张志超
(天津工业职业学院)
摘要：烧结生产过程中，燃料消耗是制约烧结经济技术指标提升的瓶颈。各烧结生产厂从设备改造、 原料选取等方面都采取不同的措施降低烧结固体燃耗。取得了一定的成效。但对烧结成本及资源地合理利用造成了不良影响、立足于生产现状。文章从工艺控制方面出发，介绍了增设预筛分系统、 燃料混用工艺、 控制混合过程水分、 厚料层烧结、 热风烧结及增设伴烧烧嘴等技术，切实地减少了烧结过程的返矿，从而降低烧结固体燃耗。
关键词：燃料；烧结；固体燃耗
降低烧结固体燃耗是当前钢铁企业降低生产成本的重点，同时也可以减少 CO2及其它有害气体对环境造成的温室效应及污染，对保护环境起到至关重要的作用。近年来，为了降低固体燃料消耗，全国各大钢铁企业烧结厂采取各种措施，例如优化烧结使用矿粉及燃料的成分，选取品位高、 杂质及水分含量小和粒度组成均匀的含铁原料；选取固定碳含量高、灰分小且粒度在0.5~3mm的燃料[1]； 或者大规模改造烧结设备。虽然取得了一定的成效。 但是相对国外同行业先进指标还相距很远。但生产成本及资源合理利用方面反而很不划算。 比如一些烧结生产厂使用优质原燃料， 改造烧结设备后，烧结固体燃耗降低至50kg / t 以下， 但是单位成本上却多出将近 100 元。因而要想在降低烧结燃耗上真正取得突破，就必须在工艺方面采取措施，从烧结生产工序的各个环节入手，在不影响正常生产以及综合成本的前提下，进行工艺改造。
1 配料增设预筛分工艺
在铁料和燃料进入配料工序前增设筛分工艺，最好利用振动筛，将大粒度和小粒度的原燃料去除，整个工艺在铁料仓进行，不影响正常生产。筛分大粒度料可通过筛上物的形式， 将大粒度料筛除，运至原料破碎工序重新破碎，筛分小粉末料时可采用筛下物的形式，可通过筛下增设皮带把细粉料运出，以不超过 3％ 的比例进入配料中，或者加水制作成粘结剂加入混合工序中。
某厂为解决燃料粒度不均匀现象，在铁料进仓料口，燃料破碎前后增加预筛分系统，即在铁料进仓口处增加振动筛， 筛板孔要求不大于8mm；在燃料破碎系统增设3mm 振动筛，筛分粒度大于 3mm 燃料返回重新破碎，而粒度过细的燃料粉末进入除尘灰返回配料，保证破碎后的燃料粒度在0.5~3mm百分比不低于 80％，表 1为燃料增加预筛分系统前后粒度及燃耗对比：增加预筛分工艺每吨烧结矿减少焦粉消耗4无烟煤5这种很具有实效性的改造，仅在定修期间增加振动筛即可完成。
2 燃料混用工艺
目前烧结生产所用的燃料主要有无烟煤和焦粉，无烟煤煤化程度最大。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，黑色坚硬，有金属光泽，以脂摩擦不致染污， 断口成贝壳状，燃烧时火焰短而少烟，不结焦，一般含碳量在70％ 以上，挥发物在 10％ 以下，无胶质层厚度，热值约 6000 ~ 6500kJ/ kg[2]。 而焦粉一般用高炉炼铁工序焦炭筛下物，其指标方面与使用的焦炭相近，但因存放过程以及各种焦炭混合后筛分，粉化及成分偏析较为严重，需要随时化验，各烧结生产厂都相应以无烟煤及焦粉作为燃料， 使用无烟煤时受到其硬度较大的影响。破碎过程很不彻底， 磨碎后 3mm 以上的粒度占20％ 左右， 而圆辊破碎机磨损较为严重。而单独使用焦粉，由于筛分、 存放等原因，细粉较多，另外受到高炉使用焦炭量的影响，筛下焦粉不足以满足烧结生产， 虽然目前市场上可以外购焦粉，但价格普遍较高，在一定程度上提升了烧结成本。
焦粉和无烟煤混用工艺可以解决单一使用燃料所造成的不良影响，而且不需要进行改造，目前烧结厂配料过程至少使用两个燃料仓，可以一仓使用焦粉，另一仓使用无烟煤，下料过程按照燃料比例，计算流量即可，不需要增设燃料仓。燃料混用可以降低单一种燃料对烧结过程特别是燃耗的影响，同时可防止燃料仓长期存料造成的堵塞及更换料仓过程造成的烧结质量不稳定，混用比例可根据混用燃料的成分，当期燃料价格以及高炉筛下焦粉量进行调整，可结合预筛分工艺，进一步均匀了燃料成分及粒度指标，某厂某批次无烟煤和焦粉的成分见表2，在单独和混合使用时烧结固体燃耗的指标如表 3 所示。混用后烧结燃耗指标均好于使用单一种类燃料。
混合料中水分含量对燃料燃耗的影响见图1。混合料中水分含量为 6.6~7.2%，燃料消耗相对较低，随着水分逐渐增加，蒸发水分过程消耗热量增加，烧结温度降低，烧结矿成品率和转鼓强度下降，固体燃耗增加。但水分在 6以下时，混合料含水较少，制粒效果下降，对烧，结透气效果造成不良影响。混合料的粒度等级对燃耗的影响见图 2， 在其他条件相同的情况下，随着 3mm 以上所占百分比的增加， 透气效果逐步加强，固体燃料消耗降低，另外提高混合料温度可以减少过湿层厚度，在设备允许的条件下尽，量保持混合料预热温度在 60℃ 以上.因此在现，场操作中尽量控制混合料中水分含量并保持稳定，提高预热温度，增强制粒效果，有助于燃耗的降低。
3 强化烧结过程控制
3.1厚料层烧结
厚料层烧结主要是利用烧结过程中料层的自动蓄热作用，减少固体燃料用量，也能够将Al2O3 、 SiO2 大部分固溶在铁酸钙中，减少硅酸盐，特别是铁橄榄石和硅酸二钙的形成。自动蓄热增加高温带宽度，减慢烧结速度，使物料保持较高温度，利于矿物结晶，减少表层返矿的比例， 改善烧结成品矿的粒度组成，如表4所示。
在其他条件相同的情况下， 随着料层厚度增加，蓄热作用增强， 由于料层中氧化气氛增加，温度分布均匀，低价氧化物氧化放热量增加， 而高价氧化物分解热减少，烧结垂直燃烧速度降低，高温保持时间延长，表层返矿量相对降低，而成品率和烧结矿转鼓指数提高，有利于固体燃耗降低。
3.2热风烧结
将温度为 200 ~350℃ 环冷的废气，通过管道引入机头保温罩内，当料层表面移出点火炉后，能够继续吸收保温罩中的热量，降低整体料层的冷却速度，强烧结料层内部的蓄热效果。整个改造只需要在环冷机上增加吸风罩，并架设Φ1 ~ 2m管道，引入烧结机出点火炉后的台车上， 有条件的烧结厂可在环冷机吸风罩上增加风机，即使不加风机利用烧结机抽风机和环冷鼓风机也足以带动环冷热风流入烧结料面，增设风机只是为了调节热风流量，控制热风的温度，根据生产数据，使用热风烧结后可以减少1.5~3％ 的返矿率，吨矿固体燃料消耗降低0.6kg同时还可以充分利用环冷废气的余热， 减少废气排放。
3.3增设伴烧烧嘴
在点火过程中过高的温度易造成料层表面结成硬壳， 影响整个料层的透气效果，而过低的温度使料层内部达不到烧结反应温度，返矿量增加，因而合理控制点火温度不仅对烧结效果至关重要，而且影响固体燃料的消耗。现场生产中要求点火温度控制在 1100 ± 50℃ ， 此温度范围既保证了料层中强氧化气氛和适宜的温度，促进了低熔点黏结相的生成，同时也有利于料层蓄热及热量传递，降低固体燃耗。
由于受到煤气烧嘴布局的影响，烧结机台车表面边缘点火效果不好，导致返矿量增加， 从而增加烧结固体燃耗，目前各烧结厂普遍使用高炉煤气作为点火介质，受流量影响，连接烧嘴的点火管道较粗， 单排烧嘴经常使台车边缘点火不充分。因而在常规点火烧嘴布局的基础上，在后排及两边增加伴烧烧嘴，强化表面及两边的点火效果，使整个台车表面均匀接受点火热量，如图3所示。伴烧烧嘴的煤气流量相对于主烧嘴要小一些，因而连接烧嘴的管道口径也小于正常的点火管道，只是起到强化点火的作用，按照一些烧结厂的实践经验，改造过程只需要一个正常定修的时长 (10 ~ 16h) 即可，不需要大规模拆卸点火炉。
在点火温度 1080℃ 的条件下，使用伴烧烧嘴后， 有效解决了烧结过程 “边缘效应” 的影响，在降低固体燃耗的同时，产量方面也有所提高，以某厂 105m2 烧结机为例，固体燃耗降低4.75kg/t，台时产量增加 12.88t/h，成品率增加7.96%，见表5。
4 结论
烧结生产中降低固体燃耗的重要性毋庸置疑，但所采用的措施必须符合生产实际，从工艺技术方向采取措施。 增设预筛分系统可以使原燃料在进入配料前除去不符合粒度要求的部分，只需要逐个料仓增设振动筛及导料皮带即可；燃料混用工艺只需要使用备用料仓装无烟煤或焦粉，根据生产过程两种燃料的成分及库存，结合市场价格波动，选用合理的比例； 通过控制混合过程水分和制粒效果，可以减少烧结过程水分吸热，并且提高烧结过程的透气效果；强化烧结过程主要通过厚料层烧结， 热风烧结及增设伴烧烧嘴实现，低烧结过程的返矿，从而降低烧结固体燃耗， 以上工艺措施。 均不需要采购设备或者大规模的生产改造，都是在现用生产条件的基础上实现， 经过各烧结厂的实践，都取得了一定的效果，具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 张汉泉 烧结球团理论与工艺 (第 2 版) [M]. 北 京: 化学工业出版社， 2018
[2] 陈学英 烧结配料工 [M]. 北京: 冶金工业出版社.2014