曹佳惠  范海偉  汪建  李備備  代俊楠  于小波

（日照鋼鐵有限公司  山東 日照 276800）

摘  要：隨著國(guó)家對(duì)鋼鐵產(chǎn)能的調(diào)控愈加嚴(yán)格，日鋼360㎡燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)節(jié)奏降低，最大限度挖潛降本成為燒結(jié)生產(chǎn)的重點(diǎn)。燒結(jié)礦MgO含量由2.3%提高至3.4%，料層提高至1000mm，燒結(jié)礦亞鐵控制7.5%，可有效保證燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)，其中燒結(jié)熔劑降本2.78元/噸，固體燃耗降本7.31元/噸。

關(guān)鍵詞：厚料層；自蓄熱；低成本

1  前 言

2021年以來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，鋼鐵需求上漲，鐵礦石價(jià)格較2020年上漲超50%以上，極大增加了鋼鐵冶煉成本。燒結(jié)是將礦粉、熔劑、燃料按一定比例混合，平鋪在燒結(jié)機(jī)上經(jīng)抽風(fēng)點(diǎn)火燒結(jié)成塊的過(guò)程，其工序能耗高、污染重，因此低成本生產(chǎn)、降低燒結(jié)能耗迫在眉睫。

厚料層燒結(jié)技術(shù)是在鐵酸鈣固結(jié)理論和自動(dòng)蓄熱作用基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)燒結(jié)技術(shù)^[1-2]，其良好的自蓄熱性得到廣大同行的認(rèn)同并廣泛應(yīng)用，燒結(jié)料層厚度達(dá)到或超過(guò)850 mm的燒結(jié)被定義為超厚料層燒結(jié)^[3]。良好的透氣性是保證厚料層燒結(jié)的基礎(chǔ)^[4]，也是制約料層繼續(xù)提升的關(guān)鍵因素。純粹的提料層操作，將導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度降低，影響燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)，甚至出現(xiàn)燒結(jié)不充分影響燒結(jié)礦質(zhì)量的情況。

在國(guó)家鋼鐵產(chǎn)能調(diào)控愈加嚴(yán)格的背景下，鋼鐵產(chǎn)能縮減，生產(chǎn)節(jié)奏降低，低成本冶煉需求日益提升。生熔劑價(jià)格僅為熟熔劑價(jià)格的1/5-1/4，且厚料層燒結(jié)的自蓄熱效應(yīng)可有效降低生熔劑對(duì)燒結(jié)過(guò)程的負(fù)面影響，并一定程度上改善料層透氣性。因此，適當(dāng)提高生熔劑比例可達(dá)降低燒結(jié)成本的目的。

2  制約料層提升現(xiàn)狀分析及改進(jìn)實(shí)施

2.1  現(xiàn)狀分析

1）360㎡燒結(jié)機(jī)布袋除塵灰通過(guò)氣力輸灰送入配料室料倉(cāng)并參與配料，因其疏水性影響混合料造球效果，進(jìn)而影響燒結(jié)機(jī)機(jī)前混合料透氣性。

2）燒結(jié)工序加水以混合加水為主、制粒加水為輔，其中制粒加水可以保證混合料球的長(zhǎng)大。制粒加水因未充分霧化，制粒粒度較差。

3）360㎡燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率接近50%，對(duì)漏風(fēng)重點(diǎn)影響因素排查發(fā)現(xiàn)臺(tái)車(chē)滑道漏風(fēng)、風(fēng)箱隔斷漏風(fēng)是造成燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)的主要原因。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，漏風(fēng)率每增加一個(gè)百分點(diǎn)，每噸燒結(jié)礦電耗增加約 0.15 kWh，漏風(fēng)率每增大5 %，燒結(jié)利用系數(shù)下降 3.75 %～5.84 %^[5]。漏風(fēng)率偏高影響燒結(jié)礦電耗增加、燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)降低。

4）受布料偏析作用，小礦槽兩側(cè)粒度大，中間粒度細(xì)。采用蒸汽預(yù)熱混合料，小礦槽中間蒸汽擴(kuò)散阻力大，蒸汽從小礦槽兩側(cè)溢散嚴(yán)重，中間料溫與兩側(cè)料溫偏差達(dá)20℃，造成燒結(jié)機(jī)兩側(cè)燒結(jié)礦過(guò)燒，中間燒結(jié)礦欠燒。

5）360㎡燒結(jié)機(jī)機(jī)頭1-3#風(fēng)箱因設(shè)計(jì)原因極易積料堵塞，為保證生產(chǎn)順行，1-3#風(fēng)箱翻版開(kāi)度長(zhǎng)期保持50%以上，風(fēng)箱支管負(fù)壓高達(dá)-15Kpa，燒結(jié)混合料在抽風(fēng)作用下壓實(shí)，料層透氣性被破壞。同時(shí)，煤氣未充分燃燒即被帶入大煙道，造成煤氣消耗增加，提高生產(chǎn)成本。

6）360㎡燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)節(jié)奏降低，進(jìn)一步挖潛降本成為生產(chǎn)工作的重點(diǎn)。

2.2  改進(jìn)實(shí)施

2.2.1  提升制粒效果

配料室除塵灰倉(cāng)安裝加濕機(jī)，提前潤(rùn)濕除塵灰，混合料中小于3mm粒級(jí)降低14.10%，大于5mm粒級(jí)提高12.2%，粒度改善明顯。

制粒滾筒加水由一段加水改為兩段加水，并更換霧化效果好的噴頭。其中第一組噴頭安裝于滾筒進(jìn)料端1/3處，主要促進(jìn)小球長(zhǎng)大；第二組噴頭安裝于距出料口1/3處，主要促進(jìn)小球壓實(shí)，增加強(qiáng)度，減少轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中小球破碎。小于3mm粒級(jí)持續(xù)降低，3-5mm粒級(jí)有所增加?；旌狭狭６茸兓?jiàn)表1。

表1 混合料粒度變化

Table 1  Mixture particle size change

混合料在滾筒沿軸向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷滾動(dòng)，其中大粒度物料因慣性大，逐步位于料堆上方，細(xì)粒度物料慣性小，逐漸沉積于下方，通過(guò)采取一定措施，阻擋部分下層細(xì)粒度物料進(jìn)入下道工序，可一定程度上提高制粒效果。

2.2.2  燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)改造

燒結(jié)機(jī)滑道密封采用新式石墨自潤(rùn)滑側(cè)密封裝置，在燒結(jié)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，下滑板在滑板彈簧作用下與上滑板貼合，因下滑板內(nèi)嵌多組石墨柱，可起到自潤(rùn)滑作用，保證密封效果的同時(shí)有效的減少了粉塵的外溢和熱量的流失。

風(fēng)箱隔斷之間由普通鐵板密封改為彈性密封板密封，增強(qiáng)密封效果，進(jìn)一步降低燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)漏風(fēng)。

目前，360㎡燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率降至38%以下。

2.2.3  燒結(jié)機(jī)料層透氣性改善

1）調(diào)整梭布小車(chē)運(yùn)行限位及停留時(shí)間，小礦槽內(nèi)兩側(cè)料面略高于中間，物料下落過(guò)程中由兩側(cè)向中間不斷塌落，降低物料偏析影響。增加小礦槽中部蒸汽管道數(shù)量，提高中部物料與蒸汽接觸時(shí)間，機(jī)前料溫提升至72℃左右，沿圓輥軸向料溫溫差降至5℃以?xún)?nèi)，圓輥各點(diǎn)位料溫見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)前料溫對(duì)比

Fig. 1  Comparison of material temperature

2）通過(guò)優(yōu)化松料器松料棒排列方式及材質(zhì)改善，松料器由三排圓管分布改為四排板條分布，板條狀松料棒的高度、密度、強(qiáng)度均大于圓管，有效改善因松料棒變形、粘料導(dǎo)致料層透氣性不均勻燒結(jié)礦局部過(guò)燒的現(xiàn)狀，機(jī)尾紅層分布趨于均勻。松料器結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)表2。

圖2 松料器結(jié)構(gòu)圖

Fig. 2  loosening bar's Structure diagram

3）機(jī)頭1-3#風(fēng)箱經(jīng)微負(fù)壓點(diǎn)火改造及翻版放料自動(dòng)化提升，被抽風(fēng)抽入的物料可以經(jīng)大煙道卸灰閥及時(shí)排出，風(fēng)箱支管負(fù)壓在-（8-12）Kpa左右，對(duì)料層原始透氣性破壞減輕，點(diǎn)火深度增加，燒結(jié)礦煤氣單耗降低0.88m³/t。

3  提高生熔劑比例

燒結(jié)用生石灰比例占全部熔劑的35%左右。燒結(jié)礦氧化鎂含量2.3%，高爐冶煉過(guò)程中需添加約10kg/t的蛇紋石，蛇紋石價(jià)格較白云石粉價(jià)格高46%，若調(diào)整燒結(jié)礦氧化鎂含量至適當(dāng)水平，高爐相應(yīng)降低乃至無(wú)需添加蛇紋石，可有效降低煉鐵成本，且燒結(jié)礦通過(guò)白云石提鎂，可替代一部分生石灰粉，進(jìn)而降低燒結(jié)礦成本。

燒結(jié)礦氧化鎂提升至3.4%，可100%替換煉鐵工序蛇紋石消耗。其中燒結(jié)礦白云石粉配比增加50%，生石灰粉配比降低20%左右。燒結(jié)礦熔劑成本降低2.78元/噸，鐵水成本降低2.0元/t。提鎂后燒結(jié)礦試樣礦相顯微結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3（H為赤鐵礦；F為鐵酸礦；S為硅酸鹽）。

圖3 提鎂后燒結(jié)礦試樣礦相顯微結(jié)構(gòu)

Fig. 3  Microstructure of sinter samples after magnesium extraction

燒結(jié)礦試樣主要呈現(xiàn)鐵酸鈣、赤鐵礦、硅酸鹽的熔蝕交織結(jié)構(gòu)，赤鐵礦多成粒狀、斑狀，鐵酸鈣以枝晶狀形式存在，少部呈現(xiàn)針狀，燒結(jié)礦強(qiáng)度較高，還原性好。

4  1000mm料層生產(chǎn)成果

4.1 生產(chǎn)參數(shù)及燒結(jié)礦冶金性能

料層1000mm生產(chǎn)工況下，氧化鎂控制3.4%，垂直燒結(jié)速度降低，燃耗降低3.24kg/t，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度變化不大，低溫還原粉化指數(shù)提高。主要為厚料層自蓄熱反應(yīng)促進(jìn)燃耗降低，但亞鐵控制偏高，液相生成多，燃燒帶阻力較大。進(jìn)一步降低燒結(jié)礦固體燃耗，燒結(jié)礦亞鐵含量降低，垂直燒結(jié)速度、低溫還原粉指數(shù)、還原度先升高后降低，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度先略有下降后下降幅度明顯。因?yàn)殡S著燃耗降低，亞鐵含量降低，燃燒帶厚度變薄，燃燒阻力降低，但燃耗過(guò)低，料層熱量不足，導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度降低。同時(shí)，固體燃料反應(yīng)更加完全，氧化氛圍增強(qiáng)，燒結(jié)礦還原性提高。燒結(jié)參數(shù)及冶金性能詳見(jiàn)表2。

表2  生產(chǎn)參數(shù)及燒結(jié)礦冶金性能

Table 2  Production parameters and metallurgical properties of sinter

4.2  燒結(jié)礦粒度及返礦率

1000mm料層生產(chǎn)條件下燒結(jié)礦粒度更加平均，其中16-25mm粒級(jí)增加5.23%，10-16mm粒級(jí)減少5.49%，小于10mm粒級(jí)增加1.01%，返礦率變化不大。因?yàn)?000mm超厚料層的自蓄熱反應(yīng)使得高溫保持時(shí)間長(zhǎng)，鐵酸鈣分布均勻，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。另外，厚料層燒結(jié)減少了表層低強(qiáng)度燒結(jié)礦比例。隨著燃耗進(jìn)一步降低，小于10mm比例、返礦比例均呈增加趨勢(shì)。

表3  燒結(jié)礦粒度及返礦率

Table3  Sinter particle size and return rate

5  結(jié) 論

（1）燒結(jié)礦MgO提高至3.4%，燒結(jié)礦熔劑成本降低2.78元/噸，鐵水成本降低2.0元/t。

（2）1000mm料層生產(chǎn)有利于提升燃料利用率，降低固體燃耗，并增強(qiáng)氧化氛圍，提高燒結(jié)礦低溫還原粉化性。

（3）1000mm料層自蓄熱效應(yīng)提高了燒結(jié)高溫段保持時(shí)間，促進(jìn)燒結(jié)礦物結(jié)晶，燒結(jié)礦粒度分布更加平均。

（4）1000mm料層生產(chǎn)工況下，亞鐵中心值控制7.5%，可實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦質(zhì)量相對(duì)最優(yōu)、燃料消耗最低，降低燒結(jié)礦燃料成本7.31元/t。

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