钢铁企业降低烧结工序能耗的分析

虞勇波

钢铁企业对资源、能源需求量巨大，为控制生产成本，并响应当前保护环境的号召，降低能耗已经成为钢铁企业迫在眉睫的的问题。而烧结工序作为钢铁工艺中耗能巨大的一个环节，能源消耗量甚至能占到整个钢铁企业总消耗量的10%，所以对烧结工序进行改进是降低钢铁企业能耗的关键步骤，对钢铁企业的可持续发展起到了重要作用，所以针对当前烧结工序中存在的问题进行分析，找出切实可行的改进措施，对整个钢铁产业都具有十分重要的积极意义。

1 烧结工序概况

烧结工序中的节能降耗措施是困扰各大钢铁企业的一个问题，要想真正实现这个目的，就必须从源头出发，首先熟悉烧结工序的工作原理及其流程，这样才能制造出耗能的源头并有针对性地提出解决措施。

1.1 烧结工序的介绍

钢铁企业中的烧结工序就是将钢铁混合料加热，但温度始终保持在混合料任意成分熔点以下，再将其通过特定方法冷却到常温，在这个过程中混合料之间粘度提高，互相会粘连形成烧结体，从而使得整体强度提高，得到预期的拥有良好物理、化学性能的钢铁材料。整个烧结一般包含三个阶段：低温预烧阶段、中温升温烧结阶段、高温保温完成烧结阶段。

1.2 烧结生产的工艺流程

目前我国主流烧结工艺为抽风烧结工艺，其大致流程如下：

（1）烧结原料的准备：①混合原料的准备，其中主要成分为铁矿粉，粒度在5mm 以内，②熔剂的准备：熔剂的主要成分CaO，基本粒度要求为3mm 以内，③燃料的准备，当前我国钢铁使用的燃料大多为固体燃料，主要成分为焦粉和无烟煤，基本粒度要求为3mm 以内。

（2）配料与混合：①配料是为了找到满足材料需求的原材料及其适合烧结的比例，从而使得烧结矿拥有稳定的物理、化学性，②混合是为了将配比合理的原材料充分混合，使之成分均匀、粒度范围合适、湿度适中并满足后续形成球团的要求。

（3）烧结生产：烧结步骤是整个烧结工序中最重要的一环，它其中又包含了布料、点火、烧结等具体步骤：①布料，即将混合完成的原材料均匀地铺在台车上，要保证不仅是混合料均匀分布，粒度分布也要如此，②点火，即将点火炉内的固体燃料点燃，点火温度要根据混合料而决定，③烧结：点火完成后对混合料的加热烧结过程，整个过程要时刻注意风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点等影响因素。

2 降低工序能耗的技术措施

2.1 降低固体燃料

烧结工序中的能源消耗大部分都是固体燃料引起的，据相关调查显示，在各个钢铁企业中固体燃料在烧结工序中的总能耗占比都是最大的，其中宝钢企业占比85% ，鞍钢企业占比78%，首钢企业占比71.51%。这些数据充分说明了固体燃料才是影响烧结工序中能源消耗量的最大因素，所以控制固体燃料的使用消耗是实现烧结工序节能降耗的关键点。而据研究发现决定固体燃料消耗量的因素有很多，其中最主要的为固体原材料的本身特性、混合物料的含水量、温度、粒度范围、烧结过程中物料的厚度、溶剂的本身特性等。所以，要想有效控制固体燃料的消耗量就必须从本质出发，以上述决定因素为途径找到具体措施。

2.1.1 对原料进行合理搭配

在燃烧过程中，生石灰不仅用作溶剂，而且燃烧催化燃料，提高混合物的温度，促进混合物的形成，增加物质的强度，增加物质层的渗透性，形成厚料层，促进燃烧碳颗粒，并减少固体燃料的消耗。然而，在添加生石灰的过程中，应该充分结合物料的特性适量添加，添加过多的话会导致混合物料疏松度过高，则整体密度就会降低，形成的料球的轻度就会不足，从而导致对烧结不利。此外，炼钢产生的废渣在一定程度上也可以代替生石灰，因为这些钢渣中碱性氧化物占比不低，而且主要还是硅酸三钙、硅酸二钙、铁酸钙以及游离的CaO，MgO 等低熔点矿物。并且钢渣中还存在较活泼金属单质，其在燃烧过程中会被氧化释放大量热量，从而不仅可以进一步减少固体燃料的消耗量，还可以改善烧结过程的整体质量，根据调查，适宜的钢渣在固体燃料中的占比为4%～6%。

2.1.2 控制燃料粒度改善燃料分布

烧结工序中的烧结温度是一定的，要想在节能降耗的目的下达到所需温度，就必须使烧结工序中的传热尽可能跟得上燃烧，减少热量散失。传热一般由设备决定，而燃烧则是由固体燃料的本身特性、粒度范围和实际燃烧条件决定，所以为了是固体燃料的燃烧放出的热量被充分利用，降低固体燃料的消耗量，就必须对固体燃料进行细致筛选，选择合适的粒度。固体燃料分为多种，每种的粒度要求都各不相同，通过研究及实践证明，焦粉燃料最为合适的粒度范围在0.5mm ～3mm 之间；目前常用的无烟煤等燃烧剧烈的燃料，其粒度范围要求更为宽泛。对于固体燃料而言，整体的粒度不宜过大，否则无法完全燃烧，从而造成燃料浪费，而且燃烧产生的热量也无法完全利用，有可能导致无法达到烧结所需温度；但是固体燃料的粒度也不能过小，否则燃料比表面积过大，且单个燃料重量太轻，在烧结过程中，容易被燃烧产生的含氧烟气扬起，从而发生反应生成有毒气体CO。当烧结造成，炉内温度下降，小部分的CO 和生成的Fe20 反应消耗掉，到大部分的还是会被排入烟道，整个过程不仅增加了安全风险，而且CO 也是由于不完全燃烧产生，也会导致燃料利用率不足，并且粒度过小的燃料燃烧速度过快，无法保证持续的烧结所需温度，对于钢铁质量不利。所以一般而言，最佳的粒度范围就是在0.5mm ～3mm 之间，过大或过小都会增大固体燃料的消耗量，且对钢铁质量造成不良影响

2.1.3 提高混合料温度

随着混合物温度升高，混合物会达到露点。这将大大减少或消除地层水蒸气的凝结，减少高热层气流的障碍，改善材料层中剩余气体的性质，增加室外风力，创造有利于转换温度的条件，迅速燃烧，增加生产，并使固体燃料燃烧完全。此外，随着混合物温度上升，部分热可以取代固体燃料燃烧的热量，从而减少固体燃料的消耗。提高混合物温度的措施除其他外，包括对活体冶炼厂进行预热加热，对热矿石进行初步储存，通过气瓶使用热蒸汽，混合混合燃料烧化等。混合燃烧方法，即将燃烧器扩大到火器燃烧室，并在多余空气中燃烧其他燃料，以产生热烟气。在燃烧反应开始之前，烟道气通过物质的层注入，从而提高混合物的温度。这种燃烧方法不仅可节省固体物质的燃烧，而且还可节省能源消耗总量，因为它减少了一氧化碳形式的热量损失。此外，使用热矿预热混合物也是一种有效的节约能源消耗方法，经过实际生产验证，采用热返矿预热方法时，固体燃料混合物能明显提升温度，且相比于常规的蒸汽预热方法，这种方法还可以节约大量蒸汽，降低生产成本。

2.1.4 强化制粒工艺提高成品率

实际生产过程中，可以通过改进制粒工艺来改善固体燃料的粒度分布，比如可以采取将混合料的制粒时间延长，添加生石灰、小球团等粘结剂等方法。这样可以有效改善混合料中粒度分布问题，减少燃料凝结不足导致粒度过小的现象产生，使混合料整体的粒度分布更均匀，从而减少燃烧过程中有毒气体CO 的排放，提高烧结工序的水平，达到节能降耗的目的。

2.1.5 采用厚料层烧结

通过将烧结料层加厚再进行烧结的技术，达到料层间自动蓄热的目的。这样可以有效减少热量的散失，降低燃料的消耗量，而且对烧结过程中发生的氧化反应并没有影响。经过实际生产证明，采取改进制粉工艺，使混合料粒度均匀，再辅以先进的点火设备，就可以制成厚料层，这种方法不仅可以降低能耗，还能减少烧结料单单表层烧结的概率，提高烧结料质量。

2.2 降低电耗

烧结工序中的能源消耗不仅仅是热能的消耗，其中电能也占据了不小作用，而电能的消耗主要是由抽风机的使用所引起的，抽风机使用过程中消耗的电能大小受烧结机漏风情况的影响。衡量烧结机水平的一个重要参数就是烧结机的漏风率，它指的是除燃料燃烧以外产生的进入烟道中烟风在总烟量中的占比。所需的泄漏率越低，越好。如果漏泄率过高，总排气量就会增加，加载炉灶，增加电力消耗，降低生产力，工作环境恶化。而如果可以降低漏风率，不仅可以节约电能，而且对燃料的消耗量也会大幅降低，与此同时，烧结过程中噪音减少，环境得到改善，通过材料层增加空气，并提高燃烧强度和质量。

就具体部位而言，烧结机中台车与其他部位之间连接处漏风情况最为严重，尤其是与滑道、首尾风箱之间。所以，要想改善烧结机的漏风情况就必须加强这些部位之间的密封情况，比如可以采取橡胶密封并辅以耐磨材料等方法来降低漏风现象的产生。这样就可以使抽风机产生风力尽量通过混合料，从而提升烧结料的质量并减少电能的消耗。此外，对于烧结机的质量要重点关注，要能及时发现并维修烧结机出现的问题，避免因烧结机台车损坏而导致的漏风情况。钢铁企业烧结工序中，主抽风系统在设备中占据了较大比重，其耗电量也是在整个烧结工序中比重较大。而这些电耗可以通过降低混合料间对风力的阻力，风箱、烟道间的阻力等来实现，总之就是尽可能减少烧结机工作过程中的漏风情况，减少主抽风系统的载荷，达到减少电力消耗的目的。

2.3 降低水资源耗费

烧结工序中的排风、除尘等过程都需要消耗大量水资源，需要有循环水系统，但某些钢铁企业对此重视程度不足，导致循环水系统供应的水质与水温都不达标，造成供水管道出现极为严重的腐蚀现象。这样不仅会导致供水过程中大量水资源的浪费，还会因为水温不达标造成烧结设备的降温、烧结料的冷却等需要得不到满足，进而影响烧结料的质量。要解决这个问题首先就要从思想上重视水资源浪费的问题，加强管理，此外就是利用当前先进的节水设备替换老旧循环水系统，比如可以采用软水循环系统，它可以时刻检测供水的水质与水温，提高供水系统的换热水平，确保水温满足烧结需要。而且烧结工序对水质的要求不尽相同，要根据具体步骤的需求提供合理的水质水源，而不是一味使用高品质水源。

2.4 降低点火热耗

除了固体燃料、电能的消耗，烧结工序的点火过程中也会消耗一部分能源，它主要受点火所需时长、点火强度和混合料厚度等多种因素影响。而点火强度又受到煤气等燃料用量的影响，燃料供给越多，点火强度越高。但是煤气用量也并不是随意增加，而是根据热工制度，燃料的供热效率、煤气的燃烧状态等决定的。所以要想减少烧结工序点火过程中的能源消耗，就必须改进当下的热工制度，从点火器本身而言也要尽量改进以提升供热效率，对于煤气而言，要增强其利用率，改善燃烧状态，具体措施如下。

2.4.1 严格控制点火温度和点火时间

根据前文提到的点火能耗的影响因素，首先需要改进控制的就是点火所需时长的因素，其本质是控制点火过程中的温度。因为当点火过程中提供温度不足，就会造成烧结料所需热量供应不足，未烧结的生料就会增多，从而造成返矿量大大增多。而点火提供温度超出时，烧结料表层温度超过熔点，产生过熔现象，使得烧结料的透气性大大下降，今而增加点火能耗。经过实践探究发现，最为合适的点火温度在1050℃～1150℃之间，而点火所需时间就是由点火温度所决定，点火温度不足就要延长，温度超出就要缩短。

2.4.2 采用节能点火炉

在钢铁工艺中，设备对能耗的影响尤为重要，在点火过程中，点火器、点火炉都会影响点火能耗。比如对点火器而言，根据实际点火需要，设计不同种类的点火器，以满足不同类型烧结料的点火段都能直接点火，从而促进燃料尽可能完全燃烧，降低能耗；对于点火炉而言，其不仅影响点火能耗，还会影响点火质量进而影响烧结料的质量，所以极可能得采用节能点火炉，并保证烧结过程中火焰温度合适，高温持续时间充足，这样才能在降低能耗的基础上提高烧结质量。

2.5 烧结余热的回收利用

其实不管是什么原因导致能耗过大，其无用耗能形式基本主要都是热量无法完全利用，导致余热散失。但这些散失掉的热量并非不可利用，据研究表明，钢铁烧结工序中散失的预热有30%。烧结余热回收具体操作如下:

首先，回收铁矿中的高温。该技术的主要目的是在钢周期结束时达到800 摄氏度时回收高温。通过一些实际比较，实际回收的能源消耗量减少了10%。在回收剩余热量后，在高压锅炉中形成高压蒸汽，在高压蒸汽下产生能量。此外，炎热的空气也会产生一股热力。通过回收剩余的热量，有效有效地控制了有效的能源消耗。

其次，回收燃烧气体的剩余热量。固体的进料必须产生大量的废气，废气中产生一定数量的热量。低温可控制在约400℃。作为改进过程的一部分，可将这部分回收应用的能耗减少20%。特别是在回收后，可在废气温度较高时选择燃烧。目前，这项技术在我国国家机构广泛用于钢铁生产，从而有助于工业生产。这是改善。“此外，这部分废气中二氧化硫在实际应用中的含量较低，也就是说，在再循环应用中，工业生产单位可以直接使用，无需进行具体的脱硫操作。脱硫生产的消费和投入在一定程度上可以有效控制。

然而，就大量生产和使用而言，回收单元的应用目前不科学，目前是用于废气回收循环，这是研究的关键阶段。在这一阶段，由于燃烧产生的废气温度不稳定，实际设备很难改进，因此无法获得最稳定的数据。

最后，锅炉的剩余热量可以回收利用。这一技术的应用主要基于蒸汽回收。随着火炬的推移，工作人员可以回收剩余热量产生的蒸汽，同时实现真正的能源效率。

2.6 充分利用烧结环冷余热发电

余热回收并不是一定用于二次加热，还可以用来发电，烧结环冷余热发电技术就是如此。它是通过回收环冷机的废气散失的热量，将蒸汽直接供应于汽轮发电机，从而实现发电。这种方法不仅可以减少废气排放，还充分利用资源降低利烧结工序中的电耗与热量散失，提供钢铁企业利润率。

但是这种技术仍处于起步阶段，发电过程会因为回收余热温度不固定、系统设计不完善等问题，导致结果达不到预期，甚至是无法投入实际运用。针对这些问题，可以通过以下几个步骤来改善：

（1）加强环冷机密封效果，降低漏风率，从而提高排出废气温度和气体量。一般环冷机都是采用外层对上层静止密封、下层活动密封相结合的密封方法，密封效果较为良好；但是其内层就只是采用静止密封的方法，而内层又需要频繁经受高温，所以密封形式容易受损，内层漏风情况明显。针对这个问题就可以重新改造风箱内层的密封形式，将原来的静密封改为橡胶密封板与固定密封板相结合的形式，提高密封可靠性，降低漏风率。

（2）增加余热回收受热面积。汽轮发电对蒸汽温度有着较高的要求，并不是所有风箱排出的废气都可以满足此要求。针对这个问题，可以通过排查各个风箱所排出废气的温度，来判断其是否达到发电要求（平均温度在350℃左右），将满足要求的所有风向全部接入废气余热回收装置，增大发电机的蒸汽接收面积，使蒸汽温度始终维持在发电要求以上。

（3）稳定烧结生产，控制烧结终点温度。因为当前科技水平的限制，大多数钢铁企业的烧结设备并不够先进，再加上制粉工艺与水分控制的不够完善，导致钢铁企业烧结工序终端的现象频发，从而引起烟气温度迅速下降，废气余热发电无法持续进行。一般而言，钢铁企业为了保证烧结质量，都会控制烧结终点温度稍低，但这也会造成排除废气温度不足，达不到发电要求的废气只能是白白散失，引起热量消耗。针对这个问题，就可以通过后移烧结终点的方法，减少热量散失。比如可以将以往烧结终点的风箱位置后移一个，使得热量再次积聚，排出的烟气温度也会再次上升，最终达到发电要求。

2.7 建设钢铁烧结能源管理体系

为了控制炼钢过程中的能源消耗，有必要建立一个适合这一过程的能源消耗管理系统。首先，制定了规则，以减少燃烧时的能源消耗。在制定规则的基础上，将为实施能源效率提供有效的指导。制定业务规则要求严格遵守国家政策和相关法律，这可能导致一个定期评估制度，并制定应急计划。第二，正在严格按照关于燃料能效和生产设备应用的国家标准更换现有机械设备。积极改进设备使用并确定改进方向。然后制定原材料、焚化、剩余热循环和废气处理等评估标准，从而改进能源方案。

与此同时，需要对目前用于钢铁着色作业的主要消耗能源设备进行全面研究，并应及时更换消耗能源设备。为了减少钢铁着色过程中的能源消耗，改进生产设备在控制能源消耗方面发挥着重要作用。健全的能源管理系统在有效控制钢铁生产中的能源消耗方面发挥着重要作用。

3 结语

综上所述,钢铁企业烧结工序的降低能耗任务对于企业实现可持续发展，获得更高的企业效益有着极其重要的作用，但是真正完成难度不低，对制粉工艺、生产技术、烧结设备等都提出了不低的要求。在烧结工艺的实施过程中，要注重固体燃料的粒度均匀，改进烧结过程的各种设备，降低漏风率，回收余热等措施，循序渐进地完成节能降耗的目标。