不同燃料配加工艺及其对烧结过程的影响

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不同燃料配加工艺及其对烧结过程的影响代汝昌孙艳红韩书新李玮刘绪峰 (济南钢铁集团总公司第一炼铁厂) 摘要采用不同的燃料配加工艺，其混料造球、…

不同燃料配加工艺及其对烧结过程的影响

代汝昌孙艳红韩书新李玮刘绪峰

(济南钢铁集团总公司第一炼铁厂)

摘要采用不同的燃料配加工艺，其混料造球、燃料分布及烧结过程参数等均会不同，最终获得的技术经济指标也有所差异。本文就济钢采用不同燃料配加工艺后，生产过程中出现的变化和现象进行了初步研究与探索，并对烧结热量梯度优化技术的合理性从理论上进行了分析。

关键词燃料配加工艺燃料分布热量梯度烧结过程均匀化

1 绪言

在传统的烧结生产过程中，混合料的固体燃料(包括焦粉和煤粉)都是在配料室与其它各种原料一起配入；随着烧结工艺的不断完善与创新，上世纪九十年代提出了燃料分加的技术思路，并在实践中得到应用。为了不断探索新的节能降耗途径，烧结工作者又于近期提出了“烧结热量梯度优化技术”^[1](以下简称新工艺)，即将生产中所需的燃料全部在最后一次圆筒(或圆盘)混料机之前配人，从而获得了更好的节能降耗效果，也使各项技术经济指标得到明显改善。

不同的燃料配加工艺，必然引起燃料从配料、混料到布料、点火燃烧等各个环节的一系列变化，也会导致烧结过程中相关参数与现象发生各个方面的变化。我们结合实际生产情况，针对不同的燃料配加工艺及其对烧结过程所产生的影响，做了相应的试验研究，并就有关问题进行了初步探讨与分析。

2 不同燃料配加工艺条件下燃料分布的研究

在不同的燃料配加工艺中，燃料在各个工艺环节中的赋存状态如何。燃料的分布是否能达到预期效果，何种配加工艺能够更好地满足生产工艺要求，为此专门进行了工业试验。

2．1 沿料层厚度方向的分布

在正常生产条件下，通过现场取样分析，测定了不同燃料配加工艺下，沿料层厚度方向碳的分布规律与特征。

具体的试验方法是将焦粉的配加方式分为三种：

I一普通工艺，即在配料室配加所需的全部燃料(100％)；

Ⅱ一分加工艺，即在配料室配加所需燃料的50％，燃料分加量为50％；

Ⅲ一新工艺，即在最后一次圆筒(或圆盘)混料机之前配加所需的全部燃料(100％)。

确定每组试验的时间为三个班(即24小时)。第一个班为参数调整与生产稳定期(其中包括根据烧结机尾断面的烧成状况，进行焦粉配比的增减调整等)，以确保其它相应参数处于正常生产的稳定状态；以后两个班安排重复取样4次。每次取样时，短暂停机，在一个布料断面上高度方向分4层，宽度方向分4列，共取16个样。对所取样品进行碳含量分析，同一点的多次取样数据，采用算术平均，得到不同工艺条件下沿料层厚度方向不同高度处混合料中的碳含量。试验结果列于表1。

由表l可以看出：不同工艺条件下，沿料层厚度方向碳的分布规律大不相同。新工艺条件下与传统配加方式相比，燃料的分布趋势明显地向上层偏析，弥补了传统工艺存在的热量分布不合理的弊端，可以更好地满足烧结工艺要求。而且采用新工艺后，烧结过程需要的燃料量降低(表1中采用分加工艺和新工艺时配碳量有所下降)，有利于节能降耗。

2．2在不同粒度混合料中的分布

燃料配加工艺不同，使其在不同粒度混合料中的分布也有所区别。为了验证这一想法，我们在烧结圆辊布料机布料时，对混合料按一定规范取样，并在实验室进行粒度分级，再对不同粒级中的含碳量进行分析，试验结果列于表2。

由表2可以看出，在同一工艺条件下，燃料的分布更多地向大颗粒混合料中偏析；新工艺条件下，大颗粒混合料中燃料的相对含量逐渐减少，小颗粒混合料中的相对含量逐渐增加。也就是说，与其它工艺相比，采用新工艺后燃料的分布(相对量)更多地向小粒级混合料中偏析；不同粒级混合料中碳含量的极差明显缩小，混合料中碳含量的平均水平也在下降。

2．3在混合料中的混匀程度

我们对台车上料层同一点进行不同时问、多次取样分析，并以该点混合料中碳含量的极差作为燃料分布均匀程度的评价依据，将不同点的极差值列入表3。该评价方法不一定合理，但可以说明一些问题。

从表3可以看出：在三种工艺条件下，不同时间、不同层次的混合料中碳含量的∑R有较大差异。其中新工艺的∑R值在三种配加工艺中是最大的，说明新工艺确实存在燃料在混合料中混合不均匀的现象，有待进一步研究。

3 不同燃料配加工艺对热量梯度的影响与机理

3．1不同燃料配加工艺对料层厚度方向热量分布的影响

焦粉是加入混合料中唯一的固体燃料，在烧结过程中，焦粉燃烧后放出热量是热收入的主要来源(其次还有来自料层上部自动蓄热的热量)。因此，料层中不同高度处的碳含量可以作为烧结过程中该处热量多少的标志。

由表1可以看出，随着配加工艺的改变，分布到料层厚度方向不同高度处的碳含量也在发生相应的变化。把这种变化描绘于图1，可以看出：在三种工艺条件下，新工艺使得焦粉在料层厚度方向上的分布更符合烧结工艺要求，即从烧结工艺角度讲，可以较好地克服传统烧结工艺中“上部热量不足，而下部热量过剩”的弊端，使整个料层的热量梯度更为合理，上下部烧结过程更趋均匀，更有利于改善烧结矿的各项技术经济指标。

3．2不同燃料配加工艺对热量分布的影响机理

在传统工艺过程中，焦粉从配入混合料开始，经过加水、混匀、造球制粒等过程，到达烧结机时基本上以三种方式存在：一是成为小球的核心，被铁矿粉或熔剂包裹；二是比较牢固地粘结在小球或大颗粒混合料的表面；三是以自由状态存在，并混在相应粒级的混合料中。

在现有的工艺设备、布料方式及重力作用下，无论何种形式的大颗粒总是有更多的机会布到台车底部，最终效果必须是大量燃料在布料时明显往下层偏析，造成整个烧结过程热量梯度分布不合理(如图l中曲线I)，即下层热量过剩，上层热量不足。分加工艺对这种状况有所改善(如图1中曲线Ⅱ)。

如果采用新工艺，即焦粉总量全部改在最后一次圆筒混合机之前加入，则铁矿粉与熔剂等除燃料以外的混合料，已基本完成造球制粒的过程，燃料只是与混合料进行简单地混匀而已，参与造球制粒的程度则微乎其微。燃料的赋存形式主要有两种：一是细颗粒粘附在已经造好的小球表面；二是以自由状态按粒度大小与混合料中相应粒级的矿粉颗粒混在一起^[2]。这样一来，布料过程中燃料在料层高度方向的分布就发生了变化，布到下层的燃料量明显减少，而布到中、上层的燃料量明显增加(如图1中曲线Ⅲ)，这与烧结过程的机理(如自动蓄热作用等)更吻合，使上下料层的热量分布更符合工艺要求，优化了烧结过程中的热量梯度，可相应降低生产中的焦粉单耗。

4 对新工艺条件下烧结过程的理论分析

4．1对改善燃烧条件的分析

实施新工艺后，改善燃烧条件的机理有三：一是部分焦粉由原来的颗粒核心处移到外部，

燃烧时更有利于与助燃空气接触，改善了燃料燃烧的动力学条件；二是焦粉与混合料(包括熔剂)一起混合的时问缩短，减少了焦粉表面被熔剂粘附或包裹的可能性，也就减少或消除了燃料表层熔剂隔膜的绝热作用，有利于烧结过程中热量向燃料传递，也有利于燃料与空气接触，从而改善了燃烧条件；三是焦粉沿料层厚度方向的分布更为合理，提高了料层透气的均匀性及整体透气性，更有利于燃料的燃烧。

4．2对改善烧结过程内在均匀化的分析

我们一直都在强调烧结过程的均匀性，特别是在布料过程中，强调沿台车横向(宽度方向)与纵向的均匀性，同时强调沿台车高度方向的偏析性。实际上烧结“内在均匀化”对生产及能耗的影响是多方面的。

在传统工艺过程中，无论燃料是在配料室加入还是分加，再加上偏析布料的作用，都会导致燃料沿料层高度方向分布不合理，即表层最少，底部最多。在台车运行过程中，离开点火器的初始阶段，因上部燃烧带中的燃料含量少，燃烧带温度低．也使此处高温区对气流通过时产生的阻力增加不大，因而料层的透气性很好。随着台车运行，燃烧带也逐渐下移到中、下层。因中、下层的燃料含量逐渐增多，料层的自动蓄热作用加强，燃烧带温度也随之升高，使气体阻力有所加大，透气性明显下降。

也就是说，在传统工艺条件下，尽管台车运行速度是相对稳定的，但垂直烧结速度却因透气性不同前后变化较大，具体情况示于图2。如果改变燃料配加工艺，使焦粉分布趋于均匀或上层多于下层，则更加符合工艺要求，会使台车运行过程中前后的垂直烧结速度趋于均匀，上下料层烧结温度也更加趋于均匀。

从上述分析可知，在整个烧结过程中，垂直烧结速度自上而下并不是均匀的，即非理论上的常数关系(如图2所示)，而是上层垂直烧结速度快，越往下层，垂直烧结速度越慢，且其变化梯度与燃料或热量的变化梯度相吻合。由此推断，理论上沿烧结机纵向燃烧带的轨迹应该是具有一定斜率的直线，而实际上却是曲线状(如图3所示)。

4．3对过湿层影响的分析

烧结过程中，当烧结料的含水蒸汽量超过饱和值就会形成过湿层^[3]，而且因前后料层透气性不均匀，导致过湿层的移动并不是理论上所说的均匀下移依次逐渐消失，而是在初始阶段因透气性较好，使过湿层在短时间内迅速下移以至消失。这种过湿层的集中释放会在料层中形成泥浆，从而带来诸如糊箅条等破坏作用。

实施新工艺后，料层上部具有更多的焦粉，经过点火器点火后，上部燃烧带的温度提高，这就加大了前端台车料层的气体阻力，阻碍了料层中的水分在短时间内集中脱除，从而使过湿层逐渐下移以致最终消失。这样一来，促使整个烧结机前后区域透气性均匀，有利于烧结过程有序而均匀地进行。

4．4对风量分布的影响

在传统工艺中，风量的分布极不合理，即：烧结机前端因上层燃料量少，需要的风量也少，而实际情况却是因透气性好，通过的风量反而多；后端则恰恰相反，下层燃料含量高需要的风量多，实际情况却是透气性差而导致风量不足。实际上，烧结过程中各风箱的负压并不相等，加之各风箱之间可能存在串风现象，导致烧结过程的不均匀程度进一步加剧。换言之，烧结机前后端这种极不均衡的风量匹配关系，必然引起烧结过程的}昆乱，最终影响生产过程的均匀性。

实施新工艺后，有利刁三理赡风量分布的均匀性，使烧结过程更趋均匀。

4．5对整体透气性的影响

实施新工艺后，烧结机前后两端以至整个料面的透气性更趋均匀，从而带来前后段的垂直烧结速度趋于均匀；这样一来，也对烧结过程的“整体透气性”有所改善，并使大烟道负压下降，有利于产量、质量的提高以及主抽风机电耗的下降。

总之，实施新工艺后，可以使烧结机前后段的垂直烧结速度、透气性、燃烧带温度、高温反应时间等各项参数更加均匀，有利于强化生产和改善烧结矿质量。

5 结论

1)随着燃料配加工艺的改变，布料过程中燃料沿料层厚度方向的偏析程度也随之发生变化，从而带来烧结过程中热量梯度的优化。

2)采用在最后一次圆筒混料机之前一次性加人所需全部燃料的新工艺，可以使传统生产中不合理的燃料偏析得到明显改善，使混合料中的燃料更多地分布到料层的上部，从而使烧结过程中上下料层之间的热量分布更趋合理，更好地满足工艺要求。

3)烧结热量梯度优化后，烧结过程中的气流分布以及料层上下层的焙烧温度等都更加均匀合理，有利于各项技术经济指标的改善。

4)实施新工艺后，虽然可获得明显的节能降耗与改善指标的效果，但也存在燃料在混合料中混合不均匀的问题，有待进一步研究。

参考文献

[1] 王振海，代汝昌，王兴璞等．烧结热量梯度优化技术的研究与应用[J]．烧结球团，2008，33(5)：l一4．

[2] 代汝昌，王兴璞．用于钢铁冶金行业的烧结热量梯度优化方法：中国，2006 l 0043981．3[P]．2008—04一09．

[3] 何友多．炼铁学[M]．北京：冶金工业出版社，1986；64—67．

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