烧结新技术及其发展状况

烧结新技术及其发展状况1.前言当前全球经济尚未显露出全面复苏的迹象，尤其是钢铁行业依然困难重重，提升赢利能力、避免亏损成为摆在每家钢铁企业面前的首要任务，尽管采取的方法各有千秋，但降本增效普遍被认为是最直接、最有效的手段。钢铁联合企业生产结构中，炼铁所用铁矿石的费用在生铁制造成本中所占比例最大，约为58%-65%。由于各企业间资源条件差距较大，铁矿原料费用可压缩性较强，降低潜力大。因此，从原料人手来降低能耗和炼铁成本，成为各钢铁企业目前的主要发展方向。本文主要介绍几项烧结新技术及应用前景。2.向烧结料面吹入LNG技术在烧结机上向烧结料面吹入LNG(液化天然气)技术是近年来由日本JFE公司开发出的能够大幅度降低燃料消耗的一项新技术,与各家烧结厂目前正在普遍采用的完全以焦粉作为烧结燃料的全焦法相比,能够在减少焦粉用量的同时提高烧结矿质量。2.1技术要点采用LNG吹入法能够将烧结温度提高到1200～1400℃,液相比随烧结温度的升高而增大,加速孔径为1～5mm气孔的融合,从而有利于改善烧结矿强度;同时,作为气道的孔径大于5mm的气孔数量迅速增多,使烧结料层的透气性得到改善;此外,烧结料的自致密化程度降低,未熔料中残留有大量孔径小于1μm的微孔,使烧结矿的还原性得到改善。2.2应用前景分析此项新技术正趋于成熟,且喷吹装置简单可靠,维修和更换非常方便,只要准确控制好LNG喷吹浓度和喷吹速度,就能够生产出高强度、高还原性的烧结矿。如果从经济性方面考虑,应用LNG吹入法确实需要投入一定的费用,但能够换来减少焦粉用量和提高烧结矿质量的好处,特别是还能够实现CO2的大幅度减排,烧结矿产能越大,效果越明显。综合多方面因素分析,LNG吹入法烧结具有广阔的应用前景,适用于采用厚料层烧结技术的大型烧结机生产。3.富氧烧结技术富氧烧结技术是2010年由韩国浦项开发出的能够改善烧结料层中热量分布的新技术。现有的烧结工艺只单纯依靠焦粉燃烧为烧结料供热,其缺点是容易造成料层中热量分布不均(这是影响烧结矿质量的重要因素),上部料层温度低、下部料层温度高,上部烧结饼质量较差。为了解决烧结料层热量分布不均的问题,浦项开发出了富氧烧结技术。该技术通过选择合适位置向烧结料层喷吹适量的氧气来提高上部料层温度,以进一步改善烧结矿质量。3.1技术要点富氧烧结技术的关键在于选取合适的氧浓度和吹氧位置,吹氧时间也随氧浓度和吹氧位置的不同而发生改变。3.2应用前景分析富氧烧结技术目前尚处于实验室研究阶段,还未在实际烧结机上进行过工业试验,不如LNG吹入法成熟。下一步需根据吹氧效果对氧气浓度和实际吹氧位置作进一步优化,数值模拟模型也有待完善,在能够准确表述烧结料层燃烧带扩展速度、温度分布、火焰前锋速度和烧结时间的基础上,再开展工业试验,以推进此项新技术的工业化应用。从应用前景来看,它与LNG吹入法相似,但氧气价格要比LNG低得多,而且厂内有制氧机,使用起来也比较方便,只要准确控制好氧气浓度、把握好吹氧位置,就能够较好地利用焦炭燃烧供热,而无需改动现有工艺装备。4.焦粉分加涂层制粒技术焦粉分加涂层制粒技术是韩国浦项新近开展的一项烧结研究项目,目的是通过改善焦粉在烧结混合料准颗粒内部的分布,来大幅度降低固体燃料消耗,实现降本增效。该技术综合了燃料涂层制粒技术与燃料分加技术的优点,将上述两项技术共同应用于烧结制粒工艺。4.1技术要点焦粉分加涂层制粒技术是将铁矿粉、石灰石与一部分细粒级焦粉预先进行混合,待混合料在制粒机内经加水、制成粒核后,再将另一部分粗粒级焦粉喷涂于制粒料的表面。4.2应用前景分析试验结果表明,该技术通过改善焦粉在烧结混合料内部的分布状态,使料层中燃料的燃烧得到明显改善,进而能够提高烧结矿质量和烧结机利用系数,并降低燃料消耗,且燃耗降低效果相当可观。此项技术工艺简单,无需对现有的烧结制粒工艺进行大的改动,没有新增设备投入,只要根据来料条件,准确控制好喷涂时间,就完全可以实现平稳操作,技术优势较为明显。5.烧结机偏析布料技术当前,钢铁企业纷纷把扩大廉价褐铁矿用量作为降本增效的重要手段,但该矿中含有大量的结晶水且粒度较粗,会对烧结生产率造成严重影响。为了解决这些问题,日本JFE公司开发出了烧结机偏析布料技术,通过改善粗粒褐铁矿在烧结料层中的分布来提高烧结料层的透气性,从而提高烧结生产率、成品率和烧结矿质量。5.1技术特点传统的布料装置是使用圆辊给料机把混合料经溜槽铺到位于布料装置下方的台车上,这样做会导致混合料颗粒在料层中分布不均,造成料层上部透气性恶化,降低烧结生产率,返矿量增多。改进后的偏析布料装置采用滚筒溜槽代替传统溜槽,在布料过程中使用偏析光隙金属丝(SSW),滚筒溜槽的作用是缩小下料落差,而SSW的作用则是控制粒度分布。5.2应用前景分析采用烧结机偏析布料技术具有以下优点:烧结生产率提高约5%;焦粉单耗降低约2.8%。烧结机偏析布料技术已在日本的烧结厂广泛采用,韩国钢铁企业也引进了此项技术,但在中国、台湾和印度等国还没有得到全面推广。6.超低温烧结新技术该技术是在不增加大量投资的情况下,使原有的烧结工艺得到升级,为老厂改造和新建烧结厂提供了一条经济、高效的途径,已经在唐山国丰钢铁有限公司炼铁厂等近30余家烧结厂全面或部分实施,取得了烧结机利用系数提高、固体燃料消耗降低、生产烧结矿用电消耗降低、烧结矿FeO下降、运到高炉后粉末降低、高炉利用系数上升、炼铁焦比下降的效果。6.1技术特点低温烧结和超低温烧结在粘结过程上的机理,实质上都是在较低的烧结条件下,通过颗粒之间的固相反应,形成SFCA粘结相,或者铁氧化物之间在高温条件下发生晶形变和再结晶,形成联晶体。只是由于条件的不同,使超低温烧结可以在更低的温度条件下,用可控的工艺手段完成所需的固相反应和结块过程。6.2应用前景分析该技术可提高实际利用系数，提高幅度为4%左右,降低烧结燃耗10%，除直接经济效益外,因为添加剂有降低FeO指标的作用,还可以给高炉炼铁创造可观的间接经济效益，具体效益可以根据经验公计算：FeO下降1%,高炉焦比下降2%,产量提高3%。7.强化制粒工艺细矿粉的制粒性较差，单独由其制成的制粒料不能用于烧结，因此只能将细矿粉按一定比例配入到粗矿粉中。为了提高细矿粉配比，开发出相应的强化制粒新工艺，以保证烧结矿产量和质量满足高炉需求。7.1技术特点为了使制粒料平均粒度达到4mm，要适当提高混合料总水分。混合料总水分的控制原则为:不配入细矿粉时，一般控制在11.4%;当细矿粉配比为10%时，水分调高至12.1%;当细矿粉配比为20%时，水分调高至12.7%;当细矿粉配比达到30%时，水分进一步调高至13.2%。7.2应用前景分析从运行的一段时间来看，该技术比较成熟可靠。我国国内新建或改造后的烧结系统大部分都安装了制粒机，具备采用该技术的条件。从新增设备投入方面考虑，根据推算，如果低价细矿粉配比能够稳定在30%以上，从长远来看还是比较划算的，降低的原料成本足以抵消新增设备投入，采用强化制粒新技术无论是在工艺上、还是在经济上都是可行的。8.尚处于试验研究阶段的低价矿烧结工艺尚处于试验研究阶段的低价劣质铁矿烧结工艺主要有脱磷工艺和嵌入式烧结工艺，采用这两项工艺可有效解决配用高磷铁矿和高结晶水铁矿烧结带来的技术问题。8.1技术特点将高磷铁矿作为烧结原料的前提是要解决脱磷问题。首先，对高磷铁矿进行固态碳热预还原，在此过程中高磷铁矿中的大部分磷化物并未被还原，而是以氧化物的形态残留于硅酸铝脉石相中，导致富含磷的硅酸铝脉石相快速长大并结块，平均粒度由预还原前的5μm增大至预还原后的20～30μm，从而为富磷脉石与预还原铁矿分离提供了先决条件。然后，对预还原后的高磷矿实施机械破碎，由于脉石相比还原铁相硬度低，通过控制机械破碎强度可使脉石相单独破碎，最后进行筛分，筛上物即是脱磷之后的低磷矿。经试验研究得出高磷铁矿脱磷处理的最佳方案:焦粉配比为23%，预还原温度为1100～1200℃，预还原时间为3h，筛孔尺寸为25μm。8.2应用前景分析脱磷工艺尚处于试验阶段，还没有应用于工业化生产，如果在后续的研究中能够降低预还原温度，缩短预还原时间，量化机械破碎强度，那么该技术还是会有较好的应用前景，有助于钢铁企业大幅度降低原料采购成本。9.嵌入式烧结工艺该工艺是日本新日铁公司针对高效利用高结晶水铁矿开发出的一项技术。高结晶水铁矿(Fe2O3·nH2O)较突出的缺点是疏松多孔、堆密度小、吸液性强、易过度同化，配入一定量的高结晶水铁矿会对烧结生产产生一系列负面影响，造成烧结速度减慢、烧结机利用系数降低、烧结饼组织疏松、成品率下降、固体燃耗升高等。9.1技术特点嵌入式烧结工艺是将高结晶水铁矿制成小球，并散布在其它烧结料中，利用小球附近的气流边缘效应以及低碱度的小球自身不会过熔的特点来提高料层透气性。小球的粒度不应过大，这样在烧结过程中就不会造成布料偏析过大，同时小球的烧透率较高，强度也好。9.2应用前景分析嵌入式烧结工艺与我国中南大学开发的铁矿复合造块工艺在原理上相类似，铁矿复合造块工艺已在包钢生产中成功应用，嵌入式烧结工艺也即将在日本步入工业试验阶段。相信随着工业试验的成功，该工艺将逐步得到推广。10.总结高磷、高铝、高结晶水铁矿和细矿粉烧结技术都是近年国外开发出来的新技术，其中细矿粉和高铝铁矿烧结技术已实现工业应用，另外两项技术尚处于试验研究阶段。这足以证明，国际烧结技术的发展主流已由追求烧结精料、烧结机大型化和提高利用系数，向使用更多低价劣质铁矿的方向发生了根本性转变。