張 明

燒結機生產(chǎn)控制新技術的研究與應用

張 明

文章分析了萊鋼256m2制約燒結生產(chǎn)的主要因素，研究并改進配料燒結過程控制新技術，開發(fā)了應用燒結終點控制新方法，提出采用工業(yè)實驗進行石灰石粉替代白灰可行性研究，探索高褐鐵礦配比燒結技術，使燒結生產(chǎn)在成本較低的條件下穩(wěn)定高效運行，滿足高爐的需求。

燒結終點 石灰石粉 白灰 褐鐵礦控制技術

1.前 言

在鋼鐵生產(chǎn)中，鐵水成本約占鋼材成本70%-80%，燒結礦在高爐爐料比例中占70%-80%。因此，提高低品質(zhì)低價格燒結原料使用比例、降低燒結熔劑成本、保持燒結系統(tǒng)穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)，是目前鋼鐵行業(yè)應對危機、優(yōu)化資源配置的有效措施。企業(yè)為降低燒結礦原料成本，采用大量低價格、低品質(zhì)礦配入到燒結生產(chǎn)中，也給燒結生產(chǎn)帶來了系列問題。經(jīng)綜合分析，萊鋼265m2燒結系統(tǒng)分析了制約燒結生產(chǎn)的主要因素，在對應工業(yè)試驗研究及相關工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整試驗，研究并改進了配料燒結過程控制新技術，逐步使燒結生產(chǎn)在成本較低的條件下穩(wěn)定高效，使生產(chǎn)質(zhì)量滿足了高爐需求。

2.工藝簡介

燒結是將各種粉狀含鐵原料，配入燃料和熔劑，加入適量的水，經(jīng)混合造球后，在燒結機上點火抽風燃燒，使物料發(fā)生物理化學變化，最終將礦粉顆粒黏結成塊的過程。燒結工序包括配置混勻料、燒結配料、燃料破碎、混合制粒、點火抽風燒結等工序，核心是抽風燃耗過程控制（見圖1）。

圖1 燒結工藝流程見圖

3.燒結配料過程控制新技術

3.1 燒結終點控制的新方法

燒結終點提前或滯后，對燒結生產(chǎn)均有不利的影響。終點提前，發(fā)生過燒現(xiàn)象，篦條燒損，浪費產(chǎn)能；終點滯后，發(fā)生欠燒現(xiàn)象，料餅中存在生料，影響燒結礦質(zhì)量，對下道工序冷卻、篩分帶來很大危害。

3.1.1 準確預測燒結終點

萊鋼股份煉鐵265m2燒結機（27個風箱），燒結終點控制在倒數(shù)第二個風箱的位置上。具體步驟：第一步，全程采集燒結機各風箱溫度。在燒結機后半部分風箱安裝溫度監(jiān)測儀，并通過自動監(jiān)控軟件、工業(yè)微機，實現(xiàn)燒結機各風箱位置溫度采集。第二步，建立溫度分析曲線。以縱軸為風箱溫度、橫軸為風箱距離，根據(jù)經(jīng)驗首先確立溫度分析曲線為二次函數(shù)關系Y=AX2+BX+C，其中Y代表風機溫度，X代表風箱中點與燒結機頭的水平距離。按照“三點代入求解”的方法（考慮到實際應用需求，為簡化運算過程，僅以相鄰三點代入求解二次函數(shù)關系式Y=AX2+BX+C，不再交叉三點代入求解），可求出系列“An、Bn、Cn”，取系列“An”的平均值為A的真值，取系列“Bn”的平均值為B的真值，取系列“Cn”的平均值為C的真值。第三步，判斷調(diào)整。根據(jù)自動繪制出的二次函數(shù)曲線圖，可預測并判斷高溫轉(zhuǎn)折點（Xmax=-B/2A）是否正常。

利用常見電子軟件（Excel等）匯出二次函數(shù)關系式“Y=AX2+BX+C”的，以縱軸為臺車溫度、橫軸為運行距離，根據(jù)實際得出的“A、B、C”值，繪出二次函數(shù)曲線圖。據(jù)高溫轉(zhuǎn)折點Xmax=-B/2A=68.85035。根據(jù)判斷規(guī)則，Xmax∈（倒數(shù)第三個風箱中點距離，倒數(shù)第二個風箱起點距離）U（倒數(shù)第二個風箱終點距離，倒數(shù)第一個風箱中點距離），可判斷為“密切監(jiān)控”。結合原棒條圖界面顯示預測高溫點。

通過結合預測高溫點顯示界面，發(fā)現(xiàn)終點“不正?！憋@示超出2分鐘-5分鐘時（防止出現(xiàn)過度調(diào)節(jié)），及時調(diào)節(jié)糾正，若發(fā)現(xiàn)終點提前，應加快機速；若終點滯后，則減慢機速。結合終點風箱溫度圖，透氣性發(fā)生很大變化僅靠調(diào)節(jié)機速難以控制終點時，則應調(diào)整料層厚度，并注意調(diào)整機速，以正確控制終點。采用“微調(diào)機速、高調(diào)料層”方法，可克服生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)波動，解決傳統(tǒng)燒結終點控制效率低下、燒結終點智能現(xiàn)場適應性差等難題，實現(xiàn)了燒結終點準確控制，適用于目前燒結行業(yè)生產(chǎn)一線推廣應用。

3.1.2 全程監(jiān)控燒結終點

計算綜合參數(shù)T終。取第23、24、25、26、27風箱溫度為主要參數(shù)值T23、T24、T25、T26、T27，并以此為依據(jù)計算綜合參數(shù)T終。計算公式如下：

T終= T1+ T2+ T3+ T4=“T24 -T23”+“T25-T24”+“T25-T26”+“T26-T27”

計算說明：當相鄰參數(shù)值計算為正值時，計算結果取值為“1”； 當相鄰參數(shù)值計算為負值時，計算結果取值為“-1”； 當相鄰參數(shù)值計算為零時，計算結果取值為“0”。

安裝在線監(jiān)控折線圖。利用燒結機檢修機會和原主控工業(yè)微機監(jiān)控軟件，提取最后五個風箱溫度為主要參數(shù)值，編輯公式分別計算T1 、T2 、T3 、T4 ，編輯邏輯判斷公式正值取“1”；負值取 “-1”。編輯公式計算：T終= T1+ T2+ T3+ T4。利用原主控工業(yè)微機監(jiān)控軟件，以（0，0）為坐標原點，繪制綜合參數(shù)T終折線圖。

風箱溫度折線圖，可快速瀏覽歷史燒結終點控制情況，并對異常點進行詢問和相關資料抽查，提升了工藝紀律督查效率。新型燒結終點控制技術改進，有效提高了燒結終點參數(shù)控制準確度，使燒結礦產(chǎn)質(zhì)量保持穩(wěn)定。

3.2 優(yōu)化燒結熔劑結構

為降低燒結熔劑成本，采用工業(yè)實驗的方法進行了石灰石粉替代白灰可行性研究。為避免料層透氣性變差，燃耗升高，熔劑結構采用白云石粉+2%石灰石粉+白灰的結構。白云石粉和石灰石粉為萊蕪分公司煉鐵廠長期使用的熔劑，化學性質(zhì)穩(wěn)定（見表2）。

配比結構：保持白云石粉配比不變，石灰石粉替代部分白灰。基準期為A堆半堆生產(chǎn)，使用日常生產(chǎn)溶劑即白灰和白云石粉結構，實驗期為A堆另外半堆生產(chǎn)，即白灰、白云石粉和石灰石粉溶劑結構。燒結礦一個料堆使用周期為8天左右，可以認為混勻料成分基本穩(wěn)定。實驗期間配料、燒結礦樣品對比及燒結機利用系數(shù)見表3、表4、表5。

工業(yè)實驗結果分析：配加2%石灰石粉后，白灰配比略有降低，燒結機作業(yè)率和利用系數(shù)無明顯變化，燒結礦產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定。由于A堆實驗期石灰石粉可以作為混勻料造球的核心，燒結混勻料透氣性有所提高，布料厚度增加，自動蓄熱作用增強，節(jié)省了部分燃料，固體燃耗指標僅略有上升，燃耗增加0.19kg?t。在目前萊蕪分公司煉鐵廠的原料條件下，使用石灰石粉替代部分白灰完全可行，有效降低了熔劑成本。

3.3 高褐鐵礦配比燒結生產(chǎn)技術

萊鋼265m2燒結混勻料中褐鐵礦配比一般在30%左右，為了進一步降低原料成本，逐步將褐鐵礦配比提高到40%左右，對燒結礦產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生了較大的影響，如：物理指標變差，水分難控制，燃耗增加等。為了穩(wěn)定燒結礦產(chǎn)質(zhì)量，保障高爐穩(wěn)定順行，通過實踐制定了以下措施：

表2 實驗所用溶劑化學成分平均值 %

表3 配料室配比結構對比 Kg/m，%

表4 燒結礦物化指標對比 %

表5 燒結生產(chǎn)技術指標 %

表6 制定配礦結構模型 %

3.3.1 改善混勻礦的燒結性能的匹配程度

根據(jù)原料同化性能、粒度等性質(zhì)合理搭配，取長補短，優(yōu)化混勻礦的粒度組成，提高混合料的制粒效果，改善燒結料層透氣性。固化主體料種見表6，每堆混勻料中主體料種種類和配比要保持基本穩(wěn)定，其他褐鐵礦中可以根據(jù)需求適當變化。由于塞礦僅是鋁含量較高，有害元素含量較低，所以在爐渣中的鋁含量不超過16%時，對降低生產(chǎn)成本是較為有利的。

優(yōu)化各種礦料，保證硅含量既能平衡燒結礦堿度又能滿足高爐造渣的雙重需要。根據(jù)1000立級高爐需要，燒結礦MgO含量控制依據(jù)高爐終渣堿度而定，一般在2.15%-2.5%之間，為提高爐渣流動性，爐渣堿度1.15±0.05，鎂鋁比控制在0.55以上，同時注意避免 MgO過高影響燒結礦強度和品位。

3.3.2 優(yōu)化混勻配料方式

部分褐鐵礦具有吸水性強、粘性大、易粘倉等特點，對于此種小比例配加的褐鐵礦將其混入雜礦堆（雜礦堆主要成分為高返、除塵灰、塊礦球團篩下物等），用鏟車翻倒混勻雜礦堆中和礦料中的物理水。為盡可能清除混勻料中的高鋁塊礦，對料堆取樣方式也做出了適當?shù)恼{(diào)整。原料經(jīng)過配料造堆后，在二次料場混勻料堆會由于生礦塊的偏析作用，塊礦從堆頂滾落，集中在混勻料堆底部，其中寬度方向底部兩端塊礦最為集中，約有1m厚。在取料機取料時，留下料堆橫向兩端各1.5m的塊礦層，由斗車集中汽運后破碎處理，大約可以減少30%的塊礦進入燒結混勻料中，減輕了對燒結生產(chǎn)的影響，節(jié)約燃料等消耗。

3.3.3 提高1%亞鐵含量

在燒結過程中，透氣性較好時會導致垂直燃燒速度的增加，從而使燒結高溫停留時間短，鐵礦石脫除結晶水后出現(xiàn)很多孔洞，燒結過程中液相會滲透到孔洞中，從而使液相流動性變差，液相凝結不充分，影響燒結礦強度。適當增加燃料粒度，可以減慢燒結過程中垂直燃燒速度，延長高溫保持時間，增加燒結礦的強度。在保證燒結礦出礦溫度的前提下，適當提高燒結礦FeO含量，促使燒結礦中生成足夠的液相，有助于提高燒結礦強度，降低低溫還原粉化率。根據(jù)使用的原料條件，將燒結礦FeO含量控制標準由7.0%-9.0%提高到8.0%-10.0%。延長高溫保持時間決定了燒結機的機速不能過快，垂直燃燒速度也要適宜，匹配燒結料層厚度和燒結機速，實施“厚鋪慢轉(zhuǎn)”的操作模式，使燒結過程中液相量和粘度適宜，燒結礦形成微孔海綿狀結構的有效固結，從而獲得高質(zhì)量的燒結礦。利用褐鐵礦平均粒度粗、透氣性好的特點，實現(xiàn)厚料層燒結降低燃耗。燒結料層厚度提高了50mm-150mm，并利用壓料板對燒結料面進行壓料，減小燒結混勻料之間的空隙，避免料厚收縮過大，為高溫抽風燃燒過程中液相生成與再結晶創(chuàng)造條件，促使燒結礦強度改善。

表7 2014-2016年萊鋼265m2燒結機主要經(jīng)濟技術指標 萬噸

表8 2014-2016年萊鋼265m2燒結機項目生產(chǎn)情況對比 萬噸

表9 2014-2016年萊鋼煉鐵廠高爐燃料比情況 kg/t

3.3.4 選取適宜的混勻料水分

褐鐵礦中含有大量結晶水，在傳熱的過程中結晶水分解并將熱量向下傳遞，所以高褐鐵礦條件下傳熱對混勻料含水量要求很低。水分的控制主要以造球效果而定，只要透氣性滿足生產(chǎn)需要，水分盡量下限控制，泥輥處水分7.5%-8.0%之間。在混勻料水分一定的情況下，預熱混勻料是降低燃耗最有效的手段。在混合機及燒結機小礦槽設有蒸汽預熱裝置，料溫控制在55℃-65℃，受大氣溫度及飽和蒸汽壓的影響，冬季可取上限，夏季可取下限控制。

通過以上措施的實施，原料中褐鐵礦配比最高達到45%左右時，燒結礦各項指標仍保持或接近正常水平。但由于褐鐵礦中含有大量結晶水，并且提高了燒結礦中FeO含量，使燒結固體燃耗略有上升。

4.改進效果

項目從2014年1月開始立項攻關至2016年12月項目結束，2015年1月開始進入工業(yè)生產(chǎn)階段。燒結機主要經(jīng)濟技術指標及對比（見表7、表8、表9）。

從以上可以看出，燒結機利用系數(shù)提高0.031t/m2?h，燒結礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高0.45%，篩分指數(shù)降低0.49%，固體燃耗降低0.37kg/t，工序能耗降低0.75kg/t，高爐燃料比由537.24kg/t降低到了529.51 kg/t，取得了較好的效果。根據(jù)煉鐵有關理論，燒結礦篩分指數(shù)降低1%，燃料比降低0.5%，生鐵產(chǎn)量提高0.4%-1%；燒結礦轉(zhuǎn)鼓強度提高1%，燃料比降低0.8%，高爐產(chǎn)量提高1.8%。按鐵水年產(chǎn)量530萬噸、燃料比按530kg/t、焦炭價格按907元/噸、鐵水固定加工成本為73元/噸計算，年經(jīng)濟效益約3000余萬元。

5.結語

研究應用燒結終點控制新方法，可提前預測燒結終點，適合鋼鐵冶金燒結生產(chǎn)領域，主要應用于提高燒結礦產(chǎn)質(zhì)量、降低能源消耗。對于老燒結生產(chǎn)線改造，具有較好的推廣價值，對于新建燒結生產(chǎn)線也可以采用部分技術。

萊鋼項目新技術實施后，燒結礦產(chǎn)質(zhì)量都得到提高，減少了能源消耗，降低了熱能排放，減少了勞動定員，降低了職工勞動強度，取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

（作者單位：山鋼集團萊蕪分公司煉鐵廠）