许满兴 代汝昌
（北京科技大学） （济南银能冶金科技有限公司）
1 烧结生产实现低碳、绿色高质量发展的价值
2017年10月，中国共产党第十九次全国代表大会的胜利召开，标志着我国已经进入中国特色社会主义新时代，十四项坚持体现了新时代中国特色社会主义思想和基本方略。经济建设要坚持新发展理念，发展必须科学发展，必须坚定不移贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。十九届五中全会明确提出了，我国经济建设已进入高质量发展阶段，绿色发展是高质量发展的重要条件和基础。
我国钢铁工业在党的正确领导下已经由钢铁大国向钢铁强国迈进。2020年我国粗钢的年产量10.53亿吨，占全球粗钢产量的53%，生铁年产量8.88亿吨，占全球生铁产量的69%[1]，炼一吨钢会产生1.8吨碳排放，冶炼一吨生铁会产生多少碳排放呢？经过详细计算，冶炼一吨生铁（包括生产1.2吨烧结矿产生的碳排放）会产生1.824吨CO2排放[2]，略高于世界钢铁协会碳排放数据。对烧结生产而言，生产一吨烧结矿将产生4000m3烟气，每m3烧结烟气含CO2为5.5%，含CO为0.6%[3]，CO和 CO2气体比重分别为1.25kg/m3和1.964kg/m3[4]，生产一吨烧结矿的烟气将会产生30kg 的CO，432.08kg 的CO2。近几年我国每年生产10亿吨烧结矿，烧结烟气将向大气排放CO2：432.08x108/1000=432.08万吨；CO：30x108/1000=300万吨。这对生态环境造成极大破坏。因此，实现“碳达峰”和“碳中和”的目标必须倒逼降碳，烧结生产必须实行低碳绿色生产。
2 新世纪全国烧结生产料层厚度与能耗指标状况（表1）
表1 新世纪全国烧结生产料层厚度与能耗指标状况
|
项目 年份 |
利用系数 |
料层厚度 |
成品率 |
含粉率 |
返矿率 |
电耗 |
固体燃耗 |
工序能耗 |
转鼓指数 |
|
t/m2h |
mm |
% |
% |
% |
Kwh/t |
Kg/t |
Kgce/t |
% |
|
|
2000 |
1.45 |
482.8 |
/ |
11.33 |
/ |
34.71 |
58.00 |
69.87 |
65.81 |
|
2001 |
1.47 |
499.0 |
/ |
10.5 |
/ |
33.89 |
59.00 |
70.77 |
74.19 |
|
2002 |
1.48 |
528.2 |
/ |
926 |
/ |
35.27 |
57.00 |
71.85 |
83.72 |
|
2003 |
1.48 |
535.9 |
82.05 |
8.53 |
19.02 |
34.74 |
55.00 |
67.92 |
71.83 |
|
2004 |
148 |
546.2 |
81.71 |
7.72 |
19.98 |
35.98 |
54.00 |
68.10 |
73.24 |
|
2005 |
1.48 |
575.9 |
82.68 |
7.76 |
21.43 |
39.41 |
53.00 |
65.70 |
83.78 |
|
2006 |
1.43 |
602.6 |
83.27 |
7.36 |
18.89 |
39.32 |
54.00 |
57.50 |
75.75 |
|
2007 |
1.42 |
614.4 |
82.24 |
6.44 |
18.82 |
40.22 |
54.00 |
59.37 |
76.02 |
|
2008 |
1.360 |
636.0 |
83.31 |
7.15 |
18.65 |
40.49 |
53.31 |
56.52 |
76.59 |
|
2009 |
1.341 |
642.2 |
81.30 |
7.07 |
19.20 |
41.06 |
55.00 |
57.28 |
77.44 |
|
2010 |
1.324 |
666.1 |
83.50 |
7.18 |
22.29 |
43.87 |
54.00 |
56.71 |
78.77 |
|
2011 |
1.306 |
661.4 |
82.99 |
6.86 |
19.18 |
43.22 |
54.00 |
55.35 |
78.72 |
|
2012 |
1.275 |
6660 |
84.18 |
6.49 |
19.09 |
43.01 |
53.00 |
52.97 |
80.48 |
|
2013 |
1.250 |
688.9 |
85.46 |
6.75 |
18.35 |
44.49 |
44.77 |
51.39 |
79.69 |
|
2014 |
1.277 |
710.4 |
86.82 |
6.62 |
17.56 |
45.39 |
44.2 |
51.05 |
77.58 |
|
2015 |
1.26 |
688.5 |
83.34 |
8.79 |
16.81 |
44.41 |
47.38 |
49.50 |
78.73 |
|
2016 |
1.27 |
731.4 |
82.8 |
6.55 |
16.81 |
43.39 |
45.89 |
50.24 |
78.03 |
|
2017 |
1.26 |
714.3 |
83.24 |
6.78 |
17.04 |
46.74 |
46.40 |
49.36 |
78.36 |
|
2018 |
1.27 |
728.5 |
81.62 |
7.09 |
17.57 |
46.78 |
46.78 |
49.89 |
78.68 |
|
2019 |
1.25 |
748.1 |
82.2 |
5.56 |
18.02 |
48.24 |
45.29 |
49.53 |
78.02 |
|
2020 |
1.308 |
768.5 |
82.5 |
6.67 |
22.07 |
38.95 |
50.03 |
78.95 |
78.95 |
由表1可见，近20年来，我国烧结生产的料层厚度由2000年平均料层厚度不足500mm（482.8mm），增加到2013年的688.9mm；固体燃耗由58kg/t降低到44.7kg/t；2013年至今的8年间，料层厚度由688.9mm增加到750mm左右的水平。但固体燃耗总是徘徊在44kg/t~48kg/t的水平。2019年宝钢的5台烧结机，包括湛江的两台550m2烧结机的固体燃耗处于41.34kg/t~46.49kg/t的水平，固体燃耗全国最低的太钢，2019年660m2烧结机固体燃耗为35.76kgce/t（以磁铁精粉为主要原料）。固体燃耗最高的是某钢360m2烧结机，为66.30kgce/t（以赤铁矿粉为主要原料）。不同的企业相差1.85倍，大幅度降低烧结生产的固体燃耗，是全国烧结工作者实现低碳绿色发展的头等大事，是新时代烧结生产要解决的重中之重的问题。
3 “超低碳、高能效” 均质烧结新工艺的关键技术
济南银能冶金科技公司开发的烧结新工艺，可在原生产基础上，吨烧结矿降低固体燃耗平均达到10kg/t，实现该项新工艺的关键技术有如下五项。
1） 改变传统的二段式或三段式强化制粒工艺。“超低碳、高能效”烧结新工艺采用多维交叉混合制粒装置，在一混机内完成制粒，一混机出料粒度5~7mm比例达到60%以上，然后混合料进入二混机。
2） 经一混混合制粒后的混合料进入二混合机后，燃料（焦粉和煤粉）配入二混合机内与混合料混合，燃料包裹在矿粒外层和矿粒之间，有效改变燃料燃烧的条件。
3） 横向偏析布料采用自主研发的布料松料装置，完全克服混合料布到台车上后的边缘效应和厚料层自动蓄热现象，多根松料器安装在点火器前，改善混合料层的透气性，为均质烧结创造条件。
4） 改善混合制粒的加水方式，实施分梯度加水和分区域控制，实现强化制粒和燃料外配的双重目标。
5） 实施低负压点火。由于强化制粒和外配燃料，偏析布料和多根松料齿松料，台车上的混合料透气性大大改善，有效降低总管抽风负压。低负压点火是实施1#、2#、3#风箱的负压分别控制为总管负压的50% 、60%和70%，确保混合料布到台车后的原始料层透气性，为均质烧结继续创造良好透气性的条件。
4 “超低碳、高能效” 均质烧结新工艺的效果
由于该新工艺实施了在一混内完成制粒，分梯度加水和分区域控制，在二混内外配燃料，采用横向偏析布料和多根松齿松料以及合理布料后，采用低负压点火，为改善混合料透气性和均质烧结创造了充分的条件，为新工艺降低配碳，烧结过程的热量合理分布打下了良好的基础，收到了显著降低固体燃耗，改善混合料热态透气性，提高产量，提高成品烧结矿的质量和冶金性能的多方面的综合效果，达到提产、提质、降低燃耗，超低碳、高效能的绿色环保目标，具体体现如下六个方面：
1） 显著降低固体燃耗，配碳由原来的3.5%~3.2%, 降低到2.5%~2.2%.；吨烧结矿的固体燃耗降低7.5kgce/t~1.5kgce/t，平均降低10kgce/t以上，创造吨矿固体燃耗低于35kgce/t的佳绩。成品烧结矿的残C，可由常规下的0.103%,降低到0.028%，改变固体燃耗多年徘徊不降的卡脖子问题。
2） 提高烧结产量。由于改善了混合料热态透气性，提高了垂直烧结速度，产量可提高5%~7%。
3） 烧结层热量分布均匀，有利于改善烧结矿的矿物结构，有利铁酸钙（SFCA）组分增加，有利于提高强度，降低内返矿，内返矿可降低10%~12%.
4） 由于实现了均质烧结，矿物结构得到改善，有利于改善成品烧结矿的冶金性能，900℃还原性（RI）提高4%~6%，低温还原粉化率降低(RDI-3.15)8~10%。
5） 由于“超低碳、高能效”降低烧结烟气成分，碳和硫化物的排放依据烟气平均成分计算，吨烧结矿将减少95.92kgCO2排放，6.66kgCO排放和0.567kgSO2排放，降低22.2%烟气净化费用。
6） “超低碳、高能效”有着显著的经济效果。按照已有的实例计算，降低固体燃耗的直接经济效益为吨烧结矿11.988元/t，一台360m2烧结机，年产400万吨烧结矿，年直接经济效益为11.988x400万=4795.2万元。还有可观的提高产量，改善质量，降低电耗和净化烟气的大量间接经济效益和环保社会效益，年间接经济效益估算将超过6000万元。在“双碳”背景下，是铁前烧结生产具有推进低碳绿色高质量发展的极有经济价值和社会价值的项目。
参考文献：
[1] 世界金属导报《2020年 数字说》 2021.1.26.4（A01）
[2] 世界金属导报《中国钢铁将迎来”三个全面”的关键十年》 2021.1.26.4（A01）
[3] 江涛主编 《烧结球团生产技术手册》“烟气净化技术实例” 《冶金工业出版社》2014年6月 P727
[4] 成兰伯 《高炉炼铁工艺及计算》《冶金工业出版社》1991年12月附表11-6 P504