瞿代才
（南京鋼鐵金江冶金爐料有限公司煉鐵事業部燒結廠，江蘇 南京 210035）
摘 要：煉鐵燒結在鋼鐵生產過程中具有至關重要的地位，其效果直接受制于原料品質和燃料配比的優劣。文章首先深入探討了煉鐵燒結過程中原材料的化學成分、粒度分布和機械強度等屬性的作用，并介紹了相應的檢測評估方法。精確控制燃料比例對確保燒結過程的質量和熱平衡至關重要，必須進行細致的優化以達到最佳的還原效果。其次探討了優化燒結工藝參數的策略及優化燃料選擇和消耗量等方法，以及其對燒結過程的影響。通過深入分析煉鐵燒結過程可能出現的環境隱患，制定了一套周密的解決方案，以確保該工藝在環保前提下的可持續發展。相關研究和討論為優化煉鐵燒結工藝提供了寶貴的資料，也對環境保護起到了積極的推動作用。
關鍵詞：煉鐵燒結；原料特性；燃料配比；工藝參數優化；環境影響
1 煉鐵燒結過程中的原料特性分析
1.1 原料特性對煉鐵燒結過程的影響
原材料的化學組成對于燒結礦的還原性能和產出鐵的質量具有至關重要的影響。較高比例的 Fe2O3 有助于提高燒結礦的礦化度，促進還原反應的進行，從而改善冶金特性。然而，增加諸如 SiO2、Al2O3 等雜質則會降低礦化程度，使得礦石難以還原，進而影響鐵的品質。
原料的粒度分布直接影響燒結礦的堆積能力和層狀結構的穩定性。顆粒大小在燒結過程中決定了均一性和礦層的牢固程度，粒度過細會導致不均勻，而過粗則會減弱結構的穩定性。盡管過細顆粒能增加礦石表面積、加快熱傳遞并提高燒結速度，但過度細膩的顆粒會導致燒結層不均勻，以及礦石粒子之間的缺陷，從而對結合力和燒結質量產生不利影響。
材料的機械性能直接影響燒結礦層的組成和特性。在燒結環節，脆弱的原料機械強度可能無法應對粉塵化和不當堆積問題，這些問題不可避免地會損害礦層的質量和穩定性。此外，原料生產過程中產生的粉塵量和濃度也是影響工作環境和員工安全的關鍵因素［1］。
提升氧化鐵含量一個百分點可能使燒結礦產出增加 30%~50%；而粒徑不超過 0.5mm 的鐵礦粉末在燒結后不僅能顯著提高性能和強度，還能有效降低能源消耗、提升工作效率。因此，深入分析和充分挖掘原料特性對于提升煉鐵燒結工藝效果和經濟回報至關重要。
1.2 原料特性的測試與評價方法
為了準確評估原料特性，必須采用多種檢測與評估方法。在眾多分析方法中，化學分析具有舉足輕重的地位。通過對原料樣本的化學構成進行深入分析，可以精確測量各元素的比例，為煉鐵和燒結反應提供關鍵的科學依據。例如，利用原子吸收光譜法、熒光光譜法等技術手段，可以準確分析鐵礦石中鐵、二氧化硅、氧化鋁等成分。
評估原料顆粒尺寸分布及其大小是粒度分析的核心。粒度分析通常采用干篩和濕篩兩種主流技術。通過實驗室里固定的篩選工具對樣本進行詳盡分析，收集的數據能夠了解物料中粒子的尺寸分布情況，同時揭示不同尺寸粒子的相對含量。
利用顯微鏡、X 射線衍射儀等先進科技工具，能夠細致觀察原料內礦物的形態、分布及其相互聯系，從而深入了解礦物的種類和結構特性。理解這些信息對于深入了解原料結合情況、鑒定礦石礦物組成以及發現潛在礦物缺陷至關重要。
評估物料機械強度的核心手段在于實施機械性能測試。通過壓縮測試、彎曲測試等方式，可以評估材料的抗壓、抗拉等物理性能，并根據這些性能指標為材料在煉鐵燒結過程中的表現提供依據。
2 煉鐵燒結過程中的燃料配比優化
2.1 燃料配比對燒結質量的影響
為了增強燒結礦的還原能力，合理增加焦炭的配比是一種有效的手段。焦炭中的碳起到還原劑的作用，促使燒結礦中的 Fe2O3 轉變為 Fe，從而提高了燒結礦的冶金品質。
通過精細調整燃料的比例，可以改變燒結礦的化學成分和結構，進而影響其機械強度和冶金性能。例如，增加焦炭比重可以有效降低燒結礦中二氧化硅和氧化鋁的含量，從而提高燒結礦的鐵含量和還原性能。增加 1%的焦炭比例可使燒結礦的機械強度指數提高約 0.3%，有利于改善燒結質量［2］。
2.2 燃料配比優化方法
在煉鐵燒結過程中，精確調配燃料比例至關重要。這要求先進行理論上的推算，再通過實驗進行驗證，以確定最佳的燃料配比。首先，依托燒結礦的化學成分和結構特性，可以建立一個數學模型，模擬不同燃料配比對燒結過程的影響。例如，針對特定鐵礦石，當焦炭比例增加至 15%時，燒結礦的鐵含量可能達到峰值。理論計算結果為精確調配燃料混合比例提供了科學依據。
結合實際生產情況和燒結礦的質量要求，進行現場實驗驗證，并持續改進燃料配比，調整燃料種類及用量。通過精確調整焦炭、燃油和噴吹煤的比例，可以有效提高燒結礦的品質和生產率，同時優化其鐵、二氧化硅含量和機械強度。實驗數據顯示，焦炭比例增加時，燒結礦中鐵含量可能會先上升，然后保持相對穩定。
利用智能優化算法和數據挖掘技術對歷史數據進行深度分析，揭示影響燃料配比的關鍵因素及其規律。
結合神經網絡與遺傳算法，打造一個自我進化的燃料配比優化器，其智能調整功能將提升生產效率與能源利用效率。
3 煉鐵燒結工藝參數優化
3.1 燒結工藝參數的影響因素分析
3.1.1 燒結溫度對燒結質量的影響
在煉鐵作業中，精準控制燒結溫度至關重要。燒結溫度直接關系到礦物的晶體結構和孔隙度，影響產品的物理性能和整個生產流程的效率。提高燒結溫度通常能促進礦石顆粒的結合和晶粒的生長，改善燒結礦物的晶格結構和機械強度。然而，燒結溫度偏離最佳范圍會導致礦物熔融，形成遲凝相，損害燒結礦的結構穩定性和機械強度。因此，為了保障燒結礦的強度，需要精確控制燒結溫度，使其達到最佳狀態［3］。
例如，將燒結溫度控制在 1150~1250℃，可將燒結礦的孔隙率降至 15%以下，并使燒結指數達到或超過90%。這表明在適當的燒結溫度范圍內，可以實現燒結質量的最優化。
3.1.2 燒結速度對燒結質量的影響
燒結速度是指單位時間內在燒結機中燒結物料的前進速率，對最終產品的質量起到決定性作用。提高燒結速度雖然能增加產量，但可能導致燒結礦層的不均勻和結構疏松，影響礦的機械強度和冶金性能。減緩燒結速度雖有助于礦物結晶和結構密度的提升，但會延長生產周期和增加能源消耗。如將燒結速度從1.0m/min提升至 1.5m/min，雖然可能使燒結礦的強度指數降低約5%，但總體燒結量卻能提升約 10%。這表明在確定燒結速度時，需要權衡生產效率和產品質量之間的關系。
3.1.3 燃料種類與用量對燒結質量的影響
燃料類型和消耗直接影響燒結過程的還原效果和熱平衡，決定了產品的質量。常見的能源類型包括焦炭、燃料油和噴吹煤等。適量使用焦炭可以顯著提高燒結礦的還原度和強度，但過量使用可能導致灰分和硫含量增加，影響燒結礦的質量。
例如，將焦炭比例從 10%增加到 15%，雖然會使燒結礦的灰分約增加 1%，硫含量約增加 0.02%，但燒結指數卻提高約 2%。適度使用焦炭可提高燒結效率，但需注意控制添加量，避免產生負面影響。
通過分析表 1，可以明顯看出焦炭比例的增加會導致灰分和硫含量增加，但燒結指數呈下降趨勢。研究表明，提高焦炭投放量有助于加速燒結反應，但也會導致灰分和硫含量增加。
3.2 燒結工藝參數優化方法
結合計算機仿真和實際操作，重點對燒結溫度進行了精細化調整。首先，構建描述燒結過程的數學模型，該模型需要充分考慮燒結溫度對燒結礦的結晶相結構、孔隙率和機械強度等關鍵特性的影響。隨后，進行一系列數值模擬實驗，針對關鍵參數在不同溫度條件下進行仿真。成功鎖定了最理想的燒結溫度范圍，并進行了實驗驗證以進一步精細調整。在這一溫度范圍內，可以生產出優質的燒結產品。
借助智能控制技術，顯著提升了燒結速度。采用先進的自動化技術，根據礦石類型和燒結機的實時運行狀態，實時調整燒結過程，以保障工藝質量并提高產出效率。通過實時采用反饋控制技術對燒結速度進行監控與調整，以適應原料變化和燒結機負載的波動。實踐證明，智能控制技術的應用使燒結機效率有了質的飛躍，提高了 10%的產出效率，同時也明顯改善了燒結質量。
優化燃料類型及其消耗量需要根據燃料屬性和燒結品質要求進行適當變動。通過精確控制焦炭的配比和粒度分布，成功減少了燃料中的灰分和硫含量，提升了燃料的還原性能，有效改善了燒結過程的質量。例如，通過優化焦炭比例，預計可以提高燒結礦石的鐵含量約 0.5%，同時燒結質量可能增加約 3%。因此，要最大限度地確保燒結質量，就必須對各種燃料類型及其用量進行詳盡的分析和評價［4］。
4 煉鐵燒結過程中的環境影響與治理措施
4.1 燒結過程對環境的影響
4.1.1 大氣污染物排放
在煉鐵燒結過程中，主要排放二氧化硫、氮氧化物及各類顆粒污染物等有害物質至大氣中。這些排放物不僅會惡化空氣質量，還可能導致酸雨的形成，對自然環境和人類健康造成威脅。二氧化硫和氮氧化物通常是大氣污染的主要來源，其排放量取決于燒結過程的具體設置和燃料的配比。
4.1.2 固體廢物排放
煉鐵燒結后產生的固體廢物主要包括燒結礦渣、凈化廢氣所形成的灰燼以及脫硫煙氣產生的廢水等。這些固體廢物的堆積可能導致土地資源的浪費和土壤退化。如果對燒結礦渣處理不當，其中的重金屬等有害物質可能會導致土壤和地下水受到嚴重污染。
4.1.3 水污染與土壤污染
煉鐵燒結過程可能不僅會造成大氣污染和固體廢物問題，還可能引起水和土壤污染。例如，燒結工序排放的廢水中通常含有大量的重金屬和有機污染物等有害成分。如果這些廢水未經處理直接排入水體，周邊水域可能會受到嚴重污染。此外，固體廢物中的有害物質如重金屬可能會被土壤吸收，影響土壤肥力和農作物健康。
4.2 環境治理措施
4.2.1 大氣污染治理技術
環保處理的重點是減少硫和氮氧化物的排放。脫硫技術主要包括濕法和干法兩種方法。濕法脫硫利用堿性溶液捕捉二氧化硫，轉化為硫酸鹽或硫酸；而干法脫硫則通過噴射干燥吸收劑來減少二氧化硫排放。
脫硝技術主要采用選擇性催化還原（SCR）和非選擇性催化還原（SNCR）兩種方法，通過向煙氣中注入氨水或尿素溶液，將氮氧化物還原為氮氣和水，從而減少氮氧化物的排放。例如，脫硫技術能將二氧化硫排放量降至50mg/m3以下，顯著降低了對環境的危害［5］。
4.2.2 固體廢物處理技術
廢物回收再利用至關重要。通過精挑細選、深度研磨和高溫燒結等多個復雜步驟，廢渣可以轉化為水泥、磚塊、路基材料等多種建筑材料，實現了廢料資源的最大化利用。采用高溫銷毀和生物技術處理等方法可以徹底清除廢渣中的有機物和有毒物質，減輕對環境的損害。例如，加工后的廢料可用于建筑工程，其鐵含量高達 70%以上，實現了廢物再利用的目標。
4.2.3 水污染與土壤污染治理技術
處理水污染的關鍵是對廢水進行深度處理并實現循環再用。采用生物處理技術、化學沉淀工藝等方法有效清除廢水中的重金屬、懸浮顆粒和有機污染物等有害物質，確保處理后的廢水達到排放標準或可再次利用。對于土壤污染，首先需要全面有效地整治受損土壤；其次，采取措施防止土壤污染再次發生。采用植物吸收凈化和微生物分解等多項技術努力恢復受損土壤生態，促進土壤資源的持續利用。生物技術可有效分解土壤中的有機物和重金屬，減少有害物質的傳播，恢復土壤的肥沃程度和生態平衡。
5 結束語
通過對煉鐵燒結技術優化的深入探討，深刻認識到環保生產和資源高效利用的重要性。通過提升原料品質、調整燃料比例和改良生產流程參數，不僅可以提高產品質量和生產效率，還能最大限度地降低環境污染和資源浪費。例如，精確控制燃油比例和溫度可以顯著降低二氧化碳、硫氧化物等有害氣體的排放。同時，選擇低灰分和低硫燃料也能顯著減少固體廢物的排放。此外，升級后的燒結工藝不僅提高了鐵礦石的利用率，還減少了能源消耗，推動鋼鐵產業朝著綠色可持續的方向發展。這既實現了經濟效益的最大化，也充分履行了企業的社會責任。
參考文獻
［1］劉金金.480m2燒結系統降低燒結礦固體燃耗生產實踐［J］.價值工程，2023，42（4）：48-50.
［2］伍英，高立華.高硅型鐵礦對燒結工藝及燒結礦冶金性能的影響［J］.鋼鐵，2024，59（2）：25-35.
［3］陳衍彪.新型爐料制備及在富氫高爐下的冶金行為研究［D］.北京：北京科技大學，2023.
［4］馬鵬楠.鐵礦石燒結過程燃燒及床層多孔結構演變特性研究［D］.杭州：浙江大學，2021.
［5］鄔虎林.包鋼煉鐵原料合理配置技術研究［D］.沈陽：東北大學，2006.