张天启
（铜陵市旋力特殊钢有限公司 安徽 铜陵 244000）
摘要：烧结生产中焦粉粒度应选取1～3.15mm；无烟煤必须控制粒度＜1mm的比例不超过20%，代替焦粉比例不超过40%；兰炭粒度为＜3mm控制在75%左右，同时要严防兰炭过粉碎，减少兰炭中＜1mm比例；将-1mm细粒焦粉进行外配，改变了原-3mm焦粉同时用于内外配的燃料分加方式；钙质熔剂和燃料同时分加有利于生成铁酸钙、提高烧结成品率、降低燃耗。
关键词：固体燃料的选择；对烧结指标的影响
1 前言
在烧结过程中，固体燃料为烧结提供热量，通过抽风烧结，这些热量用于加热、干燥烧结料，对烧结料中的铁矿粉和熔剂进行焙烧，使其中的铁矿物、脉石矿物和熔剂发生同化反应并生成液相，从而形成烧结矿。因此，燃料的特性对烧结燃料消耗、垂直烧结速度以及产量、质量等指标有着显著的影响。
2 焦粉粒度选择及对烧结指标影响
固体燃料粒度的大小对烧结过程的影响很大，粒度过大，燃烧速度慢，燃烧带变宽，烧结最高温度降低，烧结过程透气性变差，垂直烧结速度下降，烧结利用系数降低。同时，若大颗粒燃料布料时因偏析集中在料层下部，加上料层的自动蓄热作用，使下层热量大于上层，容易产生过熔，同样影响料层透气性。反之，粒度过小，燃烧速度快，液相反应进行得不完全，烧结矿强度变差，成品率降低，烧结机利用系数亦降低。
烧结生产中燃料粒度应保持合适的粒度，综合固体燃料燃烧性和粒度对厚料层烧结影响的分析结果，应选取焦粉粒度为1～3.15mm。燃料焦粉的合理粒度应控制在＜1mm比例小于30%，1～3mm比例控制在55%左右，＞3mm比例不宜超过15%。控制0.5mm以下的比例。燃料进行优化后，烧结矿中铁酸钙数量增加，磁铁矿和硅酸盐含量减少，针状铁酸钙明显增多，且相互交织，形成较为致密的结构，有利于提高烧结矿冷强度。
鞍钢技术中心在自产磁铁矿59%、富矿粉21%的配比情况下，进行焦粉粒度试验结果显示：为达到烧结矿最大的转鼓强度，焦粉的粒度分布应该是-1mm占57.2%，1～3mm占25.63%，3～5mm占11.17%，+5mm的6%，烧结矿强度提高约1.5%；为达到烧结矿最大的生产率，焦粉的粒度分布应该是-1mm占47.22%，1～3mm占23.01%，3～5mm占28.68%，+5mm占1.00%。生产率可增加0.1t/㎡·h，烧结速度增加0.7mm/min，利用系数提高0.4%。
3 无烟煤对烧结指标的影响
无烟煤作为固体燃料，与焦粉相比，由于孔隙度小，反应能力和可燃性都比焦粉差，如果大量使用无烟煤代替焦粉时，会使高温区温度下降，高温区厚度增加，垂直烧结速度下降而影响到烧结矿的产量、质量。鉴于此，重庆大学材料科学与工程学院联合沙钢钢铁研究院，在保证配矿结构不变的条件下，进行了不同无烟煤比例及无烟煤中＜lmm量对烧结生产指标影响试验，结果如下：
（1）混合料中无烟煤的配比在2.0%时，烧结矿的各项指标均较好。无烟煤比例继续升高时，对烧结指标的改进无显著影响；而无烟煤进一步降低到1.7%时，燃料燃烧放热量降低过多，会引起烧结液相生成量降低，导致烧结成品率、转鼓指数等指标恶化。因此在实验的基础条件下，无烟煤的配比应控制在2.0%。
（2）为保证烧结矿强度，必须控制无烟煤中＜lmm的比例不超过20%。
首钢京唐实验结果，由于煤价低、硫低、挥发分低，如焦粉与煤粉存在约150 元的价差，用煤粉替代40%的焦粉，可使烧结矿成本下降1.46 元/吨，对降本增效意义重大。
4 兰炭作烧结燃料的措施
兰炭是一种产自陕北神木县的半焦，具有固定碳高、发热值高和价格相对低廉的特点，如果能将其用于烧结生产替代焦粉，可在一定程度上降低烧结矿成本。兰炭和焦粉的工业分析见表1和2。可以看出，兰炭的热值较焦粉低，挥发分较焦粉高，理论上兰炭的燃烧速度要高于焦粉。兰炭含硫量较焦粉低，有利于降低废气中SO2含量，减少烧结烟气脱硫的压力。兰炭灰分中酸性脉石(SiO2+A12O3)含量较焦粉低，碱性脉石( CaO+MgO)含量比焦粉高，因此，使用兰炭有利于降低烧结熔剂消耗。此外，兰炭的软化温度和流动温度均低于焦粉，灰分软化温度(ST)比焦粉低180℃，流动温度（FT）比焦粉低210℃，因此，兰炭在烧结过程中更易于烧结液相的生成和粘结，有利于烧结矿质量的提升。
表1 燃料的元素及热值分析
|
燃料 名称 |
水分 /% |
固定碳 /% |
灰分 /% |
挥发分 /% |
硫 /% |
热值 /J·g-1 |
|
焦粉 |
15.21 |
84.66 |
13.00 |
2.21 |
0.82 |
24000 |
|
兰炭 |
19.24 |
74.64 |
13.43 |
12.09 |
0.47 |
21890 |
表2 燃料的灰分成分及熔点
|
燃料 名称 |
灰分分析/% |
灰分熔点/℃ |
||||||
|
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
DT |
ST |
HT |
FT |
|
|
焦粉 |
56.78 |
6.19 |
34.22 |
6.82 |
1320 |
1360 |
1370 |
1390 |
|
兰炭 |
33.20 |
7.92 |
17.00 |
31.87 |
1160 |
1180 |
1180 |
1180 |
陕钢汉钢烧结配加兰炭的工业试验总结经验如下：
（1）烧结用焦粉粒度按＜3mm占80%控制时，适宜的兰炭粒度为＜3mm控制在75%左右，同时要严防兰炭过粉碎，减少兰炭中＜1mm比例。
（2）烧结配加兰炭时，应适当提高燃料配比和烧结机点火温度，同时实施低碳厚料层烧结。
（3）兰炭代替焦粉，替代比例在30%以内对烧结矿产量、强度、粒度以及冶金性能均不会产生影响，替代比例为25%时经济效益最佳。
（4）兰炭价格比焦粉低120元/t以上时，烧结配加兰炭才会产生经济效益。
（5）根据烧结对燃料质量的要求、兰炭生产的干馏程度以及试验结果，总结出了烧结用兰炭的技术要求，如表3所示。
（6）兰炭易破碎，且易过粉碎，须从源头上控制兰炭中小粒度比例，同时进厂兰炭粒度要均匀，要求3～25mm大于80%，＜1mm部分小于10%。
表3 烧结用兰炭的技术参考要求（%）
|
类别 |
灰分 |
挥发分 |
S |
固定碳 |
水分 |
|
一级兰炭 |
≤10 |
≤8 |
≤0.5 |
≥80 |
≤8 |
|
二级兰炭 |
≤15 |
≤12 |
≤1.0 |
≥70 |
≤12 |
5 燃料分加时的粒度选择
燃料分加技术是厚料层小球烧结技术的进一步完善，是强化小球烧结技术的必要条件。但由于固体燃料是疏水性物质，简单地将固体燃料外配，其粘附效果并不佳，这也是传统的燃料分加技术使用后，固体燃耗并没有明显降低的原因。例如鞍钢二烧进行技术改造，取消了原外配煤工艺，其原因是降燃耗不明显。此外，相对于混合料而言，固体燃料质量较小，未粘附在混合料小球表面的燃料不容易均匀的分布在混合料中，易造成烧结过程热量不均匀，使内部循环返矿增多，烧结机生产效率降低。因此，太钢新建450m2烧结机在燃料分加工艺中设计了燃料分级筛分系统，将-1mm细粒焦粉筛出，通过气力输送到二段混合机后的焦粉外配仓进行外配，改变了原-3mm焦粉同时用于内外配的燃料分加方式。
（1）在太钢新450m2烧结机原料条件和技术装备下，实施-1mm细粒焦粉外配技术，最佳细焦粉外配比例为50%。
（2）随着-1mm细粒焦粉外配比例增大，烧结料中+3mm粒级减少，料层原始透气性变差，但料球表面细粒焦粉粘附量增加，上层固定碳含量提高，解决了厚料层烧结固有的上层热量不足，返矿率高的缺陷，改善了燃料的燃烧动力学条件，取得了降低固体燃耗，提高转鼓强度的良好效果。
6燃料、钙质熔剂同时分加技术
由于单纯燃料分加，后加的燃料不易裹在烧结料颗粒上，易使焦粉堵塞烧结料层空隙，对烧结成品率、粒度组成、热态透气性等均有影响，垂直烧结速度有所降低。
基于此原因，北京科技大学吴胜利教授团队提出了将钙质熔剂和燃料同时分加方案，使外裹燃料更好地粘结在烧结混合料表面，同时钙质熔剂对焦粉燃烧有催化作用，从而可加快混合料表面的焦粉燃烧速度，使垂直烧结速度增加，烧结矿产量提高。另外，在碱度较高时，钙质熔剂分加有利于烧结料表层生成更多的铁酸钙，从而有利于提高烧结成品率。因此，熔剂燃料分加烧结的烧结矿成品率和粒度组成最好，热态透气性较好，固体燃耗最低。
日本钢管株式会社曾研究过燃料和生石灰分加技术对小球烧结指标的影响，具体做法是将混合料制粒后，在小球表面外滚3.5%的焦粉和0.5%～1.0%的生石灰（一般生石灰可内配2%～4%，外配2%），再将小球布到烧结机上，当生产R=1.0～2.5的小球烧结时，采用生石灰分加技术与生石灰全部内配相比，成品率由69.1%提高到77.9%，利用系数由1.23t/m2·h提高到1.55 t/m2·h；当生产低碱度（R=0.6）小球烧结矿时，生石灰分加后，利用系数由1.48t/m2·h提高到1.64t/m2·h。由此可见，采用生石灰分加技术，增产效果是相当显著的，生石灰和石灰石分加对烧结技术指标的影响见表4。
表4 生石灰和石灰石分加对烧结技术指标的影响
|
项目 |
CaO/ SiO2 |
料层 厚度 /mm |
烧结 负压/kPa |
利用 系数 /t·m-2·h-1 |
固体 燃耗 /kg·t-1 |
转鼓指数 /% |
成品率 /% |
垂直 烧结速度 /mm·min-1 |
FeO /% |
|
生石灰 分加 |
1.20 |
500 |
6.5 |
1.87 |
42.30 |
66.22 |
76.01 |
23.38 |
9.82 |
|
0.60 |
500 |
6.5 |
1.64 |
43.21 |
69.24 |
79.90 |
17.90 |
11.31 |
|
|
石灰石 分加 |
1.20 |
500 |
6.5 |
1.83 |
41.67 |
68.13 |
77.91 |
22.74 |
9.52 |
|
0.6 |
500 |
6.5 |
1.48 |
43.51 |
70.72 |
80.58 |
16.51 |
12.70 |
生石灰分加技术对小球烧结的影响：（1）生石灰分加可使外滚燃料粘附在小球表面，改善混合料的透气性和强化垂直烧结速度；（2）CaO对焦粉（煤粉）燃烧有催化作用，加速小球表层燃料的燃烧，提高重直烧结速度；（3）在生产高碱度小球烧结矿时，生石灰分加技术有利于小球表面生成以铁酸钙为主要粘结相的矿物结构，有利于改善烧结矿的质量。
7 结论
（1）烧结生产中焦粉粒度应选取1～3.15mm；
（2）无烟煤粒度必须控制＜lmm的比例不超过20%，代替焦粉比例不超过40%；
（3）兰炭粒度为＜3mm控制在75%，同时要严防兰炭过粉碎，减少兰炭中＜1mm比例；
（4）将-1mm细粒焦粉进行外配，改变原-3mm焦粉同时用于内外配的燃料分加方式，解决了厚料层烧结固有的上层热量不足，返矿率高的缺陷，改善了燃料的燃烧动力学条件，取得了降低固体燃耗，提高转鼓强度的良好效果；
（5）钙质熔剂和燃料同时分加有利于生成铁酸钙、提高烧结成品率、降低燃耗。
参考文献
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