超厚料層燒結技術應用研究

闞永海

（天津天鋼聯合特鋼有限公司）

0 引言

鋼鐵產業是我國的支柱性產業，我國生鐵產量超過世界生鐵產量的50%，但隨著全球鐵礦石資源的逐漸劣化，以及國家環保政策的日益嚴苛[1-3]，我國主流的鐵前燒結工藝需進行改進，燒結工藝作為我國鐵前最主要的工藝，技術水平居世界前列，但燒結工藝在煉鐵長流程中最為耗能，且污染最為嚴重。如何降低燒結工藝的能量消耗，降低污染排放，提高產量質量，成為諸多學者及企業研究的熱點。厚料層燒結技術是基于鐵酸鈣固結理論和自蓄熱作用發展起來的先進燒結技術，近年來在我國被普遍采用[4]。隨著我國燒結設備的大型化、工藝流程的完善及原料條件的改善，寶鋼、鞍鋼、柳鋼等鋼鐵企業的燒結廠紛紛根據自身條件調整工藝參數，改造燒結設備，于2000年前后均實現了600 mm厚料層的生產，平均料層厚度約471 mm。2000年之后我國燒結機料層平均厚度逐年增加，2005年國內大中型燒結機料層厚度已達到600～800 mm，截至2020年，天鋼聯合特鋼、鞍鋼、陜鋼、湘鋼、馬鋼等部分鋼鐵企業的燒結機料層厚度均已經超過900 mm，其中天鋼聯合特鋼的料層厚度更是長期穩定在1 000 mm。

燒結料層厚度達到或超過850 mm的燒結被定義為超厚料層燒結[4]，超厚料層燒結能夠更好地發揮燒結料層的自蓄熱作用，進一步提高燒結礦的質量和產量，降低燃料消耗，減少燒結煙氣中CO2、氮氧化物、硫氧化物的排放量。隨著燒結料層厚度的增加，煙氣經上部熱燒結礦帶入下部料層熱量增加，余熱利用率提高，固體燃耗降低[5]。當料層內配碳量降低時，有效抑制了料層底部燒結礦的過熔現象，提高了燒結料層溫度場的均勻性，同時料層內氧氣含量提高，氧化性氣氛增強，有利于降低成品礦中的FeO含量，改善入爐燒結礦的還原性。同時，隨著料層厚度的增加，空氣通過料層時的阻力增加，料層底部抽風負壓增大，下部過熔，因此需嚴格控制混勻料粒度及水分。但料層厚度增加總體上會造成垂直燒結速度下降，延長了料層在高溫下的保持時間，高溫區時間的延長可有效促進燒結礦中液相的生產，有利于硅鋁復合鐵酸鹽（SFCA）的生成，從而提高了燒結礦的強度和成品率，改善了燒結礦的質量[6]。

1 超厚料層燒結生產技術的主要影響因素

1.1 生產設備對超厚料層燒結的影響

燒結生產設備決定了燒結工藝的水平，為了進一步提高燒結料層厚度，需對燒結機進行系統改造，保證燒結料層的良好透氣性和燒結機本體的低漏風率。綜合分析國內外先進企業的成功經驗，得出一系列設備改進建議。

首先，需做好超厚料層燒結相關設備的適應性改造，保證各級設備協同作用，改進混料裝置及布料設備，盡可能使混勻料粒度分布合理，保證燒結料層透氣性良好。適當增加燒結機擋板高度，優化布料方式，實現偏析布料，充分利用超厚料層燒結的自蓄熱作用，降低燃料消耗，充分發揮低溫燒結的優勢。改進燒結機料面壓板，增加松料器、支撐板等設施用來提高料層透氣性。對燒結機煙風系統設備（螺栓、滑道、欄板、風箱等）進行密封處理，保證較低的漏風率。此外，還可以對燒結噴嘴進行改造，控制火苗長度，改善點火效果。

其次，需逐步實現設備的智能化，采用先進的科技手段，使各流程規范化、可視化、智能化。這樣不僅能有效提高生產效能，還可以更好地把控產品的質量及產量。

1.2 原燃料對超厚料層燒結的影響

燒結工藝中的原燃料主要包括鐵料、熔劑、燃料，對實現超厚料層燒結起著至關重要的作用，適宜的鐵料配比，能在保證燒結礦質量的同時實現資源利用優化，通過合理搭配高、低、中熔點鐵料，保證較為適宜的液相生成量，減少燃料消耗。通過單品種礦粉燒結性能及流動性試驗對比，確定高、低熔點礦粉上限配比[7]。根據單品種礦粉的性能評價及相互間的替代關系，優化入燒結構，為提高料層厚度提供了原料基礎。適宜的熔劑結構不僅可以促進燒結礦液相生成，改善燒結礦技術經濟指標，還可以增加燒結料料溫，降低燃料消耗，輔助制粒，進一步提高料層透氣性[8]。燃料影響著燒結料層的熱量分布，決定著燒結礦的質量，對燃料你實行偏析布料，保證熱量的均勻性，充分利用厚料層的蓄熱，降低燃料消耗[9]。另外，原燃料粒度分布對制粒效果影響較大，需綜合考慮各影響因素的作用效果，協調控制原燃料的配比。

1.3 生產操作工藝參數對超厚料層燒結的影響

超厚料層燒結，不僅對燒結設備和原燃料有嚴格要求，還需要格外注意生產工藝參數（水分、料溫、料層透氣性等）對超厚料層的影響。水分對于燒結制粒以及過濕帶起著至關重要的作用，需控制適宜的水分含量，在保證制粒效果的同時減弱或者杜絕對過濕帶的影響，保證料層透氣性。高料溫在一定程度上能夠很好地提高燒結露點，降低過濕帶的影響，同時節約預熱所需的熱量[10-14]。大量的水分能夠有效地保證制粒效果，但是也會加劇過濕帶的形成，因此高水操作一般和高料溫一起使用，同時對操作人員的生產操作水平有一定的要求。許多企業還通過偏析布料、料面打孔、負壓點火等操作來提高料層透氣性，進一步保證超厚料層燒結生產操作工藝參數的優良。生產實踐中除了需要嚴格控制工藝參數外，還需嚴格控制操作流程，規范化操作，將燒結機漏風率、垂直燒結速度等納入監控，降低不必要的能量損耗。

2 超厚料層燒結生產實踐案例分析

2.1 天鋼聯合特鋼230 m2燒結機1 000 mm超厚料層燒結生產實踐

天鋼聯合特鋼2臺230 m2燒結機進行了1 000 mm超厚料層燒結，在很多方面取得了不錯的生產應用成果。天鋼聯合特鋼之所以能夠長期穩定料層厚度1 000 mm生產，除了其操作技術先進之外，最主要的特點在于其采用高水高料溫的混料模式，且添加的熔劑均采用高活性石灰，生石灰消化放熱進一步提高混勻料溫度，高料溫操作可很好地降低過濕帶對透氣性的影響。另外，隨著設備改造、工藝優化以及操作制度的改善，燒結機的漏風率由原來的55%下降至34.68%；同時，隨著燒結料層的升高，氣體經上部熱燒結礦帶入下部料層的熱量增加，余熱利用率提高，固體燃耗降低，2019年固體燃料單耗下降至43.73 kg/t，電能單耗也降至19.24 kWh/t，利用系數提升至1.87 t/（m2·h）[6,7,10,15]。

2.2 陜鋼265 m2燒結機1 000 mm超厚料層燒結生產實踐

陜鋼漢鋼265 m2燒結機進行了超厚料層1 000 mm燒結，其主要的技術改進在于設備和原燃料控制方面。首先，從設備方面來講，陜鋼將欄板高度增加至1 000 mm，同時嚴格管控燒結機的漏風，保證燒結機零部件氣密性，混料機加裝熱水箱，使混合料露點溫度盡可能維持在65 ℃以上，降低過濕帶對料層透氣性的影響。其次，對內返高返及鋪底料粒度進行控制，使其≤5.0 mm粒度返礦占比超過75%，對燃料粒徑及質量也進行了嚴格控制。設備改造之后，成品燒結礦轉鼓指數由73%增加至75%，粒徑≥16 mm質量分數由55%增加至65%，入爐固體單耗由60 kg/t降低至55 kg/t，極大地提高了燒結礦質量及產量[9]。

2.3 湘鋼360 m2燒結機920 mm超厚料層燒結生產實踐

湘鋼為了實現920 mm超厚料層燒結生產，采取的主要技術措施有：首先，開發了霧化水制粒系統，強化制粒，開發微負壓點火技術，改型爐箅條，減緩爐條板結，使用新型松料器等措施提高料層透氣性。其次，改造燒結機欄板，降低漏風率[16-17]。最后，優化改造布料系統，恒定料溫，改造加水系統，穩定加水量及加水方式。通過一系列的設備改造和生產操作優化，在一定程度上提高了燒結的礦產、質量，降低了燒結的生產成本，同時達到了節能減排的目的。920 mm料層超厚度生產實施后，燒結礦轉鼓強度達到80%以上，提高了2.95%，利用系數提高至1.4 t/m2·h以上，提高了5.2%，同時燒結礦生產成本也大幅度降低，電耗降低至40.5 kWh/t，固體燃料消耗降低至53.89 kg/t，降低了9.94%[18]。

2.4 馬鋼360 m2燒結機900 mm超厚料層燒結生產實踐

馬鋼380 m2燒結機于2010年進行了900 mm超厚料層生產，其技術優勢在于對混料機加水系統進行了優化改造，使得混合料加水量穩定性明顯提高，混料機加水偏差值減小，燒結機廢氣溫差減少，燒結過程的穩定性明顯上升。同時，根據馬鋼的實際情況對燒結機和點火爐均進行了改造，以適應超高料層厚度燒結需要[19,20]。馬鋼超厚料層燒結設備改造與優化的應用，成功實現了900 mm超厚料層燒結，降低固體燃料單耗1.03 kg/t，燒結生產率和燒結礦質量明顯改善，燒結機利用系數上升了0.098 t/（m2·h），燒結礦合格率提高了2.30%。

3 超厚料層燒結相關技術

3.1 支撐燒結技術

隨著料層厚度的增加，燒結料層重力對燒結各帶的透氣性影響加劇，尤其是燃燒熔融帶。隨著燒結過程的持續進行，自蓄熱作用越來越顯著，燃燒帶溫度逐漸增加，液相量逐漸增加。上部燒結料層荷重壓力對燃燒熔融帶的影響加劇，熔融帶礦石相和液相被充分壓縮，氣體流動受阻，料層透氣性急劇惡化，燒結礦質量下降。為此開發出支撐燒結技術，通過在料層底部添加燒結支撐板，減少焙燒過程中因為荷重壓力帶來的透氣性差的問題。試驗證明，安裝支撐板后，燒結料層透氣性明顯改善，燒結礦質量增加，垂直燒結速度增加，燃耗降低，成品率波動降低，利用系數增大，燒結礦產量增加[21]。

3.2 雙層燒結技術

雙層燒結技術的主要特點在于其將布料和點火分級進行，首先布料65%厚度，進行點火燒結。當燒結接近預燒結終點時，快速進行上層二次布料，二次布料結束后立即進行二次點火燒結[16]。雙層燒結技術顯著改善了料層厚度增加帶來的透氣性差、燒結礦質量低、料層下部缺氧等問題，通過分層預燒結，使得料層中部形成透氣性良好的預燒結礦帶，降低了因為蓄熱作用和料層荷重帶來的透氣性差等問題，也很好的利用了上部燒結煙氣的預熱作用節約了燃料消耗，以及下部燃燒帶對燒結煙氣的高溫分解作用，保持了超厚料層節能減排的優勢，使得垂直燒結速度加快，燒結機利用系數增加。

3.3 其他相關技術

近年來對于超厚料層相關研究較多，常見技術還包括強混技術、料面打孔技術、分層布料技術等，通過改進圓筒混料機，保證燒結原料制粒效果良好，粘附粉和核顆粒分布均勻，難燒結的含鐵原料和液相流動性好的鐵料混合效果良好，可有效保證超厚料層燒結的高產低耗，料面打孔技術可有效改善超厚料層的透氣性，保證焙燒過程下部氧氣供應。分層布料技術能更好的利用自蓄熱作用，通過將燃料的偏析布料，最大限度的利用了燒結煙氣的預熱，進一步節約了能源。

4 結語

超厚料層燒結技術的應用對于我國鐵前工藝有著不可替代的作用，分析對比國內先進企業的成功經驗，得出如下超厚料層燒結的先進經驗：

（1）生產設備方面，需對設備進行系統的改造，保證各設備協調作用，充分發揮效能，保證混勻料的制粒效果，燒結機料層具備較高的透氣性，燒結機漏風率低，另外可增加類似于支撐板，打孔器等設備改進燒結 料層透氣性，進一步保證超厚料層燒結的穩定性。

（2）原燃料方面，應該優化含鐵原料種類，合理搭配不同燒結性能的鐵礦粉；采用合適的熔劑結構，保證較好的制粒效果，以及優良的液相生成條件；燃料方面應當注意粒度分布及偏析布料，保證熱量的均勻分布。

（3）工藝參數方面，水分、料溫、料層透氣性等參數需嚴格把控，其中水分對于燒結制粒以及過濕帶的形成有著至關重要的作用，需控制適宜的水分含量，減弱或者杜絕過濕帶的影響，保證料層透氣性；料溫可以降低露點，減少過濕帶的形成；料層透氣性更是直接決定超厚層燒結能否實現。

（4）生產技術方面，應當規范化生產應用，將燒結機漏風率、垂直燒結速度煙氣成分等及進行嚴格把控，降低不必要的能力損耗，同時企業應根據自身設備及原料情況，對自己的操作進行合理優化。