采用小球烧结法，促进烧结节能减排

1  前言

    烧结能源消耗主要是固体燃料、点火煤气和电耗，这三种能耗占烧结工序能耗约9 0％以上(见表1)，在这三种能耗中，数量最大的是固体燃料，约占75％一85％。第二是电耗，约占5％一10％。第三是点火煤气，约占3％一8％。可见，烧结节能的重点是要减少固体燃料消耗。烧结固体燃料消耗减少了，减排也就实现了。在原料等各种条件相同的情况下，减少烧结固体燃耗的最好方法就是改善烧结料层的透气性，提高烧结料层高度，从宝钢2006年烧结生产实际情况可清楚看出(见表2)。分析认为，改善烧结料层的透气性最好的办法是采用小球烧结法。本文要介绍的小球烧结法是在原小球烧结法的基础上进一步发展的一项新技术^［1］，即用生石灰作为粘结剂将烧结混合料造成3 mm以上的小球大于75％；同时采用生石灰分加、燃料分加、偏析布料和预热混合料等技术，使布到烧结机上的混合料温度高、粒度均匀、分布合理，烧结料层透气性得到显著改善，从而实现高碱度(碱度R＝1．7—2．3)、超高料层(料层高度750—850 mm)、高氧位、低温烧结操作制度，促进烧结矿中生成温度较低针状或柱状铁酸钙胶结相的生成，所制得的烧结矿强度高、燃耗低、冶金性能好，是高炉欢迎的优质烧结矿。现将主要技术措施介绍如下。
 

2  用生石灰作粘结剂

    用生石灰作混合料造球粘结剂，对环境保护和提高混合料温度都有好处。本技术要求生石灰CaO含量大于82％，生石灰粒度小于1mm。生石灰粒度小，则加水消化速度就快。用生石灰提高料温分析如下：

CaO＋H₂ O—Ca(OH)₂＋64．79 KJ

    上式表明，1克分子CaO(56克)加水消化放出的热量为64．97 KJ，若生石灰CaO的含量为82％，则1公斤生石灰消化放热为948．71 KJ，我国烧结厂生产1吨烧结矿一般生石灰用量约50公斤。混合料热容量按850 KJ／t·度计算，1吨成品烧结矿混合料量按1．5吨考虑(因为返矿约280 kg／t，水约100 kg／t)，则理论上混合料温度升高数为(948．71×50)÷(850×1．5)＝37．20℃。但在实际生产中，生石灰CaO很难百分之百的消化，而且混合料在运输过程中有一定热损失，混合料温度一般可提高10—20℃，混合料温度的升高可以大大缓解烧结料层中过湿带对烧结的不利影响，尤其是对超高料层的烧结，强化效果更为明显。

3  采用强力圆筒混合造球机和雾化水喷头造球技术

    小球烧结法关键技术就是要将烧结混合料制成直径为3 mm以上的小球，为了将混合料制成小球，中国钢研科技集团公司成功地开发了强力圆筒混合造球机专利技术^{［2］［3］}。该技术已推广应用到上海梅山、鞍钢、马钢、莱钢、杭钢、南钢、成钢、合钢、北台、泰钢等许多企业。生产实践证明，采用该技术制造或对现有的圆筒混合机改造为强力圆筒混合造球机后，并在圆筒内采用雾化水喷头，混合料大于3 mm的小球可提高20一50％。具体改造内容如下：

    (1)调整圆筒混合机的倾角、转速等工艺参数，使其达到最佳状态，提高混合料造球速度，延长造球时间，提高造球效果。

    (2)在圆筒混合机的进料端安装导料装置，防止混合料出现漏料现象。

    (3)在圆筒混合机内安装强化造球挡料装置。

    (4)在圆筒混合机出料端安装分级装置，该装置具有强化制粒和对造好的小球有过筛作用。

    (5)在圆筒混合机内安装防粘料衬板。

    (6)在圆筒混合机内采用雾化水喷头。应当指出的是，国内烧结厂基本上都是采用中国钢研科技集团制造的SW——I型不锈钢雾化水喷头，使用该喷头的技术关键是合理的安装位置及喷头在混合机内最佳分布。

    改造后的一混由单一的混匀作用变为混匀和造球双重作用。改造后的二混可以显著提高混合料造球效果，、

4  烧结机混合料矿槽内蒸汽预热混合料技术

    采用超高料层(750一850 mm)烧结工艺，首先要解决烧结料层中过湿带对料层透气性的不利影响，即要将混合料温度提高到70℃以上，因为烧结废气中水蒸汽露点温度一般在70℃左右。研究和烧结生产表明，烧结混合料温度每提高10℃，烧结固体燃料消耗减少2kg／t左右，烧结机利用系数提高约3—6％。混合料温度若低于露点温度，在烧结过程中，烧结料层上部水分蒸发并不能随废气排出料层，而是在烧结料层下部冷凝成水，形成过湿带，由于过湿带阻力大，造成烧结料层透气性下降，尤其在料层较高的情况下(一般料高在600 mm以上)，过湿带往往呈稀泥状，阻力特别大，严重影响了烧结料层透气性，使得烧结矿产量下降、质量变差。因此，混合料温度要大于70℃，才能完全避免过湿带对烧结的不利影响。为了解决这个问题，中国钢研科技集团开发成功了蒸汽预热混合料专利技术^［4］，即将蒸汽采用强力蒸汽喷头喷人烧结机布料泥辊上部混合料矿槽内。该技术具有以下特点：

    (1)加蒸汽地点离烧结机最近，热损失最小。

    (2)该技术可使蒸汽能够最大限度和混合料接触，蒸汽热利用率最高，可达9 5％以上。

    (3)采用该技术后，小球表面湿度增加，可以降低气体通过料层的阻力，提高烧结料层透气性。

    (4)采用该技术后，混合料温度可达75—90℃。

    (5)由于矿仓壁处阻力较小，蒸汽较容易通过，可以缓解混合料粘矿仓壁和堵矿仓的现象。

    烧结机头部混合料矿槽内蒸汽预热混合料技术工艺流程如下：

    蒸汽→汽液分离→蒸汽计量与调节→QP一—Ⅱ型强力蒸汽喷头喷射→预热混合料   

    蒸汽先经过汽液分离器除去其中的水分后，经流量计，电动调节阀和分布在烧结机混合料矿槽周围(或内部)强力蒸汽喷头，将蒸汽射人矿槽内。所采用的QP一—Ⅱ型强力蒸汽喷头是中国钢研科技集团公司制造的预热烧结混合料的专用不锈钢喷头，具有防堵防锈、预热混合料效果好、使用寿命长(24个月)的特点。本装置要求蒸汽压力在不小于0．2 Mpa。蒸汽量一般每吨混合料7—14公斤。具体蒸汽量可根据现场实际情况随时进行控制。

    该技术已在武钢435 m²烧结机和360m²烧结机，湘钢360 m²烧结机和90 m²烧结机，安钢400 m²烧结机和360 m²烧结机，马钢300 m²烧结机，北台300 m²烧结机，上海梅山180 m²烧结机，南钢180 m²烧结机，上海一钢135 m²烧结机，淮钢144 m²烧结机，济钢120 m²烧结机，莱钢105 m²烧结机，重钢105 m²烧结机，涟钢130m²烧结机，济钢36 m²烧结机，涟钢40 m²烧结机和130 m²烧结机，玉溪90m²烧结机，凌钢75 m²烧结机和52 m²烧结机，宣钢80 m²烧结机，衢洲53 m²烧结机等50多台大中小烧结机上应用。首钢曹妃店500 m²烧结机也采用了本技术，目前处于施工阶段。

    采用该技术后，混合料温度可提高到70℃以上，一般烧结料层高度可提高50一100mm，可提高烧结矿产量5％一1 5％，烧结固体燃耗可减少2—5 kg／t，烧结矿FeO可减少0．5％一1％，烧结矿质量得到显著的改善。

5  生石灰分加和燃料分加技术

    生石灰分加和燃料分加是小球烧结法关键技术之一^［5］。该技术工艺过程是将铁矿物、返矿、添加剂、部分生石灰和固体燃料加水混合造球，制成直径大于3 mm的小球，并且在小球表层外裹一定比例的石灰和固体燃料，然后进行烧结。该技术具有以下特点：

    (1)该技术使外滚燃料更好地粘结在小球表面。

    (2)氧化钙对焦粉燃烧有催化作用，在生石灰分加和燃料分加后，可加快小球表面的焦粉燃烧速度，使垂直烧结速度增加，烧结矿质量改善，产量提高。

    (3)生石灰分加后，小球表层碱度比内部碱度高0．3一0．6，因此，在生产自熔性或高碱度烧结矿时，生石灰分加有利于小球表层生成更多的铁酸钙，烧结矿质量得到显著改善。在生产酸性烧结矿时，可增加小球表面的粘结相量，使小球之间粘结更加牢固，有利于改善酸性烧结矿的质量和产量。

    (4)该技术可获得产量高，质量好、燃耗低的优质烧结矿。

    该技术最先应用于泰钢的一台20m²烧结机上。泰钢由原来的燃料分加小球烧结法基础上，又上了石灰分加技术。在原料条件保持不变的情况下，烧结料层高度提高了50mm；烧结机利用系数由2．04t／m² h提高到2．23t／m² h，利用系数提高了9．31％；烧结焦粉消耗由57 kg／t降至50 kg／t；烧结矿中FeO减少了2．6个百分点。高炉使用石灰分加小球烧结矿后，高炉利用系数提高了12．30％；焦比减少42 kg／t铁，经济效益相当显著^[6]。

    研究和生产实践表明，采用石灰分加和燃料分加技术后，烧结固体燃耗降低4—8 kg／t，烧结矿产量提高5—15％，烧结矿中FeO含量减少1．0一3．0％，烧结矿强度提高，质量得到显著改善。

    生石灰分加和燃料分加技术工艺流程见图l。图1中虚线方框内为新加的二次配加生石灰和焦粉系统。从流程图可知，制备后的生石灰和焦粉一部分送到烧结配料室，另一部分送到二次配加生石灰和焦粉室，二次配加的生石灰和焦粉由皮带送到一混与二混之间的输送混合料的皮带上。二次配加的生石灰、焦粉和混合料同时进人二次强力圆筒混合造球机。二次配加的焦粉和生石灰的量则要通过有关测定后才能确定。生石灰分加和燃料分加法的技术关键主要有以下3点：

    (1)二次配加的焦粉和生石灰的量要适当。

    (2)要求一次混合料中大于3mm的小球越多越好，最好不要低于小球烧结要求的最低数。   

    (3)二混内要设置供生石灰消化加水段。

6  结论

    本文介绍的小球烧结法生石灰不经消化，直接加到配料皮带上，可以解决烧结厂因消化生石灰(特别是高质量生石灰)所带来的环保问题，同时生石灰在混合料中消化放热可以提高混合料温度10一20℃。采用强力圆筒混合造球机造球、烧结机混合料矿槽蒸汽预热混合料、生石灰分加和燃料分加等技术，可以显著提高烧结料层的透气性，实现高碱度、超高料层(料层高度750一850mm)、高氧位、低温烧结操作制度。

    采用以上介绍的技术，烧结固体燃耗可减少3—8kg／t，减少CO₂等有害气体排量约6—16％．烧结矿FeO可减少1—3％。对于年产500万吨生铁中型企业，年产烧结矿800万吨，烧结年节省固体燃料2．4—6．4万吨．这对烧结节能减排，促进烧结工业健康发展具有重要意义。