摘要：首鋼京唐煉鐵作業(yè)部在全進口富礦粉燒結的條件下，結合厚料層燒結特點對燃料基礎性能進行測試，分析不同燃料粒度的燃燒特點，通過燒結杯試驗研究不同燃料粒級區(qū)間搭配與原料粒度變化規(guī)律，對混合料水分、燒結操作參數(shù)調整，跟蹤燒結礦質量變化，從而找到適宜于京唐燒結的原料和燃料最佳粒度匹配關系并在工業(yè)生產上應用，從而進一步改善燒結礦質量，為首鋼京唐5500m3特大型高爐的精料水平提供更多保障。

關鍵詞：原燃料；粒度；匹配性；精料；轉鼓；質量

Research and Application of Particle Size Matching of Shougang Jingtang Sintering Raw Fuel

Cheng zhengming1 Chen Shaoguo2 An Gang1 Pei Yuandong2,3 Shi Jiangshan1  Liu Boyang1 Dai Feng1 Luo Yaosheng1 Jin Yongming1 Si Haibing1

Abstract: Shougang Jingtang Ironworks Operation Department, under the condition of sintering of all imported fossil powder, combined with the characteristics of sintering of thick material layer, tests the performance of fuel base and analyzes the combustion characteristics of different fuel particle size. Through the sintering cup test, And the change of the particle size of the raw material, adjust the parameters of the moisture and sintering of the mixture and track the change of the quality of the sintered ore, so as to find the optimum particle size matching relationship between the raw material and the fuel suitable for the sintering of Jingtang and the application in the industrial production, so as to further improve the sinter Quality, for the Shougang Jingtang 5500m3 extra large blast furnace level to provide more protection.

Keywords: Raw fuel; particle size; matching; concentrate; drum; quality

1 前  言

一般而言，燒結中的最高溫度絕大部分取決于固體燃料粒度的大小，較細的固體燃料燃燒時能產生較高的溫度。燒結中的最高溫度不僅取決于固體燃料粒度大小，也與燒結原料粒度大小有關，只有當燒結原料粒度與固體燃料粒度相匹配時，即燃燒速度與傳熱速度達到同步時，燒結高溫帶的厚度才最適宜，高溫帶的溫度獲得最大值，才能生產出高質量的燒結礦。[1]燃料粒度過粗、過細，都不利于燃燒速度與傳熱速度，降低燃料利用率，進而影響產質量與固體燃耗。[2]

焦粉的燃燒特性對固體燃料消耗量、燒結速度和燒結礦成品率有很重要的影響。[3]研究發(fā)現(xiàn)：燒結中氣體擴散速率和燃燒反應能力與焦粉顆粒粒度成反比。Loo 在燒結鍋實驗中發(fā)現(xiàn)焦粉燃燒效率(CO2/(CO+CO2))會隨焦粉粒度的減小而下降，導致廢氣中CO濃度更高，從而降低燒結料層溫度[4]。

ThyssenStahl工廠實驗得出[5]：小于1mm的焦粉，尤其是小于0.315mm的焦粉對燒結性能有明顯的負面影響，而將焦粉粗化后會改善燒結礦冶金性能。據(jù)國內外有關報道指出：采取往燒結料顆粒表面外裹焦粉的方式可以提高燒結成品率，但其研究成果仍不能令人信服?？偠灾狗垲w粒的粒徑分布和在燒結料層中的分布狀態(tài)對燒結過程是十分重要的。

研究表明,在其它條件一定時,焦粉粒度組成是決定燃料燃燒效率的關鍵因素,也即是決定燒結礦產質量的關鍵因素。[6]若燃料粒度過大,燃燒速度慢,燃燒帶變寬,燒結最高溫度降低,燒結過程透氣性變差,垂速和利用系數(shù)下降;反之,粒度過小,燃燒速度快,液相反應進行得不完全,燒結礦強度變差,成品率和利用系數(shù)也下降。[7] 

目前，首鋼京唐燒結用料結構為典型的全進口富礦粉燒結，隨著礦粉資源劣化，粒度也在粗化，如某主流礦粉在2009年檢測中，小于0.15mm占36%、大于5mm占26%，平均粒徑為3.60mm，而目前分別為15%、33%和4.35mm，粒度粗化且大小粒度分化明顯，混勻礦粒徑粗化趨勢如圖1所示。礦粉粒度過粗，偏析到料層底部將對燒結成礦和高溫反應不利，尤其在810mm以上厚料層燒結的條件下。

根據(jù)數(shù)學上的最優(yōu)化理論,焦粉各粒級之間一定存在一個最佳的比例關系,能夠使某項指標取得最優(yōu)值。[7]為進一步改善燒結過程控制和燒結礦質量，一方面通過對不同粒度的燃料反應性和差熱進行基礎性能測試，另一方面通過燒結杯試驗研究不同燃料粒級區(qū)間搭配與原料粒度變化規(guī)律并對混合料水分、燒結操作參數(shù)調整，找到原燃料最佳粒度匹配關系，以改善燒結礦質量和降低成本。

2  基礎性能測試

2.1  主要成分及熱量分析

首鋼京唐燒結針對不同含碳物料成分及熱量分析測試結果如表1所示。

從上表可以看出，對比粒度存在較大差異而固定碳含量相近的焦粉、煤，熱值相近，說明燃料熱值受粒度影響很?。唤狗?、煤粉之間在熱值上存在互相替換的可能性。

2.2 熱重與差熱研究

首鋼京唐燒結分別對不同的燃料粒度進行熱重與差熱(TG/DSC)測試，測試條件為空氣氣氛，20℃/min升溫至1200℃，測試結果分析如圖2與圖3所示。

TG測試結果顯示，四種燃料失重速率總體上都是隨著粒度減小而加快，粒度變化對焦粉和朝鮮煤燃燒失重的影響比其它煤粉要大。

DSC曲線顯示，升溫初期均是小粒度的燃料放熱速度快，放熱量高，600-700℃之前，基本上四種燃料均是粒度小的失重快，放熱速度快；600-700℃區(qū)間不同粒度的燃料均降低放熱速度，之后出現(xiàn)不同高度的吸熱峰；1000℃之后，均不同程度的出現(xiàn)放熱降低現(xiàn)象。分析認為是燃料中的碳大部分燃燒完成，升溫至高溫區(qū)段后煤灰出現(xiàn)不同程度的熔化導致?？鄢剂螩含量(熱值)差異后，根據(jù)DSC曲線，各燃料在粒度上可能存在可替代性。

由上述結果分析，燃料粒度整體不宜過細，否則燃燒速度過快導致高溫保持時間不足，不利于燒結礦質量；無煙煤在較低溫度下燃燒，粒度可適當放粗。不同類型的燃料在成分和粒度上存在互相替換的可行性，合理搭配可達到降低耗用的目的。

2.3 燃料粒度匹配性分析

為了進一步確定燃料粒度與原料匹配的量化范圍，根據(jù)混勻礦粒度調整燃料粒度研究兩者的匹配量化值。各方案焦粉粒度情況如下表2所示。

對本次實驗的原燃料粒度條件以及燒結指標進行統(tǒng)計，如下表3所示為驗證實驗燃料粒度與混勻礦匹配量化情況。

由上表可以看出，焦粉平均粒徑與混勻礦平均粒徑比值d/D=0.47~0.58范圍內，燒結指標綜合較優(yōu)。

從燒結杯實驗中可以看出，隨著混勻礦平均粒徑變化，燃料粒度參考焦粉平均粒徑與混勻礦平均粒徑比值范圍d/D=0.47~0.54作出對應調整，綜合燒結指標可得到優(yōu)化。

2.4  混合料水分優(yōu)化

對于燒結生產效果而言，存在一個適宜值水分使造球效果達到較佳，為此定義造球指數(shù)Ф=((E1-E2)/E1+(F1-F2)/F1)×100；E1：造球后混合料1-3mm粒度百分比/%，E2：造球后<1mm粒度百分比/%，F(xiàn)1：造球混合料烘干后1-3mm粒度百分比/%，F(xiàn)2：造球混合料烘干<1mm粒度百分比/%。不同水分混合料的造球指數(shù)Ф數(shù)值如圖4所示。

通過混合料水分與造球指數(shù)Ф關系可以看出，混合料造球效果最佳水分值在6.7%附近。為此，在該點上下范疇設計了4組燒結杯實驗，結果如表4所示

從上表可以看出，方案f2中造球水分6.3%的混合料燒結效果更優(yōu)，說明混合料造球良好的適宜水分與燒結效果良好的合適水分并不統(tǒng)一，兩者相差約0.4%。因此，我們取中間值(6.7+6.3)/2=6.5%。

3 生產應用

首鋼京唐燒結結合差熱差重分析以及燒結杯試驗，對生產應用的工藝流程進行優(yōu)化，確保燒結燃料粒度與礦粉粒度相互匹配，從而進一步改善燒結礦質量指標。

3.1  優(yōu)化燃破流程

首鋼京唐燒結燃破系統(tǒng)對焦粉和煤粉均采用燃破系統(tǒng)進行破碎，無煙煤在通過四輥上下輥兩次破碎后，小于1mm比例比破碎焦粉時增加10%，易造成燃料粒度過粉碎和燃耗升高。

為此，首鋼京唐燒結根據(jù)焦粉和煤粉的物料不同性質將流程優(yōu)化，破碎無煙煤期間單獨由一臺四輥作業(yè)，同時將對輥間隙完全打開，而焦粉維持原間隙減少過粉碎。優(yōu)化后，燃料的粒度波動幅度減小2%，優(yōu)化前后的變化如下圖5所示。 

3.2  負壓調整

風箱開閉控制的關鍵是保持大煙道內氣體平均壓力(負壓)在較低水平，BTP溫度和位置比較穩(wěn)定。為了更好發(fā)揮原燃料粒度適宜匹配對燒結生產的積極影響效果，首鋼京唐燒結對負壓的調整進行優(yōu)化。

通過生產實踐摸索，首鋼京唐燒結在保證燃料粒度基礎上，將2#風箱開度調整為60度，3-5#調整為70度，其它風箱風門開度根據(jù)負壓變化調整。

3.3  應用效果

2015年11月份開始，首鋼京唐燒結對原燃料粒度進行優(yōu)化匹配同時調整相關操作參數(shù)，生產應用期與基準期相比，燒結指標前后變化情況如下表5所示。

實施原燃料粒度優(yōu)化匹配后，應用期固體燃耗折標煤降低7.9 kgce/t，轉鼓強度降低0.08%，0-10mm粒徑比例降低0.74%，燒結礦粒徑提高0.08mm，返礦率降低0.47%。

4  結語

(1).通過對首鋼京唐燒結燃料和原料粒度的匹配性問題進行研究，認為燃料粒度和混勻礦粒度比值在一定范圍內匹配，提高燃料中無煙煤比例對燒結礦質量穩(wěn)定性影響不大。

(2).通過基礎實驗明確了不同粒度燃料的反應性差異，不同的燃料粒度在一定條件下可以互相替換。

(3).結合首鋼京唐燒結燃料資源條件，在非焦粉類燃料搭配使用時，提出優(yōu)化燃破工藝改變焦粉粒度，提高燃料粒度搭配性同時匹配響應操作參數(shù)調整可改善燒結礦質量。

參考文獻

[1]袁兵,馬洛文,王躍飛等. 寶鋼燒結固體燃料粒度控制探索與實踐[J].燒結球團,2010,(1):44-46.

[2]蔣大軍,何木光,宋劍,杜斯宏.燃料粒度對燒結性能影響的試驗研究.鋼鐵研究[J].2016,44(4):2-3.

[3]張軍紅,謝安國,沈峰滿等. 降低燒結固體燃耗的人工智能優(yōu)化分析[J].冶金能源,2003,22,(4):16-18.

[4] LOOCE.Role of Coke Size in Sintering of a Hematite Ore Blend[J]. Iron making and Steelmaking, 1991,18:33.

[5]PETERS.K H.Effect of Coke Size and Fuel Distribution in the Mix on the Iron Ore SinteringProcess[J]. Iron and Steel Congress, 1990, 103.

[6]徐莉,楊浚錦,徐楚韶.燒結用燃料適宜粒度組成研究.鋼鐵.1991,26(1):4-5.

[7]韓淑峰,周明順,夏鐵玉等.燒結固體燃料最佳粒度的研究.燒結球團[J].2013,38(4):22-23.