德龍230 m2燒結機厚料層生產實踐

鐘庭梁，佘雪峰，王延江，李曉海，劉 鵬

（1 北京科技大學鋼鐵冶金新技術國家重點實驗室，北京 100083；2 德龍鋼鐵有限公司燒結廠，河北 邢臺 054009；3河北省熱軋板帶鋼技術創新中心，河北 邢臺 054009）

1 前 言

隨著距離“2030 年實現碳達峰，2060 年實現碳中和”的目標越來越近，鋼鐵生產全流程實現節能減耗、綠色高效、持續發展面臨嚴峻挑戰。鐵礦石燒結作為鋼鐵生產的第一道原料加工工序，所需要的能源消耗占整個鋼鐵工業生產的10%以上，碳排放量占15%以上［1-2］，燒結工序的節能減排對實現鋼鐵工業的綠色發展具有重要意義。

厚料層燒結是20世紀70年代在國內發展起來的燒結技術，實施厚料層燒結后可有效提高燒結礦質量和產量，降低固體燃料消耗以及污染物的排放，因此近年來得到廣泛應用和快速發展［3］。但隨著料層厚度的提高，在提高燒結礦的產量和質量的同時也帶來了諸多問題，其中最突出的就是料層提高到接近900 mm 時，燒結料層的自動蓄熱效應進一步增強，混合料過熔，燃燒帶變寬之后惡化料層透氣性，導致燒結速度下降［4］，燒結礦產量和質量下降以及料層不完全燃燒增加，燒結煙氣CO 含量增多。

德龍鋼鐵有限公司燒結廠（簡稱德龍燒結廠）為改善厚料層燒結的透氣性，提高燒結礦質量，降低燒結煙氣CO 的排放，對230 m2燒結機開展了一系列的設備和工藝改進攻關，料層厚度從870 mm提高至950 mm，燒結礦的轉鼓強度從76%左右提高至77%以上，固體燃耗降低1.03 kg/t，燒結煙氣CO排放濃度大幅降低。

2 厚料層生產主要技術措施

德龍燒結廠從2021 年開始對厚料層燒結進行優化生產，立足于燒結機本體設備，對現有的230 m2燒結機進行欄板加高、點火器提高等改造，將料層厚度從870 mm 逐漸提高到950 mm 的厚料層生產試驗，進一步發揮燒結厚料層的“自動蓄熱”功能，達到提高燒結礦質量和進一步降低燒結能耗和污染物排放的雙重效果。

2.1 強化制粒

燒結制粒是將鐵礦粉、燃料、熔劑、返礦以及除塵灰等進行混合，在水的潤濕作用下進行造粒長大的過程。制粒過程一般以粗大礦石顆?；蚍档V為形核顆粒（粒度＞0.7 mm），在水的作用下粒度較小的顆粒（粒度＜0.2 mm，一般稱為黏附粒子）黏附在形核顆粒表面形成準顆粒［5］。燒結制粒得到準顆粒的粒度分布直接影響燒結料層透氣性，并且混合料中化學成分和燃料分布的均勻性直接影響燃燒進程，進而影響燒結礦質量以及CO 的產生，因此，燒結制粒過程對于整個燒結工序至關重要。在燒結生產中常用的強化制粒技術措施包括提高料溫、優化水分控制、生石灰高效消化以及混合機的改造和參數優化等。

2.1.1 生石灰高效消化

生產實踐表明，燒結生產中配加生石灰能夠強化生產，生石灰消化放熱過程以及消石灰Ca（OH）2膠體顆粒的形成，能有效提高混合料料溫和強化混合料制粒［6-7］，因此，配加生石灰不僅增加燒結礦的產量，而且對減少固體燃料的消耗也具有十分明顯的作用。

德龍燒結廠為了優化制粒效果，在燒結配料室生石灰倉下料點后方增加螺旋式生石灰消化裝置，進行預消化。新增的消化裝置的螺旋消化器分為3級，每級螺旋消化器都配有單獨的變頻電機驅動和不同的溫度顯示，可以根據生石灰的給料量和上一級反應器內的溫度等數據反映出各級生石灰的消化進程，進而調整電流調節電機的轉速來調節生石灰消化進程，實現生石灰高效消化。3 級消化系統明顯改善生石灰的消化效果，降低生石灰未消化的“白點”對燒結礦堿度的影響，此外，新增生石灰消化裝置還可以改善石灰消化過程時產生的大量粉塵和水蒸氣的惡劣環境。生石灰配加-消化工藝流程如圖1所示。

圖1 德龍生石灰消化裝置

2.1.2 提高料溫

燒結料層厚度提高之后，當混合料溫度低于“露點”溫度時，如果燒結料層上部水分不能隨廢氣排出，將在料層下部冷凝成水形成過濕帶，惡化燒結料層的透氣性，降低燒結速度，影響燒結礦質量［8-9］。厚料層燒結利用熱水改善生石灰的消化效果，提高混合料溫度。

德龍燒結廠230 m2燒結機提高混合料溫的方式是在熱水池中補入來自環冷余熱鍋爐的過熱蒸汽，提高混合水溫度達到90 ℃左右。在一混加入7.3%～7.6%的熱水進行混合制粒，同時向混合滾筒通入高溫蒸汽，將混合料溫度由55 ℃提高到80 ℃左右，用提升料溫的方法也能減輕混合滾筒的結料現象。制粒過程所使用的蒸汽來源于配套在燒結機環冷機上的2套余熱鍋爐裝置，余熱來源是環冷機二段煙氣，溫度大約在300 ℃左右。

2.1.3 混合機改造

制粒過程混合工序設備的結構改造與參數改進作為強化制粒的主要措施，在燒結生產上引起了足夠的重視。混勻料在混勻制粒滾筒的工作中，摩擦作用會給筒壁帶來比較明顯的損耗。此外，混合料和水混合后黏性增大、附著力增強，混勻制粒滾筒還面臨著原料黏結、進料口翻倒料等難解決問題，降低了混合料的制粒效果［10］。為提高制粒效果，定期地進行黏結料清理不僅費時費力，也不能從根本上解決問題，而且還存在一定的安全隱患和對設備的二次破壞。因此，德龍燒結廠在燒結機檢修期間對230 m2燒結機混合滾筒進行了改造。其內壁的襯板選擇了錐形逆流的螺旋走法，設計襯板螺旋方向與滾筒本身的轉動方向相反，更有利于筒體中混合料的均勻分布，有效抑制粘料問題，使得制粒效果更好。

2.2 布料方式改進

在燒結生產過程中，含鐵原料受熱熔化生成液相會發生收縮現象，與臺車欄板分離形成縫隙，而且當料層厚度提升到950 mm 后抽風負壓提高，風量分布和燒結氣氛不均導致邊緣效應愈發嚴重，不僅造成燒結礦質量波動頻繁，而且燒結成品率下降，返礦量上升。德龍燒結廠為了降低“邊緣效應”的影響以及實現料層橫、縱方向上的均勻布料，合理分布燃料，進而改善料層熱效應，對230 m2燒結機布料操作進行優化改進。

（1）改造寬皮帶兩側出料口，提升皮帶兩側的出料量，控制料面兩側厚、中間薄。加厚兩側的邊緣布料，使得料面兩側較中間略高60 mm 左右，料面形狀成“U”形，同時兩側上壓料輥壓料，然后通過對邊緣混合料密實，可降低兩側料層的透氣性，增大邊緣氣流阻力，有效抑制了邊緣效應。

（2）調整布料設施運行參數。為了實現混合料的大顆粒布到臺車下部，小顆粒布到臺車中上部，對九輥布料器進行參數優化調整，將九輥布料器傾角由38°提高到45°，同時將九輥布料器各輥之間的間隙調整為2-2-2-3-3-5-5-6 mm，優化不同粒級混合料的縱向合理分布。

（3）松料器改進。將松料器由2排增加到3排，同時將松料器的型號由Φ25 mm的普通鋼管換成Φ 15 mm的不銹鋼管，改造后的松料器直徑減小且表面光滑，減少了混合料在松料器粘料的負面影響，同時增加的一排松料器與其他的錯位分布，有效改善了布料效果和料層的透氣性。

3 厚料層生產效果

3.1 燒結指標提高

德龍燒結廠對230 m2燒結機陸續進行了點火器抬高和料層厚度提高到950 mm 改造，實現了950 mm 厚料層的正常生產操作，主要從混合料水分溫度的控制、生石灰高效消化、混合料溫度提升、混合機襯板改造強化混合料制粒等幾個方面進行參數優化，厚料層燒結實現了穩產、提質、降耗的目標。改造前后燒結機生產參數對比見表1，燒結機經濟技術指標對比見表2。從表1 看出，改造后燒結混合料溫度大幅度提升，滿足了厚料層的基礎要求，燒結機利用系數平均提高0.03 t（/m2·h）。從表2可知，改造后燒結臺時產量提高1.63%，燒結礦的成品率提高0.22%，轉鼓強度提高1.31%。同時，料層厚度提高后，厚料層蓄熱效應增強，燒結綜合能耗降低，固體燃耗降低約1.03 kg/t，電耗降低4.02（kW·h）/t，節能降耗效果顯著。

表1 燒結機改造前后生產參數

表2 改造前后燒結機經濟技術指標

3.2 出口煙氣CO濃度降低

實施950 mm 厚料層燒結后，燒結煙氣CO 出口排放濃度由13 500 mg/m3左右穩定控制在6 000～8 000 mg/m3。

4 結 語

（1）德龍230 m2燒結機通過點火器抬高等燒結臺車的改造，增設三級生石灰消化設備、混合料噴吹蒸汽和混合滾筒襯板改造強化制粒效果以及布料方式的優化等技術措施的實施，混合料溫度從60 ℃提高到80 ℃，料層厚度逐步從870 mm提高至950 mm。

（2）實施厚料層燒結后，燒結礦的產量和質量有明顯提高，同時節能減耗效果顯著。燒結臺時產量提高1.63%，燒結礦的成品率提高0.22%，轉鼓強度提高1.31%，固體燃耗降低約1.03 kg/t，電耗降低4.02（kW·h）/t。另外，實施厚料層燒結后，燒結煙氣CO 出口排放濃度由13 500 mg/m3左右穩定控制在6 000～8 000 mg/m3。