马钢一铁烧结系统降低固体燃耗的技术措施

关键词  烧结  固体燃耗降低技术措施

1前言

    节能降耗已成为当今社会的共识，更是国家“十一五”规划中“约束性指标”之一，实现能耗的根本性降低，意义重大而且深远，对于资源消耗极高的钢铁行业来说尤其如此。烧结工序能耗在整个钢铁生产中约占8％，而烧结固体燃耗占了烧结工序能耗的75—80％，所以，实现烧结固体燃耗的降低显得极其重要。

    近几年来，马钢一铁在烧结工艺装备较为落后的基础上，坚持技术创新，进行了一系列具有自主理念的系统性攻关和实践，在提升产能的同时，实现了烧结能耗实质性的新跨越。工序能耗由2003年66kg(标煤)／t(干基)下降到2006年的50kg(标煤)／t(干基)，烧结固体燃耗则由54．2kg(标煤)／t(干基)下降到目前的39kg(标煤)／t(干基)，这种指标在国内目前处于领先水平。

2一铁烧结系统固体燃耗降低的技术措施

2．1优化烧结料的配制水平

2．1．1增设了混匀料场

    基于全局性的统筹安排，公司供给一铁总厂的烧结含铁原料较之二铁总厂，具有品种杂、粒度不均、成份波动大和料种更换频繁的特点，其中不乏钢渣、炼钢污泥、高炉灰等工业废弃物，品种多达十余个。这一原料条件的直接结果是，烧结矿化学成分波动大，烧结过程和性能不稳定，而且煤单耗居高不下。

    针对这一现状，马钢投资兴建了一个小型混匀料场，将料种小、成份波动大、粒度不均、烧结性能较差的含铁原料，集中到混匀料场，进行混匀处理，处理量占含铁总量的50％以上。这一原料工艺，一方面使得含铁原料的成份波动大幅度降低，其中SiO₂波动值减小到±0．2以内，TFe波动值稳定到±0．5以内，另一方面，使烧结性能具有互补性的含铁原料集中在一起，进行了混匀处理，这大大优化了原料结构，提升了原料的综合烧结性能，对降低烧结能耗、改善烧结质量都起到了极大的支撑作用。实践表明，桃精、铁皮等含铁原

料，当直接进行配料烧结时，烧结性能极差，能耗、产量以及质量等各项指标都会出现明显的恶化现象，但倘若将其先进行混匀造堆，与烧粉、姑粉等含铁原料配合使用，那些不良现象会明显消除，烧结性能优良。

2．1．2合理配制了工业副产品，变废为宝

    一铁烧结系统使用的工业副产品主要有氧化铁皮、钢渣、炼钢污泥以及高炉灰等，由于以前认识不深刻，总认为这些物料对烧结有百害无一利。其实，一铁的生产实践表明，只要使用得当，这些工业副产品不仅于生产无害，而且是些“优良”的物料，对降低成本和节能降耗大有裨益。氧化铁皮的主要成分是FeO，在烧结过程中氧化可放出大量的热能，研究表明，每配人1％，可节约固体燃耗0．38Kgec／t，但其使用前提一是全料比不宜超过8％，二是要与其它相关物料进行混匀造堆，以混匀矿的方式进行配用。又比如钢渣，它是一种

低熔点化合物，在烧结料中配入一定比例后，可增加烧结过程液相生成量，提高烧结矿的实物强度和成品率，降低固体燃耗，它的使用前提一是粒度不宜粗，<3mm粒级最好达到85％以上，二是全料比不得高于3％，且须参与混匀造堆。高炉灰由于其本身含有固定碳，所以它的使用对降低煤耗有直接的显性作用，同时在湿基下它又具有一定的粘性，对造球有益，但其使用前提一是必须来料干燥，二是使用全料比不宜超过8％，要均衡使用。

2．1．3采用了自动配料技术-

    在混匀料场一次造堆和内仓全料比配料工序，我们都采用了抗干扰型微机自动控制补偿配料技术。该技术实现了微机系统自动控制各种原料的配加，大大提高了物料实物下料量的稳定性，使含铁原料下料量误差控制到了20．3kg／m范围之内，熔、燃剂的下料误差则缩小到了40．05kg／m范围以内。这确保了配料“量”的持续、稳定和均衡，特别为烧结机的“水碳”稳定提供了可靠的保证。

2．2遵循系统平衡原则。取消热返矿工艺

    马钢一铁先前共有三台75m²烧结机，存在热返矿工艺。基于马钢形势发展的需要，烧结产能必须大幅度提升，但受资金和场地的制约，只能走挖潜式技术改造之路。在充分调研的基础上，马钢一铁坚持“系统平衡”的原则，实行了“取消热筛工艺延长烧结机”的改造，这在客观上优化了系统，实现了烧结能耗的大幅度降低。

    烧结热返矿的存在，虽然可以提高料温，减轻冷却机的负荷，但其负面影响，却较为剧烈。一方面，热返矿由于其高温特性，注定了它对混合料造球起破坏作用，造成小球的热塑性和热稳定性较差，从而对料层的原始透气性不利；另一方面，由于热返矿的存在，烧结系统的水、炭稳定性较差，波动较为剧烈，极易形成系统的恶性循环。加之，热筛设备可靠性较差，故障率较高，对烧结系统生产的稳定性不利。

    马钢一铁在取消热筛过程中，按照“动力平衡、热量平衡、物流平衡”的原则，在理念和改造行为上有意识追求了新系统的平衡，实现系统优化，这不仅弥补了无热返矿工艺的不足，而且将冷返矿工艺的优势潜力得以发挥。改造后的实践证明，按照系统平衡原则取消热返矿工艺后，烧结系统的内部返矿比率由先前30—40％的水平，下降到目前l0一15％的水平，整个烧结系统呈现了良性循环状态，水炭稳定性提高，料层透气性得到改善，系统的稳定水平显著提升，这为降低烧结固体燃耗奠定了坚实的基础。

2．3  改善烧结动力学条件，优化烧结过程

    烧结过程中，燃烧动力学和气体动力学行为的优劣，对烧结能耗的高低有着深远的影响。根据燃烧动力学和气体动力学的运行规律和特性，马钢一铁从改善固体燃料的热工制度和气体的运行条件人手，有意识做了以下四个方面的工作。

2．3．1  优化固体燃料的粒级组成及其赋存状态

    1)优化固体燃料的粒级组成

    有研究表明，煤粉粒度过粗时，台车料层中燃料分布不均，大颗粒易集中在料层下部，加上料层的蓄热作用，使下层热量大于上层，温度过高，产生过熔现象，料层阻力增大，恶化了烧结矿还原性；燃料粒度过细时，燃烧速度过快，燃烧带变窄，高温时间较短，降低烧结矿的强度和成品率。当富粉率较高和含铁料粒度较粗时，煤粉粒级不宜太细，这时最适宜的粒级一要均匀，二要着力追求l～3mm的粒级范畴。

    一铁总厂富粉率达70％以上，含铁料3—8mm粒级所占比例相对较大。基于此，一铁总厂将先前丝杆调整式四辊破碎机(φ900×700)升级改造为大型液压式四辊破碎机(φ1200×900)，这不仅使得过粉碎现象得到有效消除，而且粒级组成的均匀程度明显改善。新设备应用后，我们就煤粉粒级与烧结过程做了线性回归试验，找出了现今条件下烧结所需的适宜煤粉粒级，1～3mm的粒级比率由21％上升到27．81％，适应7燃烧动力学对燃料粒级的要求；

    2)改善煤粉在料层中的赋存状态

    固体燃料在台车三维空间的分布状态，将直接影响其燃烧行为和热能的利用效率。为了达到燃料在台车上横向均匀分布和垂直递减分布的目的，我们一方面增设了一段混合机，采用三段式混合，提高燃料在烧结料中的均匀程度，另一方面，设置了新型可调式九辊布料器，优化了布料。

2．3．2提高烧结料的原始透气性

    1)改善混合料硅钙水平

    根据现实情况，将生石灰配比由先前3％的水平，提高到4．5％的水平，烧结矿碱度由1．80提高到2．15左右。碱度的提高，同时实现了SiO₂的降低和CaO的提高，CaO含量由9．5％提高到10．5％的水平，SiO₂含量由5．2％降低到4．8％左右。混合料中CaO的相对增加，不仅对制粒效果起到积极的作用，而且混合料中低熔点化合物量相应增加，这为降低燃烧带的温度创造了良好的条件，另一方面也更有利于易还原的CaO·Fe₂O₃的生成，阻碍了还原性差的FeO·SiO₂ 生成，从而有利于FeO的减少。根据生产实践，FeO由当初8．8％的水平下降到现在的7．5％。而FeO的降低，相应减少了燃料的消耗，同时又为厚料层烧结奠定了基础，产生了良性互动。

    2)改善混合料造球和布料工艺

    鉴于生石灰配比提高和造球时间不充分，根据现场工艺布局，在先前两段混合的基础上，又增添了一段混合机，实行三段混合，使混合时间由先前的5分钟，提高到现在的9分钟。这不仅增强了造球时间，改善了烧结料化学成份的均匀程度，而且为生石灰的充分消化创造了有利的条件。改造后，烧结料中大于3 mm的粒级比率增加了11．93％，造球效果明显改观。

    混合料在台车内偏析虽然有利于改善原始料层透气性，但过分的物料偏析又会促使烧结过程中能量在台车三维空间分布不均，烧结过程微观和宏观的物化反应不能趋于均衡，所以在一定程度上反而不利于烧结。是故，如何平衡把握好物料偏析和均匀布料之间的关系，对于烧结过程尤为重要。基于此，我们研制了一种新型可调式九辊布料器，代替了先前的反射板。这种布料器，其倾角和辊速可调，通过相关参数的调整，可寻找到物料偏析和布料均匀的最佳结合点。加之，有梭式布料器与之相配套，弱化边缘效应，所以实现了布料效果的理想化。

2．3．3提高烧结料的热态透气性

    在烧结过程中，料层的透气性是不断变化的，烧结过程透气性同烧结过程中各层的变化有很大的关系，

垂直烧结速度主要取决于过程进行中的透气性。有基于此，我们采取了以下措施。

    1)提升烧结点火效果。针对先前点火器点火效果较差的状况，我们改先前多缝式直线点火器为弧形低

温点火器，它保证了垂直烧结速度沿台车宽度方向均匀，改善了料层透气性，减少了煤气消耗量和球体的破

裂。在1号风箱，我们设置了自行研制的扇形电动翻板，根据需要，可以调控翻板位置，将对应风箱的负压控

制到很小，实现点火器炉膛内的微负压。同时，将点火器保温段由先前4m延长至6m，并将环冷机的余热无

动力回收送至保温段炉膛。

    2)削弱过湿带。热返矿取消后，料温不足的矛盾就凸显出来了。为了平衡热量损失，减少过湿带，采取的措施主要有：在大矿槽环内壁一周三分之一高度处，设置20个蒸汽喷头，实现蒸汽预热；提高生石灰的配比，充分利用生石灰的消化热能提高料温；在点火器前增设预热火嘴，对烧结料进行预热；同时收集环冷机余热对混合料实行预热。

    3)实行厚料层低水低碳操作制度。基于实践操作的探索，将烧结料的水份控制到了6．8％左右，FeO考核标准降到7．3％的水平，燃料配比控制到3．5％左右。这些操作制度，再加上削弱过湿带的一些措施，就为实现厚料层烧结创造了条件，最终使料层达到了680mm以上的水平，从而实现了降低固体燃耗的目的。

2．3．4提高风量资源的利用率

    烧结料层中气流的分布及其有效性，直接关系着气体动力学行为的优劣，影响到烧结能耗和产质量的高低。为了改善烧结过程气体动力学条件，我们进行了如下技术改造。

    1)减少烧结机有害漏风。针对烧结机有害漏风高的状况，我们在烧结机头尾部，采用了呈封闭式盒状密封板，密封面由j块交错安装的密封板组成，在其两面，采用了耐高温橡胶制成的中空管作弹性缓冲，使密封板与台车底部呈粘着状接触，形成动态的面密封。在台车滑板与风箱固定滑板部位，于台车密封槽内安装了密封橡胶条，橡胶条呈特殊迷宫形状，形成5个密封区，台车挤压使橡胶变形形成动态密封。这一技术，使烧结机有害漏风率减少了9％以上。

    2)优化风力资源的分布。根据烧结过程气流和负压分布的规律，取消了部分风箱间隔板，采用全屏阻流器自动调节风量分布，机头机尾两个风箱采用电动翻板，并缩小其抽风截面口径，其中1号风箱翻板改为扇形翻板，中间风箱的手动翻板予以拆除，以减小抽风阻力。

    3)遏制烧结机边缘效应。主要措施有：强化了布料效果(前文已述)；采用弧形点火器，实现了台车中部与边缘不同步点火，但最终同步烧结的目的；根据原台车的实际构造，在不改变有效抽风面积的前提下，将台车宽度由2500mm增宽到2756mm，使台车边缘形成一定的抽风盲角，从而削弱边缘效应。

2．4推行先进适宜的操作法

    根据取消热筛后的烧结工艺，结合长期积累的实际操作经验，一铁提炼并推行了一套适宜的烧结生产操作法，即“一控二定三稳四适宜”标准化操作法则。

    一控是指烧结终点控制要准确。15#风箱温度为350±30℃，14#风箱温度较15#风箱低35—40℃，16#风箱温度较15#风箱低25—30℃；机尾红火层厚约为150一200mm，篦条轻度发红。

    二定是指以负压定料层，以总管温度定机速。以负压定料层指必须以料层的调整来稳定负压，保证碳粒燃烧所需要的氧化性气氛。以总管温度定机速是指根据废气温度高低及尾部三个风箱温度之差来控制机速。

    三稳是指稳定料流、稳定水炭和稳定烧结过程。为了达到“三稳”，规定当班要追求零次缓料，零次变料，大矿槽料位必须稳定在1／2—1／3之间，返矿槽吨位≤50吨；δ水≤0．25，δ碳≤0．10；总管温度和负压曲线要直线化，烧结终点位置要稳定，三米圆盘给料机转速及返矿配加皮带转速只能微调。

    四适宜是指：水碳适宜、料层适宜、机速适宜和调整适宜，并对适宜的标准进行了量化。水炭、料层和机速要与料种俱变、与班原则，即交接班时，必须达到“水炭稳定，返矿平衡，料流正常，料层适宜，机速微调，季节俱变、与气候俱变，要将过量调整与微量调整有机结合起来。

    推行先进操作法时，还特别制订了交接矿槽一半，平稳过渡”。针对上述法则，将诸多参数进行了量化，形成检查制度，并纳人经济责任制进行考核。

3  效益评价

    近几年来，马钢一铁烧结系统通过推进技术进步，实现了烧结矿产量、质量及能耗指标的同步提升，其中工序能耗下降了16kg(标煤)／t，煤单耗降低了15．2 kg(标煤)／t，电单耗则下降了2kwh／t。2006年，三台烧结机计生产烧结矿4015039吨，较改造前，仅固体燃耗降低带来的降本效益就达：4015039 * 15．2 * 680／1000＝4149．9万元。2007年1—9月份，固体燃耗指标仍然保持了这一先进性，有些月份甚至达到了36 kg(标煤)／t的水平。

4  结语

马钢一铁将技术进步与节能降耗紧密结合起来，在优化生产的同时，实现了烧结能耗大幅度降低，其指标达到了国内一流水平，产生了显著的经济效益和社会效益。其成功经验在于：

    1)注重原料配制技术的提升，基于现有资源，优化配矿方案，追求“精料”烧结。

    2)运用系统平衡理念，取消了热返矿工艺，优化了烧结系统内部物流循环。

    3)基于改善烧结过程动力学条件，有选择性地汲取了各类烧结技术之长，进行了系统性优化改造。

    4)融节能降耗于技术进步之中，相得益彰。