摘  要  馬鋼為實現(xiàn)綠色燒結，達到增產(chǎn)、優(yōu)質、降耗、減排的全面改善效果，開展了燒結機高效、環(huán)保、節(jié)能綠色集成技術的研究和應用，開創(chuàng)了國內大型燒結機超厚料層高效、優(yōu)質、低耗、均質、均衡節(jié)能經(jīng)濟運行的先例，為行業(yè)超厚料層燒結高效生產(chǎn)提供了典范和新思路。實現(xiàn)新增利潤6000萬元/年以上，減少CO2、SO2減排量4萬噸/年、500噸/年，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，為鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈的綠色環(huán)保、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展作出燒結方面的貢獻。

關鍵詞  燒結機  帶冷機礦槽  耐磨性  耐磨塊 

1  引言

馬鋼為實現(xiàn)綠色燒結，達到增產(chǎn)、優(yōu)質、降耗、減排的全面改善效果，開展了燒結機高效、環(huán)保、節(jié)能綠色集成技術的研究和應用，開創(chuàng)了國內大型燒結機超厚料層高效、優(yōu)質、低耗、均質、均衡節(jié)能經(jīng)濟運行的先例，為行業(yè)超厚料層燒結高效生產(chǎn)提供了典范和新思路。實現(xiàn)新增利潤6000萬元/年以上，減少CO2、SO2減排量4萬噸/年、500噸/年，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，為鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈的綠色環(huán)保、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展作出燒結方面的貢獻。

在國內的大型燒結機（單機燒結面積300m2以上）上，紛紛開展了以提高燒結料層為突破口的高效燒結實踐，馬鋼第三煉鐵總廠于2010年進行了《900超厚料層及其均質燒結技術的開發(fā)與應用》項目研究。以此為基礎，馬鋼第三煉鐵總廠試圖通過增加料層厚度和和高效燒結配套技術，挖掘厚料層燒結的經(jīng)濟潛力，并解決燒結礦產(chǎn)質量不足等問題。

2  低機速、厚料層燒結技術的研究與應用

2.1  實現(xiàn)900mm超厚料層燒結技術的可行性研究

在馬鋼原360m2燒結機建廠設計上，早期已開展了未來突破700mm料層高度的研究，在局部進行設計創(chuàng)新，并對燒結原料特性開展了基礎性能研究，為實現(xiàn)燒結料層提高奠定了基礎。同時，在燒結抽風系統(tǒng)特性較好匹配這一實現(xiàn)900mm厚料層燒結關鍵技術。

根據(jù)Voice試驗，不論燒結原料品種怎樣、配碳多少，每噸燒結混合料在燒結時所需要的空氣量是相近的。所以燒結臺時產(chǎn)量（P臺）可用下式表示：

P臺=60KPAΔP0.717/（Qsh0.562）

其中，P臺??----燒結機臺時產(chǎn)量，t/h；

K---燒結成品率，%；

P---料層透氣性指數(shù)；

A---燒結機面積，m2；

Qs---燒結每噸混合料所需空氣量，m3/t；

ΔP---抽風負壓，mmH2O；

h---料層高度， mm。

可見，對700mm燒結料層來說，對應的燒結總管負壓為14.0 kPa左右。若保持燒結臺時產(chǎn)量不變，燒結料層由700mm提高至900mm時，燒結總管負壓需提高至17.05 kPa左右，考慮到其他相關影響，則主抽風機負壓應達到17.5kPa。因此，基于較好的原料與混合制粒工藝條件，選擇17.5kPa主抽風機，為實現(xiàn)900mm超厚料層燒結提供了有效的保證。馬鋼第三煉鐵總廠360m2燒結機主抽風機設計全壓17.5 kPa、風量20000 m3/min，與燒結抽風系統(tǒng)匹配較好，為最終實現(xiàn)900mm超厚料層燒結生產(chǎn)奠定了基礎。

2.2  900mm超厚料層燒結的設備擴容改造和優(yōu)化

由于兩臺360m2燒結機原設計臺車欄板高度為700mm，要最終實現(xiàn)900mm超厚料層燒結生產(chǎn)，必須進行相應的設備技術改造以及預防生產(chǎn)率降低的擴容改造。2007年3月份，進行了第一次將燒結料層高度提高至800mm的改造；2009年12月、2010年元月又分別對A、B燒結機實施了第二次提高燒結料層的相關設備技術改造，實現(xiàn)了900mm超厚料層燒結生產(chǎn)，實現(xiàn)了“一種應用于煉鋼工藝中的超厚料層燒結方法”發(fā)明專利，進一步降低燒結各項消耗和增產(chǎn)15%。

（1）燒結臺車加高

燒結機臺車欄板加高分二步進行：第一次由700mm增加至800mm（2007年3月份），第二次由800mm增加至900mm。

（2）燒結機臺車加寬

在保持燒結機風箱、軌道及骨架不變，充分利用臺車的邊緣效應，將燒結機臺車兩側沿寬度方向向外分別擴寬200 mm，臺車寬度由4.5m拓寬至4.9m。

（3）增加機尾風箱

在燒結機尾分別增加長度為4m的23#風箱和長度為1.5m的24#風箱，增加抽風燒結面積24.75m2。

經(jīng)過以上綜合研究和技改，兩臺燒結機均實現(xiàn)了380m2有效面積，具備了900mm超厚料層燒結生產(chǎn)的設備條件。

2.3  低機速、厚料層燒結技術的應用與完善

通過多年來厚料層燒結的生產(chǎn)經(jīng)驗，厚料層燒結由于降低了機速和垂直燒結速度，延長了燒結料層在高溫下的保持時間，有利于硅鋁復合鐵酸鈣（SFCA）的生成，從而有利于提高燒結礦的強度和成品率，改善燒結礦的質量。以此為切入點，對低機速、厚料層燒結生產(chǎn)進行技術完善，通過低機速生產(chǎn)來實現(xiàn)返粉降低、成品率提高，進而提升燒結礦有效產(chǎn)量和質量。其關鍵技術為：

（1）適宜于超厚料層燒結的典型配礦比、強化制粒等技術措施改善改善料層透氣性。

（2）對燒結風量實施合理再分配，兼顧燒結機南北兩側和燒結機機頭、中間、機尾三段，結合燒結過程料層透氣性的變化合理的給予燒結風量，根據(jù)燒結過程需要風量給風的策略，實現(xiàn)了燒結機的低負壓均風量高效燒結。其對穩(wěn)定燒結過程、節(jié)能減排至關重要。

（3）燒結漏風治理，提高料層的有效風量；系統(tǒng)設備的高度保障能力。進一步提高厚料層下的燒結產(chǎn)量。

（4）燒結與高爐用料結構的合理匹配以及燒結系統(tǒng)的整體穩(wěn)定，實現(xiàn)燒結機機速和高爐槽位的穩(wěn)定控制。

2.4  低機速、厚料層燒結技術應用效果

 歷年來燒結生產(chǎn)指標可以看出，隨著燒結料層的提高、燒結機速的降低，入爐燒結礦產(chǎn)量不降反升。說明只要強化措施有力，厚料層燒結對燒結機生產(chǎn)率不會產(chǎn)生影響。燒結機速的降低，有效產(chǎn)量大幅提升，燒結生產(chǎn)負荷趨輕，生產(chǎn)投入減少，不但減少了廢棄物的排放，緩解了環(huán)保壓力。同時使燒結生產(chǎn)控制進入良性循環(huán)，促進了燒結礦質量的進一步穩(wěn)定。

3  燒結經(jīng)濟配礦技術的研究與應用

3.1  基于鐵礦石高溫基礎特性的燒結配礦技術

通過自主開發(fā)以同化層厚度為核心、基于鐵礦石高溫基礎特性的燒結配礦技術，建立了具有馬鋼自主知識產(chǎn)權的鐵礦石高溫特性檢測實驗平臺，并基于該平臺確定了各項鐵礦石高溫特性指標的檢測方法。在傳統(tǒng)鐵礦石液相成礦的理論基礎上，通過細分及量化鐵礦石燒結過程中產(chǎn)生液相的數(shù)量及質量，形成液相量、液相流動指數(shù)、液相冷凝固結強度（粘結相強度）三項指標，并找到三項指標與燒結礦產(chǎn)質量的相互關系，用來指導鐵礦石的使用及燒結配礦的優(yōu)化，并開發(fā)了智能化的燒結配礦優(yōu)化應用軟件。 

基于鐵礦石高溫基礎特性的燒結配礦軟件模型的核心是高溫特性指標（同化層厚度），評價高溫特性配礦的依據(jù)為：(1)同化厚度；(2)液相流動性指數(shù)；(3)粘結相強度；(4)液相量。在滿足對燒結礦品位、堿度、Al2O3、MgO等目標化學成分要求的基礎上，根據(jù)不同鐵礦石的高溫特性差異性，在燒結配礦中采用鐵礦石高溫特性互補理論，使燒結混勻礦各項高溫特性指標處于一個適宜的范圍。

4  超厚料層均質燒結技術開發(fā)與應用

4.1  均質燒結技術的應用

均質燒結研究目的是要解決超厚料層燒結情況下，因偏析作用和料層自動蓄熱進一步加強導致的燒結礦上中下層的R、FeO及轉鼓強度等指標差距變大，質量均勻性變差的問題。研究的方法是通過改善燃料、熔劑的粒度分布使混合料的偏析效果朝有利的方向變化；通過燒結風量合理分配使燒結機前后段垂燒速度相對趨于靠攏，能達到一個比較良好的燒結效果，達到使燒結礦化學成分上中下層均一化，使燃料的偏析上層相對較多、下層相對較少，實現(xiàn)燒結礦成分與熱能的相對合理分布，降低上中下層FeO、R以及轉鼓強度偏差的目的。

（1）改善均質效果的技術方法

a）適宜的熔劑、燃料粒度

生產(chǎn)試驗表明，在改變熔劑、燃料粒度后，各成分的三層極差均有縮小的趨勢。改變石灰石、固體燃料粒度，確有改善燒結礦均質性能的作用，且可以改善綜合燒結指標。結合設備狀況和工藝條件，2014年正式確立380m2燒結機厚料層燒結燃料粒度和灰石粒度控制目標要求：燃料-3mm比例大于80%；灰石-3mm比例大于85%。

b）適度優(yōu)化九輥運行參數(shù)，實現(xiàn)有效偏析

根據(jù)380m2燒結機900mm厚料層原料原始物理特性，2014年4月份開始實時調整九輥布料裝置的運行參數(shù)，促進厚料層條件下燒結均質性發(fā)展，進一步降低燒結固體燃耗、改善燒結礦質量。九輥通過較為長期的摸索，在九輥角度為43°情況下，其運行赫茲數(shù)優(yōu)化定為34Hz，對比期較基準期的δnR減小0.0083，δnFeO減小0.0303；運行實績效果分析比對來看，其降低固耗效果達到0.2kg/t左右，合理的偏析作用利于超厚料層燒結礦的均質性能的改善。

c）燒結風量合理分配，實現(xiàn)均風、均速燒結

2015年通過對馬鋼380㎡燒結機風量分配進行研究發(fā)現(xiàn)，燒結尾部及兩側風量過剩，一方面造成能源浪費，另一方面在實際生產(chǎn)操作中，主抽風門及風箱蝶閥開度調整頻繁，對燒結過程穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。故采取“風量再分配”的技術措施。實現(xiàn)了“一種基于燒結臺車風箱負壓合理分配風箱風量的方法和系統(tǒng)”發(fā)明專利。其關鍵技術：

（1）燒結機料面風速檢測，通過料面風速檢測尋找料面風速異常的區(qū)域，并調整燒結機對應的風箱閥門。

（2）燒結機機頭段風量調整，點火罩下面的2個風箱和出點火罩的1～2個風箱，控制風箱閥門開度，保持機頭段料面風速在0.8m/s以下，保證燒結機表層熱燒結礦的緩慢冷卻。

（3）燒結機機尾段風量調整，根據(jù)燒結機料面風速，逐漸降低鄰近燒結終點的6～8個風箱，保證靠近機尾段燒結機料面風速在1.0m/s以下。

（4）燒結機南北側風箱風量調整，根據(jù)五點檢測燒結機料面風速，調整燒結機南北兩側風箱閥門開度，控制燒結機兩側風速偏差<0.1m/s以下。

通過以上四個方面的調整，兼顧燒結機南北兩側和燒結機機頭、中間、機尾三段，結合燒結過程料層透氣性的變化合理的給予燒結風量，實現(xiàn)了根據(jù)燒結過程需要風量給風的策略，實現(xiàn)了燒結機的低負壓均風量高效燒結。

對燒結風量進行優(yōu)化后，燒結機前后段垂燒速度相對趨于靠攏，能達到一個比較良好的燒結效果：降慢了燒結機后半段垂燒速度，使燒結礦強度改善，轉鼓指數(shù)比風量分配優(yōu)化前上升了1.44%左右，燒結噸鐵返粉降低32kg/t，燒結固耗及電耗均有所降低。并有效抑制了燒結機料面特別是后半段料面的嚴重工藝性漏風。經(jīng)過對超厚料層下的風量在分配的工業(yè)性生產(chǎn)實踐，實現(xiàn)了在超厚料層下降低負壓、低風量生產(chǎn)，其對穩(wěn)定燒結過程、主抽降耗、降低固體燃耗以及降低主抽環(huán)保壓力。

5  節(jié)能減排綜合技術的開發(fā)與應用

5.1  大型風機變頻技術的應用

電耗是燒結工序中第二大能耗，約占總能耗的13％-20％，大型風機采用變頻調節(jié)后，通過變頻調節(jié)電機轉速有利于實現(xiàn)節(jié)電。先后對主抽風機、大型除塵風機進行了變頻改造。兩臺380m2燒結機主抽變頻分別于2016年9月和2017年3月實現(xiàn)改造后投入運行。改造前燒結主抽電耗占整個燒結系統(tǒng)電耗約接近60%左右。采用變頻調節(jié)后，實現(xiàn)節(jié)電率18%以上，燒結負壓相對降低1kPa左右，有效減少了燒結機漏風。主抽變頻生產(chǎn)操作關鍵技術：

（1）生產(chǎn)操作中對于不同燒結機速情況下，燒結主抽的運行頻率與上料量、產(chǎn)量、負壓相匹配，形成相應的規(guī)范操作，確保燒結進程的穩(wěn)定。

（2）根據(jù)BRP位置對燒結主抽頻率進行精確控制。盡管目前燒結生產(chǎn)維持燒結機速的恒速控制，而由于燒結過程物料透氣性、水碳、以及壓料波動等因素的影響，燒結過程BRP上升點位置會有所變化，同時燒結過程的垂直燒結速度與主抽風機轉速呈線性對應關系，操作過程中根據(jù)BRP控制模型計算位置變化進行分級控制調整。

5.2  燒結輔料優(yōu)化使用的研究與應用

為解決煉鋼轉爐OG泥黏度大，運輸、處理利用困難大這一行業(yè)難題，開發(fā)出了轉爐OG泥管道全封閉輸送噴淋利用技術，實現(xiàn)了轉爐OG泥的全封閉利用和零排放。解決了鋼廠OG泥濃縮、脫水系統(tǒng)占地面積大、脫水成本高、循環(huán)利用難度高等一系列問題，節(jié)約了燒結用水。為最大程度的發(fā)揮OG泥的回收效果，燒結對煉鋼污泥的使用進行了一系列的技術攻關以及相應的設備改造優(yōu)化，實現(xiàn)一種OG泥噴灑先進技術，其關鍵技術為：

（1）對OG泥噴加工藝流程進行優(yōu)化，并確定合理的噴加濃度和噴加量，滿足燒結工藝的基本需求，解決了OG泥濃度變化與混合機加水量之間的平衡技術問題。

（2）OG泥粘結性較強，通過新技術解決混合機內部粘料問題。OG泥噴加技術的成功應用，燒結系統(tǒng)消化OG泥6000噸/月，一方面可替代部分混勻礦成分，另一方面可以減小燒結水、碳消耗，達到降本增效的目的。燒結全年共使用OG泥72000噸，僅含鐵料消耗計算每噸OG泥替代混勻礦降本311元。

5.3  燒結點火爐節(jié)能技術的開發(fā)與應用

為了配合厚料層燒結，2015年、2016年先后對兩臺點火爐進行了升級改造，由傳統(tǒng)雙斜式改為幕簾式，實現(xiàn)了降低燒結點火煤氣單耗15.68MJ/t的節(jié)能效果，實現(xiàn)了“一種適應料面波動的燒結點火爐”實用新型專利。其關鍵技術為：

（1）點火溫度沿燒結機寬度方向均勻，供熱強度均勻。

（2）點火爐內采用氣體幕墻隔離。

（3）設置點火空氣預熱箱。在保溫段設置點火空氣預熱箱，將助燃空氣預熱到80-130℃，充分利用熱能，提高點火空氣溫度，并解決火嘴堵塞的問題。

6  項目實施總體效果

2007年～2017年馬鋼第三煉鐵總廠燒結生產(chǎn)指標見表6.1（其中2007年由于700mm生產(chǎn)時間相對較短，且為投產(chǎn)第一年，初期生產(chǎn)連續(xù)性較差、數(shù)據(jù)代表性不強）。

通過表10中燒結礦入爐量可以看出，馬鋼第三煉鐵總廠的900mm超厚料層高效集成燒結技術的開發(fā)與應用，是在確保燒結生產(chǎn)率或產(chǎn)能的前提下實現(xiàn)的，實現(xiàn)了增產(chǎn)、優(yōu)質、降耗的全面改善效果，對高爐長周期穩(wěn)定順行起到了十分重要的支撐作用。該項目從2007年立項到逐步實施、鞏固和完善，燒結礦質量得到明顯改善，技術指標顯著提升，主要體現(xiàn)在一下方面：

（1）隨著燒結料層提高至930mm以及相關技改項目的完成，燒結礦的產(chǎn)能得到了明顯提升，大幅緩解了燒結生產(chǎn)壓力，并對高爐爐料結構調整和提產(chǎn)所帶來燒結礦礦數(shù)量需求的提高，燒結產(chǎn)能能很好地與之匹配。

（2）燒結礦返粉率由原來的17%左右逐步下降至2017年的10%左右（返粉＞5mm比例在25%左右情況下），轉鼓指數(shù)由78%左右提高至80.5%左右，燒結礦產(chǎn)品質量一級品率由原來的83%提高到94%左右。說明燒結礦質量改善明顯，均質性提升，為高爐長周期穩(wěn)定順行提供了強有力支撐。

（3）通過挖掘厚料層燒結節(jié)能降耗的生產(chǎn)潛力，燒結工序能耗由55kgce/t水平降低至51kgce/t水平，降耗顯著，為企業(yè)盈利創(chuàng)造了更大的空間。

（4）有效產(chǎn)量大幅提升，燒結生產(chǎn)負荷趨輕，生產(chǎn)投入減少，不但減少了廢棄物的排放，緩解了環(huán)保壓力。同時使燒結生產(chǎn)控制進入良性循環(huán)，促進了燒結礦質量的進一步穩(wěn)定。

（5）在大致相同原料條件和燒結礦產(chǎn)量需求保持不變的條件下，燒結負壓由17kpa水平降低至14kpa水平，一定程度上解決了厚料層與高負壓這對難以調和的矛盾。并對燒結原料條件惡化具有很強的生產(chǎn)適應能力。