李鵬飛，李來(lái)勝，陽(yáng)習(xí)端，周建同

(漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司，湖南 婁底 417000)

摘 要: 傳統(tǒng)燒結(jié)料層厚度因料層透氣性被限制在 750 ～ 800 mm，從而影響了燒結(jié)礦的生產(chǎn)效率。在不影響燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，改善料層透氣性，有效提高燒結(jié)料層厚度已成為進(jìn)一步提高燒結(jié)礦生產(chǎn)效率的重要途徑。漣鋼 360 m² 燒結(jié)機(jī)，通過(guò)加強(qiáng)制粒性能，優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)，改進(jìn)生石灰下料設(shè)備，優(yōu)化圓筒混合機(jī)揚(yáng)料角鋼方式等措施，強(qiáng)化制粒，改善了燒結(jié)料層的透氣性。相比于料層厚度 700 ～ 750 mm 燒結(jié)，料層厚度 950 ～ 1000 mm 超高料層條件下，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步提高至 79. 23% ，利用系數(shù)穩(wěn)定在 1. 50 t /( m2 * h) 以上，固體燃耗穩(wěn)定在 51. 48 kg /t，返礦配比降低至 21. 52% ，為超高料層燒結(jié) ( 1 000 mm) 提高燒結(jié)礦生產(chǎn)效率提供了參考。

關(guān)鍵詞: 超高料層燒結(jié); 熔劑結(jié)構(gòu)，料層透氣性; 生產(chǎn)效率

0 引言

燒結(jié)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)最為常用的鐵礦造塊方法之一^［1－2］。漣鋼 360 m² 燒結(jié)機(jī)為 3 200 m³高爐供應(yīng)著優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦，該高爐在與重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)標(biāo)中，利用系數(shù)和燃料比在同類型高爐中排行業(yè)第一名，2023 年 1～7 月累計(jì)利用系數(shù) 2. 91 t / ( m³ * d) ，高爐全年燒結(jié)礦配比 75%。燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的穩(wěn)定對(duì)高爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)順至關(guān)重要，而厚料層燒結(jié)是進(jìn)一步提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的重要途徑，燒結(jié)過(guò)程料層厚度是基礎(chǔ)，透氣性是關(guān)鍵^［5－8］。但國(guó)內(nèi)外的研究及生產(chǎn)實(shí)踐表明: 當(dāng)料層高度超過(guò) 750 ～ 800 mm的臨界值時(shí)，燒結(jié)生產(chǎn)效率和燒結(jié)礦質(zhì)量均有明顯下降趨勢(shì)，臨界值的高低因原料結(jié)構(gòu)不同、工藝及技術(shù)參數(shù)不同略有差異。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外燒結(jié)料層高度增加的勢(shì)頭趨于緩慢，為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能減排，必須查明超高料層燒結(jié)時(shí)產(chǎn)、質(zhì)量下降的原 因，有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)超高料層 ( 950 ～1 000 mm) 燒結(jié)新技術(shù)。

本文從優(yōu)化含鐵原料和熔劑結(jié)構(gòu)，改進(jìn)生石灰下料設(shè)備，優(yōu)化圓筒混合機(jī)揚(yáng)料方式，強(qiáng)化制粒，優(yōu)化蒸汽預(yù)熱混合料等方面改進(jìn)，改善了燒結(jié)料層的透氣性，實(shí)現(xiàn)了超高料層燒結(jié)。

1 優(yōu)化含鐵原料和熔劑結(jié)構(gòu)

1. 1 優(yōu)化含鐵原料結(jié)構(gòu)

漣鋼燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)的粉礦基本穩(wěn)定，以澳褐鐵礦系列配加巴西赤鐵礦系列為基本框架， 通過(guò)精粉平衡燒結(jié)礦雜質(zhì)元素^［3－6］，提高燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)。但是受精粉資源的局限^{［9，12］}，精粉結(jié)構(gòu)變化較大，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也直接影響混合料的制粒性能。通過(guò)加強(qiáng)精粉制粒性能的研究，逐步優(yōu)化了精粉原料結(jié)構(gòu)。

粒度分析結(jié)果見(jiàn)表 1，國(guó)內(nèi)精粉 A 的粒度較粗，其 － 500 目占 17. 92% ; 進(jìn)口精粉 A 和 B 的粒度較細(xì)，其 － 500 目 含 量 分 別 為 52. 59% 和70. 89% ; 而 進(jìn) 口 精 粉 C 中 － 500 目 含 量 占28. 40% 。平均粒徑排序?yàn)? 國(guó)內(nèi)精粉 A ＞ 進(jìn)口精粉 C ＞ 進(jìn)口精粉 A ＞ 進(jìn)口精粉 B。

四種鐵精粉的成球性能分析見(jiàn)表 2，通過(guò)對(duì)比可知，進(jìn)口精粉 B 的最大分子水和最大毛細(xì)水最高，其次是進(jìn)口精粉 A，進(jìn)口精粉 C 和國(guó)內(nèi)精粉 A 分別位列第三和第四。然而，國(guó)內(nèi)精粉 A 的遷移速率最大，為 16. 96 mm/min，其次是進(jìn)口精粉 C 的遷移速率為 4. 11 mm/min，進(jìn)口精粉 A 和進(jìn)口精粉 B 的遷移速率分別為 3. 92mm/min 和 2. 96 mm/min。靜態(tài)成球性指數(shù) K 計(jì)算公式如下:

式中: W_分—最 大 分 子 水，% ; W_毛—最 大 毛 細(xì)水，% 。

K 值分析結(jié)果表明進(jìn)口精粉 B 的成球性為優(yōu)，進(jìn)口精粉 A 及進(jìn)口精粉 C 的成球性均為良，國(guó)內(nèi)精粉 A 的成球性為中。

進(jìn)口精粉 B 具有優(yōu)異的成球性，可強(qiáng)化制粒效果，改善原始料層透氣性。根據(jù)成球性能，優(yōu)化精粉結(jié)構(gòu)見(jiàn)表 3。

從表 3 中可以看出，隨著進(jìn)口精粉 B 增加，優(yōu)化后的鐵精粉成球性逐漸改善，在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著進(jìn)口精粉 B 的增加，總管負(fù)壓逐漸降低，風(fēng)門(mén)開(kāi)度可逐漸減小。

1. 2 優(yōu)化熔劑結(jié)構(gòu)

范曉慧等^{［10－11］}研究表明: 隨著生石灰用量的提高，制粒后混合料的平均粒徑增大，當(dāng)生石灰用量達(dá)到 3% 時(shí)，平均粒徑由 4 mm 增加至5. 2 mm，繼續(xù)增加生石灰含量至6% ，平均粒徑可達(dá) 6 mm; 制粒后混合料中 － 1mm 含量減少，不添加生石灰時(shí) － 1mm 含量為 12. 53% ，提高生石灰配比至 6% 時(shí) － 1mm 含量降低至 5% 以下，當(dāng)生石灰配比由 6% 提高至 8% ， － 1mm 比例稍有升高。當(dāng)生石灰從 0% 提高到 3% ，料層壓力降從 887 Pa 降低至 605 Pa，繼續(xù)提高生石灰含量到 6% ，壓力降可降低至 497 Pa ^［11］。漣鋼 360m² 燒結(jié)機(jī)熔劑結(jié)構(gòu)優(yōu)化見(jiàn)表 4。近年來(lái)，漣鋼逐步降低了石灰石粉和白云石粉的用量，增加了生石灰單耗。

生石灰消化后其粘結(jié)性能取決于消石灰的粒度和活性度。范曉慧等人^［11］認(rèn)為: 為保證混合料有良好的制粒性能，要求生石灰活性度 ＞250 ml。據(jù)馮二蓮等^［13］研究表明: 為了有利于熔劑的充分分解和完全礦化，控制熔劑 － 3 mm比例在 85% 以上。若熔劑粒度過(guò)粗，在燒結(jié)過(guò)程中分布不均勻，分解和礦化反應(yīng)速度慢，生成物成分不均勻，甚至燒結(jié)礦中殘留未反應(yīng)的CaO 和 MgO，尤其游離 CaO 受潮遇水后體積膨脹和產(chǎn)生粉化，影響燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和低溫還原粉化指標(biāo)變差^［13］。

近年來(lái)漣鋼生石灰質(zhì)量情況見(jiàn)表 5。

生石灰質(zhì)量整體穩(wěn)定在較高水平，為厚料層燒結(jié)創(chuàng)造了良好的條件。

2 優(yōu)化設(shè)備強(qiáng)化制粒

2. 1 穩(wěn)定生石灰下料

隨著生石灰單耗的逐步增加，生石灰下料的穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)生石灰設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，見(jiàn)圖 1，增加緩沖積料倉(cāng)和透氣布袋，防止泄料的同時(shí)保證不懸料。同時(shí)定周期檢查倉(cāng)頂干燥機(jī)、倉(cāng)頂布袋、風(fēng)機(jī)、呼吸閥等設(shè)備運(yùn)行情況，定期清理維護(hù)，杜絕出現(xiàn)堵塞的情況。生石灰下料穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)偏差由原來(lái) 1. 5 t /h 逐步降低至 0. 5 t /h 以內(nèi)。

2. 2 優(yōu)化圓筒混合機(jī)揚(yáng)料角鋼

如圖 2 所示，圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，揚(yáng)料角鋼提高了筒內(nèi)壁的摩擦力，球體在造球筒內(nèi)沿角鋼擴(kuò)散、旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)增加，因此提高制粒效果。據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐，出二次圓筒 + 3 mm 粒級(jí)顆粒比例較之前可提高 3% ～ 5% ，二次圓筒粘料可控。

二次圓筒加霧化水后，進(jìn)一步強(qiáng)化制粒。通過(guò)以上措施，對(duì)應(yīng)出二次圓筒混合料 + 3 mm比例由原來(lái)的 65% 逐步提高至 70% 以上。

2. 3 優(yōu)化蒸汽預(yù)熱并提高料溫

通過(guò)優(yōu)化混合料倉(cāng)蒸汽噴頭布局，提高混合料倉(cāng)蒸汽預(yù)熱的均勻性，加強(qiáng)蒸汽排水，提高料溫至 70 ℃ 以上，進(jìn)一步減少過(guò)濕層的厚度，改善料層透氣性，也為降低燒結(jié)固體燃耗和穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量創(chuàng)造了條件。

3 燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量對(duì)比分析

通過(guò)優(yōu)化含鐵原料結(jié)構(gòu)、熔劑結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)備，強(qiáng)化制粒，改善燒結(jié)混合料冷態(tài)透氣性，同時(shí)提高料溫，減少過(guò)濕層，通過(guò)采取以上措施，燒結(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改進(jìn)見(jiàn)表 6。

2017 年控制料層厚度為 700 ～ 750 mm 時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為 78. 34% ，利用系數(shù)為 1. 24t / ( m² ·h) ，返礦配比為 25. 45% 。2018 年至2019 年，逐步提高料層厚度至 750 ～ 900 mm，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度無(wú)明顯變化，利用系數(shù)提高至 1. 38 t / ( m² ·h) ，返礦配比則明顯降低至21. 89% ，表明在改善料層透氣性前提下提高料層厚度并不會(huì)惡化燒結(jié)礦質(zhì)量。2020 年至 2021年將料層厚度穩(wěn)定在 900 ～ 950 mm，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度升高至 79. 27% ，利用系數(shù)、固體燃耗及返礦配比均無(wú)明顯變化。2022 年到 2023 年進(jìn)一步提高料層厚度至 980 ～ 1 000 mm，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步提高至79. 23% ，利用系數(shù)穩(wěn)定在 1. 50 t / ( m² ·h) 以上，在 2023 年燃料質(zhì)量有所下降的前提下，固體燃 耗 穩(wěn) 定 在 51. 48 kg /t，返礦配比降低至21. 52% ，在不影響燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)了超高料層燒結(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

1) 超高料層燒結(jié)存在的主要問(wèn)題是燒結(jié)礦產(chǎn)量下降，主要原因是料層總阻力增大、料層荷重增大引起的料層結(jié)構(gòu)的變化、邊緣漏風(fēng)增大。超高料層燒結(jié)工藝下燒結(jié)產(chǎn)率的提高應(yīng)以改善料層透氣性為重點(diǎn)攻關(guān)方向。

2) 360 m² 燒結(jié)機(jī)通過(guò)優(yōu)化原料、熔劑結(jié)構(gòu)，改進(jìn)生石灰下料設(shè)備，優(yōu)化圓筒混合機(jī)揚(yáng)料方式，強(qiáng)化制粒，優(yōu)化蒸汽預(yù)熱混合料等方面改進(jìn)，改善了燒結(jié)料層透氣性，優(yōu)化提高料層厚度至 1 000 mm，燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)逐步提高，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步提高至 79. 23% ，返礦配比降低至21. 52% ，利用系數(shù)穩(wěn)定在 1. 50 t / ( m² ·h) 以上。

參考文獻(xiàn):

［1］ 姜濤． 鐵礦造塊學(xué) ［M］． 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)出版社，2016．

［2］ 裴元東，趙志星，馬澤軍，等． 國(guó)外鐵礦粉燒結(jié)理論與技術(shù)的進(jìn)展 ［J］． 燒結(jié)球團(tuán)，2010 ( 3) 5 － 10．

［3］ 賀淑珍等，微細(xì)精礦比例對(duì)燒結(jié)的影響及強(qiáng)化技術(shù) ［J］． 鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2016． 28 ( 9) : 10 － 16．

［4］ 武軼． 對(duì)進(jìn)口鐵礦石評(píng)價(jià)的新法初探 ［J］． 燒結(jié)球團(tuán)，2003，28 ( 3) : 4 － 8．

［5］ 周明順等，高配比磁鐵精礦燒結(jié)技術(shù)的研究進(jìn)展 ［J］． 鋼鐵，2020． 55 ( 5) : 1 － 9．

［6］ 大型燒結(jié)機(jī)微細(xì)粒全精礦燒結(jié)關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 ［J］．中國(guó)冶金，2017，27 ( 9) : 79．

［7］ 吳明． 太鋼全精礦燒結(jié)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)改善 ［J］． 山西冶金，2016，39 ( 5) : 83 － 86．

［8］ 王劍． 預(yù)制粒強(qiáng)化細(xì)粒鐵精礦燒結(jié)的技術(shù)研究 ［D］． 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)，2014．

［9］ 黃小 波． 鐵礦粉制粒過(guò)程顆粒粒級(jí)演變規(guī)律與工藝優(yōu)化［D］． 重慶: 重慶大學(xué)，2015．

［10］任強(qiáng)，王藝慈，羅果萍，等． 鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性及最佳配礦試驗(yàn)研究 ［J］． 燒結(jié)球團(tuán)，2020，45 ( 2) : 30 － 34．

［11］范曉慧． 鐵礦燒結(jié)優(yōu)化配礦原理與技術(shù) ［M］． 長(zhǎng)沙: 冶金工業(yè)出版社，2013．

［12］朱德慶，師本敬，潘建，等． 細(xì)粒 MINAS ＲIO 赤鐵精礦燒結(jié)行為及其強(qiáng)化研究 ［J］． 燒結(jié)球團(tuán)，2015．

［13］馮二蓮，李飛，劉繼強(qiáng)． 現(xiàn)代燒結(jié)實(shí)用技術(shù) ［M］． 太原: 山西興達(dá)科技出版社，2018．