薛小毅 惠英 彭元飞
（陕西龙门钢铁有限责任公司 陕西渭南 715405）
摘要：烧结矿作为高炉炼铁主要原料，其指标直接影响高炉炼铁产质量，因此优化提升烧结矿指标，确定烧结配矿结构及优化工艺，是优化提升铁前指标的关键环节。固体燃料消耗作为烧结生产的一项重要指标，不仅体现生产工艺技术水平也直接影响生产成本。烧结过程中，混合料中固体燃料燃烧所提供的热量占烧结总需热量的90%左右。烧结燃料，按形态分固体、液体、气体 。烧结生产使用的燃料按功能分为点火燃料和烧结燃料。烧结过程中常用的固体燃料主要有煤粉和焦粉、焦面，烟煤不宜做烧结燃料，挥发分高 。由于燃料的价格受市场价格波动的影响经常发生变化，进购及库存影响，造成燃料指标性能波动，对烧结生产过程控制及成本控制影响极大。优化工艺技术提升技术水平，引进新料种及开发环保生物质烧结燃料是降低烧结成本优化指标及改善排放指标的重要措施。通过工艺优化和引进新料种结构调整实施，对烧结生产固燃指标及成本影响探索研究，经济效益和社会效益显著，值得同行业参考借鉴。
关键词：指标；生物质燃料；工艺优化；生产实践
1 引言
我公司铁前用燃料种类及供应厂家10余种，主要有焦粉、焦面、无烟煤等，受原料进购及库存影响、配比调整影响，燃料质量波动大影响烧结指标燃料单耗生产成本。通过生产分析及实验研究，燃料指标是影响烧结燃料单耗及成本的主要因素。本文就引进新料种生产实践分析论证，生物质烧结燃料使用利于环保控制，优化工艺提升技术水平对降低单耗成本也有用一定的贡献。
2 烧结生产对燃料指标要求
烧结对固体燃料的质量要求是：固定碳高，灰分低，挥发分低，含硫低。灰分高会使烧结料中酸性脉石增多，进而使熔剂消耗量增加，烧结矿品位降低。挥发分高不仅影响燃烧效率，而且挥发后会在温度较低的地方冷凝下来，从而恶化料层透气性，被废气带走的部分则粘结在抽风管道、除尘器内壁、抽风机叶片等处，影响抽风及除尘效率，甚至造成设备事故。一般要求燃料中挥发分低于5%。理想的粒度为0.5-3mm，通常要求为0-3mm。
燃料粒度过大将带来一系列害处：燃烧带变宽，影响透气性。燃料分布不均，大颗粒周围过熔，而远处则不能很好烧结。粗粒周围还原气氛强，而无燃料处空气得不到充分利用。布料易产生自然偏析，大颗粒集中在下部，使烧结料层上下部温差较大，造成上部烧结矿强度较差，下部过熔FeO含量高。
然料粒度过小：燃烧速度过快，难以达到所需的烧结温度，同时降低料层透气性，而且过小粒度的燃料有可能被气流带走。
我厂内控标准
|
成分标准 |
|||||||
|
总水分% |
分析 水分 |
灰分% |
分析基 |
可燃基 |
固定碳% |
硫% |
发热值 |
|
挥发分% |
挥发分% |
||||||
|
≤15 |
|
≤15 |
|
|
≥83 |
≤0.8 |
≥5600 |
|
粒度标准 |
|||
|
1mm |
＜3mm |
＞5mm |
水分 |
|
|
≥75 |
＜5 |
≤15 |
3 烧结燃料分加技术研究
烧结燃料分加技术是将一部分燃料与烧结混匀矿、返矿、熔剂按配比混合，另一部分燃料在烧结混合料一次混料结束后加入，目的是使这部分燃料外裹在混合料颗粒的表面，保持燃料有较大的活性反应面，提高其燃烧速度，优化反应气氛。历史经验数据表明二次配加，配比不得大于总配比40%。
通过烧结杯试验表明，燃料分加技术可以提高烧结机利用系数3%～8%，燃料消耗降低0.5～1kg/t。
燃料分加技术能降低固体燃耗的主要原因可以改善料层透气性，垂直烧结速度加快，碳充分利用，燃烧条件改善，碳沿料层方向分布趋于均匀。
实际生产需综合考虑燃料分加比例、配合熔剂分加、燃料粒度等对烧结矿相关技术指标的影响，优化燃料分加工艺提高烧结机利用系数、降低烧结燃料消耗及工艺设备安装实施，实际现场局限可行性还需继续探讨。
4 生物质烧结燃料反应性优化研究
生物质能是人类最早利用的能源，其来源广泛，储量巨大而且可以再生。面对矿产资源日益匮乏的现状，谋求以循环经济、生态经济为指导，坚持可持续发展战略已经成为世界共识，立足保护人类自然资源和生态环境的高度，充分有效地利用丰富的、可再生的生物质资源十分必要。生物质具有多功能、多效益的特点使得生物质能源和生物质利用相关研究具有重要的意义。生物质是多种复杂的高分子有机化合物组成的复合体。其主要化学组成为:纤维素、半纤维素、木质素和小部分的提取物。除此之外，还有少量无机的矿物元素成分:Ca、K、Mg、Fe，它们经生物质热化学转换后，通常以氧化物的形态存在于灰分中。生物质能是可再生的清洁能源，应用生物质能替代煤炭类化石燃料进行烧结，其燃烧产生的CO2参与大气碳循环，加之生物质燃料低疏、低氮的特点，因而可从源头降低烧结CO2、SO2、NOx的产生。生物质燃料燃烧后的灰尘及排放指标比煤低，可实现CO2、SO2降排，减少温室效应，有效地保护生态环境。
5 生产实践阶段性研究分析
为降低烧结成本优化单耗指标及改善排放指标，引进新料种进行阶段性生产实验。引进燃料A焦末典型指标如下：
5．1典型燃料指标
燃料质量（典型值）：
|
项目 |
总水分% |
灰分% |
挥发分% |
固定碳% |
硫% |
发热值 |
|
A焦末 |
14.81 |
14.58 |
2.58 |
82.65 |
1.01 |
5541 |
|
标准 |
≤15 |
≤15 |
|
≥83 |
≤0.8 |
≥5600 |
表中可以看出其总水偏高，灰分偏高，含硫偏高，固定碳偏低，发热值偏低。含硫量及发热值不符合内控标准。
原始粒度（典型值）
|
项目 |
＞10mm |
＜3mm |
＞5mm |
＜1mm |
水分 |
|
A |
0.6% |
88.5% |
|
78.5% |
14.81% |
|
标准 |
|
≥75% |
＜5% |
|
≤15% |
表中可以看出其＜3mm达标偏高， 符合内控标准。
5．2阶段性生产实践数据及重点参数对比
第一阶段使用参数指标对比分析
|
项目
|
燃料质量 |
265生产 |
|||||||||
|
总水分% |
分析水% |
灰分% |
分析挥发分% |
可燃挥发分% |
固定碳% |
硫% |
焦末配比 |
固燃单耗 |
烧结矿FeO |
混匀矿FeO |
|
|
混焦 |
10.4 |
0.48 |
13.51 |
2.08 |
2.42 |
83.99 |
0.98 |
3.6 |
59.81 |
9.44 |
4.96 |
|
A |
12.87 |
0.38 |
14.13 |
2.49 |
2.91 |
83.05 |
0.97 |
3.79 |
65.57 |
9.45 |
5.21 |
|
对比 |
2.47 |
-0.1 |
0.62 |
0.41 |
0.49 |
-0.94 |
0 |
0.19 |
5.75 |
0.01 |
0.25 |
使用期间（燃料结构100%），燃料配比3.79%较之前3.60%升高0.19%；固燃单耗65.57kg/t，较之前59.81kg/t涨幅5.75kg/t。烧结矿FeO控制达标 。仓口指标显示变差，燃料配比、固燃单耗均上升。
|
成品带粒度组成对比 （%） |
||||||||||
|
区间 |
＞40 |
25—40 |
16—25 |
10—16 |
6.3—10 |
5—6.3 |
＜5 |
强度 |
＞16 |
平均粒径 |
|
使用前 |
11.29 |
22.37 |
25.23 |
22.28 |
12.98 |
2.02 |
3.83 |
74.60 |
58.89 |
22.13 |
|
使用后 |
11.69 |
21.82 |
25.55 |
21.57 |
12.97 |
2.13 |
4.25 |
74.74 |
59.07 |
22.14 |
|
对比 |
0.40 |
-0.55 |
0.32 |
-0.71 |
-0.01 |
0.11 |
0.42 |
0.14 |
0.18 |
0.01 |
使用期间，成品带粒度组成对比＜5㎜粒级、强度及平均粒径均上升，有益性较大。
第二阶段使用参数指标对比分析
|
项目
|
燃料质量 |
265生产 |
|||||||||
|
总水分% |
分析水分% |
灰分% |
分析挥发分% |
可燃挥发分% |
固定碳% |
硫% |
焦末配比 |
固燃单耗 |
烧结矿FeO |
混匀矿FeO |
|
|
混焦 |
11.7 |
0.37 |
13.15 |
2.02 |
2.33 |
84.51 |
0.92 |
3.6 |
62.1 |
9.44 |
4.33 |
|
A |
14.82 |
0.76 |
15.24 |
4.69 |
3.39 |
81.87 |
1.12 |
4.04 |
68.54 |
9.26 |
3.65 |
|
对比 |
3.12 |
0.39 |
2.09 |
2.67 |
1.06 |
-2.65 |
0.2 |
0.44 |
6.45 |
-0.18 |
-0.68 |
使用期间（燃料结构100%），燃料配比4.04%较之前3.60%提高0.44%，固燃单耗68.54kg/t较之前62.1kg/t涨幅6.45kg/t，烧结矿FeO控制稳定9.26%较之前9.26%下降0.18%。仓口指标显示变差，燃料配比、固燃单耗均上升。
|
成品带粒度组成对比 （%） |
||||||||||
|
区间 |
＞40 |
25—40 |
16—25 |
10—16 |
6.3—10 |
5—6.3 |
＜5 |
强度 |
＞16 |
平均粒径 |
|
使用前 |
11.02 |
21.48 |
26.17 |
22.04 |
13.70 |
2.11 |
3.48 |
74.57 |
58.67 |
21.91 |
|
使用后 |
11.50 |
21.34 |
25.89 |
22.12 |
13.79 |
2.02 |
3.34 |
74.56 |
58.57 |
20.99 |
|
对比 |
0.48 |
-0.14 |
-0.28 |
0.08 |
0.09 |
-0.09 |
-0.14 |
-0.01 |
-0.10 |
-0.92 |
使用期间，成品带粒度组成对比＜5㎜粒级、强度及平均粒径均下降，＜5㎜粒级下降利于提升成矿率，但强度及平均粒径均下降不利。
5．3对比常规燃料成分指标
|
项目 |
水份 |
灰分 |
挥发分 |
固定碳 |
硫 |
发热量 |
|
标准 |
≤15 |
≤15 |
≤2.5 |
≥83 |
≤0.8 |
≥5600 |
|
煤化 |
12.60 |
13.65 |
2.07 |
84.31 |
0.95 |
5721 |
|
中汇 |
11.82 |
12.82 |
1.97 |
85.20 |
0.86 |
5968 |
|
海燕 |
16.77 |
13.41 |
2.47 |
84.09 |
0.91 |
5477 |
|
黑猫 |
17.49 |
13.52 |
2.50 |
84.05 |
0.93 |
5353 |
|
合力 |
12.02 |
13.40 |
2.13 |
84.42 |
0.87 |
5724 |
|
天津智联 |
15.05 |
14.31 |
2.27 |
83.44 |
1.30 |
5522 |
|
A |
16.45 |
14.82 |
2.93 |
82.21 |
1.06 |
5394 |
指标对比A均较差，水份、挥发分、固定碳、发热量、硫均超出内控标准。
5．5除尘灰指标对比
除尘灰
|
成分 |
P% |
S% |
Pb% |
Cu% |
TiO2% |
MnO% |
K2O% |
Na2O% |
Zn% |
|
使用前 |
0.041 |
0.825 |
2.193 |
0.475 |
0.129 |
0.158 |
13.846 |
2.492 |
0.278 |
|
使用后 |
0.034 |
0.811 |
1.796 |
0.390 |
0.105 |
0.113 |
15.559 |
2.957 |
0.261 |
|
调整期 |
0.033 |
0.940 |
1.811 |
0.351 |
0.085 |
0.087 |
16.522 |
3.058 |
0.254 |
|
对比 |
-0.008 |
0.115 |
-0.382 |
-0.124 |
-0.044 |
-0.071 |
2.676 |
0.566 |
-0.024 |
|
对比 |
-0.001 |
0.129 |
0.015 |
-0.039 |
-0.02 |
-0.026 |
0.963 |
0.101 |
-0.007 |
配料除尘灰
|
成分 |
P% |
S% |
Pb% |
Cu% |
TiO2% |
MnO% |
K2O% |
Na2O% |
Zn% |
|
使用前 |
0.102 |
0.132 |
0.018 |
0.021 |
0.299 |
0.334 |
0.146 |
0.071 |
0.103 |
|
使用后 |
0.077 |
0.180 |
0.021 |
0.021 |
0.214 |
0.229 |
0.260 |
0.054 |
0.118 |
|
调整期 |
0.091 |
0.267 |
0.037 |
0.019 |
0.210 |
0.311 |
0.373 |
0.109 |
0.066 |
|
对比 |
-0.011 |
0.135 |
0.019 |
-0.002 |
-0.089 |
-0.023 |
0.227 |
0.038 |
-0.037 |
|
对比 |
0.014 |
0.087 |
0.016 |
-0.002 |
-0.004 |
0.082 |
0.113 |
0.055 |
-0.052 |
环保排放指标对比，主要取除尘灰样进行对比，A使用期间S、K2O、Na2O均较使用前后升高。
结论：
1、A焦末原始粒度＜3mm占比达到88%，属于超细焦末，在烧结机使用可不用破碎，其水份、挥发分、固定碳、发热量、硫均超出内控标准，指标较常规差。
2、使用期间，燃料配比提高0.19-0.4%、固燃单耗升高5.75-6.45kg/t。
3、鉴于以上原因停止使用A焦末，优化配比及降低成本单耗还需继续寻找新资源引进研究生产对比。
6 结语
根据市场变化及我厂生产实践引进新型烧结燃料料种优化工艺是降低烧结成本优化单耗指标的重要措施。
引进新型烧结燃料料种必须全面考虑燃料充分指标及市场变化单价，提升采购及计量体系管理。
燃料分加技术应用试验表明，燃料分加技术可以提高烧结机利用系数3%～8%，燃料消耗降低0.5～1kg/t。但燃料分加技术要充分考虑燃料分加比例、配合熔剂分加、燃料粒度等影响。工艺设备安装实施，实际现场局限可行性还需继续探讨论证。
新工艺引进研究要结合实际生产综合考虑，生产过程参数变化及流程变更指标变化。
生物质燃料使用，可实现CO2、SO2降排，减少温室效应，有效地保护生态环境。重工业污染物的排放必将导致能源转型，其中生物质能源扮演着重要的角色，经济效益和社会效益还需继续研究探索。
参考文献
[1] 纪占武，郑文范．关于发展生物能源化解能源危机的思考［J］．东北大学学报(社会科学版).
[2] 周师庸，赵俊国．炼焦煤性质与高炉焦炭质量［M］．北京:冶金工业出版社.
[3] 依卓．烧结过程添加部分生物质燃料的实验研究［D］．鞍山:辽宁科技大学.