浅谈烧结固体燃料结构对烧结工艺的影响

陈朝斌

本溪北营钢铁(集团)股份有限公司炼铁厂 辽宁 本溪 117017

引言

烧结过程中,固体碳的燃烧反应为液相生成和其他反应的进行提供了必要的热量和气氛条件,对烧结矿产、质量有很大影响。焦粉和无烟煤作为烧结生产用的主要固体燃料,它们的烧结过程中燃烧,反应过程非常复杂,固体燃料为烧结工艺过程提供了70%～80%的热量,在烧结过程中的燃烧行为和燃烧效果对烧结矿的产、质量和烧结矿的各项冶金性能起到了决定性的作用。同时,焦粉与煤粉的配比发生变化可以改变烧结过程的气氛和影响烧结料层中各层的温度分布,进而影响烧结矿的矿物组成、矿物结构和烧结矿的各项冶金性能。此外,烧结使用的固体燃料的粒度对烧结的产量、质量及工序能耗均有很大的影响.一般认为燃料粒度过粗,在烧结混合料中将产生偏析,布料分布不均,且烧结过程中燃烧时间较长,大颗粒燃料尚未充分燃烧,而进入烧结矿或返矿,降低了燃料利用率。燃料粒度过细,燃烧速度过快,烧结速度比传热速度快,烧结固体燃耗也升高。因而,固体燃料结构对烧结工艺过程有着非常显著的影响。

1 概况

节能降耗无论是对增加企业的市场竞争力,还是对企业的持续发展来说都具有十分重大的意义。烧结工序作为钢铁生产过程中的重要环节,其工序能耗约占钢铁生产总能耗的10%,工序能耗成本约占烧结矿总成本的10～12%。因此作为烧结工作者,在确保烧结矿产、质量的前提下,通过降低工序能耗及成本,一直是攻关的方向和追求的目标,烧结工序能耗主要包括固体燃耗、煤气燃耗、电耗、水、蒸汽、氮气、压缩空气等消耗。其中固体燃料消耗占烧结总能耗的73%,为此,烧结生产一直以降低固体燃料消耗来降低工序能耗、降低成本,作为降本增效的重中之重。然而,受燃料质量、布料效果、水碳稳定性等诸多因素的影响,我厂固体燃料消耗一直处于较差水平,攻关前为56kg/t。为进一步降低烧结固体燃料消耗,在全体烧结人的一致努力下,先后克服烧结料层透气性差、混合料温度不达标、台车漏风率高、燃料粒级不合格、布料效果差、返矿率高等问题,成功促使固体燃料消耗由56kg/t降低至51kg/t,月节省成本约160万元。

2 固体燃料对烧结过程的影响

2.1 固体燃料种类和粒度对烧结过程的影响 ①从固体燃耗上看,l～3mm 粒级越高,烧结固体燃耗越低。若要考虑烧结矿产量和冶金性能等综合指标,则以0.5mm～3mm 粒级的比例越高,烧结的综合指标越好。②从燃料粒度上看,当无烟煤粒度小于1mm,烧结燃烧速度过快,就必须适当提高固体燃料的配比,才能保证烧结过程顺利进行,并且燃料损耗量较大,固体燃耗升高;而当焦粉粒度小于0.5mm 时,烧结过程透气性出现下降,烧结固体燃料消耗升高。

2.2 燃料质量对烧结过程的影响 烧结过程中燃料的配加量、燃料的粒度组成、燃料的燃烧性质直接影响烧结过程中的温度和热量变化,进而影响到烧结料层的温度分布、热量分布、燃烧带厚度、料层透气性、烧结气氛、黏结相数量和质量等,并直接影响烧结矿的产、质量。因此烧结生产对燃料质量有着很高的要求：固定碳含量高、灰分、挥发分含量低,有害元素S、P含量低,粒度分布合理,可燃性好,发热值高。烧结过程对燃料的粒度有着非常严格的要求。燃料的粒度不能过粗,也不能过细。过粗时会造成燃烧带过宽,增大气流阻力,导致负压升高产量下降;过细时会导致燃烧速度过快,燃烧带的高温保持时间短,降低烧结矿的强度和成品率。最适宜的燃料粒度为0.5～3.0mm,生产中因0.0～0.5mm 的质量分数无法进行人为控制,一般要求0.0～3.0mm 的燃料要达到75%以上。

2.3 固体燃料结构对烧结矿质量的影响 (1)固体燃料结构对烧结矿还原性的影响。随着混合料配碳量的增加,烧结矿还原性逐渐变差,主要原因是配碳增加,烧结燃烧带变厚,液相产生过多,烧结矿微观结构中薄壁大孔结构增多,烧结成品矿中FeO 含量增加,还原性降低。另一方面,焦粉粒度过粗,烧结布料偏析使下部烧结矿FeO含量明显高于上部,烧结矿成分不均,影响高炉生产的稳定进行。(2)固体燃料结构对烧结矿强度的影响。研究表明,用焦粉做固体燃料时,烧结速度比使用无烟煤时要快,而垂直烧结速度过快,会导致烧结过程中料层在高温段停留时间变短,烧结矿强度有所降低。为了保证烧结矿强度,就必须提高燃料配比,调整焦粉和煤粉的配比比例,适当提高煤粉配比,提高烧结过程中高温段停留时间。另一方面,由于煤粉的着火点比焦粉低,适当提高煤粉配比可以促进焦粉的燃烧,提高表层矿的成矿率,烧结矿成矿过程得到保障,烧结成品率也就得到提高。因此,适宜的固体燃料配比为焦粉70%－75%,烧结无烟煤25－30%,对稳定烧结矿强度具有十分重要的作用。

3 研究改进实践

3.1 对固体燃料的粒度进行控制 烧结过程中所需的能量来源于固体燃料的燃烧,烧结速度的快慢与固体燃料的粒度之间关系密切。当燃料的粒度过小、过细时,气流对燃料影响较大,使得燃料烧结和热能传输速度不匹配,很难长时间维持高温,从而增加的返矿率;当燃料的粒度过大时,布料过程中容易形成燃料的分布不均匀,影响料层的孔隙率,导致燃烧不完全。大量的研究表明,最佳的燃料粒度分布区间是处于0.5mm 和3mm 之间,其它粒度的分布都会固体燃耗提高。

3.2 燃料质量控制 针对燃料质量问题,严格控制入厂燃料粒度,一是与制造部强化沟通与原料粒度的验收,将焦化厂的焦粉粒度控制在10mm以下,粒度为10－25mm 的焦丁杜绝进入烧结燃料料场;二是烧结无烟煤的进厂粒度＜20mm 的焦末粒级质量分数95%以上,灰分15%以下;三是加强燃料破碎的管理,在燃料对辊破碎前安装除铁器,避免铁器进入焦粉加快对辊、四辊的辊皮磨损;燃料进辊前坚持“薄铺铺平”;根据燃料破碎后的燃料粒度,及时调整辊距,确保3.0mm 以下焦末粒级质量分数≥75%,3.0mm 以下烧结无烟煤粒级质量分数≥70%,焦粉、煤粉≤5.0mm 的部分小于5%;定期对磨损辊皮进行车削,磨损严重时更换破碎辊。

3.3 对烧结料层的厚度进行控制 研究表明,料层的厚度与烧结过程中的蓄热能力有很大关系。采用厚料层的烧结技术,可以利用料层燃烧的自动蓄热效应,从而降低能耗,提高烧结矿的成品率。厚料层技术的使用,可以减少物料中的配碳量,延长物料燃烧氧化放热时间,并均匀保持物料层的高温,改善了烧结环境。另外,厚料层技术还会增加下层物料的烧结温度,有利于物料的液化,从而提高烧结矿的晶化程度,提高成品矿率,因此,我厂烧结料层厚度750mm 以上。

结语

综上所述,在烧结生产中,要不断优化入烧燃料结构,控制合理的焦煤比,加强燃料粒度控制,保证合理的燃料粒度,减少混合料中燃料偏析,提高混合料透气性,保证烧结矿亚铁强度,低温还原粉化性能的稳定,为高炉提供强度好、还原性好的优质原料,实现烧结生产降本增效的目标。