煉鐵廠燒結工序三混技術改造

尚成龍，鄭 超，吳洪洋

（磐石建龍鋼鐵有限公司，吉林 磐石 132300）

1 燒結現狀

煉鐵廠燒結工序有 90 m2燒結機 1 臺，混合機 2 臺，因高爐煉鐵需求，燒結礦產量應在 5150 t左右，其中堿度控制在 2.15 倍。因成礦率低，返礦率高，燒結礦供應比較緊張，受配礦結構等影響，燒結礦質量存在階段性波動，如何解決燒結機產量、質量為當前最大難題。

2 燒結礦產量、質量影響因素

2.1 配礦結構

配礦結構是影響燒結產量、質量的初始因素，現階段燒結過程配礦鐵料主要以國產精礦粉及進口礦為主。國產精礦粉主要為細粉，進口礦為粗粉，其粒級較好，適當提高進口礦配比可提高混合料粒級，改善燒結過程透氣性。表 1 為燒結主要物料配比。

表1 燒結主要物料配比

以上為現階段主要物料配比，外粉配比合計為 27%，混合料（粒級≥3 mm）為 65.51%。其中我廠所使用的常用外粉為紐曼、PB、金布巴、FMG超特、FMG混合等，其外粉燒結性能不同，與院校科研機構共同對其性能檢測，具體結果參見表 2。其中 PB 粉粒級及冶金性能均劣于其他四種外粉，FMG 混合粉粒級及冶金性能處于中等水平，燒損較大，大比例配加不利于燒結提產。

表2 不同進口礦粒級及冶金性能

2.2 混合料溫度

燒結生產過濕層的形成，使得料層的透氣性惡化，對燒結過程產生很大的影響。當混合料溫度達到“露點”以上時，可大幅度減少或消除料層的過濕現象，有研究得出料溫由 18℃ 提高至 70℃ 時，過濕層的水分凝結量由 6.8% 降低至0.9%，明顯改善了料層的透氣性，強化了燒結過程[1-3]。

我廠提高混合料溫度的主要熱源途徑為沖渣水、環冷余熱蒸汽。受蒸汽產出及發電平衡影響，蒸氣壓力給到 0.02 MPa，對混料皮帶、混合機等進行蒸汽加熱，混合料溫度在 40～50℃ 之間（室外溫度-25～32℃ 之間），無較大改善空間。

2.3 燒結礦堿度

通常將堿度R=1.8～2.2 的燒結礦稱為高堿度燒結礦，堿度R＞2.2 的燒結礦稱為超高堿度燒結礦。高堿度燒結礦的轉鼓強度、還原性、低溫還原粉化性、熔滴性能好。雖固相反應中鐵酸一鈣生成早、生成速度快，但一旦形成熔體后，熔體中 CaO 和 SiO2的親和力、SiO2和 FeO 的親和力都比 CaO 和 Fe2O3親和力大得多，因此最初生成的鐵酸一鈣 CF 容易分解形成 CaO·SiO2熔體，只有當 CaO 過剩（即高堿度）時，CaO 才能與Fe2O3作用生成鐵酸一鈣[4]。

堿度低時不僅SFCA少，且鐵酸鈣大多為片狀和柱狀。堿度R＞2.2 又出現大量難還原鐵酸二鈣 2CaO·Fe2O3。適宜堿度R為 1.9～2.15，最低不低于 1.85，最高不超過 2.2，我廠堿度選擇在2.15 倍組織生產。

2.4 厚料層燒結

在抽風燒結生產中，臺車上部的燒結礦遇冷空氣急劇冷卻，結晶程度低、玻璃質含量高、強度差、粉末多，隨著料層增加，臺車上下部強度差的燒結礦比例降低。在燒結過程后，燒結高溫帶增寬，燒結速度減慢，礦物結晶條件變好，結晶度升高，燒結礦強度和成品率升高。且在燒結過程中，料層自身蓄熱能力隨料層的增加而增強，文獻 [5] 經驗數值表明料層提高 10 mm，可降低 1～3 kg 燃料消耗，但我廠目前受料層透氣性及負壓影響，未能實現厚料層燒結。

2.5 燒結風量

風是燒結過程賴以進行的基本條件之一，也是加快燒結過程最活躍的因素，關系式（1）表明，通過料層的有效風量越大，垂直燒結速度越快。提高燒結生產率，一定范圍內有效風量與燒結礦產量成正比。但當垂直燒結速度增大到一定程度后，繼續增加風量，則因垂直燒結速度過快，表層燒結礦冷卻加劇，燃燒帶固結成型條件差，燒結礦轉鼓強度將有一定程度的降低，抵消了生產率增長的優勢且燒結礦質量變差。

式中，

V——燒結有效風量，m3/min

△P——總管負壓，Pa

υ⊥——垂直燒結速度，mm/min

Q——燒結礦電耗，kWh/t

K1、K2、K3——與原料性質和操作有關的系數

關系式（2）和（3）表明，有效風量增加，總管負壓和電耗基本呈平方關系明顯增加，增長幅度遠遠大于垂直燒結速度，導致影響燒結、產能降低、能耗升高。同時大風量高負壓下，漏風率增大，燒結礦氣孔率減小，還原性下降。

目前燒結工序已將主抽能力提高到最大，設備方面無增大風量空間。

3 燒結三混改造方案提出

我廠燒結工序生產主要有負壓高、有效風量低、混合料溫度低等特點，想要進一步提高燒結礦產量及質量需要解決燒結過程料層透氣性問題。

常規燒結混料制粒系統配置為制粒機+混合機。通過現階段對混合料粒級跟蹤發現，我廠在進口礦配比大幅變化前后粒級變化不明顯，與其他公司對標，整體同樣顆粒料占比情況下，我廠混合料粒級低于其他公司 6% 左右，說明我廠制粒系統制粒能力不足。

當年我廠對燒結制粒機進行改造，增加皮帶走向，將舊制粒機串聯到制粒機及混合機之間，形成三道混合效果。對比常規燒結生產配置（混合機+制粒機），增加一臺制粒機后我廠制粒系統改造后為混合機+制粒機+制粒機（舊）聯合強化制粒生產，參見圖 1。

圖1 改造后制粒系統

4 燒結三混改造效果跟蹤

4.1 混料時間跟蹤

首先對混料時間進行測定，使用小型礦泉水水瓶，內部填充混合料與實際混合料比重一致，將水瓶投入新增混合機開始計時→出混合機結束計時，記錄時間；新增設皮帶根據轉速計算運行用時，整體混料時間增加 5.31 min，詳見表 3。

表3 混料時間跟蹤

4.2 燒結過程參數跟蹤

混合料粒級升高 5.59%，負壓降低 0.57 kPa，生產操作采取厚料層慢機速方針，料層提高 11 mm，終點溫度提高 11.67 ℃，風量升高1.6萬m3。改造前后燒結過程參數見表 4。

表4 過程參數跟蹤

現場觀察機尾卸料紅料層厚度降低 1/3，生球強度提高（生球表面光滑，致密），制粒后大球占比明顯增多，檢測粒級時篩下物（≤3 mm）也為小球狀，原篩下物多為面狀組成。改造前后制粒效果參見圖 2 和圖 3。

圖2 原制粒效果

4.3 效果跟蹤

對比改造前，高爐返礦率降低 1.91%，綜合返礦率降低 2.24%，整體燒結礦質量改善明顯，成礦率升高，毛礦產量對比增加 105 t，凈礦產量增加 193 t，詳見表 5。

5 結論

在同樣配礦結構不變的條件下，通過機理及實踐過程跟蹤效果驗證如下：在混合料溫度較低情況下，通過混合料粒級升高，負壓降低，調整燒結過程操作方針，采取厚料層慢機速燒結，同時生球大粒級占比增加，使得料層風量增加 1.6萬m3，燒結礦產量提高 105 t/d，質量改善成礦率升高 1.91%，凈礦產量升高 193 t/d。