許滿興
（北京科技大學 北京海淀100083）
摘要:本文首先介紹了我國燒結和三種球團生產的能耗與質量現狀，并分析了它的五個特征，論述了新時代燒結和球團低碳高質量生產的目標和價值，論述了實現燒結球團低碳高質量生產的問題所在和關鍵技術，最后提出對實現燒結球團低碳高質量發展的期望。
關鍵詞:低碳高質量發展;燒結球團生產能耗和質量現狀;發展目標問題所在和關鍵技術
1 近幾年我國燒結球團能耗與質量現狀
十九大進入中國特色社會主義新時代，“雙碳”目標吹響了我國鋼鐵工業節能減排和高質量發展的號角。燒結球團是鋼鐵生產的主要原料，它的節能減排不僅量大面廣，對生態環境有著極大的影響，還直接影響其產品質量，燒結球團的質量離不開節能，節能是燒結球團生產高質量發展的基礎和核心，近幾年(2015~2021年)我國燒結球團能耗與質量狀況列于表1，表2，表3和表4[1][2]。
表1 2015～2021年我國燒結生產的能耗與質量狀況
|
項目 |
料層厚度 |
電耗 |
固體燃耗 |
工序能耗 |
轉鼓指數 |
化學成分% |
|||||
|
年份 |
mm |
Kwh/t |
Kg/t |
Kgce/t |
% |
TFe |
FeO |
SiO2 |
MgO |
Al2O3 |
CaO/SiO2 |
|
2015 |
688.5 |
44.41 |
47.38 |
49.50 |
78.73 |
54.31 |
8.70 |
5.90 |
2.07 |
1.92 |
1.89 |
|
2016 |
731.4 |
43.39 |
45.89 |
50.24 |
78.03 |
55.65 |
8.73 |
5.49 |
2.02 |
1.94 |
2.12 |
|
2017 |
714.3 |
46.74 |
46.40 |
49.36 |
78.36 |
55.35 |
8.55 |
5.82 |
2.11 |
2.19 |
1.98 |
|
2018 |
728.5 |
46.78 |
46.78 |
49.89 |
78.68 |
55.37 |
8.60 |
5.59 |
2.13 |
2.14 |
2.00 |
|
2019 |
748.1 |
48.24 |
45.29 |
49.53 |
78.02 |
55.33 |
8.78 |
5.50 |
2.16 |
2.09 |
2.00 |
|
2020 |
768.5 |
38.95 |
50.03 |
49.03 |
78.95 |
55.27 |
8.84 |
5.52 |
2.09 |
2.07 |
2.03 |
表2 2015～2021年全國豎爐球團能耗與質量狀態
|
項目
年份 |
利用 系數 |
抗壓 強度 |
轉鼓 指數 |
膨潤土用量 |
精粉 用量 |
煤氣 用量 |
電耗 |
工序 能耗 |
TFe |
FeO |
SiO2 |
|
t/m2h |
N/P |
% |
Kg/t |
Kg/t |
m3/t |
Kwh/t |
KgCe/t |
% |
% |
% |
|
|
2015 |
6.60 |
2452.8 |
90.84 |
18.10 |
1038.7 |
199.7 |
32.86 |
26.63 |
62.67 |
0.67 |
5.98 |
|
2016 |
7.28 |
2287.7 |
91.78 |
21.97 |
955.9 |
200.3 |
35.20 |
30.49 |
62.11 |
1.15 |
6.53 |
|
2017 |
7.36 |
2579.4 |
91.90 |
23.23 |
1098.2 |
218.0 |
40.47 |
29.16 |
62.28 |
0.39 |
7.56 |
|
2018 |
7.38 |
2499.2 |
92.47 |
21.59 |
1012.1 |
168.1 |
40.50 |
30.10 |
62.72 |
0.42 |
6.58 |
|
2019 |
8.28 |
2476.0 |
92.42 |
20.94 |
992.5 |
165.6 |
37.53 |
27.96 |
62.07 |
0.87 |
6.19 |
|
2020 |
7.47 |
2571.7 |
94.41 |
18.08 |
1001.5 |
147.3 |
40.66 |
29.59 |
62.16 |
0.72 |
6.20 |
表3 2015～2021年全國鏈蓖機-回轉窯能耗與質量狀態
|
項目
年份 |
鏈篦機 利用系數 |
抗壓 強度 |
轉鼓 指數 |
膨潤土用量 |
精礦粉用量 |
煤氣 用量 |
電耗 |
工序 能耗 |
TFe |
FeO |
SiO2 |
|
t/m2h |
N/P |
% |
Kg/t |
Kg/t |
m3/t |
Kwh/t |
Kgce/t |
% |
% |
% |
|
|
2015 |
-- |
2691.8 |
94.77 |
18.72 |
994.8 |
220.9 |
29.77 |
29.03 |
62.0 |
1.52 |
5.82 |
|
2016 |
0.742 |
2529.3 |
95.43 |
19.17 |
989.9 |
185.08 |
31.19 |
26.19 |
61.8 |
1.28 |
5.96 |
|
2017 |
1.034 |
2645.1 |
95.50 |
18.46 |
997.9 |
263.61 |
32.55 |
26.74 |
61.5 |
1.17 |
5.80 |
|
2018 |
1.057 |
2469.9 |
95.02 |
18.24 |
978.9 |
373.91 |
35.25 |
26.03 |
62.0 |
0.88 |
5.85 |
|
2019 |
1.160 |
2530.9 |
95.19 |
21.62 |
975.2 |
208.10 |
34.73 |
20.69 |
62.1 |
0.98 |
6.09 |
|
2020 |
1.013 |
2766.6 |
95.27 |
19.14 |
983.3 |
358.12 |
33.43 |
25.53 |
62.2 |
1.08 |
5.92 |
表4 2015～2021年全國帶式焙燒機能耗與質量狀態
|
項目
年份 |
利用 系數 |
抗壓 強度 |
轉鼓 指數 |
膨潤土用量 |
精礦粉用量 |
煤氣 用量 |
電耗 |
工序 能耗 |
成品礦化學成分(%) |
||
|
t/m3h |
N/P |
(%) |
(%) |
Kg/t |
m3/t |
Kwh/t |
Kgce/t |
TFe |
FeO |
SiO2 |
|
|
2015 |
0.875 |
2557.0 |
94.86 |
11.93 |
981.5 |
133.90 |
37.82 |
24.14 |
64.89 |
0.40 |
4.48 |
|
2016 |
0.788 |
2765 |
95.35 |
15.80 |
1019.7 |
206.37 |
33.34 |
22.23 |
64.63 |
0.55 |
4.33 |
|
2017 |
0.765 |
2582.6 |
95.54 |
17.28 |
957.0 |
278.92 |
40.42 |
25.63 |
64.56 |
0.68 |
4.71 |
|
2018 |
0.802 |
2784.7 |
95.61 |
17.28 |
984.0 |
372.79 |
41.10 |
25.82 |
64.49 |
0.62 |
4.87 |
|
2019 |
0.873 |
2858.3 |
95.42 |
18.77 |
977.4 |
159.46 |
37.86 |
22.20 |
64.60 |
0.56 |
4.40 |
|
2020 |
0.815 |
2839.8 |
95.46 |
15.40 |
974.7 |
149.18 |
38.82 |
23.33 |
63.94 |
0.46 |
4.94 |
由表1-表4所列數據可見以下幾個特點：
1)近幾年我國燒結生產的固體燃料和工序能耗，沒有隨料層厚度的提高而下降，基本分別徘徊在47.0kg/t和49.5kgce/t的水平。
2)近幾年燒結礦的質量，在堿度為2.0的條件下，強度和FeO沒有隨料層的提高得到改善，分別在8.50%和8.70%的水平徘徊。
3)由表2，表3和表4數據可見，三種球團的工序能耗對比，帶式機球團最低，豎爐球團最高，鏈篦機-回轉窯居中；三種球團的原材料消耗（膨潤土和精礦粉）對比，也是帶式機球團最低，豎爐球團最高，鏈篦機-回轉窯居中。
4)由表2～表4可見，我國三種球團的含鐵品位均偏低，特別是豎爐球團和鏈篦機-回轉窯球團的含鐵品位僅為61%~62%, 帶式機球團含鐵品位基本在64 %上。
5)由表2～表4可見，我國三種球團礦的SiO2含量偏高，豎爐球團和鏈篦機-回轉窯球團均接近6%，甚至有超過6.5%的，帶式機球團SiO2含量比較低，但也有超過4.5%的。
2 新時代低碳高質量燒結球團生產的目標和價值
2.1 新時代低碳高質量燒結球團的生產目標
2.1.1 新時代低碳高質量燒結礦的生產目標
依據現有的燒結生產技術能夠實現的燒結能耗和質量目標列于下表。
表5 新時代燒結生產的能耗和質量目標
|
料層厚度 |
固體 燃耗 |
工序 能耗 |
轉鼓 指數 |
化學成分% |
冶金性能% |
||||||
|
mm |
Kg/t |
Kgce/t |
+6.3% |
TFe |
FeO |
SiO2 |
MgO |
Al2O3 |
R2 |
RI |
RDI+3.15 |
|
800 |
＜35.0 |
＜40.0 |
≥80.0 |
≥57.0 |
＜7.5 |
＜5.03 |
≤1.6 |
≤2.10 |
=1.9~2.2 |
≥85 |
≥75 |
2.1.2 新時代球團生產的高品位低SiO2，高質量目標[3]
表6 新時代球團生產的高品位，低SiO2質量目標
|
粒度 |
膨潤土 |
精礦粉 |
工序能耗 |
抗壓強度 |
球團礦化學成分% |
冶金性能% |
||||
|
mm |
% |
Kg/t |
Kgce/t |
N |
TFe |
SiO2 |
MgO |
B2O3 |
RI |
RDI+3.15 |
|
9~13>80% |
≤1.0 |
≤970 |
≤20.0 |
≥2500 |
≥65.0 |
≤3.5 |
1.50.2 |
0.08 |
≥75.0 |
≥80.0 |
2.2 新時代燒結球團生產實現低碳高質量發展的價值
燒結球團生產實現低碳高質量發展效益是多方面的，價值是巨大的，具體包括節能減排和質量改善二個方面。
2.2.1 燒結生產低碳節能減排質量改善的價值
按噸燒結礦固體燃耗由年平均47kg/t降低到35kg/t，直接節能經濟效益：8.00*1.20=9.60元/t（固體燃料價格按1.2元/kg計算, 降低量打個大折扣按8kg/t計算）；一臺360m2燒結機年產400萬噸燒結礦，年直接節能經濟效益可達3840萬元；間接經濟效益按每提高產量5%，提高強度，降低內返礦10%，改善900度還原性5.0%，降低500度低溫還原粉化率10%，降低CO2,CO,SOX,NOX排放量22%計算，年合計間接經濟效益將超過5000萬元。
2.2.3 球團生產低碳節能減排質量改善的價值
球團生產低碳節能減排質量改善的效益，包括降低原材料消耗(膨潤土由平均18kg/t，降低到10kg/t以下,鐵精粉由980 kg/t以上降低到970 kg/t以下)；造球和焙燒工序能耗由27kgce/t降低到20.0 kgce/t；球團礦質量改善由含鐵品位的提高，SiO2含量的降低，MgO和B2O3含量的提高等，球團礦冶金性能的改善，高爐煉鐵渣量和能耗的降低，估算球團礦的價值將超過105元/t。
3 實現燒結球團生產低碳高質量發展的問題和解決問題的關鍵技術
3.1 影響實現燒結球團生產低碳高質量發展的相關問題
3.1.1 影響燒結生產實現低碳高質量發展的問題
近幾年燒結生產的固體燃耗不再隨料層厚度提高而下降。2015年料層厚度688.5mm，固體燃耗為44.38kg/t；2020年全國燒結料厚度平均達到768.5mm，固體燃耗不降反升，升到了50.03kg/t。某鋼5座360m2燒結機料層厚度提到800mm，固體燃耗為51.564kg/t；某鋼2座500m2燒結機料層厚度提高到940~960mm，固體燃耗約為55.20kg/t。這樣的實例舉不勝舉，相應的工序能耗也具有同樣的規律，這是為什么？
濟南銀能冶金科技公司在濟鋼和江蘇興達鋼鐵公司在這個問題上有較成功的創新實踐[3]，固體燃耗分別降低12.66kg/t和14.09kg/t,達到了35kg/t的先進水平，這一成功創舉，改變了燒結生產傳統的制粒模式，燃料的完全外配，改善了燃料直接與空氣接觸的燃燒條件；多年來料層厚度提高，燒結能耗卻舉步不前，徘徊在45kg/t難以下降，正是燃料燃燒的條件沒有得到改善的結果。
3.1.2 影響球團生產實現低碳高質量發展的問題
球團生產的能耗和高質量問題，主要有原料條件（鐵精粉的礦種，粒度組成和粘接劑的種類及質量），生球質量和焙燒，從多年的生產實踐情況分析，鐵精粉的品位低， SiO2含量高，粒度粗及造球質量差是主要原因。不少企業鐵精粉的品位低，全鐵含量達不到64%，-200目粒級70%都達不到,SiO2含量＞5.0%，粘接劑質量差，造球困難，生球的粒度偏大而不勻，導致焙燒熱耗高；其次礦種的選擇，赤鐵礦粉焙燒的熱耗要比磁鐵精粉高1/3，（磁鐵礦粉球團焙燒氧化放熱41131KJ/t）[5]，以上這些因素都制約著球團礦生產的低碳高質量發展。
3.2 燒結球團生產實現低碳高質量發展的關鍵技術
3.2.1 燒結生產實現低碳高質量發展的關鍵技術
1)改變傳統的燃料內配制粒方式，改為鐵礦粉和熔劑先行混合制粒，后再與燃料混合，改善燃料燃燒的條件，燒結配碳由目前的3.6%以上降低到2.2%以下。
2)采用與燃料外配和制粒相適應的方法，分梯度和分區域加水。
3)采用多根松料齒和橫向偏析布料，克服臺車邊緣效應和有效利用超厚料層的自動蓄熱作用，為低碳均質燒結創造條件。
4)采用低負壓點火，確保布到在臺車上的混合料保持原始透氣性，改善燒結料層的高溫透氣性，用風箱點火負壓和溫度棒態圖指導燒結生產，控制燒結終點。
3.2.2 球團生產實現低碳高質量發展的關鍵技術
1)準備好造球原料，選擇好礦種，鐵精粉的粒度-200目達到82%以上，比表面積達到≥1300 cm2/g, 采用復合粘接劑，配加比例＜1.0%。
2)造好球，球團要求小而勻，直徑9~13mm粒級達到85%以上。
3)造球原料配加微量B2O3，降低含氧化鎂球團的焙燒溫度，提高成品球的強度。
4 對新時代燒結球團生產實現低碳高質量發展前景的展望
要完成國務院制定的《“十四五”節能減排綜合工作方案》對新發展理念下節能減排工作的要求，到2025年我國節能減排主要目標就要比2020年降低13.5%，SOX，NOX和CO2等廢氣排放總量要下降8%和10%。為了實現這個目標, 按以往的常規生產是不可能的。為此，鋼鐵企業的領導和燒結球團生產的科技干部首先要樹立低碳與高質量發展的理念，認識到降碳是減排和高質量發展的核心，只有降低了燒結球團生產的能源消耗，才能真正實現燒結球團的高質量發展，燒結球團降碳具有巨大的經濟效益和改善生態環境的社會效益。
燒結生產噸燒結礦降低10kg煤焦粉消耗，會產生12~14元的經濟效益，推而廣之，全國一年生產10億噸燒結礦，就會減少1000萬噸燃料消耗，降低1.2~1.4億元的成本，減少400萬億立方米的廢氣排放，減少向大氣排放432萬噸的CO2和300萬噸的CO（燒結煙氣含CO2為5.5%，含CO為0.6%）[4]。因此應該特別重視燒結球團生產的節能減排。
但在實際工作中，推動燒結球團的節能減排困難重重。都要看人家，比企業，怕承擔責任，怕冒風險，因此筆者期望企業干部應提高認識，敢于負責，大膽創新，努力推動燒結球團生產節能減排的車輪，為實現燒結球團生產的低碳高質量發展付出自己的創新智慧和力量，在我國燒結球團領域譜寫新時代的歷史新篇章。
參考文獻
[1] 許滿興 我國高爐煉鐵和燒結球團生產近二十年來能耗狀態的對比與分析 《全國“碳峰，碳中和”形勢下燒結球團關鍵技術發展高峰論壇論文集》2021.10.湖南湘潭（1-10）
[2] 江濤 燒結生產工藝與設備《燒結球團生產技術手冊》冶金工業出版社2014（180-246）
[3] 許滿興 大力推進我國高品質球團礦生產與發展 《2020年全國燒結球團技術交流年會論文集》2020.8.長沙（1-5）
[4] 許滿興 代汝昌 “超低碳高能效”均質燒結生產新工藝 《全國“碳達峰，碳中和形勢下燒結球團關鍵技術發展高峰論壇論文集》2021.10.湖南湘潭（37-39）
[5] 許滿興 赤鐵礦球團生產的關鍵技術 《2007年全國燒結球團技術交流年會論文集》2007.6（1-6）