超厚料层烧结水碳结构优化研究.pdf

收稿日期:基金项目:中央高校基本科研业务费()作者简介:戴玉山()高级工程师.超厚料层烧结水碳结构优化研究戴玉山 胡文祥 王义惠 周文波 王耀祖 李思达(福建三钢闽光股份有限公司 北京科技大学人工智能研究院 北京科技大学冶金与生态工程学院)摘 要 为保证料层厚度由 提高至 后 烧结生产稳定顺行 通过烧结杯实验 研究了料层厚度及水碳结构对料层透气性和烧结矿质量的影响 优化后烧结产能及质量得到改善 垂烧速度、转鼓指数和整体利用系数由 /、和 /()提高至 /、和 /()确认了现场烧结原料结构下的最佳配水量为 同时不降低固体燃料用量 为超厚料层烧结稳定生产提供了数据指导关键词 铁矿石烧结 水碳结构 厚料层烧结 烧结矿质量文献标识码:文章编号:()(.)./()/().自厚料层烧结生产技术提出以来 因其具有高产量、自蓄热和低燃耗等优点 在世界范围内得到了广泛应用 但是也存在内部料层透气性骤降、烧结指标恶化等问题 福建三钢烧结厂目前在产的 烧结机料层厚度为 左右 为提高烧结料层厚度至 并保证烧结工序稳定生产 不仅需要对原有烧结机进行设备改造 而且有必要针对现有烧结原料结构进行优化 提高准颗粒平均粒度 合适的配水量不仅能够提高准颗粒强度 也会减轻料层过湿带对烧结生产的负面影响料层厚度提高 自蓄热作用明显 原配碳结构已不再适用 需要调整烧结配碳量 减少下部烧结料层过烧情况 稳定成品率 因此 合理的烧结水碳结构是实施超厚料层烧结生产的前提 冶 金 能 源 文章首先基于三钢烧结生产原料参数进行不同料层厚度的烧结杯实验 探究料层厚度提高对烧结料层透气性及产能的影响 然后在原有原料结构条件下 对不同配水量的混合料透气性指数进行计算 确定合适的原料配水比例 并通过烧结杯实验验证结果 最后利用烧结杯实验研究超厚料层条件下最佳燃料配比 形成三钢 超厚料层烧结最佳水碳结构体系 水碳结构优化研究实验方案 实验原料条件研究使用的烧结原料为福建三钢闽光股份有限公司烧结现场用原料 包括含铁原料、焦粉、煤粉、生石灰、白云石 由于实验主要研究不同料层厚度及厚料层条件下燃料配加比例对烧结制粒特性的影响 故保持烧结原料配加比例不变仅改变燃料结构来进行烧结模拟实验 制粒实验及烧结杯实验方案实验设备为 可调节料层厚度式烧结杯 如图 所示 料层厚度可通过篦条高度进行调节 同时风机前部设有风量检测设备 能够实时测定抽风风量及抽风负压 不同配水量制粒实验不进行烧结生产 仅改变配水量进行一混二混制粒 取样测定准颗粒粒度组成 并将原料置入烧结杯体中 抽风负压进行料层透气性计算图 烧结杯系统烧结杯实验方案如表 所示 其中混合料是由六种含铁原料基于烧结现场实际用料配比而成 前 组实验方案探究料层厚度对烧结质量的影响 第 组和第 组实验方案探究配水量对烧结质量的影响 第 组实验方案在保持原料结构不变的条件下 通过改变燃料配加量探究超厚料层烧结条件下烧结最佳燃料配比 第 组和第 组实验方案探究超厚料层烧结条件下最佳水碳结构配比表 烧结杯实验方案编号方案名称混合料/返矿/无烟煤/焦粉/生石灰/白云石/水优化 减碳 减碳 水碳优化 烧结料层透气性指数测定实验所使用烧结料层透气性指数测定公式为 的 透气性指数计算公式 该公式是 等人在大规模试验的基础上确定的式中:为烧结料层透气性指数 为通过料层的有效风量/为烧结杯截面面积 为料层高度 为料层负压 为与气体流动状态有关的系数 一般取 实验结果及分析 料层厚度对料层透气性及烧结矿质量的影响料层厚度以 为基准 为梯度 逐渐提高至 由于烧结原料结构未发生改变 成品矿冶金性能差异较小 因此不研究成品矿冶金性能变化 不同料层厚度条件冶 金 能 源 下 料层 透气性指数和烧结杯经济技术指标的变化如表 所示随着料层厚度由 增加至 透气性指数由 降至 当料层厚度由 提高至 时 透气性指数降幅较小 转鼓指数由 提高至 利用系数由 /()提高至 /()当料层厚度超过 后 料层准颗粒间作用力增加明显 料层中下部部分准颗粒无法承受作用力而提前碎裂 使得透气性指数由 的 降至 的 降低幅度较大 料层透气性恶化明显 垂烧速度由 /降至 /烧结时间过长 成品矿过烧现象严重 转鼓指数由 降至 烧结利用系数由 /()降至 /()从实验结果来看 提高料层厚度对烧结提产提质具有正面影响 烧结矿成品率由 逐渐提高至 当料层厚度提高至 时 由于料层内部准颗粒强度低 平均粒度小导致料层透气性指数恶化明显 难以实现 超厚料层烧结稳定生产表 不同料层厚度下烧结经济技术指标变化料层厚度/初始料层透气性指数烧损率/成品率/垂烧速度/()转鼓指数/利用系数/()配水量对混合料粒度组成及透气性指数的影响一混过程中 烧结原料混匀并被水润湿 二混过程中 通过湿润的粘附力 烧结原料聚集长大 形成准颗粒进行烧结 提高配水量有利于改善整体准颗粒粒度组成及强度 对料层透气性具有正面影响 但配水量过高会恶化过湿带内部透气性 因此 需要通过准颗粒制粒实验确定合适的烧结配水量以改善 料层条件下的透气性 保证超厚料层烧结生产稳定顺行 不同配水量条件下 准颗粒粒度组成及平均粒径如表 所示 随着准颗粒配水量的增加 准颗粒平均粒径由 逐渐增至 后增幅变缓 对准颗粒平均粒径和配水量数据关系拟合后得到拟合方程公式为:()式中:为配水量 为准颗粒平均粒径基于拟合结果 确定 极值点为 代表最高配水量为 此外 混合料配水量由 提高至 时 透气性指数由 提高至 当混合料配水量由 提高至 以后 透气性指数增幅仅为 因此 为保证烧结料层中准颗粒粒度合适 同时降低因过湿导致烧结过程中下部料层透气性降低的不利影响 确定最佳配水量为 燃料配加量对料层透气性及烧结矿质量的影响随着烧结料层厚度的提高 料层内部自蓄热作用增加 因此厚料层烧结能够更好地利用燃料燃烧所产生的热量 从而降低烧结固体燃耗 取表 不同配水量条件下准颗粒粒度组成及透气性配水量/混合料粒度组成/平均粒径/初始料层透气性指数 冶 金 能 源 烧结混合料配水量为 利用烧结杯实验研究燃料配加量对烧结经济技术指标的影响 为进一步探究燃料配加量对烧结过程的影响机制实时记录透气性指数并计算出透气性指数平均值 具体数据见表 随着烧结过程的进行 湿料层减薄 整体料层透气性逐渐变好 因此平均料层透气性指数偏高于初始料层透气性指数表 不同燃料配加量条件下烧结经济技术指标样本名称烧结时间/垂烧速度/()烧损率/成品率/利用系数/()转鼓指数/平均料层透气性指数不减碳 减碳 减碳 随着燃料配加量降低 成品率、转鼓指数分别 由 、逐 渐 降 至 、下降幅度明显 同时整体烧结过程中平均料层透气性指数由 降至 烧结过程中料层内部的整体透气性变差 其原因主要是烧结料层液相发展不均匀 燃料燃烧热量不足以矿化含铁原料 矿物内部生料占比增加 使得烧结料层透气性变差虽然厚料层烧结自蓄热作用增加 但降低燃料配加量仅可保证下部料层热量充足 而中上部仍然需要有足够燃料配加量 此外 若想在保证烧结矿质量的前提下进一步降低烧结固体燃耗充分利用厚料层自蓄热作用 可以通过燃料分加工艺降低下部燃料配加量 水碳结构优化前后超厚料层烧结实验结果对比以提高配水量至 、不降低固体燃料用量的方式优化水碳结构后 超厚料层烧结实验结果见表 当二混混合料配水量提高至 以后 垂烧速度、转鼓指数、整体利用系数分别由 /、/()提高至 /、/()整体烧结生产指标均有了较大改善 在有效提高烧结产能的同时 进一步稳定了烧结矿质量 因此超厚料层烧结条件下 最佳水碳结构应为混合料配水量为 同时不降低固体燃料用量表 水碳结构优化前后 超厚料层烧结实验结果样本名称烧结时间/垂烧速度/()烧损率/成品率/利用系数/()转鼓指数/优化前 优化后 结论文章为探究水碳结构对超厚料层烧结生产影响机制 利用烧结杯进行烧结生产实验 以明晰三钢现场原料结构条件下的最佳水碳结构 得出以下结论:()料层厚度由 提高到 时利用系数和转鼓指数分别由 、提高至 、但当料层厚度提高至 以上后 透气性恶化明显 影响烧结稳定生产()改变配水量进行制粒实验及透气性指数计算 确定了混合料最佳配水量为 整体料层透气性指数为 ()不同燃料配加量条件下的烧结杯实验结果表明 降低燃料配加量对烧结经济技术指标影响 严 重 烧 结 成 品 率、转 鼓 指 数 分 别 由、降低至 、()对比分析水碳结构优化前后的烧结杯实验结果 确定三钢现场原料结构下的最佳水碳结构即配水量为 同时不降低固体燃料用量 为超厚料层烧结稳定生产提供了数据指导(下转第 页)冶 金 能 源 周国凡 毕学工 高碱度烧结矿烧结参数优化的正交试验研究.武汉科技大学学报(自然科学版)():刘征建 李思达 张建良 等 国内超高碱度烧结矿生产实践及发展趋势.钢铁 ():郄亚娜 李宇壮 白诗皓 等 碱度对富矿粉厚料层烧结固相反应及矿物生成的影响.中国冶金 ():巨建涛 刘欢 邢相栋 高碱度烧结矿矿物结构对其冶金性能的影响.钢铁研究 ():兰东 李廷乐 孙长余 等 含钛高碱度烧结矿软熔成渣行为.钢铁 ():赵 艳编辑(上接第 页)参考文献 姜涛 铁矿造块学.长沙:中南大学出版社:刘征建 李思达 张建良 等 国内超高碱度烧结矿生 产 实 践 及 发 展 趋 势 .钢 铁 ():杨聪聪 朱德庆 潘建 等 铁矿石高温烧结基础特性评价方法的国外研究进展.钢铁 ():单长冬 张建良 刘征建 等 铁矿粉烧结基础特性之同化性研究进展.中国冶金 ():刘征建 牛乐乐 张建良 等 钢铁企业烧结制粒工艺与设备优化进展及趋势.钢铁 ():李占国 全活性石灰强化烧结技术基础及其应用研究.北京科技大学 胡浪 何传超 罗国民 国内烧结节能技术发展趋势研究.冶金能源 ():张志超 降低烧结固体燃耗的工艺改造与实践.冶金能源 ():陈绍国 张晓臣 梁洁 等 首钢京唐公司超厚料层烧 结 的 试 验 分 析 .中 国 冶 金 ():陆文杰 探讨提高烧结机烧结矿产量和质量的实践.世界有色金属 ():.:.():吕学伟 郭家宝 游洋 等 铁矿粉烧结制粒过程颗粒行为研究综述.钢铁研究学报 ():何木光 裴家炜 返矿对烧结过程水碳的影响.烧结球团 ():成兰伯 高炉炼铁工艺及计算.北京:冶金工业出版社 .():.():胡梦杰 陈铁军 潘料庭 等 分流制粒协同燃料分加强化红土镍矿烧结试验.钢铁 ():闫小卫 烧结燃料分加工艺优化试验研究.山东冶金 ():赵 艳编辑冶 金 能 源