許滿興 代汝昌
（北京科技大學） （濟南銀能冶金科技有限公司）
1 燒結生產實現低碳、綠色高質量發展的價值
2017年10月，中國共產黨第十九次全國代表大會的勝利召開，標志著我國已經進入中國特色社會主義新時代，十四項堅持體現了新時代中國特色社會主義思想和基本方略。經濟建設要堅持新發展理念，發展必須科學發展，必須堅定不移貫徹創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念。十九屆五中全會明確提出了，我國經濟建設已進入高質量發展階段，綠色發展是高質量發展的重要條件和基礎。
我國鋼鐵工業在黨的正確領導下已經由鋼鐵大國向鋼鐵強國邁進。2020年我國粗鋼的年產量10.53億噸，占全球粗鋼產量的53%，生鐵年產量8.88億噸，占全球生鐵產量的69%[1]，煉一噸鋼會產生1.8噸碳排放，冶煉一噸生鐵會產生多少碳排放呢？經過詳細計算，冶煉一噸生鐵（包括生產1.2噸燒結礦產生的碳排放）會產生1.824噸CO2排放[2]，略高于世界鋼鐵協會碳排放數據。對燒結生產而言，生產一噸燒結礦將產生4000m3煙氣，每m3燒結煙氣含CO2為5.5%，含CO為0.6%[3]，CO和 CO2氣體比重分別為1.25kg/m3和1.964kg/m3[4]，生產一噸燒結礦的煙氣將會產生30kg 的CO，432.08kg 的CO2。近幾年我國每年生產10億噸燒結礦，燒結煙氣將向大氣排放CO2：432.08x108/1000=432.08萬噸；CO：30x108/1000=300萬噸。這對生態環境造成極大破壞。因此，實現“碳達峰”和“碳中和”的目標必須倒逼降碳，燒結生產必須實行低碳綠色生產。
2 新世紀全國燒結生產料層厚度與能耗指標狀況（表1）
表1 新世紀全國燒結生產料層厚度與能耗指標狀況
|
項目 年份 |
利用系數 |
料層厚度 |
成品率 |
含粉率 |
返礦率 |
電耗 |
固體燃耗 |
工序能耗 |
轉鼓指數 |
|
t/m2h |
mm |
% |
% |
% |
Kwh/t |
Kg/t |
Kgce/t |
% |
|
|
2000 |
1.45 |
482.8 |
/ |
11.33 |
/ |
34.71 |
58.00 |
69.87 |
65.81 |
|
2001 |
1.47 |
499.0 |
/ |
10.5 |
/ |
33.89 |
59.00 |
70.77 |
74.19 |
|
2002 |
1.48 |
528.2 |
/ |
926 |
/ |
35.27 |
57.00 |
71.85 |
83.72 |
|
2003 |
1.48 |
535.9 |
82.05 |
8.53 |
19.02 |
34.74 |
55.00 |
67.92 |
71.83 |
|
2004 |
148 |
546.2 |
81.71 |
7.72 |
19.98 |
35.98 |
54.00 |
68.10 |
73.24 |
|
2005 |
1.48 |
575.9 |
82.68 |
7.76 |
21.43 |
39.41 |
53.00 |
65.70 |
83.78 |
|
2006 |
1.43 |
602.6 |
83.27 |
7.36 |
18.89 |
39.32 |
54.00 |
57.50 |
75.75 |
|
2007 |
1.42 |
614.4 |
82.24 |
6.44 |
18.82 |
40.22 |
54.00 |
59.37 |
76.02 |
|
2008 |
1.360 |
636.0 |
83.31 |
7.15 |
18.65 |
40.49 |
53.31 |
56.52 |
76.59 |
|
2009 |
1.341 |
642.2 |
81.30 |
7.07 |
19.20 |
41.06 |
55.00 |
57.28 |
77.44 |
|
2010 |
1.324 |
666.1 |
83.50 |
7.18 |
22.29 |
43.87 |
54.00 |
56.71 |
78.77 |
|
2011 |
1.306 |
661.4 |
82.99 |
6.86 |
19.18 |
43.22 |
54.00 |
55.35 |
78.72 |
|
2012 |
1.275 |
6660 |
84.18 |
6.49 |
19.09 |
43.01 |
53.00 |
52.97 |
80.48 |
|
2013 |
1.250 |
688.9 |
85.46 |
6.75 |
18.35 |
44.49 |
44.77 |
51.39 |
79.69 |
|
2014 |
1.277 |
710.4 |
86.82 |
6.62 |
17.56 |
45.39 |
44.2 |
51.05 |
77.58 |
|
2015 |
1.26 |
688.5 |
83.34 |
8.79 |
16.81 |
44.41 |
47.38 |
49.50 |
78.73 |
|
2016 |
1.27 |
731.4 |
82.8 |
6.55 |
16.81 |
43.39 |
45.89 |
50.24 |
78.03 |
|
2017 |
1.26 |
714.3 |
83.24 |
6.78 |
17.04 |
46.74 |
46.40 |
49.36 |
78.36 |
|
2018 |
1.27 |
728.5 |
81.62 |
7.09 |
17.57 |
46.78 |
46.78 |
49.89 |
78.68 |
|
2019 |
1.25 |
748.1 |
82.2 |
5.56 |
18.02 |
48.24 |
45.29 |
49.53 |
78.02 |
|
2020 |
1.308 |
768.5 |
82.5 |
6.67 |
22.07 |
38.95 |
50.03 |
78.95 |
78.95 |
由表1可見，近20年來，我國燒結生產的料層厚度由2000年平均料層厚度不足500mm（482.8mm），增加到2013年的688.9mm；固體燃耗由58kg/t降低到44.7kg/t；2013年至今的8年間，料層厚度由688.9mm增加到750mm左右的水平。但固體燃耗總是徘徊在44kg/t~48kg/t的水平。2019年寶鋼的5臺燒結機，包括湛江的兩臺550m2燒結機的固體燃耗處于41.34kg/t~46.49kg/t的水平，固體燃耗全國最低的太鋼，2019年660m2燒結機固體燃耗為35.76kgce/t（以磁鐵精粉為主要原料）。固體燃耗最高的是某鋼360m2燒結機，為66.30kgce/t（以赤鐵礦粉為主要原料）。不同的企業相差1.85倍，大幅度降低燒結生產的固體燃耗，是全國燒結工作者實現低碳綠色發展的頭等大事，是新時代燒結生產要解決的重中之重的問題。
3 “超低碳、高能效” 均質燒結新工藝的關鍵技術
濟南銀能冶金科技公司開發的燒結新工藝，可在原生產基礎上，噸燒結礦降低固體燃耗平均達到10kg/t，實現該項新工藝的關鍵技術有如下五項。
1） 改變傳統的二段式或三段式強化制粒工藝。“超低碳、高能效”燒結新工藝采用多維交叉混合制粒裝置，在一混機內完成制粒，一混機出料粒度5~7mm比例達到60%以上，然后混合料進入二混機。
2） 經一混混合制粒后的混合料進入二混合機后，燃料（焦粉和煤粉）配入二混合機內與混合料混合，燃料包裹在礦粒外層和礦粒之間，有效改變燃料燃燒的條件。
3） 橫向偏析布料采用自主研發的布料松料裝置，完全克服混合料布到臺車上后的邊緣效應和厚料層自動蓄熱現象，多根松料器安裝在點火器前，改善混合料層的透氣性，為均質燒結創造條件。
4） 改善混合制粒的加水方式，實施分梯度加水和分區域控制，實現強化制粒和燃料外配的雙重目標。
5） 實施低負壓點火。由于強化制粒和外配燃料，偏析布料和多根松料齒松料，臺車上的混合料透氣性大大改善，有效降低總管抽風負壓。低負壓點火是實施1#、2#、3#風箱的負壓分別控制為總管負壓的50% 、60%和70%，確保混合料布到臺車后的原始料層透氣性，為均質燒結繼續創造良好透氣性的條件。
4 “超低碳、高能效” 均質燒結新工藝的效果
由于該新工藝實施了在一混內完成制粒，分梯度加水和分區域控制，在二混內外配燃料，采用橫向偏析布料和多根松齒松料以及合理布料后，采用低負壓點火，為改善混合料透氣性和均質燒結創造了充分的條件，為新工藝降低配碳，燒結過程的熱量合理分布打下了良好的基礎，收到了顯著降低固體燃耗，改善混合料熱態透氣性，提高產量，提高成品燒結礦的質量和冶金性能的多方面的綜合效果，達到提產、提質、降低燃耗，超低碳、高效能的綠色環保目標，具體體現如下六個方面：
1） 顯著降低固體燃耗，配碳由原來的3.5%~3.2%, 降低到2.5%~2.2%.；噸燒結礦的固體燃耗降低7.5kgce/t~1.5kgce/t，平均降低10kgce/t以上，創造噸礦固體燃耗低于35kgce/t的佳績。成品燒結礦的殘C，可由常規下的0.103%,降低到0.028%，改變固體燃耗多年徘徊不降的卡脖子問題。
2） 提高燒結產量。由于改善了混合料熱態透氣性，提高了垂直燒結速度，產量可提高5%~7%。
3） 燒結層熱量分布均勻，有利于改善燒結礦的礦物結構，有利鐵酸鈣（SFCA）組分增加，有利于提高強度，降低內返礦，內返礦可降低10%~12%.
4） 由于實現了均質燒結，礦物結構得到改善，有利于改善成品燒結礦的冶金性能，900℃還原性（RI）提高4%~6%，低溫還原粉化率降低(RDI-3.15)8~10%。
5） 由于“超低碳、高能效”降低燒結煙氣成分，碳和硫化物的排放依據煙氣平均成分計算，噸燒結礦將減少95.92kgCO2排放，6.66kgCO排放和0.567kgSO2排放，降低22.2%煙氣凈化費用。
6） “超低碳、高能效”有著顯著的經濟效果。按照已有的實例計算，降低固體燃耗的直接經濟效益為噸燒結礦11.988元/t，一臺360m2燒結機，年產400萬噸燒結礦，年直接經濟效益為11.988x400萬=4795.2萬元。還有可觀的提高產量，改善質量，降低電耗和凈化煙氣的大量間接經濟效益和環保社會效益，年間接經濟效益估算將超過6000萬元。在“雙碳”背景下，是鐵前燒結生產具有推進低碳綠色高質量發展的極有經濟價值和社會價值的項目。
參考文獻：
[1] 世界金屬導報《2020年 數字說》 2021.1.26.4（A01）
[2] 世界金屬導報《中國鋼鐵將迎來”三個全面”的關鍵十年》 2021.1.26.4（A01）
[3] 江濤主編 《燒結球團生產技術手冊》“煙氣凈化技術實例” 《冶金工業出版社》2014年6月 P727
[4] 成蘭伯 《高爐煉鐵工藝及計算》《冶金工業出版社》1991年12月附表11-6 P504