陳朝斌

本溪北營鋼鐵(集團)股份有限公司煉鐵廠 遼寧 本溪 117017

引言

燒結過程中,固體碳的燃燒反應為液相生成和其他反應的進行提供了必要的熱量和氣氛條件,對燒結礦產(chǎn)、質量有很大影響。焦粉和無煙煤作為燒結生產(chǎn)用的主要固體燃料,它們的燒結過程中燃燒,反應過程非常復雜,固體燃料為燒結工藝過程提供了70%～80%的熱量,在燒結過程中的燃燒行為和燃燒效果對燒結礦的產(chǎn)、質量和燒結礦的各項冶金性能起到了決定性的作用。同時,焦粉與煤粉的配比發(fā)生變化可以改變燒結過程的氣氛和影響燒結料層中各層的溫度分布,進而影響燒結礦的礦物組成、礦物結構和燒結礦的各項冶金性能。此外,燒結使用的固體燃料的粒度對燒結的產(chǎn)量、質量及工序能耗均有很大的影響.一般認為燃料粒度過粗,在燒結混合料中將產(chǎn)生偏析,布料分布不均,且燒結過程中燃燒時間較長,大顆粒燃料尚未充分燃燒,而進入燒結礦或返礦,降低了燃料利用率。燃料粒度過細,燃燒速度過快,燒結速度比傳熱速度快,燒結固體燃耗也升高。因而,固體燃料結構對燒結工藝過程有著非常顯著的影響。

1 概況

節(jié)能降耗無論是對增加企業(yè)的市場競爭力,還是對企業(yè)的持續(xù)發(fā)展來說都具有十分重大的意義。燒結工序作為鋼鐵生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié),其工序能耗約占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的10%,工序能耗成本約占燒結礦總成本的10～12%。因此作為燒結工作者,在確保燒結礦產(chǎn)、質量的前提下,通過降低工序能耗及成本,一直是攻關的方向和追求的目標,燒結工序能耗主要包括固體燃耗、煤氣燃耗、電耗、水、蒸汽、氮氣、壓縮空氣等消耗。其中固體燃料消耗占燒結總能耗的73%,為此,燒結生產(chǎn)一直以降低固體燃料消耗來降低工序能耗、降低成本,作為降本增效的重中之重。然而,受燃料質量、布料效果、水碳穩(wěn)定性等諸多因素的影響,我廠固體燃料消耗一直處于較差水平,攻關前為56kg/t。為進一步降低燒結固體燃料消耗,在全體燒結人的一致努力下,先后克服燒結料層透氣性差、混合料溫度不達標、臺車漏風率高、燃料粒級不合格、布料效果差、返礦率高等問題,成功促使固體燃料消耗由56kg/t降低至51kg/t,月節(jié)省成本約160萬元。

2 固體燃料對燒結過程的影響

2.1 固體燃料種類和粒度對燒結過程的影響 ①從固體燃耗上看,l～3mm 粒級越高,燒結固體燃耗越低。若要考慮燒結礦產(chǎn)量和冶金性能等綜合指標,則以0.5mm～3mm 粒級的比例越高,燒結的綜合指標越好。②從燃料粒度上看,當無煙煤粒度小于1mm,燒結燃燒速度過快,就必須適當提高固體燃料的配比,才能保證燒結過程順利進行,并且燃料損耗量較大,固體燃耗升高;而當焦粉粒度小于0.5mm 時,燒結過程透氣性出現(xiàn)下降,燒結固體燃料消耗升高。

2.2 燃料質量對燒結過程的影響 燒結過程中燃料的配加量、燃料的粒度組成、燃料的燃燒性質直接影響燒結過程中的溫度和熱量變化,進而影響到燒結料層的溫度分布、熱量分布、燃燒帶厚度、料層透氣性、燒結氣氛、黏結相數(shù)量和質量等,并直接影響燒結礦的產(chǎn)、質量。因此燒結生產(chǎn)對燃料質量有著很高的要求：固定碳含量高、灰分、揮發(fā)分含量低,有害元素S、P含量低,粒度分布合理,可燃性好,發(fā)熱值高。燒結過程對燃料的粒度有著非常嚴格的要求。燃料的粒度不能過粗,也不能過細。過粗時會造成燃燒帶過寬,增大氣流阻力,導致負壓升高產(chǎn)量下降;過細時會導致燃燒速度過快,燃燒帶的高溫保持時間短,降低燒結礦的強度和成品率。最適宜的燃料粒度為0.5～3.0mm,生產(chǎn)中因0.0～0.5mm 的質量分數(shù)無法進行人為控制,一般要求0.0～3.0mm 的燃料要達到75%以上。

2.3 固體燃料結構對燒結礦質量的影響 (1)固體燃料結構對燒結礦還原性的影響。隨著混合料配碳量的增加,燒結礦還原性逐漸變差,主要原因是配碳增加,燒結燃燒帶變厚,液相產(chǎn)生過多,燒結礦微觀結構中薄壁大孔結構增多,燒結成品礦中FeO 含量增加,還原性降低。另一方面,焦粉粒度過粗,燒結布料偏析使下部燒結礦FeO含量明顯高于上部,燒結礦成分不均,影響高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定進行。(2)固體燃料結構對燒結礦強度的影響。研究表明,用焦粉做固體燃料時,燒結速度比使用無煙煤時要快,而垂直燒結速度過快,會導致燒結過程中料層在高溫段停留時間變短,燒結礦強度有所降低。為了保證燒結礦強度,就必須提高燃料配比,調整焦粉和煤粉的配比比例,適當提高煤粉配比,提高燒結過程中高溫段停留時間。另一方面,由于煤粉的著火點比焦粉低,適當提高煤粉配比可以促進焦粉的燃燒,提高表層礦的成礦率,燒結礦成礦過程得到保障,燒結成品率也就得到提高。因此,適宜的固體燃料配比為焦粉70%－75%,燒結無煙煤25－30%,對穩(wěn)定燒結礦強度具有十分重要的作用。

3 研究改進實踐

3.1 對固體燃料的粒度進行控制 燒結過程中所需的能量來源于固體燃料的燃燒,燒結速度的快慢與固體燃料的粒度之間關系密切。當燃料的粒度過小、過細時,氣流對燃料影響較大,使得燃料燒結和熱能傳輸速度不匹配,很難長時間維持高溫,從而增加的返礦率;當燃料的粒度過大時,布料過程中容易形成燃料的分布不均勻,影響料層的孔隙率,導致燃燒不完全。大量的研究表明,最佳的燃料粒度分布區(qū)間是處于0.5mm 和3mm 之間,其它粒度的分布都會固體燃耗提高。

3.2 燃料質量控制 針對燃料質量問題,嚴格控制入廠燃料粒度,一是與制造部強化溝通與原料粒度的驗收,將焦化廠的焦粉粒度控制在10mm以下,粒度為10－25mm 的焦丁杜絕進入燒結燃料料場;二是燒結無煙煤的進廠粒度＜20mm 的焦末粒級質量分數(shù)95%以上,灰分15%以下;三是加強燃料破碎的管理,在燃料對輥破碎前安裝除鐵器,避免鐵器進入焦粉加快對輥、四輥的輥皮磨損;燃料進輥前堅持“薄鋪鋪平”;根據(jù)燃料破碎后的燃料粒度,及時調整輥距,確保3.0mm 以下焦末粒級質量分數(shù)≥75%,3.0mm 以下燒結無煙煤粒級質量分數(shù)≥70%,焦粉、煤粉≤5.0mm 的部分小于5%;定期對磨損輥皮進行車削,磨損嚴重時更換破碎輥。

3.3 對燒結料層的厚度進行控制 研究表明,料層的厚度與燒結過程中的蓄熱能力有很大關系。采用厚料層的燒結技術,可以利用料層燃燒的自動蓄熱效應,從而降低能耗,提高燒結礦的成品率。厚料層技術的使用,可以減少物料中的配碳量,延長物料燃燒氧化放熱時間,并均勻保持物料層的高溫,改善了燒結環(huán)境。另外,厚料層技術還會增加下層物料的燒結溫度,有利于物料的液化,從而提高燒結礦的晶化程度,提高成品礦率,因此,我廠燒結料層厚度750mm 以上。

結語

綜上所述,在燒結生產(chǎn)中,要不斷優(yōu)化入燒燃料結構,控制合理的焦煤比,加強燃料粒度控制,保證合理的燃料粒度,減少混合料中燃料偏析,提高混合料透氣性,保證燒結礦亞鐵強度,低溫還原粉化性能的穩(wěn)定,為高爐提供強度好、還原性好的優(yōu)質原料,實現(xiàn)燒結生產(chǎn)降本增效的目標。