賀淑珍
摘要:為了響應國家號召,營造綠色、低碳的空氣環境,作為碳排放大戶的燒結工序,從源頭入手,即從燒結配礦、工藝技術等多方面進行優化與應用研究,增配磁鐵精礦粉以優化配礦結構,提高燒結料層厚度,復合造塊技術的開發研究等,使得固體燃料消耗降低,取得了很好的應用效果。
關鍵詞:配礦優化;厚料層燒結;復合造塊;固體燃料消耗
燒結工序作為關鍵煉鐵原料工序,擔負著鋼鐵企業可持續發展、 降本增效、提高企業競爭力的職責,也承擔著節能減碳、改善環境的重要責任。為了滿足“雙碳”戰略和超低排放的雙重要求,針對太鋼燒結原料主要以自產細精礦粉為主,易惡化燒結料層透氣性,帶來燒結返礦率高,固體燃料消耗高等問題,著手進行了有利于低碳燒結的相關技術研究和探索,以期獲得較好的產、質量和消耗指標,降低碳的排放。
1 復合造塊技術的開發研究
1.1 原料物、化性能研究
1.1.1 原料物、化性能分析
試驗所用原料化學成分見表 1,粒度檢測結果見表 2,兩種精礦其它物理性能檢測見表3。
由表 1 可見,精礦 A 為典型的高品位磁鐵精礦粉,CaO、MgO、Al2O3等脈石礦物含量較少;精礦 B 為磁鐵礦與赤鐵礦構成的混合型鐵精礦,其 FeO 含量較低;綜合粉是回收利用的含鐵原料,其鐵品位相對較低一些。
表 2 可見,精礦 A 和精礦 B, 粒度均較細,尤其是精礦 B,小于 0.074mm 顆粒的含量為 98.54%,平均粒度為 0.047mm。這樣細度的精礦粉用于燒結,若混勻、制粒得不到強化,將對燒結影響較大。
由表 3 可見,兩種精礦的比表面積分別為 1947cm2/g、2210cm2/g,靜態成球性指數分別為 0.63、1.11,表明兩種精礦均適宜造球,且精礦 A 具有良好成球性,精礦 B 具有非常好的成球性。
1.1.2 兩種精礦的顆粒形貌分析
兩種精礦的顆粒形貌檢測見圖 1 和圖 2。
由圖 1、圖 2 可見,兩種精礦的粗顆粒表面都吸附了較多的細顆粒,A 精礦表面吸附的細顆粒相對更多,且 A 精礦粒度分布相對較寬一些,B 精礦的粒度細小且粒度范圍較窄。由此可見,B 精礦用于燒結,對混合料制粒效果及料層透氣性的影響會更大一些。
1.2 復合造塊技術開發研究
1.2.1 球團料種類的選擇
分別用精礦 A 和精礦 B 作球團料進行試驗,試驗結果見表 4.
由表 4 可見,精礦 B 作球團時,復合造塊的轉鼓強度和成品率較 A 精礦作球團時高出約3 個百分點,利用系數也相對高一些,因此,選擇精礦 B 赤鐵礦粉作球團料較為適宜。A 精礦為磁鐵礦粉,在燒結過程中必須先經過氧化才能發生固結,置于燒結料中,氧化環境相對要差一些,尤其是球的內部,影響其固結速度和強度,因此,使得球的強度較難保證。
1.2.2 球團直徑的選擇
為了保證配入球團既能有好的透氣性,又能使球團強度較高,對球團的粒度進行了選擇試驗。球團粒度分為 6-8mm、8-10mm、10-12mm 進行了對比試驗,試驗結果見表 5.
從表 5 看出,提高球團直徑可明顯改善綜合料的透氣性,隨著球團直徑的增大,綜合料 JPU 提高。當球團直徑為 8-10mm,燒結速度、燒結礦成品率、轉鼓強度、利用系數和固體燃耗指標均較好;繼續增大球團直徑,燒結速度和利用系數進一步提高,但燒結礦成品率和轉鼓強度有一定降低,固體燃耗增大。綜合考慮,球團直徑選擇 8-10mm 較佳。
1.2.3 球團配比的選擇
用 B 精礦粉制作球團,球團直徑為 8-10mm,球團配加比例為 20%、30%、40%、50%時的試驗結果見圖 3(a)、(b)、 (c).
由圖 3 可見,隨著球團料配比的增加,綜合料透氣性得到改善。特別是球團比例提高到30%以上,綜合料透氣性有明顯的改善,垂直燒結速度加快,燒結礦的產量指標得到提高;圖 4 曲線圖顯示,燒結礦的轉鼓強度和成品率在球團配比為 30-40%時處于較高水平,球團比例繼續增加到 50%時,由于燒結速度過快,高溫保持時間較短,成礦不充分,使得質量指標下降;從圖 5 看出,隨著球團的入,料層透氣性改善,固體燃料消耗下降,球團配比增加到 50%時,由于成品率下降,固體燃料消耗反彈,在球團比例為 30%-40%時,固體燃料消耗較基準降低了 7.27-7.78kg/t,可以有效減少 CO2的排放。
復合造塊與常規燒結的對比分析
1.2.4 復合造塊對燒結各項指標的影響
在料層厚度同為 800mm 時,進行了復合造塊對燒結技術、冶金性能等主要指標的影響,與常規燒結對比見圖 4.
由圖 4 可見,實施復合造塊技術較常規燒結,產、質量指標均得到了較大的提升,利用系數由 1.55t/m2h 提高到 1.82t/m2h,轉鼓強度和成品率分別提高 1.45%和 2.79%,燒結礦的FeO 含量下降 1.09%,900℃還原度穩中有升,550℃低溫還原粉化指數(+3.15mm)上升 3.02%, 固體燃料消耗降低 6kg/t,取得了明顯的減碳效果。不同造塊方式煙氣中 CO 和 CO2含量檢測結果見圖 5-1 和圖 5-2。
由圖 5-1 和圖 5-2 可見,復合造塊方式下煙氣中 CO 和 CO2 含量均較常規燒結方式下有所減小。因此,復合造塊有利于減少碳的排放。
2 高比例磁精礦粉燒結試驗研究
2.1 實驗室試驗研究
因磁鐵精礦粉在燒結過程中氧化放熱,有利于減少配碳,為此進行了增加磁鐵精礦比例對固體燃料消耗影響的試驗研究,在優化混合料水分、燃料配比條件下,試驗結果見表 6.
分析表 6 數據,隨著磁鐵精礦粉配比的增加,41%-56%-60%-65%,焦粉配比減少, 4.4%-4.25%-4.25%-4.1%,利用系數穩中有升,這可能與磁鐵精礦粉出礦率高,制粒性能好有關;轉鼓強度和成品率均隨磁精礦配比升高而提升,固體消耗可分別降低 2.16 kg/t、2.44kg/t、3.81kg/t。
2.2 工業性試驗研究
在三燒進行了增加磁鐵礦比例,減少進口礦的工業性試驗研究,在試驗期間,混合料水分從 7.8%調整至 8.5%,焦粉配比從 4.3%減少到 3.7%,試驗結果見表 7。
工業性試驗結果表明,磁精礦粉比例由 38.5%增加到 45%-55%-60%,轉鼓強度穩中有升,燒結礦的平均粒徑呈增大趨勢,燒返基本呈下降趨勢,序號 3 因機速較快,使得燒返稍高一點;利用系數隨著磁鐵精礦粉比例的增加,從 1.207t/m 2h 提高到 1.251 t/m 2h、1.434t/m 2h、1.386 t/m 2h,增產效果非常顯著。對應固體燃料消耗由 49.12kg/t 降低至 48.54kg/t、46.78kg/t、45.88kg/t。
因此,增加磁鐵礦粉配比,利用其氧化反應自放熱,較外加燃料更有助于燒結過程成礦反應進行,使得產、質量指標提升,燒結固體燃料消耗指標降低,從而減少碳的排放。
3 厚料層燒結技術的開發研究與應用
3.1 實驗室試驗研究
3.1.1 燒結杯試驗研究
采用混勻料配比為:37.5%磁精礦粉+12%進口粉+44.5%赤鐵精粉+6%回收料;進行料層厚度分別為:700mm、800mm、900mm 的對比試驗,試驗結果見圖表 4(a)、(b)、 (c)。 從圖 4(a)可見,料層厚度從 700mm 提高到 800mm-900mm,垂直燒結速度呈下降趨勢,由于 800mm 成品率提高,利用系數由 700mm 的 1.658 t/m2h 提高到 1.66t/m2h,900mm 利用系數降低到 1.592t/m2h;圖 4(b)顯示,轉鼓強度、成品率均在 800mm 料高時最佳,由圖 4(c)看出,固體燃料消耗 800-900mm 較 700mm 降低 1kg/t 以上。
燒結杯初步試驗結果表明,在料層厚度為 800mm 時,取得的指標最優。為此,進行了 800mm 料高的配碳優化試驗,試驗結果見圖 5.
由圖 5(a)可見,800mm 料高,隨著燃料配比的降低,從 4.3%-3.8%,以 0.1%遞減,利用系數呈凸型變化,燃料配比在 4.1-3.9%時,利用系數較高;燃料配比對質量指標的影響如圖 5(b),配比在 3.9%-4.1%時,成品率和轉鼓強度均為較高值,處于較好水平。由圖(c)可見,隨著配比減少,固體燃料消耗大致呈下降趨勢,燃料配比為 4%以下時,固體燃料消耗較低,在 43.5kg/t 以下,較 700mm 時降低了約 4kg/t。
綜合考慮產、質量指標及固體燃料消耗指標,燃料配比選擇 3.9%-4%為佳。
3.1.2 燒結礦冶金性能檢測
對燒結礦化學成分及冶金性能檢測結果見表 8.
表8 結果表明,提高高比例精礦粉燒結料層厚度,降低燃料配比 0.3%,燒結礦的 FeO 含量較方案 1 料層高度為 700mm 時降低了 1.1%,還原度提高了 2.69%,低溫還原粉化指標為 73.83%,處于較好水平。
3.2 工業生產實踐
在實驗室試驗的基礎上,對 450m2燒結機和 660m2燒結機進行了提高臺車欄板改造,臺車欄板由 700mm 提高到 830mm。改造前、后運行情況對比見表 9。
由表9 可見,兩臺大型燒結機提高料層厚度 100mm 以上,機速降低 0.2m/min,450m2燒結機在利用系數提高 1.59%的情況下,轉鼓強度穩中有升,燒返減少 3.35 個百分點,高返減少 1.6 個百分點,質量指標整體得到了提升,固體燃料消耗由 50.1kg/t 降低到 47.5kg/t,降低了 2.6kg/t;660m2燒結機在利用系數提高 6.9%的情況下,轉鼓強度提高 1.19%,燒返、高返分別減少 1.53 和 1.95 個百分點,固體燃料消耗由 49.67kg/t 降低到 47.02kg/t,降低了2.65kg/t。 實施厚料層后,全廠固體燃料消耗降低 2.65kg/t 以上,可減少碳排放 9.57 萬 t/年。
4 結論
(1)針對以細精礦粉為燒結原料的生產廠,進行復合造塊技術的開發研究,即以赤鐵精礦粉為造球料,球團直徑為 8-10 mm,球團配加比例為 30%-40%時,可以取得較好的產、質量指標,并顯著降低固體燃料消耗,減少碳的排放。
(2)大比例配用磁鐵精礦粉,燒結過程利用磁鐵礦氧化放熱,在產、質量指標得到保障的同時,亦有助于固體燃料消耗的降低。
(3)高精粉率燒結料層厚度從 700mm 提高至 830mm,從實驗室試驗到工業生產實踐表明:在利用系數提高的條件下,質量指標整體得到提升,固體燃料消耗降低 2.6kg/t 以上,取得了很好的應用效果。
參考文獻
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