煙道雙層卸灰閥等部位^[10-11]，漏風(fēng)嚴(yán)重制約著燒結(jié)機產(chǎn)能的發(fā)揮與質(zhì)量的提升。針對以上問題，本文通過現(xiàn)場測量各風(fēng)箱煙氣成分、含氧量變化（圖 4）、利用計劃檢修期間對風(fēng)箱漏風(fēng)點進(jìn)行補焊、風(fēng)箱噴涂耐磨涂層（圖 5）、管道進(jìn)行更換、臺車固定滑道螺栓緊固、臺車欄板更換同時加強對臺車欄板插銷的工藝檢查等方式進(jìn)行相關(guān)處的漏風(fēng)治理。漏風(fēng)治理后，燒結(jié)機上料量提升了 10 t/h，燒結(jié)機轉(zhuǎn)鼓強度由 77.66%提升至 78.37%，燒結(jié)終點溫度提升了 20 ℃ 。

2.2 優(yōu)化燒結(jié)料面布料

550 ㎡燒結(jié)機臺車欄板高度為 750 mm，在推行厚料層布料后，料層達(dá) 920 mm，已超過臺車欄板高度 170 mm。在實際生產(chǎn)過程中由于點火爐邊緣燒嘴位置不可調(diào)，在點火煤氣熱值波動時極易出現(xiàn)邊緣點火效果差，整體邊緣效應(yīng)較為明顯的現(xiàn)象。本文通過積極探索，自主改造了一種可調(diào)式超燒結(jié)機臺車欄板壓料裝置。該裝置通過在臺車欄板上設(shè)置邊緣主壓料板、斜壓板、水平板，使得臺車上的料被塑形成梯形，增大了邊緣料面的點火，改善了邊緣點火、邊緣壓料等邊緣效應(yīng)。改造后，燒結(jié)內(nèi)返率降低了 1%，產(chǎn)量得到提升，同時邊緣料點火效果得到明顯改善。壓料裝置設(shè)計、安裝、效果圖分別如圖 6、7、8所示。為減少臺面裂痕對燒結(jié)礦強度的影響，研發(fā)了簡易消裂紋裝置，消除表面礦由于熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力，簡易消除裂紋裝置效果如圖 9 所示。

3 多工藝協(xié)同降低工序能耗效果

550 ㎡燒結(jié)多工藝協(xié)同實施工序能耗如表 3 所示。結(jié)合以上分析與表 3 可知：550 ㎡燒結(jié)機單獨強化采用低水低碳厚料層燒結(jié)、低熱值煤氣低負(fù)壓點火、料面噴吹天然氣等工藝后，工序能耗分別降低 3.78 、1.44、2.88 kgce/t-s（折標(biāo)系數(shù)分別取 1.01、0.25、1.01）； 3種工藝協(xié)同使用后，工序能耗降低 7.34 kgce/t-s。雖由于在實際生產(chǎn)中多因素導(dǎo)致該值略低于各工藝單獨實施之加和效果，但遠(yuǎn)高于單獨工藝的實施效果。

4 結(jié) 論

（1）工序能耗的有效降低不能依靠單一工藝的實施，而需要多工藝協(xié)同作用。

（2）550 ㎡燒結(jié)采用低水低碳厚料層燒結(jié)、低熱值煤氣低負(fù)壓點火、料面噴吹天然氣等強化燒結(jié)工藝后，工序能耗分別降低 3.78 、1.44、2.88 kgce/t_-s。

（3）以低水低碳厚料層生產(chǎn)操作為總綱，協(xié)同點火爐前移、低負(fù)壓點火技術(shù)改造，燒結(jié)料面噴吹天然氣為主要工藝方針，通過燒結(jié)漏風(fēng)治理，優(yōu)化燒結(jié)布料等強化輔助措施的實施，可最大幅度地降低燒結(jié)工序能耗，由原料的 53.66 kgce/t_-s降低到 46.32kgce/t_-s。

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