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提高燒結料層上部成品率試驗研究

放大字體  縮小字體 發布日期:2025-07-04  作者:武 軼,張曉萍,李幫平,袁 鵬,熊德懷,朱賀民  瀏覽次數:393
 
核心提示:摘 要:本文針對帶式燒結機抽風燒結的自動蓄熱作用導致料層垂直方向上熱量分布嚴重不均問題,通過燒結杯分層試驗探究了各層燒結礦性能差異機理,研究了上部料層強化燒結技術。結果表明:燒結上部料層壓實程度低于中下層,且處于“驟熱驟冷、高溫區保持時間短”的狀態,以至于該層返粉率明顯高于中下層;通過上部料層單獨配料、布料的方法,從燒結礦堿度、配碳、配礦、混勻制粒、抽風負壓及協同耦合等多方面優化,可顯著提高上層燒結礦以及整體燒結礦的成品率。采用多項協同耦合技術強化后,上層燒結礦成品率提高5.31%,增長了9.19 個百分
 提高燒結料層上部成品率試驗研究

武 軼,張曉萍,李幫平,袁 鵬,熊德懷,朱賀民

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術中心,安徽馬鞍山 243000)

摘 要:本文針對帶式燒結機抽風燒結的自動蓄熱作用導致料層垂直方向上熱量分布嚴重不均問題,通過燒結杯分層試驗探究了各層燒結礦性能差異機理,研究了上部料層強化燒結技術。結果表明:燒結上部料層壓實程度低于中下層,且處于“驟熱驟冷、高溫區保持時間短”的狀態,以至于該層返粉率明顯高于中下層;通過上部料層單獨配料、布料的方法,從燒結礦堿度、配碳、配礦、混勻制粒、抽風負壓及協同耦合等多方面優化,可顯著提高上層燒結礦以及整體燒結礦的成品率。采用多項協同耦合技術強化后,上層燒結礦成品率提高5.31%,增長了9.19 個百分點,整體燒結礦成品率提高了3.54%,增長了5.25 個百分點。

關鍵詞:燒結;返粉;成品率;分層

燒結返粉主要由未燒結的混合料及未燒好的小粒級燒結礦構成,其多少直接關系到燒結礦產量高低,也是反映燒結礦質量的重要指標[1-2]。通過對燒結礦分層、分區域研究[3-10],燒結工作者對返粉在燒結臺車橫截面上的分布特征有了充分認識。燒結料層的上部及燒結臺車兩側邊緣的返粉率顯著高于料層的中、下部和臺車中間,是燒結返粉的重要來源。本文在對各層燒結礦性能差異機理分析的基礎上,研究了燒結上部料層強化技術,以期降低燒結上層乃至整體燒結礦的返粉率。

1 料層各層燒結性能差異機理分析

1.1 各層燒結溫度差異

圖1 為各層燒結過程技術指標,不同解剖層中燒結過程溫度變化過程相差較大。各解剖層中升溫時間(即從100℃升高到1100℃的時間)的多少順序為上層<中層<下層;各解剖層中冷卻時間(即從1100℃降低到300℃的時間)的多少順序為上層<下層<中層,上層的降溫速率遠高于中、下層。可見,與中、下層相比,燒結料上層處于“驟熱驟冷”的環境。

圖片1 

各解剖層中最高溫度相差不大;而各解剖層中高溫區保持時間(即高于1100℃的時間)的長短順序為上層<<中層<下層。上層的高溫區保持時間短,僅為中、下層的46.7%。為了從溫度和保持時間這兩方面來綜合評價燒結過程中高溫區的狀況,提出“高溫區熱強度”概念,即燒結溫度從上升至1100℃開始到降低至1100℃時的溫度曲線與其對應的時間值所包圍的面積作為高溫區熱強度(℃·min)。各解剖層中高溫區熱強度的大小順序為上層<<中層<下層。上層的高溫區熱強度僅為中、下層的46.24%。

1.2 各層燒結礦性能差異

圖2 為各層燒結礦性能指標。上層燒結礦轉鼓強度比中、下層平均低8.2%左右,中層轉鼓強度比下層略高;上層燒結礦成品率比中、下層分別低14.44%、17.46%,下層成品率比中層略高,上層燒結礦中占42.2%為返粉;上層燒結礦的粒度組成呈現右偏態分布,隨著粒徑變小所占比例呈現越高的趨勢,上層10~16mm、6.3~10mm 的比例明顯高于中下層;隨著解剖位置下移,成品燒結礦中>40mm、>25mm 的比例逐漸增加,下層燒結礦平均粒度較上層大5.8mm、中層較上層大4.8mm。中下層燒結礦大顆粒比上層多,細粒級(–6.3mm粉末)比上層少,粒度組成明顯優于上層。

圖片2 

上層燒結礦質量明顯差于中、下層的原因在于:燒結上部料層壓實程度與中下層相比要低,物料之間接觸相對不夠緊密、間隙較大,為燒結過程中液相的形成和較大礦石顆粒被液相粘結造成困難;另一方面,上層燒結礦升溫速度過快,在燒結過程中自動蓄熱作用較弱,熱量不是很充足,且在抽風作用下燒結礦表層受吸入的冷空氣作用冷卻速度快所產生的玻璃質較多,即燒結上層處于“驟熱驟冷、高溫區保持時間短”的狀態,以至于該層燒結礦的成品率和轉鼓強度較低,返粉較高。此外,還可以看出各層最高燒結溫度并不是傳統上認為的不同位置燒結礦性能差異的影響因素。

2 燒結上部料層強化試驗

針對厚料層燒結中沿料層高度熱量分配不合理,上層燒結礦質量明顯低于中下層的問題,采用將燒結上部料層與中下層區分開,單獨進行配碳、配礦、堿度、制粒、抽風負壓等燒結工藝參數的優化,以提高上層燒結礦質量、降低燒結過程能耗。

2.1 燒結上部料層各單項強化措施對比

2.1.1 對上層高溫區的改善作用

各強化措施對上部料層高溫區指標的影響見表1。在各種強化措施中,以調整上部料層配碳對高溫區保持時間和高溫區熱強度的改善效果最好,上、中、下層燒結溫度差異大幅度縮小,熱量分布最為均衡,降低上部料層燒結負壓次之,再次為上層配用磁鐵精礦,上部料層原料強化制粒、上層原料提高堿度兩措施對延長高溫區保持時間和增強高溫區熱強度的作用有限,對改善各料層燒結溫度分布差異作用較小。

圖片3 

上部料層高溫區指標改善效果排序:配碳>負壓>配礦>強化制粒、堿度。

2.1.2 對上層燒結礦質量的改善作用

各強化措施對上部料層燒結礦質量指標的影響見表2。各強化措施對上部料層燒結礦質量改善作用見表3。在改善上層燒結礦成品率方面,各強化措施中,調整上部料層配碳緩解了上部料層燒結面臨的顆粒自身和熱量分布兩大問題,尤其是在熱量方面,因此其對上部料層燒結礦質量的改善效果最好;上層配用磁鐵精礦、降低上部料層燒結負壓從補充部分熱量、減緩燒結速度這兩方面著手在一定程度上緩解了上層燒結問題,改善效果次之;上部料層原料強化制粒、上層原料提高堿度兩措施著重在顆粒自身優化,調整熱量分布方面作用有限,因此改善效果再次。

圖片4 

在改善上層燒結礦轉鼓強度方面,各強化措施中,調整上部料層配碳的改善效果最好,降低上部料層燒結負壓次之,上部料層原料強化制粒、上層原料提高堿度、上層配用磁鐵精再次。

2.2 燒結上部料層耦合強化試驗

綜合上述強化措施,在上部料層應用耦合強化技術。在保持燒結料總堿度、總配碳量、總磁精礦量相同的情況下,燒結料上層按不同堿度、不同燃料用量與中下層分開單獨進行配料、混合、強化制粒(制粒時間由204s 延長到300s),使燒結料堿度及燃料用量、磁精礦配比沿料層高度方向從上層到中下層依次減少(詳見表4)的方法分2 層布料,然后點火、燒結,燒結負壓按試驗方案調整,對燒結礦切割為3 層取樣并破碎,測定燒結礦的粒度組成分布、落下強度和轉鼓強度。

圖片5 

2.2.1 對不同位置燒結溫度的影響

方案A 的各層燒結過程技術指標見表5,上部料層進行耦合強化燒結后,上層的高溫區時間延長到7.97min,達到與中、下層燒結高溫區時間(分別為7.43min、7.27min)108.39%的水平,上層的高溫區熱強度提高到10371℃·min,是中、下層高溫區熱強度的110.33%,燒結料層中溫度分布趨向合理,徹底扭轉了上部料層熱量不足的局面。

圖片6 

2.2.2 對燒結礦整體性能的影響

上部料層耦合強化試驗總體燒結技術指標見表6。從燒結整體技術指標來看,對上層原料采用耦合強化技術后,燒結礦整體垂直燒結速度和利用系數、成品率、轉鼓強度均有不同程度的升高,燒結礦固體燃耗降低。其中,整體成品率高出基準組3.54%,增長了5.25 個百分點,整體轉鼓強度較基準組高出5.25%,增長了8.13 個百分點,整體燒結利用系數高出基準組0.053t/(m2·h),增長了4.22 個百分點。

圖片7 

2.2.3 不同位置燒結礦的性能差異

各層燒結礦性能指標見表7,燒結上層原料進行耦合強化燒結后,上、中、下層的燒結礦成品率、轉鼓強度均有下同程度的改善,方案A 的上層燒結礦成品率提高了5.31%,增長了9.19 個百分點,上層與整體燒結礦成品率的差距由9.70%縮小到7.93%;方案A 的上層燒結礦轉鼓強度提高了6.60%,而上層與整體燒結礦轉鼓強度的差距也由5.47%縮小到4.13%;上層燒結礦粒度組成中>16mm 比例明顯增加,6.3~10mm比例呈現降低趨勢,上、中、下層燒結礦平均粒度均高于基準組。

圖片8 

3 結論與建議

(1)在對厚料層燒結上、中、下各層燒結礦性能差異及其機理的系統剖析基礎上,從燒結礦堿度、配碳、配礦、混勻制粒、抽風負壓及其協同耦合技術方面研究,采用上部料層單獨配料、布料的強化方法可顯著提高上層燒結礦以及整體燒結礦的成品率。

(2)實驗室最佳上層強化條件為:上層堿度提高0.4(下層堿度下降0.2,總體堿度2.1 不變)、配碳提高0.2%(下層配碳下降0.1%,總體配碳保持不變),磁鐵精配比提高10%(下層磁鐵精配比降低5%,總體磁鐵精配比保持不變),混合料二混圓筒制粒時間延長96sec(下層混合料二混圓筒制粒時間保持不變),燒結負壓采用逐步遞增的方式(下層燒結負壓保持不變),在進行協同耦合優化后上層燒結礦成品率提高5.31%,增長了9.19 個百分點,同時整體燒結礦成品率提高了3.54%,增長了5.25 個百分點。

(3)考慮到此技術在現場實施對現有工藝流程改動量以及場地要求,提出兩種實施方案:一是單項強化,二是耦合強化。其中,單項強化方案工藝流程簡單,適于場地允許的舊燒結機改造;耦合強化方案工藝流程復雜,適于新建燒結機。

參 考 文 獻

[1] 康旭, 史先菊, 李軍. 返礦的物化特性及其對燒結過程的影響研究[J]. 燒結球團, 2014, 39(2): 5-8.

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[3] 姜濤, 李光輝, 許斌. 燒結生產進一步提質節能的途徑—均熱高料層燒結[C]//第十屆中國鋼鐵年會暨第六屆寶鋼學術年會論文集.

[4] 龍紅明, 左俊, 王平. 厚料層燒結高度方向均質性研究[J]. 燒結球團, 2013, 38(4): 1-6.

[5] 裴元東, 安鋼, 趙志星. 厚料層燒結條件下料層物料分區測定研究[C]//第十三屆全國煉鐵原料學術會議.

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