基于厚料層燒結(jié)熱平衡降低燒結(jié)固耗實踐

徐 冰， 黃世來， 張群山， 馬 鵬， 梁長賀， 秦志勇

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠， 安徽 馬鞍山 243000）

燒結(jié)固體燃耗是指進廠固體燃料總量與所對應(yīng)的燒結(jié)礦產(chǎn)量的比值。馬鞍山鋼鐵股份有限公司（全文簡稱馬鋼）煉鐵廠在采用厚料層生產(chǎn)同時不斷進行降低燒結(jié)固體燃耗降低的生產(chǎn)實踐，有針對性的采取有效措施，進一步降低燒結(jié)固體燃耗。

根據(jù)燒結(jié)過程熱平衡原理[1]，重點采取措施和進行攻關(guān)，將熱消耗占比大的部分進行有效降低，從而降低燒結(jié)生產(chǎn)固體燃耗水平。

燒結(jié)熱收入項主要占比有以下幾項：燃料的燃燒?占比為85%左右；燒結(jié)點火產(chǎn)生熱量占比為7%左右；空氣帶入熱量、燒結(jié)物料熱量以及礦物的成渣熱占比為8%左右。

燒結(jié)系統(tǒng)熱量消耗部分主要有以下幾項：碳酸鹽分解耗熱占比為23%左右；燒結(jié)礦帶走的熱能占37%左右；燒結(jié)過程中水分蒸發(fā)散熱占比為11%左右；燒結(jié)煙道廢氣帶走熱量為13%左右；外部熱量損失為15%左右，其余可忽略不計。

根據(jù)燒結(jié)熱量的收入以及消耗所占比例分配情況分析可知，降低燒結(jié)固體燃耗主要應(yīng)采取以下措施：穩(wěn)定燃料、燒結(jié)礦FeO 質(zhì)量；穩(wěn)定點火質(zhì)量；堅持厚料、低水、低碳操作；控制燒結(jié)終點；采取風(fēng)量再分配原則降低熱損失。

1 降耗措施

燒結(jié)固體燃料是燒結(jié)過程主要熱源，馬鋼煉鐵廠使用的燒結(jié)固體燃料主要由高爐篩下焦丁和無煙煤組成，燒結(jié)固體燃料質(zhì)量的穩(wěn)定是降低固體燃耗主要因素。

1.1 平衡煤焦比例

堅持以燒結(jié)焦煤比例平衡為基礎(chǔ)穩(wěn)定燃料固定碳含量。燒結(jié)無煙煤的固定碳含量平均為75%左右較高爐焦丁固定碳含量偏低，為穩(wěn)定燒結(jié)固體燃料固定碳含量，必須以穩(wěn)定燒結(jié)無煙煤比例為主。馬鋼高爐維持了1600 d 以上的穩(wěn)定順行，高爐焦丁比相對較為穩(wěn)定，燒結(jié)系統(tǒng)根據(jù)高爐焦丁比情況使用焦丁倉倉，容進行緩沖，適時小幅調(diào)整煤粉比例，全年燒結(jié)煤粉比例維持在22%左右，以達到固定碳含量的穩(wěn)定。

從2018年無煙煤固定碳含量情況分析，燒結(jié)進行有效比例控制后煤粉影響破碎后焦粉的固定碳含量較為穩(wěn)定（見圖1）。

圖1 燒結(jié)2017年—2018年煤粉比例、破碎焦與煤粉固定碳含量趨勢

1.2 燃料配比預(yù)測

堅持以高爐篩下焦丁比例預(yù)測為基礎(chǔ)穩(wěn)定燒結(jié)礦FeO 含量。2018年以來根據(jù)高爐篩下焦丁比例變化情況預(yù)測燒結(jié)使用固定碳含量變化趨勢（見下頁圖2），并根據(jù)燒結(jié)礦FeO 比例情況，適時預(yù)先調(diào)整燒結(jié)焦粉配料平均比例，以達到燒結(jié)礦FeO 偏差率的穩(wěn)定。由此燒結(jié)系統(tǒng)建立了以高爐返焦大數(shù)據(jù)矢量管理模型系統(tǒng)，并基于基本配料模型和動態(tài)配料模型的應(yīng)用，有效的起到了配料系統(tǒng)穩(wěn)定順行的指導(dǎo)作用，達到了燃料、熔劑、返礦等矢量修正，實現(xiàn)燒結(jié)礦FeO 質(zhì)量提升。

1.3 穩(wěn)定燃料粒級

堅持燒結(jié)固體燃料粒級破碎管理，實現(xiàn)厚料層生產(chǎn)的燃料粒級穩(wěn)定。燒結(jié)工序使用的燃料主要有無煙煤和高爐篩下粉焦組成，受到燃料破碎系統(tǒng)設(shè)置影響，馬鋼煉鐵廠使用焦、煤混合破碎技術(shù)，其受到煤粉粒級較細且二次破碎的影響，致使燒結(jié)燃料小于3 mm 比例波動較大，不利于燒結(jié)過程的穩(wěn)定和燒結(jié)礦FeO 穩(wěn)定率的提升。燒結(jié)工序根據(jù)長期生產(chǎn)實踐與厚料層技術(shù)研究，燒結(jié)生產(chǎn)中燃料粒度不宜過大也不宜過小，應(yīng)保持合適的粒度。因此燃料粒級應(yīng)有一個適應(yīng)當前生產(chǎn)工藝條件、設(shè)備狀態(tài)的合理控制范圍，利于有效降低燒結(jié)固體燃料的消耗。根據(jù)實際試驗結(jié)果以及生產(chǎn)實效，逐步對燃料破碎粒級小于3 mm 的粒級比例適度放寬，由原要求小于3 mm 粒級比例控制下線77%，適應(yīng)性調(diào)整至小于3 mm 粒級比例下線控制值為75%左右進行實績運行控制（見圖3）。

圖2 燒結(jié)2018年高爐篩下比例與燒結(jié)礦燃料配比趨勢

燃料破碎系統(tǒng)使用燒能燃破系統(tǒng)自動化控制模型建立，實現(xiàn)了四輥液壓系統(tǒng)自動保壓、調(diào)壓的工業(yè)化實踐，在啟動推動四輥輥面達到預(yù)設(shè)間距后，蓄能器壓力自動停止液壓系統(tǒng)，并由此進行液壓系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，破碎生產(chǎn)期間自動與蓄能器壓力匹配，達到運行狀態(tài)下的自動保壓功能。該項功能的投用，使得燃料破碎系統(tǒng)調(diào)整由人工調(diào)整為主轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C自動調(diào)整、人工調(diào)整為輔的生產(chǎn)功能，燃料破碎粒級保持穩(wěn)定。

圖3 燒結(jié)燃料小于3 mm 比例趨勢

1.4 堅持厚料、低水、低碳操作

抽風(fēng)燒結(jié)過程具有自動蓄熱[2]的作用，就是穿越料層風(fēng)量經(jīng)過燃燒帶產(chǎn)生的熱廢氣發(fā)生熱交換，獲得高溫且蓄熱。自動蓄熱是隨料層的升高而增強的，有關(guān)資料表明[3]：料層每增加10 mm，固體燃耗降低1.5 kg/t。馬鋼煉鐵廠自2009年開始穩(wěn)步推行900 mm 厚料層生產(chǎn)，2018年開始燒結(jié)料層又逐步上調(diào)，現(xiàn)穩(wěn)定于930 mm 控制，并自主開發(fā)出“布料、壓實度控制模型”，實現(xiàn)了長周期的料層穩(wěn)定。

混合料水分對燒結(jié)過程的影響較大，過大不僅影響燒結(jié)強度而且蒸發(fā)多帶走熱量大，增加固體燃料消耗，水分過小同樣影響燒結(jié)強度、影響布料。混合料低水控制和穩(wěn)定控制是燒結(jié)過程控制的基礎(chǔ)，一般意義上的低水控制是水分在燒結(jié)過程穩(wěn)定基礎(chǔ)上的偏低控制，根據(jù)燒結(jié)配礦、配料變化而產(chǎn)生變化，其不是一個穩(wěn)定值二是一個變化值。經(jīng)過測試摸索總結(jié)，燒結(jié)系統(tǒng)根據(jù)配礦變化和物料實際水分為基礎(chǔ)，計算出燒結(jié)系統(tǒng)的基礎(chǔ)混合料水分控制值，在此基礎(chǔ)上進行混合料濕度控制模型的投用，進長期生產(chǎn)實踐適合于馬鋼煉鐵廠厚料層燒結(jié)混合料水分為：（6.8±0.3）%水平。

圖4 2018年燒結(jié)工序月平均料層厚度

由此，堅持900 mm 以上厚料、適宜水分下的低水控制、穩(wěn)定燒結(jié)礦FeO 水平下的低碳操作，能夠充分發(fā)揮自動蓄熱作用，提高燒結(jié)礦強度，穩(wěn)定燒結(jié)礦中FeO 含量，降低燒結(jié)固體燃耗。

2 效果

以自動化控制模型自主研發(fā)為基礎(chǔ)，穩(wěn)定工藝過程、控好關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)降耗目標。

2.1 FeO 穩(wěn)定率提升

FeO 穩(wěn)定率是高爐長周期運行的基礎(chǔ)，也是燒結(jié)過程穩(wěn)定、燒結(jié)礦強度、降低固體燃耗控制的一項關(guān)鍵指標。燒結(jié)礦FeO 穩(wěn)定性受到堿度、水、碳、固體燃料質(zhì)量、粒度、配加量等因素的影響。根據(jù)馬鋼燒結(jié)厚料層多年生產(chǎn)經(jīng)驗和分析總結(jié)，并與同行先進企業(yè)比較，馬鋼煉鐵廠燒結(jié)礦w（FeO）含量的正常控制范圍（8.5±1.0）%，經(jīng)過數(shù)據(jù)對比分析必較，理想w（FeO）為8.2%～9.0%，即有益于降低燒結(jié)固體燃耗又對高爐系統(tǒng)有利。

燒結(jié)工序經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，燒結(jié)固體燃料粒度水平、固定碳水平得以基本穩(wěn)定。為保證燒結(jié)礦化學(xué)成分的穩(wěn)定，使用配合比矢量控制模型，自動修正熔劑、燃料、返礦等下料量，以穩(wěn)定燒結(jié)礦化學(xué)成分。生產(chǎn)實際中根據(jù)燒結(jié)點火爐下部風(fēng)箱溫度和低溫段溫度的變化趨勢，提前判斷燒結(jié)礦配碳量的大小，并根據(jù)燒結(jié)機尾部紅礦層的孔隙率時時判斷FeO 水平。2018年我廠燒結(jié)礦FeO 穩(wěn)定率大幅提升，燒結(jié)礦FeO 偏差逐月降低。

2.2 應(yīng)用自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定燒結(jié)機終點溫度及位置

燒結(jié)機終點及風(fēng)箱溫度是一個比較重要操作參數(shù)，既要保證燒結(jié)礦強度還要保證達到一定的廢氣溫度。我廠根據(jù)燒結(jié)終點模糊計算出燒透點位置，通過控制廢氣溫度、上升點的位置，控制燒透情況。并根據(jù)“風(fēng)量再分配”基礎(chǔ)技術(shù)進行臺面風(fēng)量的自動控制分配。燒結(jié)過程控制系統(tǒng)以“布料、壓實度模型”為基礎(chǔ)，串接入“燒結(jié)BRP 控制模型”及“燒結(jié)風(fēng)量分配控制模型”，實現(xiàn)了厚料層下的燒結(jié)過程的自動控制，并由此開發(fā)出燒結(jié)系統(tǒng)大數(shù)據(jù)矢量計算模型，進行實時燒結(jié)過程分析，從而達到了燒結(jié)過程的穩(wěn)定性控制。

2.3 強化點火控制，穩(wěn)定點火溫度

圖5 2017-2018年燒結(jié)礦w（FeO）（±0.7%）合格率及偏差趨勢

圖6 燒結(jié)終點溫度、起始點溫度人工控制趨勢

圖7 燒結(jié)終點溫度、起始點溫度自動控制趨勢

馬鋼煉鐵總廠A號、B號燒結(jié)機原設(shè)計焦爐煤氣點火，2010年-2011年改成焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣分別點火系統(tǒng)，為了配合厚料層燒結(jié)，2015年先后對兩臺點火爐進行了升級改造，由傳統(tǒng)雙斜式改為幕簾式，改造同時設(shè)計了預(yù)熱器空氣升溫系統(tǒng)提高點火空氣溫度，實現(xiàn)了降低燒結(jié)點火煤氣單耗的節(jié)能效果。2018年應(yīng)用點火控制模型，實現(xiàn)了點火溫度沿?zé)Y(jié)機寬度方向均勻，供熱強度均勻；點火爐內(nèi)采用氣體幕墻隔離，確保點火段煙氣不流失，同時為爐內(nèi)補充空氣，從而達到節(jié)約煤氣的目的；設(shè)置點火空氣預(yù)熱箱將助燃空氣預(yù)熱到80～130 ℃，充分利用熱能，提高點火空氣溫度，并解決火嘴堵塞的問題。點火模型的投用實現(xiàn)了點火溫度的自動控制，達到了點火強度的穩(wěn)定。

2.4 固耗（見表1）

從上表1 中可見，2018年6月份以后上述生產(chǎn)實踐實施后，2017年—2018年上半年固體燃耗月最大值為55.91 kg/t，2018年下半年月最大值為50.37 kg/t；2017年-2018年上半年固體燃耗月均值為51.93 kg/t，2018年下半年固體燃耗月均值為48.79 kg/t，降低了3.14 kg/t，取得了一定的效果。

表1 固體燃耗月數(shù)據(jù)表 kg/t

3 結(jié)語

近年來，隨著燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升，厚料層燒結(jié)技術(shù)是降低成本必經(jīng)之路，在厚料層燒結(jié)基礎(chǔ)上加大燃料系統(tǒng)的管理，并使用自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性開發(fā)與工業(yè)應(yīng)用，燒結(jié)固體燃耗必定會實現(xiàn)逐步降低。

馬鋼煉鐵總廠燒結(jié)厚料層生產(chǎn)取得了一定的效果，與同行先進企業(yè)比較固體燃耗相對較低，后期仍需要進一步做好對標挖潛，技術(shù)攻關(guān)工作，持續(xù)降低能源消耗。