韓明  苗書磊  鄭和璆

摘要：厚料層燒結(jié)技術(shù)因其降低燒結(jié)固體燃耗，改善燒結(jié)礦質(zhì)量的優(yōu)勢已得到業(yè)內(nèi)普遍認可，目前某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機料層厚度已達到900mm（即超厚料層），但通過生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)：當(dāng)料層厚度達到900mm時，料層透氣性急劇惡化，利用系數(shù)降低；同時隨著料層增加，自動蓄熱加強，料層上部熱量不足，下部熱量富余，不均質(zhì)燒結(jié)加劇，燒結(jié)礦質(zhì)量變差。因此如何改善燒結(jié)料層透氣性和均質(zhì)性成為制約超厚料層燒結(jié)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。基于此本文提出一種柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)，以此改善超厚料層透氣性和溫度場均質(zhì)性，達到提質(zhì)、降本的優(yōu)良效果。

關(guān)鍵字：超厚料層；柔性支撐；均質(zhì)燒結(jié) ；降本增效

1  前言

燒結(jié)工藝的本質(zhì)是混合料中部分物料熔融產(chǎn)生液相粘結(jié)周圍未熔礦物而生成燒結(jié)礦，從微觀結(jié)構(gòu)層面來說其是非均質(zhì)的，但我們宏觀希望燒結(jié)礦成分、性能是均質(zhì)的，但隨著料層厚度的增加，燒結(jié)礦沿料層高度方向不均質(zhì)性加劇，一是由于料層蓄熱能力加強，料層上部與下部熱量差異增強；二是隨著料層厚度增加，布料不合理偏析加劇，大顆粒物料向臺車兩側(cè)與底部聚集，造成兩側(cè)燒結(jié)速度過快，下部熱量過剩。龍紅明^[1]等在850mm料層厚度下對燒結(jié)礦沿臺車高度方向進行分層取樣研究發(fā)現(xiàn)：燒結(jié)礦上中下層成分、性能差異較大， FeO含量、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、平均粒級呈下層＞中層＞上層分布，堿度則相反呈遞減分布。某鋼鐵企業(yè)通過強化制粒、偏析布料，提高混合料溫度、降低邊緣效應(yīng)等措施，燒結(jié)機料層已穩(wěn)定達到900mm，如何在超厚料層狀態(tài)下進一步改善燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量成為某鋼鐵企業(yè)目前亟需解決的問題。

2  超厚料層燒結(jié)技術(shù)探索

某鋼鐵企業(yè)超厚料層前后燒結(jié)機過程參數(shù)及指標詳見表1、表2。

表1超厚料層前后燒結(jié)機過程參數(shù)

從表1看出：超厚料層后，燒結(jié)機機速降對比之前降低20%，大煙道溫度升高6℃，負壓升高5%，主要因為料層提高后，燒結(jié)料層透氣性惡化，燒結(jié)速度降低，負壓升高。

表2超厚料層前后燒結(jié)機指標參數(shù)

從表2看出：超厚料層后，燒結(jié)機利用系數(shù)對比之前降低6%，固體燃耗降低7%；5-10mm粒級降低1.32%，內(nèi)返率降低0.24%，質(zhì)量指標整體得到改善；但轉(zhuǎn)鼓指數(shù)對比超厚料層之前略微下降，推測可能因為燒結(jié)礦亞鐵降低，和預(yù)混料變料后硅降低所致。

通過超厚料層前后數(shù)據(jù)可以得出：超厚料層技術(shù)的實施對燒結(jié)礦粒級和內(nèi)返率得到改善，并因其蓄熱能力的提升大幅度降低固體燃料的消耗；但超厚料層技術(shù)降低了燒結(jié)機利用系數(shù)，造成燒結(jié)礦產(chǎn)量降低，主要因為隨著料層的增加，在主抽風(fēng)機作用下，抽風(fēng)的阻力增加，燒結(jié)過程負壓升高，導(dǎo)致燒結(jié)垂直燃燒速度下降，利用系數(shù)降低。且隨著料層自動蓄熱能力的加強，造成燃燒帶厚度增加，料層熱帶透氣性變差，燒結(jié)速度下降，并且由于邊緣效應(yīng)及料層收縮使燃燒帶呈倒凹形即兩側(cè)燃燒帶移動速度快，中間燃燒帶移動速度慢，造成燒結(jié)礦整體不均質(zhì)程度加劇。

綜合以上，本文提出一種柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)，旨在通過此項技術(shù)改善超厚料層條件下料層透氣性及燒結(jié)礦均質(zhì)性問題。

3  實驗研究

3.1  實驗原理與條件

3.1.1  實驗原理

柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)的關(guān)鍵在于料柱原料的選取及定型。首先，制作料柱的原料本身具有良好的透氣性，它不含固體碳，又有一定的熱態(tài)強度，當(dāng)燒結(jié)礦帶到達料柱上部時，其對料層下部產(chǎn)生作用力時能首先在其表面產(chǎn)生抵抗力，使料柱上部収縮減慢，同時使料柱下部承受荷重減弱，透氣性得到改善，燃燒帶減薄^[2-4]，燒結(jié)垂直速度得到提高。其次，料柱本身原料成分與預(yù)計的燒結(jié)礦成分一致，對燒結(jié)礦成分沒有負作用。再有，制作料柱的原料含低熔點礦物，易被液相熔蝕，在燒結(jié)過程中絕大部分會被液相熔蝕變成燒結(jié)礦，不影響燒結(jié)礦成品率。最后，使用料柱之后改變了料層固結(jié)方向，使料層向下的熱量分散，同時加快了中部高溫區(qū)的傳熱速度，使臺車本體中下部高溫水平降低，減輕臺車型變，及篦條燒損。

圖1  柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)原理示意圖

3.1.2實驗條件及檢測內(nèi)容

實驗條件：實驗用燒結(jié)杯內(nèi)徑300mm，料層厚度800mm，點火負壓5KPa,點火溫度1150±50℃，點火時間150S；混合料水分中心值按照7.0%控制；燒結(jié)礦按照亞鐵中值12.5%；MgO中值2.8%；二元堿度0.65倍控制。

檢測內(nèi)容：工藝過程參數(shù)、成品礦粒級、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、RDI、RI。

3.2  實驗設(shè)計方案與原料

3.2.1  實驗設(shè)計方案

    具體實驗方案如表1所示。

表3實驗方案

備注：實驗方案按照料柱體積占比進行調(diào)節(jié)制定，方案1為本次試驗的基礎(chǔ)杯；料柱稱重（試驗前先裝至設(shè)計高度，然后稱重，單獨存放）、燒結(jié)餅單齒輥破碎前鑿開截面觀察料柱熔蝕情況。

3.2.2  實驗原料

實驗原料為1#016預(yù)混料。預(yù)混料結(jié)構(gòu)，熔劑、燃料結(jié)構(gòu)配比如下：

表4預(yù)混料結(jié)構(gòu)及配比

實驗用含鐵原料中海砂是一種含鈦磁鐵礦粉，其鈦含量約2.5%；南非精粉FeO含量高，屬于磁鐵礦范疇；PB粉、SP10粉、印度粗粉、羅伊山粉結(jié)晶水含量高，屬于褐鐵礦型礦粉；巴西粗粉loi為4.24%，屬于混合礦類礦粉；南非精粉自身R2達1.02倍，R4達1.89倍，屬于堿性礦粉；海砂礦R4達0.7倍，屬于半自熔性礦粉；其他礦粉屬于酸性礦石；印度粗粉和SP10粉鋁含量高，海砂、南非精粉、SP10粉化學(xué)成分P偏高

表5熔劑、燃料結(jié)構(gòu)及配比

焦粉＞5mm占比11.46%，偏高，＜3mm占比72.82%；市場煤＞5mm占比14.49%，偏高，＜3mm占比63%，燃料粒級組成較差。

4  實驗結(jié)果及分析

4.1  化學(xué)成分分析

各實驗方案化學(xué)成分如表6所示：

表6實驗方案化學(xué)成分

從表6看出：對比方案1燒結(jié)礦FeO含量呈升高趨勢，其他成分變化不規(guī)律。使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)后，料層透氣性改善，燃料燃燒加快，燃料燃燒熱利用率增加，燒結(jié)礦FeO升高，相對基礎(chǔ)FeO升高約5%，以經(jīng)驗值計算，采用支撐燒結(jié)能夠降低固體燃料消耗1kg/t。

4.2  成品率、粒級和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)分析

各實驗方案成品率、粒級和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)如表7所示：

表7實驗方案成品率、粒級和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

從表7看出：對比方案1燒結(jié)礦平均粒級呈增大趨勢，成品率呈升高趨勢，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)呈升高趨勢。使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)后，燒結(jié)溫度場得到改善，燒結(jié)礦成品率提高，相對基礎(chǔ)成品率提高約1.9%。

4.3  冶金性能分析

各實驗方案冶金性能如表8所示：

表8實驗方案冶金性能統(tǒng)計表

從表8看出：對比方案1除方案3小幅度降低外，其他方案RDI和RI呈向好趨勢。

4.4  過程參數(shù)分析

各實驗方案過程參數(shù)如表9所示：

表9實驗方案過程參數(shù)統(tǒng)計表

從表9看出：方案2對比方案1平均負壓升高0.52Kpa，収縮率增加20mm，疑為料柱體積偏少，受自動蓄熱影響，在下部出現(xiàn)料柱熔蝕導(dǎo)致；方案3、4、5對比方案1平均燒結(jié)負壓呈降低趨勢，収縮率呈降低趨勢，垂直燒結(jié)速度呈升高趨勢，煙溫呈升高趨勢；成品率呈降低趨勢；對比方案1垂直燒結(jié)速度提高分別為：0.81mm/min、4.42mm/min、2.52mm/min、2.6mm/min，提高幅度分別為4.66%、25.43%、14.50%、14.96%，在料柱體積占比約3%時，燒結(jié)垂直速度最快，相對方案1，垂直燒結(jié)速度增加約25%，利用系數(shù)提高26.36%；但燒結(jié)礦冶金性能相對最低，當(dāng)料柱占比在2%時，垂直燒結(jié)速度相對基礎(chǔ)增加約15%，利用系數(shù)提高17.83%，但燒結(jié)礦冶金性能達到最優(yōu)。

5  工業(yè)試驗小試

通過以上燒結(jié)杯實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)可以看出使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)，可以大幅度提高燒結(jié)利用系數(shù)，改善燒結(jié)質(zhì)量，并在一定程度降低燒結(jié)固體燃耗，達到提產(chǎn)降本的優(yōu)良效果，為此在360㎡燒結(jié)機進行工業(yè)試驗應(yīng)用，該燒結(jié)機由148塊臺車組成，臺車寬度3.5m、長度1.5m、欄板高度880mm，工業(yè)試驗前后對比數(shù)據(jù)如表10所示：

表10工業(yè)試驗前后對比表

從表10看出：使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)后，除轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，各項生產(chǎn)過程工藝參數(shù)及指標均呈向好趨勢，分析轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低可能由于垂直燃燒速度加快，高溫保持時間縮短導(dǎo)致，但轉(zhuǎn)鼓指數(shù)對比使用后僅降低0.4個百分點，拋去化驗誤差，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度變化不大。

6  結(jié)論

（1）通過某鋼鐵企業(yè)超厚料層生產(chǎn)表明，超厚料層對降低燒結(jié)固體燃耗作用顯著，固體燃耗相對之前降低7%，但不可避免帶來燒結(jié)透氣性變差、燒結(jié)礦不均質(zhì)程度加劇的問題。

（2）通過燒結(jié)杯實驗表明，使用柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)一方面能夠通過減少燒結(jié)礦層自身荷重的方式提高燒結(jié)過程透氣性，垂直燃燒速度提升4～15%，燒結(jié)機利用系數(shù)提升5～25%，另一方面能夠減輕料層中下部收縮，使通過料層氣流與熱量更加均勻，燒結(jié)礦均質(zhì)程度得到改善，成品率提高約1.9%。

（3）通過工業(yè)試驗小試表明，使用柔性燒結(jié)技術(shù)能夠在超厚料層的基礎(chǔ)上，改善料層透氣性，提高燒結(jié)礦各項工藝指標。

（4）作為國內(nèi)柔性均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)第一次工業(yè)應(yīng)用，只需對設(shè)備進行稍微改造，即可達到燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量提高，節(jié)能降耗的優(yōu)良效果，簡單易行，并為今后超厚料層技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用開辟了一項新的道路。

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