瞿代才
（南京鋼鐵金江冶金爐料有限公司煉鐵事業(yè)部燒結(jié)廠，江蘇 南京 210035）
摘 要：煉鐵燒結(jié)在鋼鐵生產(chǎn)過程中具有至關(guān)重要的地位，其效果直接受制于原料品質(zhì)和燃料配比的優(yōu)劣。文章首先深入探討了煉鐵燒結(jié)過程中原材料的化學(xué)成分、粒度分布和機械強度等屬性的作用，并介紹了相應(yīng)的檢測評估方法。精確控制燃料比例對確保燒結(jié)過程的質(zhì)量和熱平衡至關(guān)重要，必須進行細致的優(yōu)化以達到最佳的還原效果。其次探討了優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)的策略及優(yōu)化燃料選擇和消耗量等方法，以及其對燒結(jié)過程的影響。通過深入分析煉鐵燒結(jié)過程可能出現(xiàn)的環(huán)境隱患，制定了一套周密的解決方案，以確保該工藝在環(huán)保前提下的可持續(xù)發(fā)展。相關(guān)研究和討論為優(yōu)化煉鐵燒結(jié)工藝提供了寶貴的資料，也對環(huán)境保護起到了積極的推動作用。
關(guān)鍵詞：煉鐵燒結(jié)；原料特性；燃料配比；工藝參數(shù)優(yōu)化；環(huán)境影響
1 煉鐵燒結(jié)過程中的原料特性分析
1.1 原料特性對煉鐵燒結(jié)過程的影響
原材料的化學(xué)組成對于燒結(jié)礦的還原性能和產(chǎn)出鐵的質(zhì)量具有至關(guān)重要的影響。較高比例的 Fe2O3 有助于提高燒結(jié)礦的礦化度，促進還原反應(yīng)的進行，從而改善冶金特性。然而，增加諸如 SiO2、Al2O3 等雜質(zhì)則會降低礦化程度，使得礦石難以還原，進而影響鐵的品質(zhì)。
原料的粒度分布直接影響燒結(jié)礦的堆積能力和層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。顆粒大小在燒結(jié)過程中決定了均一性和礦層的牢固程度，粒度過細會導(dǎo)致不均勻，而過粗則會減弱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。盡管過細顆粒能增加礦石表面積、加快熱傳遞并提高燒結(jié)速度，但過度細膩的顆粒會導(dǎo)致燒結(jié)層不均勻，以及礦石粒子之間的缺陷，從而對結(jié)合力和燒結(jié)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
材料的機械性能直接影響燒結(jié)礦層的組成和特性。在燒結(jié)環(huán)節(jié)，脆弱的原料機械強度可能無法應(yīng)對粉塵化和不當(dāng)堆積問題，這些問題不可避免地會損害礦層的質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，原料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵量和濃度也是影響工作環(huán)境和員工安全的關(guān)鍵因素［1］。
提升氧化鐵含量一個百分點可能使燒結(jié)礦產(chǎn)出增加 30%~50%；而粒徑不超過 0.5mm 的鐵礦粉末在燒結(jié)后不僅能顯著提高性能和強度，還能有效降低能源消耗、提升工作效率。因此，深入分析和充分挖掘原料特性對于提升煉鐵燒結(jié)工藝效果和經(jīng)濟回報至關(guān)重要。
1.2 原料特性的測試與評價方法
為了準確評估原料特性，必須采用多種檢測與評估方法。在眾多分析方法中，化學(xué)分析具有舉足輕重的地位。通過對原料樣本的化學(xué)構(gòu)成進行深入分析，可以精確測量各元素的比例，為煉鐵和燒結(jié)反應(yīng)提供關(guān)鍵的科學(xué)依據(jù)。例如，利用原子吸收光譜法、熒光光譜法等技術(shù)手段，可以準確分析鐵礦石中鐵、二氧化硅、氧化鋁等成分。
評估原料顆粒尺寸分布及其大小是粒度分析的核心。粒度分析通常采用干篩和濕篩兩種主流技術(shù)。通過實驗室里固定的篩選工具對樣本進行詳盡分析，收集的數(shù)據(jù)能夠了解物料中粒子的尺寸分布情況，同時揭示不同尺寸粒子的相對含量。
利用顯微鏡、X 射線衍射儀等先進科技工具，能夠細致觀察原料內(nèi)礦物的形態(tài)、分布及其相互聯(lián)系，從而深入了解礦物的種類和結(jié)構(gòu)特性。理解這些信息對于深入了解原料結(jié)合情況、鑒定礦石礦物組成以及發(fā)現(xiàn)潛在礦物缺陷至關(guān)重要。
評估物料機械強度的核心手段在于實施機械性能測試。通過壓縮測試、彎曲測試等方式，可以評估材料的抗壓、抗拉等物理性能，并根據(jù)這些性能指標為材料在煉鐵燒結(jié)過程中的表現(xiàn)提供依據(jù)。
2 煉鐵燒結(jié)過程中的燃料配比優(yōu)化
2.1 燃料配比對燒結(jié)質(zhì)量的影響
為了增強燒結(jié)礦的還原能力，合理增加焦炭的配比是一種有效的手段。焦炭中的碳起到還原劑的作用，促使燒結(jié)礦中的 Fe2O3 轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe，從而提高了燒結(jié)礦的冶金品質(zhì)。
通過精細調(diào)整燃料的比例，可以改變燒結(jié)礦的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，進而影響其機械強度和冶金性能。例如，增加焦炭比重可以有效降低燒結(jié)礦中二氧化硅和氧化鋁的含量，從而提高燒結(jié)礦的鐵含量和還原性能。增加 1%的焦炭比例可使燒結(jié)礦的機械強度指數(shù)提高約 0.3%，有利于改善燒結(jié)質(zhì)量［2］。
2.2 燃料配比優(yōu)化方法
在煉鐵燒結(jié)過程中，精確調(diào)配燃料比例至關(guān)重要。這要求先進行理論上的推算，再通過實驗進行驗證，以確定最佳的燃料配比。首先，依托燒結(jié)礦的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特性，可以建立一個數(shù)學(xué)模型，模擬不同燃料配比對燒結(jié)過程的影響。例如，針對特定鐵礦石，當(dāng)焦炭比例增加至 15%時，燒結(jié)礦的鐵含量可能達到峰值。理論計算結(jié)果為精確調(diào)配燃料混合比例提供了科學(xué)依據(jù)。
結(jié)合實際生產(chǎn)情況和燒結(jié)礦的質(zhì)量要求，進行現(xiàn)場實驗驗證，并持續(xù)改進燃料配比，調(diào)整燃料種類及用量。通過精確調(diào)整焦炭、燃油和噴吹煤的比例，可以有效提高燒結(jié)礦的品質(zhì)和生產(chǎn)率，同時優(yōu)化其鐵、二氧化硅含量和機械強度。實驗數(shù)據(jù)顯示，焦炭比例增加時，燒結(jié)礦中鐵含量可能會先上升，然后保持相對穩(wěn)定。
利用智能優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對歷史數(shù)據(jù)進行深度分析，揭示影響燃料配比的關(guān)鍵因素及其規(guī)律。
結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法，打造一個自我進化的燃料配比優(yōu)化器，其智能調(diào)整功能將提升生產(chǎn)效率與能源利用效率。
3 煉鐵燒結(jié)工藝參數(shù)優(yōu)化
3.1 燒結(jié)工藝參數(shù)的影響因素分析
3.1.1 燒結(jié)溫度對燒結(jié)質(zhì)量的影響
在煉鐵作業(yè)中，精準控制燒結(jié)溫度至關(guān)重要。燒結(jié)溫度直接關(guān)系到礦物的晶體結(jié)構(gòu)和孔隙度，影響產(chǎn)品的物理性能和整個生產(chǎn)流程的效率。提高燒結(jié)溫度通常能促進礦石顆粒的結(jié)合和晶粒的生長，改善燒結(jié)礦物的晶格結(jié)構(gòu)和機械強度。然而，燒結(jié)溫度偏離最佳范圍會導(dǎo)致礦物熔融，形成遲凝相，損害燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機械強度。因此，為了保障燒結(jié)礦的強度，需要精確控制燒結(jié)溫度，使其達到最佳狀態(tài)［3］。
例如，將燒結(jié)溫度控制在 1150~1250℃，可將燒結(jié)礦的孔隙率降至 15%以下，并使燒結(jié)指數(shù)達到或超過90%。這表明在適當(dāng)?shù)臒Y(jié)溫度范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)燒結(jié)質(zhì)量的最優(yōu)化。
3.1.2 燒結(jié)速度對燒結(jié)質(zhì)量的影響
燒結(jié)速度是指單位時間內(nèi)在燒結(jié)機中燒結(jié)物料的前進速率，對最終產(chǎn)品的質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。提高燒結(jié)速度雖然能增加產(chǎn)量，但可能導(dǎo)致燒結(jié)礦層的不均勻和結(jié)構(gòu)疏松，影響礦的機械強度和冶金性能。減緩燒結(jié)速度雖有助于礦物結(jié)晶和結(jié)構(gòu)密度的提升，但會延長生產(chǎn)周期和增加能源消耗。如將燒結(jié)速度從1.0m/min提升至 1.5m/min，雖然可能使燒結(jié)礦的強度指數(shù)降低約5%，但總體燒結(jié)量卻能提升約 10%。這表明在確定燒結(jié)速度時，需要權(quán)衡生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)系。
3.1.3 燃料種類與用量對燒結(jié)質(zhì)量的影響
燃料類型和消耗直接影響燒結(jié)過程的還原效果和熱平衡，決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。常見的能源類型包括焦炭、燃料油和噴吹煤等。適量使用焦炭可以顯著提高燒結(jié)礦的還原度和強度，但過量使用可能導(dǎo)致灰分和硫含量增加，影響燒結(jié)礦的質(zhì)量。
例如，將焦炭比例從 10%增加到 15%，雖然會使燒結(jié)礦的灰分約增加 1%，硫含量約增加 0.02%，但燒結(jié)指數(shù)卻提高約 2%。適度使用焦炭可提高燒結(jié)效率，但需注意控制添加量，避免產(chǎn)生負面影響。
通過分析表 1，可以明顯看出焦炭比例的增加會導(dǎo)致灰分和硫含量增加，但燒結(jié)指數(shù)呈下降趨勢。研究表明，提高焦炭投放量有助于加速燒結(jié)反應(yīng)，但也會導(dǎo)致灰分和硫含量增加。
3.2 燒結(jié)工藝參數(shù)優(yōu)化方法
結(jié)合計算機仿真和實際操作，重點對燒結(jié)溫度進行了精細化調(diào)整。首先，構(gòu)建描述燒結(jié)過程的數(shù)學(xué)模型，該模型需要充分考慮燒結(jié)溫度對燒結(jié)礦的結(jié)晶相結(jié)構(gòu)、孔隙率和機械強度等關(guān)鍵特性的影響。隨后，進行一系列數(shù)值模擬實驗，針對關(guān)鍵參數(shù)在不同溫度條件下進行仿真。成功鎖定了最理想的燒結(jié)溫度范圍，并進行了實驗驗證以進一步精細調(diào)整。在這一溫度范圍內(nèi)，可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的燒結(jié)產(chǎn)品。
借助智能控制技術(shù)，顯著提升了燒結(jié)速度。采用先進的自動化技術(shù)，根據(jù)礦石類型和燒結(jié)機的實時運行狀態(tài)，實時調(diào)整燒結(jié)過程，以保障工藝質(zhì)量并提高產(chǎn)出效率。通過實時采用反饋控制技術(shù)對燒結(jié)速度進行監(jiān)控與調(diào)整，以適應(yīng)原料變化和燒結(jié)機負載的波動。實踐證明，智能控制技術(shù)的應(yīng)用使燒結(jié)機效率有了質(zhì)的飛躍，提高了 10%的產(chǎn)出效率，同時也明顯改善了燒結(jié)質(zhì)量。
優(yōu)化燃料類型及其消耗量需要根據(jù)燃料屬性和燒結(jié)品質(zhì)要求進行適當(dāng)變動。通過精確控制焦炭的配比和粒度分布，成功減少了燃料中的灰分和硫含量，提升了燃料的還原性能，有效改善了燒結(jié)過程的質(zhì)量。例如，通過優(yōu)化焦炭比例，預(yù)計可以提高燒結(jié)礦石的鐵含量約 0.5%，同時燒結(jié)質(zhì)量可能增加約 3%。因此，要最大限度地確保燒結(jié)質(zhì)量，就必須對各種燃料類型及其用量進行詳盡的分析和評價［4］。
4 煉鐵燒結(jié)過程中的環(huán)境影響與治理措施
4.1 燒結(jié)過程對環(huán)境的影響
4.1.1 大氣污染物排放
在煉鐵燒結(jié)過程中，主要排放二氧化硫、氮氧化物及各類顆粒污染物等有害物質(zhì)至大氣中。這些排放物不僅會惡化空氣質(zhì)量，還可能導(dǎo)致酸雨的形成，對自然環(huán)境和人類健康造成威脅。二氧化硫和氮氧化物通常是大氣污染的主要來源，其排放量取決于燒結(jié)過程的具體設(shè)置和燃料的配比。
4.1.2 固體廢物排放
煉鐵燒結(jié)后產(chǎn)生的固體廢物主要包括燒結(jié)礦渣、凈化廢氣所形成的灰燼以及脫硫煙氣產(chǎn)生的廢水等。這些固體廢物的堆積可能導(dǎo)致土地資源的浪費和土壤退化。如果對燒結(jié)礦渣處理不當(dāng)，其中的重金屬等有害物質(zhì)可能會導(dǎo)致土壤和地下水受到嚴重污染。
4.1.3 水污染與土壤污染
煉鐵燒結(jié)過程可能不僅會造成大氣污染和固體廢物問題，還可能引起水和土壤污染。例如，燒結(jié)工序排放的廢水中通常含有大量的重金屬和有機污染物等有害成分。如果這些廢水未經(jīng)處理直接排入水體，周邊水域可能會受到嚴重污染。此外，固體廢物中的有害物質(zhì)如重金屬可能會被土壤吸收，影響土壤肥力和農(nóng)作物健康。
4.2 環(huán)境治理措施
4.2.1 大氣污染治理技術(shù)
環(huán)保處理的重點是減少硫和氮氧化物的排放。脫硫技術(shù)主要包括濕法和干法兩種方法。濕法脫硫利用堿性溶液捕捉二氧化硫，轉(zhuǎn)化為硫酸鹽或硫酸；而干法脫硫則通過噴射干燥吸收劑來減少二氧化硫排放。
脫硝技術(shù)主要采用選擇性催化還原（SCR）和非選擇性催化還原（SNCR）兩種方法，通過向煙氣中注入氨水或尿素溶液，將氮氧化物還原為氮氣和水，從而減少氮氧化物的排放。例如，脫硫技術(shù)能將二氧化硫排放量降至50mg/m3以下，顯著降低了對環(huán)境的危害［5］。
4.2.2 固體廢物處理技術(shù)
廢物回收再利用至關(guān)重要。通過精挑細選、深度研磨和高溫?zé)Y(jié)等多個復(fù)雜步驟，廢渣可以轉(zhuǎn)化為水泥、磚塊、路基材料等多種建筑材料，實現(xiàn)了廢料資源的最大化利用。采用高溫銷毀和生物技術(shù)處理等方法可以徹底清除廢渣中的有機物和有毒物質(zhì)，減輕對環(huán)境的損害。例如，加工后的廢料可用于建筑工程，其鐵含量高達 70%以上，實現(xiàn)了廢物再利用的目標。
4.2.3 水污染與土壤污染治理技術(shù)
處理水污染的關(guān)鍵是對廢水進行深度處理并實現(xiàn)循環(huán)再用。采用生物處理技術(shù)、化學(xué)沉淀工藝等方法有效清除廢水中的重金屬、懸浮顆粒和有機污染物等有害物質(zhì)，確保處理后的廢水達到排放標準或可再次利用。對于土壤污染，首先需要全面有效地整治受損土壤；其次，采取措施防止土壤污染再次發(fā)生。采用植物吸收凈化和微生物分解等多項技術(shù)努力恢復(fù)受損土壤生態(tài)，促進土壤資源的持續(xù)利用。生物技術(shù)可有效分解土壤中的有機物和重金屬，減少有害物質(zhì)的傳播，恢復(fù)土壤的肥沃程度和生態(tài)平衡。
5 結(jié)束語
通過對煉鐵燒結(jié)技術(shù)優(yōu)化的深入探討，深刻認識到環(huán)保生產(chǎn)和資源高效利用的重要性。通過提升原料品質(zhì)、調(diào)整燃料比例和改良生產(chǎn)流程參數(shù)，不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，還能最大限度地降低環(huán)境污染和資源浪費。例如，精確控制燃油比例和溫度可以顯著降低二氧化碳、硫氧化物等有害氣體的排放。同時，選擇低灰分和低硫燃料也能顯著減少固體廢物的排放。此外，升級后的燒結(jié)工藝不僅提高了鐵礦石的利用率，還減少了能源消耗，推動鋼鐵產(chǎn)業(yè)朝著綠色可持續(xù)的方向發(fā)展。這既實現(xiàn)了經(jīng)濟效益的最大化，也充分履行了企業(yè)的社會責(zé)任。
參考文獻
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