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鞍钢炼铁原料准备新技术与新工艺自主创新与展望

周明顺1,尚策2,赵东明3,朱建伟1,顾颜4,李仲3

(1. 鞍钢集团钢铁研究院;2. 鞍钢股份有限公司制造管理部;

3. 鞍钢股份有限公司炼铁总厂;4. 鞍山钢铁集团有限公司)

摘 要 为了全面提升鞍钢炼铁原料准备技术水平,结合国内在烧结球团工艺方面的新发展动态,对国内一些可以借鉴的成熟有效技术与工艺进行了梳理,介绍了鞍钢近年来在炼铁原料准备领域的新技术与新工艺的自主创新情况, 对鞍钢今后应重点开展的新技术与新工艺的研发和应用进行了展望。

关键词 炼铁原料准备技术 双层烧结 复合造块 新技术与新工艺

围绕优质、高效、节能和清洁的主题,国内外炼铁原料准备新工艺新技术蓬勃发展, 各种先进的前瞻性炼铁原料准备新工艺正在被竞相研发并推广应用[1-5]。作为我国钢铁工业的发源地和重要的钢铁生产基地,鞍钢为我国钢铁工业做出过巨大贡献,其中,炼铁原料准备工艺、生产技术曾长期引领国内钢铁企业。但随着我国经济快速发展和钢铁生产布局的调整,近年来,通过与国内外领先水平的钢铁企业对标发现,鞍钢在炼铁原料准备新技术与新工艺的开发和应用方面已逐渐落后于国内外领先水平的钢铁企业,亟需围绕优质、高效、节能、清洁的生产重点开展新工艺、新技术的规划和实施工作。为此,本文针对鞍钢现有炼铁原料准备存在的问题,对其今后应着力开展的新技术与新工艺的研发和应用进行了展望, 核心是提升效率及经济技术指标,期望通过吸收引进国内现有成熟技术和自主开发若干项具有前瞻性、引领性的新技术与新工艺, 全面提升鞍钢炼铁原料准备技术水平。

1 国内已有成熟技术与工艺

1.1 成熟技术

1.1.1 强力混匀制粒技术

烧结原料通过混合制粒后得到化学成分均匀、粒度适宜、透气性好的烧结料。工业生产通常采用圆筒混合+圆筒制粒工艺。圆筒混合机属于典型的被动混合技术,混合能力弱,很难使水分、生石灰等在原料中均匀分散, 易导致粒度与成分不均匀,既浪费能源也影响制粒效果。立式强力混合机采用强迫扰动的方式激发混合能力,其混合工具为混合桨,混合桨高速旋转,直接向原料中输入机械能, 使立式强力混合机的速度———弗劳德数达到92 以上,单机处理能力大,混匀效率高。立式强力混合机用于烧结原料混匀,可使成分、粒度、水分在混合料中分布更均匀,显著改善制粒效果,增强透气性,提高燃料燃烧效率。因此,采用强力混合机有利于降低制粒水分, 并提高烧结矿化学成分的均匀性,达到改善烧结矿质量、减少过程消耗的目的。大量工业实践数据表明, 用立式强力混合机取代一次圆筒混合机用于烧结原料混匀, 因混匀效果提高、制粒效果增强,指标有所提高,具体如下:① 透气性提高10%;② 焦粉添加比例降低0.5%;③ 烧结速度提高8%~10%;④ 生产能力提高6%~8%。笔者在实验室条件下对比分析了烧结杯实验用的小型传统卧式圆筒混合机(原一混)与小型立式强力混合机(新一混)混匀效果。分析方法如下:① 按某烧结杯实验用原料配比配制两组相同混合料(两组混合料所用原料及配比一致),分别采用两种混料机对两组相同混合料进行混匀,混料时间均为3 min;② 分别对两种类型一次混合机取样,在两种混料机的卸料出口随机取样,每组取20 个,取样时间间隔一致,对随机取得的两种混合料进行化学成分分析,考察混合料碱度、MgO 含量的稳定性,其标准差分析结果见表1。结果表明,立式强力混合机的混匀效果明显优于传统卧式圆筒混合机。

1.1.2 烧结机综合堵漏风技术

烧结生产过程中进入料层的有效风量是影响烧结生产效率的决定因素。一般地,烧结机容许的漏风率约在15%~30%。烧结漏风率降低10%,烧结矿产量可提高5%,烧结矿质量可改善1%~3%。烧结机漏风率高无法使上述烧结混合料强力混匀制粒等技术的提产优势发挥出来。 目前,国内烧结机漏风率普遍超过35%。烧结机的漏风点很多,主要包括烧结机头、尾漏风,滑道漏风,台车之间漏风,管道系统漏风,双层卸灰阀漏风等。针对不同漏风点的工况环境与结构特点, 中冶长天公司研发了系统性的综合堵漏风密封技术,包括负压吸附式端部密封技术、波纹弹性滑道密封技术、重力自适应台车栏板密封技术、独立气密封双层卸灰阀技术等,使用效果良好。该技术在国内外得到了广泛应用,国内应用于宝钢、安钢、日照钢厂等,其中宝钢湛江2 号550m2 烧结机初期测试漏风率仅为17.8%;国外应用于越南台塑钢铁、日本和歌山钢铁等,其中和歌山185m2烧结机测试漏风率仅为16.7%。烧结机漏风率降低, 有助于降低烧结机主抽风机功率及烧结烟气末端治理负荷。

1.1.3 气体燃料喷吹技术

气体燃料喷吹烧结技术由日本JFE 公司提出[6],并于2009 年1 月于JFE 东日本厂首次成功工业化应用。其利用LNG 气体与焦粉燃烧性能的不同,对料层内高温区进行控制,扩大料层中1 200~1 400 ℃温度区域,解决单纯利用提高焦粉配比扩大适宜温度区间带来的温度过高(>1 400 ℃)问题。喷吹LNG 后,烧结矿强度提高约1%,固体燃料焦粉的配比可以降低0.3%,烧结矿还原性升高约4%。铁酸钙矿物含量从17.0%增加到19.1%。该技术针对现有烧结机在生产中难做到燃料偏析分布, 而抽风作业生产的蓄热特性又使燃料需求量沿料层高度方向逐渐递减的矛盾点, 采取以气代焦的方式,通过先整体降低烧结料层配碳量,再从顶部喷入冷态可燃气体使其在烧结燃烧带附近点燃补热,从而形成上部料层依靠固体燃料+气体燃料,中下部料层依靠固体燃料+热风蓄热的新加热模式。该模式实现了变相的料层内燃料偏析分布,对于减少料层内高温峰值点、扩宽1200~1 400℃有益温度区间范围、强化等提供了有效帮助,对于减少烧结工序能耗、提高烧结成品矿质量、降低烧结过程污染物排放有重大正面意义。该技术在国内外得到了广泛应用, 目前JFE日本钢铁在日本的7 台烧结机全部采用了该项技术;国内方面,该技术也在梅钢、韶钢、马钢等钢厂得到成功应用, 其中韶钢5# 烧结机的燃气喷吹装置已应用两年多, 吨烧结矿固体燃料配量达到1.69 kg。同时SOx、NOx等污染物均得到了减量排放,烧结内返率降低了0.35%,对烧结工序的节能减排提质有多方面有益效果。

1.2 成熟工艺

1.2.1 复合造块工艺

复合造块法集传统的烧结与球团两种工艺于一体,将传统的烧结、球团生产原料统一分类为酸性骨架原料和碱性基体原料两大类,对两类原料分别进行造球和制粒预处理后,将两者混合,然后利用烧结主体设备制备成酸性球团嵌入高碱度基体的复合炼铁炉料。与烧结法相比,复合造块法具有产品碱度灵活可调、料层高、效率高、能耗低、产品还原粉化率低、可高效处理细粒铁精矿等优势。 包钢首先应用了该整体技术,2008 年建成国内外第一条复合造块生产线,制备碱度为1.5~1.6复合人造块矿,造块固体燃耗降低15%以上,高炉使用复合造块产品后,综合焦比降低13 kg/t,渣比降低37 kg/t;2011 年建成第二条生产线, 处理超细难造块巴润含氟铁精矿, 首次将自产精矿使用比例由41%提高到60%。复合造块法的应用成功解决了困扰包钢数十年的酸性炉料不足、高炉不顺和自产精矿难利用等问题。武钢、酒钢、攀钢等6家企业已完成可行性研究, 攀钢正在筹备建厂实施, 宝钢采用复合造块法处理全部含铁渣尘生产线已于2019 年建成投产[6]。 复合造块工艺已经在包钢应用的效果如表2所示。与传统烧结工艺相比,复合造块工艺能够使用更高比例的磁铁精矿,且其烧结料层透气性、生产率和燃料消耗等均有明显的改善,能够生产出具有良好冶金性能的低碱度高炉原料。复合造块烧结矿结构集合了烧结矿和球团矿的结构特点,烧结基体性能与高碱度烧结矿相似,而其中的球团性能与球团矿一致,但球团紧密镶嵌在烧结基体中。

1.2.2 带式焙烧机熔剂性球团工艺

酸性球团和熔剂球团以二元碱度值(CaO/SiO2)的大小来区分。按照美国铁矿协会的试验标准, 规定碱度值大于0.6 才能称为熔剂性球团(fluxed pellet),碱度值大于1.0 称为自熔性球团。一般地,碱度值小于0.1 的称为酸性球团,碱度值为0.1~0.6 的称为低碱度球团。 以球团矿为主的高炉冶炼渣铁比低、燃料比低、高炉冶炼经济技术指标优良,同时球团矿生产的烟气净化难度小、能耗低、加工费用低、产生烟尘和废气量少、烟气中SO2和NOx含量显著降低(SO2排放量仅为烧结工序的13%左右),有利于清洁生产和节能减排。相比于球团矿生产,烧结烟气净化治理的设备投资大,运营费用高,脱硫、脱硝、脱二噁英的技术难度大。到目前为止,烧结烟气的污染以末端治理为主,把气体污染物转化为固体,大多数处于积存状态,造成环境的二次污染,已不适应建设美丽中国、绿色发展和智能发展钢铁工业的要求。因此, 在新时代调整鞍钢高炉炉料结构, 逐步提高以高品质熔剂性球团矿为主的炉料结构,大力发展高品质熔剂性球团矿是必然趋势,在新形势下,若再主张新建烧结机显然不是明智的选择。由于烧结烟气的污染问题,国外早在30年前就已开始逐步关停、取缔烧结机。由于带式焙烧机球团工艺铺到台车上的生球团在焙烧过程中球与球之间是相对静止的,不存在像回转窑球团的粘结结圈问题,因此,用带式焙烧机工艺可以生产任何碱度的熔剂性球团,是成熟的熔剂性球团工艺。

2 鞍钢自主创新新技术与新工艺

2.1 开发的新技术

2.1.1 烧结新型粘结剂开发技术

在烧结混合料中配加粘结剂可以加强核颗粒与细颗粒或细颗粒之间的接触, 从而提高混合料制粒后颗粒的强度和粒级。因此,使用粘结剂是提高烧结料层透气性的有效方法之一。配加生石灰是目前非常普遍的技术, 其在提高烧结生产率和烧结矿质量等方面有非常显著的效果,尤其是在高磁铁精矿配比的条件下。添加有机粘结剂或复合粘接剂也是目前比较常用的技术,但这些粘接剂通常粒度非常细且用量很少, 很难保证能够均匀地分布在混合料中。日本冈田等人发现,烧结混合料中的超细颗粒具有粘结剂的作用, 其行为影响烧结料的制粒性能,但这些超细颗粒的粘性较大,很难均匀地分散在混合料中。因此,开发了阴离子聚合物分散剂(APD),以确保超细颗粒能够均匀地分布在混合料中[8]。新日铁公司进行了制粒试验和烧结杯试验,结果表明,使用APD 分散剂能够增加制粒后颗粒的强度和干燥后颗粒的强度, 从而提高烧结生产率,且其效果要明显好于使用生石灰[9-10]。在此基础上,新日铁公司开发了使用APD 分散剂的创新制粒工艺(AGIS,Advanced Granulation for  Innovation of Sinter Ore)[11]。鞍钢集团钢铁研究院与辽宁科技大学合作,在实验室条件下开发了一种新型络合化镁质高效烧结粘结剂。研究发现,该粘结剂可以明显改善烧结料层的透气性, 在鞍钢高配比磁铁精矿烧结原料条件下, 这种新型络合化镁质粘结剂在提高烧结生产率和烧结矿质量方面有着明显的效果。当新型络合化镁质粘结剂配加量达到适宜配比时,烧结生产率提高了约6%以上,烧结返矿率降低约1.5~2 个百分点,深入的机理研究和实验工作仍在进行中,预期会达到提高烧结矿产质量的效果,有待工业试验验证。粘结剂是通过改善制粒后颗粒的质量来提高料层的透气性, 但粘结剂的粒度通常非常细且其用量非常少, 需要采取特殊措施以确保其在烧结混合料中均匀分布,笔者认为,国内已成熟烧结混合料强力混匀制粒技术将在配加粘结剂等方面发挥重要作用。

2.1.2 炉料MgO 添加技术

笔者于2005 年针对MgO 对烧结矿的冶金性能及产质量影响开展了系列创新性研究工作[12]。研究表明,烧结矿中过高的MgO 含量对烧结矿产质量有着不可忽视的负面影响, 烧结生产中添加MgO 会导致烧结矿冷强度变差, 其主要原因是MgO 在烧结过程中易与Fe3O4反应生成镁磁铁矿(MgO·Fe3O4),阻碍Fe3O4氧化成Fe2O3,也就阻碍了铁酸钙的生成, 造成烧结矿冷强度和还原性变差。根据实验室研究结果,笔者在国内率先提出,高炉炉渣所需要的MgO 应该由过去在烧结生产中添加转变为在球团生产中添加的新方式, 并提出低MgO 烧结是烧结生产的趋势。2012 年末,笔者提出鞍钢高炉炉料MgO 添加方式由在烧结生产中添加转变为在球团生产中添加可以提高烧结矿的产质量的建议得到鞍钢股份有限公司和鞍钢股份有限公司炼铁总厂(以下简称炼铁总厂)的采纳,2013 年1 月1 日至9 月30 日,炼铁总厂在三烧车间进行了烧结降低MgO 的工业试验,试验开始时先减少镁石粉配比直至停止配加镁石粉,烧结矿MgO 含量由1.74%降到1.48 %。烧结降低MgO 的工业试验效果:烧结矿产量增加1.75%,烧结矿转鼓强度提高0.02 个百分点。三烧车间烧结矿产量随烧结矿中MgO 含量变化关系见图1。随着烧结矿中MgO 含量的增加,烧结矿的2 h 台时产量呈逐渐降低的趋势。简言之,降低烧结矿中MgO 含量可以提高烧结矿的产量。
鞍钢高炉炉料结构是烧结矿、球团矿和天然块矿的搭配,烧结矿MgO 含量降低后,为了平衡高炉渣中MgO 含量, 需要提高球团矿MgO 含量,由此提出鞍钢本部炼铁总厂的带式机球团工艺生产MgO 球团矿的建议,MgO 组元由镁基粘结剂带入。

2.1.3 球团镁基粘结剂开发技术

笔者2009 年在实验室对鞍钢带式机生产MgO 球团矿进行了一系列的探索开发研究和优化[13]。2015~2016 年间,为了简化生产MgO 球团矿的配料工序, 把含有MgO 的熔剂与球团粘结剂混合在一起, 变为一种复合镁基粘结剂参加球团配料, 这样既提供了MgO 源又不用配加传统的膨润土粘结剂,可简化球团生产配料过程,为此,在实验室进行了带式机球团配加镁基粘结剂实验研究并与炼铁总厂共同制定了带式机球团配加镁基粘结剂的工业试验方案[14]。 工业试验结果表明,在带式机镁基粘结剂球团生产过程中,粘结剂的选择至关重要,配加了一种镁质熔剂及新型膨润土,新型膨润土选用以高粘性有机高分子聚合材料为核心的材料配制,具有亲水性强、扩散快、粘度高等特点。该材料对含铁物料有很强的粘结性,是膨润土的8~10 倍。加入量比膨润土降低50%以上,显著的减少了SiO2、Al2O3等有害杂质的带入,并且可以使球团铁品位提高0.4 个百分点。 球团矿有机复合粘结剂超强的粘结能力使得在生产镁基球团过程中,可以尽可能多的带入含镁质材料,这一点膨润土是无法办到的。在炼铁总厂10 号3200 m3 高炉冶炼镁质球团矿工业试验结果表明,使用镁质球团的高炉混合炉料冶金性能改善,可以适当降低入炉二元碱度和提高球团比例从而达到增加入炉品位的目的。高炉透气性改善、风量增加、炉渣脱硫能力和稳定性增强,炉缸活跃程度增加,高炉消耗降低、利用系数提高。

2.1.4 镁基碱性/熔剂性球团关键技术储备

由于历史的原因, 我国高碱度烧结矿生产规模太大, 虽然形成了高碱度烧结矿加酸性球团矿的炉料结构,但球团矿比例至今不足20%,提高球团矿碱度的空间有限,致使我国熔剂性球团的发展明显落后于欧美国家。 近年来,在钢铁生产节能减排的压力下,我国球团矿的生产快速发展。随着球团矿入炉比例的继续增加,发展熔剂性球团的条件日趋成熟,我国熔剂性球团的发展势在必然。目前,首钢和河钢均在针对各自的原料、燃料和熔剂特点研发熔剂性球团制备技术,并建厂实施。 熔剂性球团的生产技术,从原料准备、生球团制备到焙烧和冷却制度等,均与酸性球团有很大不同,且受所用原料、燃料和熔剂的类型、产品矿物组成与成分影响大, 必须提前开发鞍钢原料条件下熔剂性球团制备的关键技术。 笔者于2008 年开展了基于带式机的熔剂性球团和镁基/碱性熔剂性球团的相关储备研究,表明了熔剂性球团和镁基碱性/熔剂性球团在鞍钢带式焙烧机生产使用的可行性, 同时实验还印证了镁基熔剂性球团相比普通酸性球团和熔剂球团更具优良的冶金性能。

2.2 创新的新工艺

2.2.1 双层预烧结新工艺已开发

针对炼铁总厂各烧结车间使用大比例细粒铁精矿,料层透气性差,导致长期以来烧结机利用系数低,影响高炉铁料平衡的短板问题,以及公司规划未来取消东鞍山烧结厂带来的烧结矿产量严重不足问题,笔者开发了双层预烧结新工艺[15-18]。在没有富氧烧结的条件下, 对预烧结时间与双层布料的上、下层厚度的比例关系进行了具有自主知识产权的研发与优化,获得了以“一种采用预烧结的超厚料层烧结方法”为核心的19 项国家发明专利授权。 双层预烧结即双层点火烧结, 先铺装下层料后点火烧结, 然后再铺装上层料再在上层点火烧结。由于在烧结料层中有两个燃烧带同时移动,因此在理论上,烧结时间可大幅缩短,烧结矿的产量可显著提高,此外抽入的空气得以充分利用,可大幅节省风量,双层预烧结新工艺示意图如图2 所示。双层烧结工艺改善高磁铁矿配比下烧结料层透气性差、利用系数低的技术原理是:在烧结过程中,烧结料层划分为6 个带,分别是过湿带、干燥带、预热带、燃烧带、熔化带和烧结矿带,在这六个带中烧结矿带的阻力最小。先铺装的下层料经预烧结后形成的烧结矿带, 使得料层透气性得到改善,烧结利用系数大幅提高。 在炼铁总厂二烧车间360 m2 烧结机上开展了双层预烧结工业试验,工业试验结果表明,双层预烧结新工艺在生产实践上是完全可行的。该新工艺的实施在国内外烧结行业是一项颠覆性的创新。2016 年经过4 个多月的烧结老设备的改造、调试、整改、完善等环节,工业试验取得了16.11%的烧结增产效果, 高炉使用双层预烧结新工艺的烧结矿,顺行情况良好,高炉产量及风量与基准期基本一致。但新工艺在某些工艺参数和工序上尚需继续完善, 目前尚存在烧结矿成品率和冷强度有一定程度下降的问题,已提出解决的具体措施并着手开展新一轮工业试验,以期取得最佳的烧结提产效果。
该工艺不仅可以显著提高烧结矿产量, 还可以大幅度降低氮氧化物和碳氧化物的排放量。工业试验期间,共减少氮氧化物排放615.4 t,碳氧化物排放量减少45 239.8 t。在与国内烧结专业最权威的院校合作开展“双层预烧结新工艺”的机理研究工作中,专家给出的结论是,双层预烧结新工艺在国内外是烧结领域的一项颠覆性技术创新,代表超厚料层铁矿石烧结的发展方向。

2.2.2 冷固结球团工艺在研

随着我国钢铁工业发展, 通过选矿工艺大量开发利用贫铁矿资源后, 产生大量小于200 目的细粒铁精矿。应用这样的细粒铁精矿烧结工艺技术困难,恶化烧结生产指标,浪费能耗。冷固结球团因其制备工艺无高温处理过程、能显著减少能耗和降低污染、可充分利用细粒铁精矿,同时具有流程简单和投资少等优点,成为新型炉料制备的关注热点。在高温下,粘结剂失效会导致冷固结球团强度严重劣化,产生大量粉末,降低球团入炉比。因此,可保持冷固结球团高温强度的粘结剂是冷固结球团的关键。中南大学等单位研究开发了“冷固结球团煤基回转窑直接还原新工艺”, 在铁精矿中加入自主研发的复合粘结剂造球后, 只需在干燥机上低温(200 ℃左右)干燥固结,再进入高炉或者回转窑进行炼铁。该工艺不需要采用煤粉、天然气等外部热源供热来完成球团高温氧化焙烧阶段,省去了常规球团的高温氧化焙烧阶段,仅在低温干燥机上完成球团的干燥固结,再进入高炉或回转窑炼铁,可显著减少能耗和降低污染,降低生产成本和简化工艺流程,中南大学等单位研发的“冷固结球团煤基回转窑直接还原新工艺”有可借鉴之处。 国内外研究者对冷固结球团炼铁新炉料制备方法和技术进行了大量的研究。笔者团队对冷固结球团炼铁新炉料制备问题与中南大学进行了一些前期技术交流和实验室探索研究, 积累了一定的研究经验,打下了良好的技术基础。目前,绿色清洁生产、节能减排是现代化钢铁生产的趋势,炼铁炉料制备技术的更新换代成为必然。鞍钢细粒铁精矿充足,完全具备采用冷固结球团法提高炼铁炉料生产技术水平、优化钢铁生产流程的条件。因此,鞍钢与中南大学合作开展冷固结球团制备关键技术研究,最终实现冷固结球团产业化有一定的可行性。

3 展望

3.1 可实施的成熟技术展望

3.1.1 强力混匀制粒

鞍钢具备自产铁矿用于烧结的天然原料条件优势, 但同样也使得细粒铁精矿高比例用于烧结生产,继续采用传统的两段式圆筒混合、制粒工艺难以支撑企业高质量发展的需求。国内外生产实践均证实强力混合机能够大幅改善较高比例细粒精矿烧结的混合、制粒效果以及烧结产质量指标,对于鞍钢高比例精矿烧结的原料条件而言,开发相匹配的强力混合-圆筒制粒工艺对于鞍钢烧结提产、增效、降本均具有重要意义。未来,针对鞍钢现有烧结工艺配置,可探究强力混合对现有原料条件烧结的强化效果,并挖掘强力混合-制粒工艺条件下进一步提高鞍钢烧结铁精矿配比、提高料层厚度的潜力,从而充分发挥鞍钢原料条件的优势, 有利于推动鞍钢烧结工艺高质量发展。

3.1.2 烧结机综合堵漏风

归纳烧结混合料强力混匀制粒技术和烧结机综合堵漏风技术,笔者认为,铁矿石烧结工艺实现高产低耗要解决的核心问题可以用两个字“透”和“堵”来高度概括:“透”即烧结料层的透气性要好,阻力小;“堵”即烧结机系统堵漏风,使通过烧结料层的有效风量大。 炼铁总厂烧结机漏风率高,为49.0%~52.0%,烧结机漏风率直接影响烧结烟气的排放量和烧结工序的电单耗,是影响烧结矿产质量的关键因素。目前鞍钢烧结机漏风率治理水平远低于宝钢等先进企业,治理漏风是鞍钢烧结机提产降耗的关键,因此,要大力开展烧结机综合密封堵漏风技术工作并实施,将烧结机漏风率降到40%以下。

3.1.3 气体燃料喷吹技术

归纳气体燃料喷吹技术,笔者认为,在目前暂时无法良好实现烧结料层内焦粉偏析分布的情况下,采用气体燃料喷吹技术这种“以气代焦”的方式来变相实现料层燃料偏析分布, 从而实现料层上、中、下部热量基本一致的均热烧结,进而实现节能、减排、提质的多重有益效果,是国内烧结厂能够做出的较好选择,且其技改成本较低,回收周期短,技改全程无需烧结机停机配合,对生产任务无任何负面影响。因此,大力开展气体燃料喷吹技术在炼铁总厂烧结机的应用实施, 提升鞍钢烧结工序的绿色化生产指标, 是未来助推鞍钢烧结绿色发展的可选择方案之一。

3.2 自主创新技术与新工艺进一步开发与应用

3.2.1 开发高效烧结粘结剂

鞍钢集团钢铁研究院以改善烧结料层的透气性这一关键环节作为突破口, 创新性地提出可在不改变原有工艺流程和装备水平的条件下,仅在烧结配料过程中添加粘结剂即可实施, 属于投入少、见效快的“短平快”技术措施,但长期以来该技术在国内钢铁企业一直未被突破,亟需联合国内在这方面有较高理论与实践水平的科研院所,围绕大幅提高烧结机产能开展合作攻关。烧结添加粘结剂就可提高混合料制粒效果, 改善烧结料层透气性,提高烧结矿产量,降低固体燃料消耗等,是解决鞍钢目前烧结矿严重缺口问题的捷径,在保证烧结矿质量的前提下, 研制出技术经济合理的、可高效改善烧结料层透气性的添加剂是亟需突破的技术瓶颈。

3.2.2 改变高炉炉料MgO 添加技术的应用

鉴于烧结矿中过高的MgO 含量对烧结矿产质量有着不可忽视的负面影响,烧结生产中添加MgO 会导致烧结矿冷强度变差已被业内普遍认可,鞍钢高炉炉渣所需要的MgO 的添加方式应由过去在烧结生产中添加转变为在球团生产中添加,低MgO 烧结是烧结生产的趋势。鞍钢高炉炉料结构是烧结矿、球团矿和天然块矿的搭配,烧结矿MgO 含量降低后,为了平衡高炉渣中MgO 含量,需要提高球团矿MgO 含量,鞍钢在鞍山地区的1 台带式球团焙烧机和4 条链篦机-回转窑球团线应生产冶金性能较佳的MgO 酸性球团,替代热态冶金性能较差的普通酸性球团, 烧结矿为自然MgO 含量,烧结不再配加菱镁石等镁质熔剂。

3.2.3 新型镁基粘结剂应用于带式机球团生产

新型镁基粘结剂是选用高粘性有机高分子聚合材料与镁质熔剂为核心材料配制, 具有亲水性强、扩散快、粘度高等特点。该材料对含铁物料有很强的粘结性,是膨润土的8~10 倍。加入量比膨润土降低50%以上, 显著减少了SiO2、Al2O3等有害杂质的带入,并且使球团铁品位可以提高0.4 个百分点以上。球团矿有机复合粘结剂超强的粘结能力使得在生产镁基球团过程中, 可以尽可能多的带入含镁质材料,这一点膨润土是无法办到的。鉴于此, 建议鞍钢应大力推进带式机生产新型镁基粘结剂MgO 球团技术的推广应用。

3.2.4 链篦机-回转窑生产镁基碱性/熔剂性球团关键技术开发

研究采用链篦机-回转窑工艺生产镁基熔剂性球团供高炉使用,扩展球团品种,提高球团矿品质,适应并引领时代发展趋势。但采用链篦机-回转窑工艺生产熔剂性球团或镁基碱性/熔剂性球团尚存在诸多问题需要攻克, 在国内外仍然是未解的难题, 需要立即开展深入的基础与应用研究工作,研究出高品质镁基碱性/熔剂性球团的关键技术,生产出适合于高炉冶炼的、二氧化硅含量适中的技术经济合理的熔剂性球团, 逐步实现鞍钢高炉炉料结构由大比例烧结矿型向大比例熔剂球团矿型的转变,逐步关停、取缔污染大的烧结机工艺。相应地,高炉逐渐增加熔剂性球团的配比,直至实现高炉100%高品质熔剂性球团冶炼,最终实现鞍钢铁前工艺沿着绿色发展、高质量发展方向大步前进。
针对球团矿的优势及作用, 国家发改委2019年发布的《钢铁产业结构调整指导目录》里也明确提出, 鼓励熔剂性球团生产工艺技术和高炉高比例球团冶炼工艺技术,重视熔剂型、镁质酸性球团矿的生产技术及应用, 为高比例球团矿的使用奠定基础。 总之,高品质镁基碱性/熔剂性球团是鞍钢高炉炉料结构的未来发展方向, 鞍钢有较多的链篦机-回转窑球团工艺产线, 应率先掌握基于链篦机-回转窑工艺生产镁基碱性/熔剂性球团的关键技术。

3.2.5 开发基于双层预烧结工艺的烧结富氧技术

双层预烧结作为鞍钢专有工艺技术, 其技术有益效果不再繁述。但在双层烧结生产时,易存在下层烧结带助燃氧气量不够的问题, 严重影响下部烧结质量。为解决该问题,笔者项目组与中南大学、中冶长天公司通过多次交流探讨与烧结杯试验,提出了“分段供氧、富氧烧结”的解决方案,试验证明当在烧结杯顶部料层喷入氧气含量为25%的富氧空气时,下层烧结带可实现良好燃烧生产,不会对烧结矿的质量指标造成负面影响。为更好地开发完善双层烧结工艺技术, 笔者建议炼铁总厂通过横向课题的方式与中冶长天共同开发富氧空气料面喷吹技术, 可先考虑选取一条烧结生产线作为工业化试验改造对象, 待积累经验后,再在鞍钢其他烧结生产线推广应用。

3.2.6 双层预烧结新工艺的推广应用

该新工艺丰富了超厚料层烧结的技术与理论体系,为超厚料层烧结技术在国内的广泛应用,推进烧结行业的优质、高效、清洁发展提供技术支撑。但新工艺在某些工艺参数和工序上尚需继续完善,将开展新一轮工业试验,以期取得最佳效果。

3.2.7 开发冷固结球团工艺

冷固结球团因其制备工艺无高温处理过程、能显著减少能耗和降低污染、可充分利用细粒铁精矿,同时具有流程简单和投资少等优点,是未来新型炉料制备的发展方向。目前,冷固结球团工艺还处于研究阶段。经调研,中南大学对此项技术研究比较深入,建议鞍钢抢占先机,与其开展合作,对此项技术开展深入研究,进而进行工业应用,提升铁前科技创新领航地位。冷固结球团技术还处于研究阶段,开发出适合鞍钢原料条件下生产冷固结球团的粘结剂是一项重大难题,另外,鞍钢从未开展过此类研究, 在此类研究方向还处于空白阶段,需要开展大量的机理及基础性实验工作,借助中南大学研究平台开展机理研究,结合自身开展的实验研究及现场应用条件,填补鞍钢冷固结球团工艺研究和应用方向的空白。

3.2.8 开发基于鞍钢铁矿资源条件的复合造块技术与产业化

复合造块法尤其适用于细粒铁精矿的高效造块,可以利用现有烧结工艺的主体设备实现工业生产。鞍钢自产铁精矿粒度细资源量大,烧结类型、工艺及装备齐全,因此,通过与中南大学合作开展基于鞍钢铁矿资源条件的复合造块新方法研究与产业化,完全具备采用复合造块法提高炼铁炉料生产技术水平、优化钢铁生产流程的条件。产业化时,可先考虑选取一条烧结生产线改造为复合造块法生产,待积累经验后,再在鞍钢公司内其他烧结生产线推广应用, 可显著提高炼铁炉料生产技术水平, 实现炼铁生产节能减排和持续健康发展。

4 结语

鞍钢炼铁原料准备领域只有坚定依靠自主创新并联合国内一流的科研院所共同开发颠覆性、前瞻性新工艺新技术, 同时利用先进企业已有成熟有效技术,才能重新焕发生机。本文涉及现有烧结工艺的升级、烧结新技术与新工艺的开发、球团新产品的开发、造块新方法的集成应用,涵盖从工艺优化、工艺创新、节能、环保等各个方面。项目完成和工业实施后,将全面提升鞍钢炼铁原料准备的整体技术水平, 预期将大幅提高铁前系统生产效率,显著降低工序能耗,含氮、硫等气体污排放减少,高炉综合焦比降低。项目的实施将推动鞍钢炼铁炉料生产技术和新技术的研发进入国内领先和国际先进行列, 同时对国内绝大部分钢铁企业均有推广应用价值,推动行业技术进步。

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来源:鞍钢技术

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