铁矿粉烧结生产与节能降耗

    关键词：烧结矿   节能   可持续发展

    钢铁行业是原材料工业，是国家实现工业化和现代化的基础，它发展的质量与水平，直接关系到国家经济发展、国防现代化建设和人民生活水平的提高。

    目前我国钢铁工业有了很大发展，已是世界上产钢第一大国，并在一些方面形成较大优势，但还称不上是钢铁强国。目前遇到的主要问题一方面是钢材的品种、质量和使用性能不完全满足现代化建设的需求，另一方面是资源、能源短缺和环境保护方面严重制约。

    发展循环经济是钢铁企业可持续发展的必由之路。

    循环经济是按生态规律推进物质运行的一种方式，它以资源高效应用和循环利用为核心“以减量化、再利用、资源化”为原则，以低能耗、低排放、高效率为基本特征。

    随着我国国民经济的发展和钢铁工业的不断进步，越来越多的钢铁企业深刻地感受到钢铁企业发展循环经济是一种创新发展、节约发展、清洁发展，是全面落实科学发展观，加快结构调整和技术升级．转变增长方式，走可持续发展的必由之路。

    按照发展循环经济理念，应注重资源高效利用，进一步优化现有生产工艺技术流程，提高装备水平，充分发挥钢铁冶炼过程中的资源利用和二次能源回收率和能源转化率。主要包括提高资源回收利用效率，如铁矿石、能源、水资源等，促进钢铁企业向资源节约型企业迈进；提高环境保护水平，钢铁企业污染物减排、无害化处理，促进钢铁企业向环境友好型企业迈进。

    炼铁系统的节能降耗在钢铁工业中的意义重大。2006年钢铁行业耗能总量约占全国耗能总量的15％。吨铁产生1．5 t CO₂。约320 kg／t炉渣，15。50 kg／，t粉尘。炼铁系统要承担钢铁联合企业节能减排的重任。从十大钢铁公司能源消耗流向和节能情况看为：铁前工序占70．6％，其中焦化工序占6．0％、烧结工序占10．1％、球团工序占0．6％、炼铁工序占53．9％。与2005年相比，2006年节能工作取得一定进展，炼铁工序能耗433 kgce／t，下降1 l kgce／t；焦化工序能耗127 kgce／t，下降6 kgce／t；烧结工序能耗63 kgce／t，下降l kgce／t；球团工序能耗39 kgce／t，下降4 kgce／t。

    虽然炼铁系统的节能降耗取得一定成绩，但我国钢铁工业能耗与国际先进水平相差10％～15％，“十一五”期间钢铁工业能耗要降低6％～8％，铁前工序能耗仍需要不断降低。

    对于目前炼铁系统的节能降耗，需要进行以下几个方面的工作：贯彻精料方针，提高喷煤比；优化高炉操作技术；生产技术装备实现大型化和高效化。

其中关键是贯彻精料方针：不仅仅是提高烧结矿、球团矿的强度，同时要改善烧结矿和球团矿的还原性，发展间接还原，提高煤气的利用率，达到降低高炉燃料消耗的目的；另一方面是改善烧结矿和球团矿的高温性能，进一步提高软化和熔融温度，降低软熔带的位置，使得间接还原时间延长，从而提高煤气的利用率，达到进一步降低燃耗的作用。同时需要不断提高焦炭的质量。

2  烧结生产的节能降耗

    烧结系统的节能降耗包括几方面的工作，一是不断提高烧结矿质量，为高炉炼铁降低能耗创造良好的条件，实现铁前系统总能耗的降低；另一方面是烧结系统本身的节能降耗。同时要求烧结装备的大型化。

2．1高质量烧结矿

    根据高炉炼铁要求，烧结矿应具有含铁品位高、有害杂质少、强度好、粒度均匀，冶金性能还原性好，低温还原粉化率低及良好的软化和熔滴性能，高质量烧结矿即高品位、高强度、高还原性、良好的高温冶金性能的烧结矿。

2．1．1  高品位烧结矿

    烧结矿品位的提高，有利于提高高炉入炉品位，改善炉料还原性，减少高炉渣量，改善高炉透气和透液性，有利于高炉节焦和提高经济效益。人炉品位增加l％，焦比降低0．8％～1．2％，产量增加1．2％～1．6％。吨铁渣量减少30 kg，允许高炉增加喷吹煤粉15 kg／t。

    高品位烧结矿的生产技术是基于铁酸钙固结理论。

    高品位烧结矿的生产过程中，所面临的问题是由于烧结矿品位的提高，粘结相数量的减少，烧结矿的强度将受到一定的影响。矿物组成粘结相以铁酸钙矿物为主，由针状铁酸钙粘结部分残留赤铁矿组成的非均质烧结矿结构，未参加反应的部分残留赤铁矿可以作为粘结相的核心骨架，有效的提高基体的机械强度，矿物结构为熔蚀交织结构，部分熔蚀或交织结构无论是改善烧结矿还原性和烧结矿强度都是最佳的。可以有效的解决高品位烧结矿的强度问题，具有优良的还原特性，且具有令人满意的低温还原粉化特性和高温软熔性能。

    发展高品位烧结矿生产技术包括：结合铁矿石高温烧结性能的合理优化配矿技术；强化制粒厚料层低温烧结等。结合铁矿石高温烧结性能的合理优化配矿技术是在充分了解和把握国内外铁矿资源及铁矿石在烧结过程中所呈现出的高温物理化学性质的基础上，如表现在铁矿石与CaO的开始反应温度、生成铁酸钙的能力；生成液相粘结周围物料的能力，生成的粘结相强度、未矿化矿石的结晶强度等，建立优化配矿系统，既能根据烧结配矿预测烧结矿质量，又能根据质量等要求产生优化的烧结配矿方案。

2．1．2高强度烧结矿

    烧结矿强度的提高同样有利于高炉炼铁的节能降耗。烧结矿强度低，<5 mm的比例增加1％，高炉炼铁焦比增加0．5％，产量下降0．5％～1％。因此对于烧结矿强度——转鼓指数要求(>6．3 mm)75％～80％。

    高强度烧结矿生产技术同样是基于铁酸钙固结理论的优化配矿、合理的燃料配加量和粒度、强化制粒厚料层低温烧结。

    对于合理的燃料配加量，既要保证烧结过程有足够的高温热量，同时避免过高的燃料配加量造成燃烧带过宽，料层透气性下降，氧化性气氛减弱而使得烧结矿的矿物组成和矿物结构变差。燃料质量上，不仅要考虑具有高的有效成分，同时在粒度上一方面需要减少大颗粒的比例，同时要避免过粉碎，烧结过程中<0．5 mm的燃料由于燃烧速度快，持续时间短，对烧结矿的固结作用较小。根据烧结过程中燃料燃烧限制性环节的分析，扩散环节是限制性环节，燃料配加方式采用部分燃料分加或结合熔剂分加，既可以改善燃料燃烧条件，发挥燃料燃烧效率，同时结合熔剂分加可避免燃料迁移和改善烧结矿的固结。

2．1．3高还原性烧结矿

    烧结矿的还原性是用还原气体从铁矿石中排除与铁结合的氧的难易程度的一种量度，是铁矿石冶金性能的重要质量指标。提高烧结矿的还原性，发展间接还原，降低直接还原度，对于提高炼铁经济效益、降低高炉焦比，节约能源具有重要的现实意义。直接还原度增加10％，焦比增加8％。9％，产量下降8％～9％。

    影响烧结矿还原性的因素包括：烧结矿的矿物组成；烧结矿的宏观结构；烧结矿的微观结构等三个方面。从工艺措施上看获得高还原性烧结矿的必要条件是高碱度烧结矿、适宜的燃料配加量、优化配矿等，以此来生产高品位烧结矿，得到良好的烧结矿矿物组成及优良的宏观结构。

    烧结矿的还原不仅仅是中温还原，还包括高温还原。高温条件下，烧结矿将发生软化，同时高炉内还原气氛将发生变化，高温条件下烧结矿的还原性将与中温900℃还原有较大的不同。高温条件下，提高烧结矿的软化开始温度的因素，将使得烧结矿在较高的温度下保持块状，同时还原的动力学条件不会恶化，有利于改善烧结矿的高温还原性。提高烧结矿开始软化温度对改善烧结矿高温性能是必要的。

    关注金属化烧结矿的研究和应用。金属化烧结矿的应用，一方面大大提高高炉生产效率，同时有利于降低焦比，降低能耗和资源合理利用。金属化烧结的研究和应用需要在防止烧结过程中再氧化、优化制粒参数、颗粒外裹层性质与选择、燃料配加量、粒度等多方面进行深入研究。

    高质量烧结矿的获得，将对高炉炼铁的节能降耗产生积极的影响。

2．2烧结过程的节能降耗

    烧结过程的节能降耗主要包括几个方面：降低固体燃料消耗、烧结的余热回收利用、降低电耗。

2．2．1  降低固体燃料消耗

    烧结过程就是通过燃料燃烧产生热量，混合料在高温作用下发生一系列的物理、化学变化，部分散料熔化生成液相，冷却后粘结周围物料，最终固结生成烧结矿。烧结是液相粘结的固结过程。固体燃料提供的热量占烧结总热量的90％以上。从节能降耗的角度出发，在保证烧结矿固结和质量的前提下，降低固体燃料消耗具有重要的意义。

    降低固体燃料消耗的技术措施主要包括：厚料层(超高料层>800 mm)低温烧结技术；富氧烧结和热风烧结；烧结合理优化配矿技术；合理的燃料粒度控制。

    厚料层烧结可充分利用烧结的自动蓄热作用，降低固体燃料消耗。国内烧结行业的料层厚度由400 mm以下逐步提高到目前700 mm左右，甚至更高。随着料层高度的增加，“自动蓄热”作用加强。料层为180～220 mm时，蓄热占燃烧带总收入的35％左右；而料层为400 mm以上时，蓄热占燃烧带总收入的50％左右。料层厚度每增加10 mm，可降低工序能耗约0．2 kg／t。超过800 mm超高料层的烧结正受到行业的重视，并在不断的深人研究。

    低温烧结技术，使得烧结矿在1230～1280℃的烧结温度下烧结，烧结矿的矿物组成和矿物结构得到改善，形成有效的固结，烧结矿质量提高，同时降低烧结过程的固体燃料消耗。其原理是有效地利用厚料层烧结过程中的自动蓄热作用，降低燃料配加量，加强烧结过程中氧化性气氛。

    厚料层低温烧结配套相关技术包括：强化制粒与预制粒烧结、配加生石灰、预热混合料、新型布料装置、燃料分加技术等。强化制粒与预制粒烧结主要目的是改善烧结料层透气性。影响烧结混合料强化制粒的因素是多方面的，包括原料因素、添加剂、水分、圆筒混合机充填率、转速、倾角、长度等工艺和设备因素。配加生石灰、预热混合料目的是减少过湿带的影响。新型布料装置，使得烧结料层沿高度方向燃料分布偏析，沿料层高度方向自上而下减少燃料用量，使烧结料层从上到下保持稳定的高温，达到均热烧结的目的，从而提高产量、改善质量和低耗。燃料分加技术的作用是改善燃料燃烧的动力学条件，发挥燃料燃烧和热量利用效率。

    富氧烧结和热风烧结降低固体燃料消耗：通过富氧烧结，一方面可以充分改善燃料燃烧的动力学条件，发挥燃料的燃烧效率，提供充足的高温热量，满足烧结矿的固结；另一方面加强烧结过程的氧化性气氛，为形成优质的铁酸钙粘结相创造条件，改善烧结矿质量，提高成品率，降低固体燃料消耗。热风烧结，提供部分热量，一方面改善表层烧结矿质量，另一方面提供的热量减少燃料消耗。

    烧结合理优化配矿技术：一方面通过优化配矿，控制粘结相数量和质量，生产以优质铁酸钙为主要粘结相固结的非均质烧结矿，避免烧结过熔和质量差的粘结相的生成，达到降低固体燃耗的目的。

2．2．2烧结的余热回收利用

    通常在烧结工序热量消耗中，排放到大气中的废气显热占总热耗的51％。因此，回收冷却机、烧结废气带走的显热对降低烧结能耗具有重要价值。烧结的余热回收利用主要技术措施包括：热风烧结；废热回收；余热发电等。

    热风烧结：将烧结冷却机一、二段冷却热废气通过除尘后返回应用到烧结机的点火炉、保温炉及保温罩，进行热风点火和热风保温烧结，降低点火煤气消耗折合工序能耗约0．4 kg／t。

    废热回收：将烧结冷却机一、二段冷却热废气通过除尘后应用到锅炉系统，产生低压蒸汽并应用，为烧结生产节能降耗的有效措施之一，回收蒸汽量40 k/t～70 k/t，回收的蒸汽用于烧结混合料的预热等。或将热废气预热点火助燃空气与煤气，达到降低点火气体燃料消耗的目的。

    余热发电：利用烧结矿冷却的高温热废气发电，马钢、济钢等烧结厂分别采用热废气发电技术，济钢烧结废气发电达到11kW·h／t矿。

2．2．3降低电耗

    烧结主抽风机是烧结电耗的关键，降低烧结电耗的技术措施是烧结机漏风的治理。烧结机漏风使得烧结有效风量减少，风机电流增加，电耗上升。开发降低烧结系统阻损和漏风的技术，漏风率争取由目前的55％～65％降至40％～45％，对于电耗的降低

和产量的提高具有重要的意义。

2．3淘汰落后设备。实现装备大型化

    设备大型化是烧结设备发展的主要特征，烧结装备大型化具有可以应用各种先进的节能降耗的工艺技术措施和手段，提高设备自动化水平的优势，有利于烧结矿质量的提高，技术经济指标的改善，达到节能降耗和环保的先进水平。  “十五”期间，我国300 m。以上烧结机共增加了13台，有利地促进了烧结的能耗降低。烧结固体燃料消耗从59 kg／t降低到53 kg／t，烧结工序能耗由68．71kgce／t降低到64．83 kgce／t，减少了3．88 kgce／t。

3  结  论

    烧结生产不仅仅关系到烧结工序节能降耗，同时密切影响炼铁工序的能耗降低，从而对钢铁工业的发展起到重要作用，必须要高度重视。结合理论采取先进的生产工艺手段、技术措施和装备，不断发展与创新，促进烧结行业的进步是每个烧结工作者的责任，同时也是行业可持续发展的必由之路。