日韓鋼鐵企業(yè)燒結(jié)新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

1提升競(jìng)爭(zhēng)力,降本增效目前，考慮到原油價(jià)格上漲造成的不利情況，國(guó)際上的大型國(guó)有企業(yè)正在加快改革創(chuàng)新，提高競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)減少和改善措施。近年來(lái),以日本JFE公司和韓國(guó)浦項(xiàng)為代表的國(guó)際先進(jìn)鋼鐵企業(yè),把降低燒結(jié)過程中焦粉消耗量作為重點(diǎn)研究方向,并取得了重大突破,開發(fā)出的燒結(jié)新技術(shù)在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的同時(shí)能夠大幅度降低燃料成本。2采用全焦法的燒結(jié)燃料在燒結(jié)機(jī)上向燒結(jié)料面吹入LNG(液化天然氣)技術(shù)是近年來(lái)由日本JFE公司開發(fā)出的能夠大幅度降低燃料消耗的一項(xiàng)新技術(shù),與各家燒結(jié)廠目前正在普遍采用的完全以焦粉作為燒結(jié)燃料的全焦法相比,能夠在減少焦粉用量的同時(shí)提高燒結(jié)礦質(zhì)量。2.1燒結(jié)礦的改善采用LNG吹入法能夠?qū)Y(jié)溫度提高到1200～1400℃,液相比隨燒結(jié)溫度的升高而增大,加速孔徑為1～5mm氣孔的融合,從而有利于改善燒結(jié)礦強(qiáng)度;同時(shí),作為氣道的孔徑大于5mm的氣孔數(shù)量迅速增多,使燒結(jié)料層的透氣性得到改善;此外,燒結(jié)料的自致密化程度降低,未熔料中殘留有大量孔徑小于1μm的微孔,使燒結(jié)礦的還原性得到改善。其技術(shù)要點(diǎn)如下:(1)LNG濃度不宜過高,在0.4Vol%左右比較合適,否則,在吹入燒結(jié)料層之前就已經(jīng)開始燃燒。(2)噴吹段設(shè)在距燒結(jié)機(jī)機(jī)頭1/3處,在噴吹段位于燒結(jié)臺(tái)車上方安裝噴嘴,LNG吹入速度為250Nm3/h。2.2改善焦粉用量LNG吹入法與全焦法燒結(jié)各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比見表1。技術(shù)優(yōu)勢(shì):LNG吹入法與全焦法相比,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高,JIS-RI和JIS-RDI都得到了改善,返礦率明顯降低,焦粉用量減少約8%,單位熱耗下降,而燒結(jié)時(shí)間與全焦法基本相同。技術(shù)劣勢(shì):應(yīng)用LNG吹入法需要在噴吹段加裝數(shù)排噴嘴和必備的流量控制閥,這些設(shè)備以及后期的日常維護(hù)都需要一定的資金投入;此外,由于燒結(jié)廠內(nèi)沒有LNG,必須外購(gòu)并在燒結(jié)廠內(nèi)鋪設(shè)LNG輸送管線,也需要一定的費(fèi)用。這兩項(xiàng)費(fèi)用加起來(lái),也是一筆不小的數(shù)目。2.3lng吹入法JFE公司先后使用具有致密性結(jié)構(gòu)的巴西粉和具有多孔性結(jié)構(gòu)的澳粉進(jìn)行了LNG吹入法燒結(jié)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn),并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在京濱廠1號(hào)燒結(jié)機(jī)上開展了工業(yè)化試驗(yàn)。試驗(yàn)中混合料水分為7.6%,料層厚度為650mm,LNG噴吹裝置如圖1所示。工業(yè)化試驗(yàn)結(jié)果表明:采用LNG吹入法能夠生產(chǎn)高強(qiáng)度、高還原性的燒結(jié)礦,而燒結(jié)礦產(chǎn)量保持不變,預(yù)計(jì)CO2年減排量最高可達(dá)6萬(wàn)t。從京濱廠1號(hào)燒結(jié)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看,此項(xiàng)新技術(shù)正趨于成熟,且噴吹裝置簡(jiǎn)單可靠,維修和更換非常方便,只要準(zhǔn)確控制好LNG噴吹濃度和噴吹速度,就能夠生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高還原性的燒結(jié)礦。如果從經(jīng)濟(jì)性方面考慮,應(yīng)用LNG吹入法確實(shí)需要投入一定的費(fèi)用,但能夠換來(lái)減少焦粉用量和提高燒結(jié)礦質(zhì)量的好處,特別是還能夠?qū)崿F(xiàn)CO2的大幅度減排,燒結(jié)礦產(chǎn)能越大,效果越明顯。綜合多方面因素分析,LNG吹入法燒結(jié)具有廣闊的應(yīng)用前景,適用于采用厚料層燒結(jié)技術(shù)的大型燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)。3燒后料層溫度對(duì)燒結(jié)餅質(zhì)量的影響富氧燒結(jié)技術(shù)是2010年由韓國(guó)浦項(xiàng)開發(fā)出的能夠改善燒結(jié)料層中熱量分布的新技術(shù)?，F(xiàn)有的燒結(jié)工藝只單純依靠焦粉燃燒為燒結(jié)料供熱,其缺點(diǎn)是容易造成料層中熱量分布不均(這是影響燒結(jié)礦質(zhì)量的重要因素),上部料層溫度低、下部料層溫度高,上部燒結(jié)餅質(zhì)量較差。為了解決燒結(jié)料層熱量分布不均的問題,浦項(xiàng)開發(fā)出了富氧燒結(jié)技術(shù)。該技術(shù)通過選擇合適位置向燒結(jié)料層噴吹適量的氧氣來(lái)提高上部料層溫度,以進(jìn)一步改善燒結(jié)礦質(zhì)量。3.1按料層細(xì)度分類富氧燒結(jié)技術(shù)的關(guān)鍵在于選取合適的氧濃度和吹氧位置,吹氧時(shí)間也隨氧濃度和吹氧位置的不同而發(fā)生改變。其技術(shù)要點(diǎn)如下:(1)適宜的氧濃度為30%,吹氧流量為65L/min。(2)從料層下部吹氧,此時(shí)上部料層溫度最高可達(dá)1200℃,比從料層上部吹氧約高出100℃,而中部料層溫度最高可達(dá)1300℃,也比從料層上部吹氧同樣高出100℃左右。(3)所需吹氧時(shí)間隨吹氧位置的下移而延長(zhǎng),吹氧位置分別選擇在料層上部、中部和下部時(shí),所需吹氧時(shí)間分別為295～395s、479～574s和665～745s。3.2g吹入法提高焦粉燃燒率的必要性富氧燒結(jié)與LNG吹入法燒結(jié)各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比列于表2。技術(shù)優(yōu)勢(shì):富氧燒結(jié)與LNG吹入法相比,燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)得到提高,能耗有所下降。該技術(shù)能夠提高焦粉燃燒率,加快料層的升溫速度,有效地解決料層上部區(qū)域熱量不足的問題,促進(jìn)該區(qū)域燃料的完全燃燒,從而進(jìn)一步改善燒結(jié)礦質(zhì)量。技術(shù)劣勢(shì):投資費(fèi)用與LNG吹入法相當(dāng)。3.3吹氧位置對(duì)燒結(jié)性能的影響浦項(xiàng)分別采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法,研究了不同吹氧位置條件下富氧燒結(jié)的效果。結(jié)果認(rèn)為,從料層上部吹氧比從料層中部和下部吹氧其溫度增幅更加明顯;燒結(jié)時(shí)間隨吹氧位置沿料層厚度方向下移而縮短,少則相差幾秒,多則相差約50s;由于料層下部熱量過多聚集,因此不宜將吹氧位置設(shè)在料層下部,考慮到料層上部區(qū)域熱量不足,將吹氧位置設(shè)在料層上部更能提高燒結(jié)礦質(zhì)量。富氧燒結(jié)技術(shù)目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,還未在實(shí)際燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行過工業(yè)試驗(yàn),不如LNG吹入法成熟。下一步需根據(jù)吹氧效果對(duì)氧氣濃度和實(shí)際吹氧位置作進(jìn)一步優(yōu)化,數(shù)值模擬模型也有待完善,在能夠準(zhǔn)確表述燒結(jié)料層燃燒帶擴(kuò)展速度、溫度分布、火焰前鋒速度和燒結(jié)時(shí)間的基礎(chǔ)上,再開展工業(yè)試驗(yàn),以推進(jìn)此項(xiàng)新技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。從應(yīng)用前景來(lái)看,它與LNG吹入法相似,但氧氣價(jià)格要比LNG低得多,而且廠內(nèi)有制氧機(jī),使用起來(lái)也比較方便,只要準(zhǔn)確控制好氧氣濃度、把握好吹氧位置,就能夠較好地利用焦炭燃燒供熱,而無(wú)需改動(dòng)現(xiàn)有工藝裝備。4降低固體燃料焦粉分加涂層制粒技術(shù)是韓國(guó)浦項(xiàng)新近開展的一項(xiàng)燒結(jié)研究項(xiàng)目,目的是通過改善焦粉在燒結(jié)混合料準(zhǔn)顆粒內(nèi)部的分布,來(lái)大幅度降低固體燃料消耗,實(shí)現(xiàn)降本增效。該技術(shù)綜合了燃料涂層制粒技術(shù)與燃料分加技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),將上述兩項(xiàng)技術(shù)共同應(yīng)用于燒結(jié)制粒工藝。4.1粗粒級(jí)焦粉涂層焦粉分加涂層制粒技術(shù)是將鐵礦粉、石灰石與一部分細(xì)粒級(jí)焦粉預(yù)先進(jìn)行混合,待混合料在制粒機(jī)內(nèi)經(jīng)加水、制成粒核后,再將另一部分粗粒級(jí)焦粉噴涂于制粒料的表面。其技術(shù)要點(diǎn)如下:(1)要求作為涂層的粗粒級(jí)焦粉粒度>1mm,否則,燒結(jié)過程中焦粉的燃燒速度過快,以致無(wú)法為燒結(jié)料熔融提供足夠的熱量,并影響燒結(jié)料層的透氣性。(2)要求粗粒級(jí)與細(xì)粒級(jí)焦粉所占比例各為50%。4.2焦粉噴涂時(shí)間和焦粉用量焦粉分加涂層制粒與常規(guī)制粒方法各項(xiàng)燒結(jié)指標(biāo)的對(duì)比見表3。技術(shù)優(yōu)勢(shì):采用焦粉分加涂層制粒技術(shù),可使燒結(jié)礦強(qiáng)度提高約2%,成品率提高約1%,燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高12%,焦粉消耗降低14%左右,燒結(jié)時(shí)間縮短14.8%。技術(shù)劣勢(shì):焦粉噴涂時(shí)間不易控制,噴涂時(shí)間過長(zhǎng),會(huì)使料層透氣性和成品率下降;時(shí)間過短,涂層厚度又不夠且不均勻,同樣會(huì)使燒結(jié)礦強(qiáng)度下降。4.3燒結(jié)料分加涂層制粒工藝技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究浦項(xiàng)通過模擬固體燃料在料層中的燃燒,建立起燒結(jié)過程中燃燒與熱傳遞的熱力學(xué)模型,開展了焦粉分加涂層制粒燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)和燒結(jié)廠試驗(yàn),以研究采用該技術(shù)對(duì)燒結(jié)料層燃燒性的改善效果。試驗(yàn)結(jié)果表明,該技術(shù)通過改善焦粉在燒結(jié)混合料內(nèi)部的分布狀態(tài),使料層中燃料的燃燒得到明顯改善,進(jìn)而能夠提高燒結(jié)礦質(zhì)量和燒結(jié)機(jī)利用系數(shù),并降低燃料消耗,且燃耗降低效果相當(dāng)可觀(見表3)。浦項(xiàng)的焦粉分加涂層制粒技術(shù)已結(jié)束了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),目前還處于工業(yè)化試驗(yàn)階段。從工業(yè)化試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,新技術(shù)優(yōu)于JFE的焦粉加熔劑涂層制粒技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)工藝簡(jiǎn)單,無(wú)需對(duì)現(xiàn)有的燒結(jié)制粒工藝進(jìn)行大的改動(dòng),沒有新增設(shè)備投入,只要根據(jù)來(lái)料條件,準(zhǔn)確控制好噴涂時(shí)間,就完全可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作,技術(shù)優(yōu)勢(shì)較為明顯。5影響燒結(jié)性能當(dāng)前,鋼鐵企業(yè)紛紛把擴(kuò)大廉價(jià)褐鐵礦用量作為降本增效的重要手段,但該礦中含有大量的結(jié)晶水且粒度較粗,會(huì)對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)率造成嚴(yán)重影響。為了解決這些問題,日本JFE公司開發(fā)出了燒結(jié)機(jī)偏析布料技術(shù),通過改善粗粒褐鐵礦在燒結(jié)料層中的分布來(lái)提高燒結(jié)料層的透氣性,從而提高燒結(jié)生產(chǎn)率、成品率和燒結(jié)礦質(zhì)量。偏析布料裝置如圖2所示。5.1減少燒結(jié)率,降低燒結(jié)生產(chǎn)率傳統(tǒng)的布料裝置是使用圓輥給料機(jī)把混合料經(jīng)溜槽鋪到位于布料裝置下方的臺(tái)車上,這樣做會(huì)導(dǎo)致混合料顆粒在料層中分布不均,造成料層上部透氣性惡化,降低燒結(jié)生產(chǎn)率,返礦量增多。改進(jìn)后的偏析布料裝置采用滾筒溜槽代替?zhèn)鹘y(tǒng)溜槽,在布料過程中使用偏析光隙金屬絲(SSW),滾筒溜槽的作用是縮小下料落差,而SSW的作用則是控制粒度分布。5.2技術(shù)投資及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估采用燒結(jié)機(jī)偏析布料技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):燒結(jié)生產(chǎn)率提高約5%;焦粉單耗降低約2.8%。該技術(shù)投資費(fèi)用及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估見表4。燒結(jié)機(jī)偏析布料技術(shù)已在日本的燒結(jié)廠廣泛