錢萬鈞，邱金厚，高 旭
（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司煉鐵廠，內(nèi)蒙古 包頭 ０１４０１０）
摘 要：文章針對包鋼煉鐵廠燒結(jié)二部2＃燒結(jié)機(jī)固體燃耗較高的現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)地分析。 通過對不同品種燃料進(jìn)行分類裝槽、破碎，控制合理的無煙煤與焦粉比例，將燃料綜合粒度 ＞5mm 部分控制在15％ ～20％ 之間， ＜ 1mm部分控制在30％ 左右；通過將燒結(jié)機(jī)臺車擋板提高到750mm，同時將鋪底料厚度由85mm下調(diào)至70mm，提高了有效料層厚度，增加了自動蓄熱效果；通過控制燒結(jié)混合料水分由7.2％ 降至6.9％ ，減小了燒結(jié)過濕層。 采取上述 措施后，燒結(jié)二部固體燃耗顯著降低，2023年固體燃耗達(dá)到50.33kg／t，較2021年降低了2.13kg ／t，為進(jìn)一步降低 鐵前工序能耗奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：燃料品種；燃料綜合粒度；自動蓄熱效果；固體燃耗
鋼鐵行業(yè)是能源消耗和環(huán)境污染的大戶，而燒結(jié)生產(chǎn)是鋼鐵生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，且近年來，隨著鋼鐵產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，燒結(jié)行業(yè)得到了前所未有的快速發(fā)展，燒結(jié)過程中的能耗和環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，成為影響鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個瓶頸，引起了高度重視［1］。 據(jù)統(tǒng)計，鋼鐵工業(yè)能源消耗約占全國工業(yè)總能耗的15％ ，燒結(jié)工序能耗約占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的10％ ～15％ 。 燒結(jié)工序能耗主要為固體燃料消耗、點火氣體燃耗以及電耗。
其中固體燃料消耗占75％ ～80％ ，點火氣體燃耗占5％ ～ 10％ ，電力消耗占13％ ～20％。 可見，燒結(jié)工序能耗中固體燃料消耗占絕大部分，因此降低燒結(jié)工序能耗的關(guān)鍵是降低固體燃料消耗［2］。
包鋼煉鐵廠燒結(jié)二部現(xiàn)有兩臺265m2 燒結(jié)機(jī)，年產(chǎn)燒結(jié)礦540 萬t，供煉鐵廠4 ＃ 、6＃兩座高爐燒結(jié)礦用料，是包鋼煉鐵廠核心車間。 近些年隨著工藝改進(jìn)、操作水平的提高及原燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，固體燃耗逐年降低，2021 年達(dá)到 52.46kg ／t，但與廠內(nèi)同規(guī)格燒結(jié)機(jī)和行業(yè)水平相比，仍處于較差水平。
1 燒結(jié)固體燃耗影響因素分析
相關(guān)的研究認(rèn)為，整個燒結(jié)過程，影響固體燃料消耗的主要因素有含鐵料的物理化學(xué)性質(zhì)、混合料的粒度組成、混合料溫度、混合料水分、燒結(jié)料層厚度、熔劑的性質(zhì)和添加量、固體燃料的粒度及分布等。 本文針對燒結(jié)二部固體燃料種類和粒度、燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)率、鐵料結(jié)構(gòu)等影響固體燃耗的主要因素進(jìn)行調(diào)研分析。
1.1 燃料粒度及分布
適宜的燃料粒度組成有助于生產(chǎn)出強(qiáng)度高的小氣孔燒結(jié)礦，并且可以降低燃料用量。 我國燒結(jié)用固體燃料多數(shù)采用四輥破碎機(jī)開路破碎，燃料粒度＜ 3mm 粒級能達(dá)到80％ 左右。 降低燃料的粒度上限，可以提高碳燃燒反應(yīng)速度，但為了保證碳粒燃燒有充足的氧氣，則需要改善燒結(jié)料層的透氣性，而這又要求燃料的粒度稍粗一些好［1］。
如果粒度過大就會增加燃燒帶厚度以及促使燃料偏析造成局部過熔；若燃料過粉碎， ＜ 0.5mm粒級增多，會導(dǎo)致料層透氣性變差，燃燒速度減慢。 因此對于某種配礦方案，固體燃料要有一個與之適應(yīng)的粒度要求，理想的粒度組成能保證燒結(jié)混合料料層內(nèi)燃燒速度、放熱及燒結(jié)過程的均勻性，燃料粒度組成合理，可明顯降低固體燃料的消耗量。
1.1.1 不同種類固體燃料粒度分布現(xiàn)狀
燒結(jié)二部使用自產(chǎn)焦粉、無煙煤、外購焦粉三種燃料，受到燃料平衡量限制，自產(chǎn)焦粉占比70％ ，無煙煤或外購焦粉占比30％ ，由于三種燃料自身特點的差異，在四輥破碎機(jī)輥距一定的條件下，破碎后粒度組成差異較大，具體數(shù)據(jù)見表1。
由表1可看出，自產(chǎn)焦粉破碎后 ＞5mm 部分下降了 7.69個百分點， ＜ 1mm部分升高了7.19個百分點；外購焦粉破碎后 ＞5mm 部分下降了6.59個 百分點， ＜1mm部分升高了6.46個百分點；無煙煤因硬度較小易破碎，破碎后 ＞5mm 部分下降15.72個百分點， ＜1mm部分升高了10.03個百分點。
相關(guān)研究表明，對燒結(jié)生產(chǎn)中所使用的燃料粒度的要求為，控制 ＞5mm粒級和 ＜1mm粒級部分 占比盡量低［3］ 。 但燒結(jié)二部燃料破碎系統(tǒng)中沒有篩分裝置， 降低燃料中 ＞5mm 粒級必然導(dǎo)致 ＜1mm粒級增加。 因此在控制 ＞ 5mm 粒級占比的前提下要同時控制 ＜ 1mm粒級占比。
1.1.2 固體燃料粒度分布對固體燃耗的影響
2022年3—4月份在相同的原料結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)控制的情況下，全部使用自產(chǎn)焦粉與全部使用外購焦粉的固體燃耗對比見表2。 表2中燃料比為燃料配用量／ （上料量 ＋ 高返 ＋ 冷返）。
由表2可看出，在原料結(jié)構(gòu)、燒結(jié)終點溫度控制范圍相同，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度一定的條件下，使用外購焦粉比自產(chǎn)焦粉燃料比高0.6個百分點，固體燃耗高2.4kg ／t。
分析認(rèn)為使用外購焦粉燃料比高的主要原因是外購焦粉來料 ＜1mm部分占42％ ，破碎后 ＜1mm部分約占50％ ，粒度過細(xì)，燃料易分散于料層各個部分，燃燒速度過快，在料層中燃燒放熱達(dá)不到料層熔融所需的高溫和高溫保持時間，高溫反應(yīng)進(jìn)行不充分，導(dǎo)致燒結(jié)礦液相生成量少，難以在燃料周圍形成強(qiáng)度較好的燒結(jié)礦，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度差，返礦量增多，成品率降低。 生產(chǎn)中為進(jìn)一步保證燒結(jié)礦的質(zhì)量，要提高燒結(jié)外購焦粉配比，導(dǎo)致固體燃耗升高。
外購焦粉配比提高后，燒結(jié)料層上部小粒級增加，使表面燒結(jié)礦層過熔結(jié)殼，影響燒結(jié)上部透氣性，導(dǎo)致垂速下降，返礦增加，致使燒結(jié)礦成品率下降，產(chǎn)量降低［4］ 。
1.2 燒結(jié)鐵料配置結(jié)構(gòu)對固體燃耗影響
包鋼煉鐵廠燒結(jié)二部鐵料配置結(jié)構(gòu)中白云鄂博鐵精礦的配比達(dá)到40％ 以上，由于白云鄂博鐵精礦屬于超細(xì)鐵精礦， ＜0.074mm 粒級達(dá)到95％ 以上，用于燒結(jié)工藝，燒結(jié)混合料的制粒效果變差，導(dǎo)致燒結(jié)過程的透氣性變差，使燒結(jié)負(fù)壓持續(xù)偏高，垂速降低。 生產(chǎn)中為保證燒結(jié)過程，實際操作中需要降低料層厚度來維持正常垂速，導(dǎo)致料層蓄熱能力下降，為降低固體燃耗帶來負(fù)面影響。
另外為進(jìn)一步降低燒結(jié)礦的原料成本，燒結(jié)鐵料結(jié)構(gòu)中褐鐵礦比例不斷增加，2022 年 3—4月燒結(jié)鐵料中區(qū)內(nèi)褐鐵礦和進(jìn)口褐鐵礦類礦粉總比例占到20％ ，由于褐鐵礦結(jié)晶水含量高，燒損大，燒結(jié)過程需要較高的熱量才能使其形成液相，導(dǎo)致燃料用量增加，影響固體燃耗的降低［3］。
2022 年3—4月燒結(jié)二部鐵料配置結(jié)構(gòu)見表3。
1.3 燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)率對固體燃耗影響
當(dāng)燒結(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)漏風(fēng)，空氣通過縫隙或通風(fēng)口進(jìn)入燒結(jié)料層，使得燒結(jié)料中的碳燃燒不完全，產(chǎn)生大量的 ＣＯ 氣體，這些 ＣＯ 氣體在高溫下與固體燃料發(fā)生反應(yīng)，使得燃料消耗增加。 另外通過料層的有效空氣量減少，導(dǎo)致燒結(jié)溫度下降，在影響垂速的同時，燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量不能全部得到利用，部分熱量隨漏風(fēng)帶走，造成熱量浪費(fèi)、固體燃耗升高［5］。
表4 為 2022 年4月份漏風(fēng)率與固體燃耗對比。
由表４可知，2022年４月份1＃燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)系統(tǒng)改造后，漏風(fēng)率降低至35.4％ （未改造的2＃燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率為48.6％ ），與2＃燒結(jié)機(jī)對比，相同的鐵料結(jié) 構(gòu)、操作參數(shù)的情況下，燃料比低0.2 ～0.3個百分點，固體燃耗低1.7kg ／t。
2 降低固體燃耗的具體措施
2.1 穩(wěn)定燃料粒度
燒結(jié)生產(chǎn)中適宜的燃料粒度為1 ～3mm，燃料粒度過大使燃燒帶變寬，影響料層透氣性，并且大粒度燃料在料層中產(chǎn)生偏析造成燃料分布不均勻，大粒度燃料集中在料層下部，以至于上層燒結(jié)礦強(qiáng)度差，下層過熔，ＦｅＯ 含量偏高。 由于燒結(jié)二部燃料破碎目前沒有篩分系統(tǒng)，過度追求降低大粒級占比必然導(dǎo)致 ＜ 1mm 比例增加。 生產(chǎn)實踐表明，將燃料粒度 ＞5mm部分控制在15％ ～ 20％ 之間， ＜1mm 部分控制在30％ 左右較為合適［3］。
當(dāng)前由于燒結(jié)二部自產(chǎn)焦粉供應(yīng)量不足，無法實現(xiàn)全自產(chǎn)焦粉生產(chǎn)，有近30％ 的缺口。 燒結(jié)二部根據(jù)自產(chǎn)焦粉平衡量將自產(chǎn)焦粉比例定為70％ ，其余部分搭配30％ 外購焦粉或 30％ 無煙煤。 為了更好的控制燃料的粒度，生產(chǎn)中根據(jù)燃料品種不同進(jìn)行分類裝槽、破碎，在每次燃料種類變化時對四輥破碎機(jī)輥距間隙進(jìn)行調(diào)整。 使用自產(chǎn)焦粉或無煙煤時四輥破碎機(jī)輥距調(diào)整至3mm；外購焦粉來料粒度較細(xì)，為避免出現(xiàn)外購焦粉過度破碎的情況，在使用外購焦粉時，將輥距間隙調(diào)大不進(jìn)行破碎，調(diào)整后燃料綜合粒度見表5。 表5中燃料綜合粒度為70％ 自產(chǎn)焦粉和30％外購焦粉粒度加權(quán)平均值。
由表5 可以看出，根據(jù)不同燃料品種采取分類裝槽、破碎措施后，并按照自產(chǎn)焦粉與外購焦粉70％ 和 30％ 搭配，燃料綜合粒度 ＞5mm 粒級為17.91％ ， ＜1mm 粒級為31.93％ ，達(dá)到了理論控制要求，完全滿足生產(chǎn)需求。
2.2 調(diào)整輔料結(jié)構(gòu)
燒結(jié)二部使用的輔料中石灰石配比在 11％ 左右，生石灰配比在3％ 左右。 石灰石在燒結(jié)過程中由于 ＣａＣＯ３ 分解要吸收熱量，造成熱量損失。 為了減少石灰石在燒結(jié)過程中分解吸熱，根據(jù)生石灰?guī)?/p>
存平衡情況，將生石灰配比從3％ 提高到3.8％ ，石灰石配比由11％ 降低至9.5％ ，降低了石灰石在燒結(jié)過程中吸收熱量的同時提高了生石灰消化放熱效果。 另外配用部分氧化鐵皮，氧化鐵皮在燒結(jié)過程中起到氧化放熱的作用，為燒結(jié)過程提供輔助熱源。
2.3 工藝技術(shù)及設(shè)備改造
2.3.1 優(yōu)化制粒機(jī)結(jié)構(gòu)
提高料層厚度增加自動蓄熱效果的前提是要提高燒結(jié)料層的透氣性。2022 年3月燒結(jié)二部對制粒機(jī)滾筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 制粒機(jī)滾筒直徑為4m，原安裝揚(yáng)料棒32排，揚(yáng)料棒之間的間距約360mm，突出高度為150mm。 更改為安裝揚(yáng)料棒12排，揚(yáng)料棒之間的間距約1000mm，突出高度為90mm。 調(diào)整揚(yáng)料棒的角度，將筒體入口1m內(nèi)，安裝導(dǎo)角為15°的揚(yáng)料棒，優(yōu)化為筒體入口2m 內(nèi)，安裝導(dǎo)角為30°的揚(yáng)料棒，增加入口進(jìn)料速度及物料拋起高度。 表6為改進(jìn)前后制粒效果。
由表6可看出，改進(jìn)后 ＜3mm 比例比改造前減少了4.43個百分點，3～5mm 粒級和 ＞ 5mm粒級 分別提高了2.10個百分點和2.33個百分點。 制粒效果改善后，燒結(jié)主管負(fù)壓降低1kPa，燒結(jié)機(jī)垂直燃燒速度提高0.277mm／min，料層透氣性得到明改善。
2.3.2 提高燒結(jié)機(jī)擋板高度
堅持厚料層操作，根據(jù)燒結(jié)機(jī)框架結(jié)構(gòu)將燒結(jié)機(jī)臺車擋板改型，由700mm提高到750mm，同時將鋪底料厚度由85mm 下調(diào)至70mm，進(jìn)一步提高有效料層厚度，增加自動蓄熱效果。 修訂工藝參數(shù)，燒結(jié)終點溫度控制上限不超過420 ℃ ，ＦｅＯ 含量控制由9.0％ ±0.1％ 調(diào)整為8.5％ ±0.1％ ，混合料水分由7.2％ 下調(diào)至6.9％ 。 優(yōu)化生產(chǎn)操作制度及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，杜絕大幅度調(diào)整引起的燃料浪費(fèi)及質(zhì)量波動。
2.4 2＃燒結(jié)機(jī)堵漏風(fēng)系統(tǒng)改造
鑒于1＃燒結(jié)機(jī)堵漏風(fēng)工作的成功經(jīng)驗，2023 年10月份對2＃燒結(jié)機(jī)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)處理，漏風(fēng)率降低至36％ 左右。 漏風(fēng)率納入日常管理，并對設(shè)備 風(fēng)建立等級制，將便于日常處理及嚴(yán)重漏風(fēng)歸類漏為 Ⅰ類，發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)點及時處理；暫不能處理的臨時堵漏 遇檢修機(jī)會時集中治理，燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率控制在40％ 以下。
通過各方面工作的努力，燒結(jié)二部固體燃耗逐年下降，見表7。
由表7可以看出，2023 年燒結(jié)二部固體燃耗為50.33kg ／t，較 2022 年降低了0.72kg ／t，較 2021 年降低了2.13kg／t。
3 結(jié)論
（1） 燃料粒度組成對固體燃耗影響較大，＜1mm粒級占比50％ 左右，與 ＜ 1mm粒級占比30％ 左右對比，燃料比高0.6個百分點，固體燃耗高2.4kg ／t。
（2）燒結(jié)漏風(fēng)對燃料比影響較大，通過漏風(fēng)率對比，1＃燒結(jié)機(jī)風(fēng)系統(tǒng)改造后漏風(fēng)率比未改造的2＃燒結(jié)機(jī)低13.2個百分點，其燃料比低0.2 ～0.3個百分點，固體燃耗低1.7kg ／ t。
（3）通過對不同燃料品種采取分類裝槽、破碎的方式優(yōu)化燃料粒度組成，燒結(jié)機(jī)堵漏風(fēng)治理，優(yōu)化制粒機(jī)滾筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高臺車擋板高度，降低鋪底料厚度等措施，降低了燒結(jié)固體燃料消耗，2023 年固體燃耗較2021年降低了2.13kg／t。
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