袁平剛 

（敬業集團  河北石家莊050409）

摘要：本文通過研究改善高比例釩鈦磁鐵精粉燒結過程粒度、料溫、透氣性等參數，研發混合機在線自動清料裝置和燃料破碎皮帶平整料裝置，引進耐磨輸灰管道并研發清堵裝置，研究脫硫系統取消增壓風機，主抽風機添加潤滑劑技術等綜合節能技術，有效降低固體燃料、電耗和空壓風風消耗；燒結機工序能耗明顯降低。對發揮釩鈦磁鐵精粉資源高產、低耗及綜合利用具有較強的實際意義，為國家釩鈦資源高效、綜合利用提供強有力地保證，同時對于燒結工序減少碳排放等指標，改善區域大氣環境發揮積極作用。

關鍵詞：高比例；釩鈦磁鐵精粉；燒結；節能；碳排放

1  前言

鋼鐵冶煉屬于高能耗行業，其中包括燒結、球團、白灰窯、高爐、轉爐、連鑄、軋鋼等工序，其中燒結工序能耗約占鋼鐵生產總能耗的10%-12%，因此節能降耗始終是燒結工作的重中之中，尤其在當前原燃料價格高、利潤率低的鋼鐵市場形勢下，節能降耗無論是對增加企業的盈利能力，還是對企業的可持續發展都具有十分重要的意義^[1-2]。燒結工序能耗是指生產一噸燒結礦生產和生活(指場內)所需的全部煤、焦炭、煤氣及水、電、蒸汽、壓縮空氣、氮氣等的總和，通常折合成標準煤。主要包括生產用的固體燃耗、煤氣燃耗、電耗、水、蒸汽等消耗。尤其是高釩中鈦型釩鈦磁鐵精粉，以某企業為代表的釩鈦磁鐵礦冶煉的鋼鐵企業，擁有世界最大的2500m³釩鈦磁鐵礦高爐，對應360m²燒結機形成了以60%本地釩鈦磁鐵精粉+24%外礦粉+8%普粉+8%雜料為主要結構的配料模型。在釩鈦磁鐵精粉為原料的燒結技術領域，高能耗歷來是行業難題，制約了釩鈦磁鐵精粉燒結降本增效，通過該項目研究，進一步開拓高比例釩鈦磁鐵精粉燒結節能降耗思路，在配加60%釩鈦磁鐵精粉比例原料結構條件下，攻克技術難題，為進一步提高釩鈦磁鐵精粉比例，綜合利用高釩中鈦型釩鈦磁鐵精粉資源打下了堅實基礎^[3-5]。

2  技術思路

燒結工序能耗處于釩鈦磁鐵精粉燒結較高水平，因此降低工序能耗對于降本增效尤為重要。按照目前的能耗組成結構繪制餅分圖可以看出，固體燃耗、電耗所占比例較高。因此，降低燒結固體燃耗和電耗成為降低燒結工序能耗的主攻方向，工序能耗餅分圖如下圖1所示：   

圖1  工序能耗餅分圖

Fig.1  Pie chart of energy consumption of Chenggang sintering process

3  技術方案

3.1  改善燒結過程粒度、料溫、透氣性等參數，采取綜合節能措施，使高比例釩鈦磁鐵精粉燒結機實現高產、低耗

根據鐵礦粉燒結七大基礎特性，利用燒結杯研究“釩鈦鐵精粉+外礦粉”適宜的原料配比，根據生產經驗，制定了釩鈦鐵精粉配比從38%-68%、配加不同種類外礦粉的實驗方案，對不同配比“釩鈦鐵精粉+外礦粉”主要結構進行了打分評比，最終確定了配加53%釩鈦鐵精粉及澳礦粉、高硅澳粉、紐曼粉三種外礦粉。在提高燒結礦含釩的情況下，改善了原料燒結性能，提高了燒結礦強度^[6]。

360m²燒結機投產后，受釩鈦磁鐵精粉難燒、透氣性不好、鐵酸鈣液相少等原因，燒結料層一直控制在700mm左右，并根據原料變化及時調整平料器，松料器根據原料配比和燒結透氣性進行調整。隨著對影響燒結料層的設備和原料調整后，燒結料層由700mm提高到800mm。穩定控制燒結終點，燒結機速相應降低，提高了燒結礦強度。

3.2  燒結過程配加含碳的固體廢棄物

360m²燒結機配加焦化除塵灰，焦化除塵灰含碳量在80%左右。在燒結過程中減少燃料用量，每年使用焦化除塵灰量為2萬噸。

3.3  燃料破碎皮帶安裝平整料裝置

燃料的粒度大小以及均勻程度對燒結過程影響較大。所用燃料需經對輥、四輥破碎，待其粒度達標后再輸送至燒結料倉。在用皮帶機將燃料輸送至四輥破碎機的過程中，皮帶機上安裝平整料裝置后，使燃料分布均勻，破碎效率明顯提高。

3.4  研究混合機在線自動清料裝置，徹底解決了因高比例釩鈦磁鐵精粉燒結原料易粘結混合機、制粒效果差等技術難題

釩鈦磁鐵精粉配料模型存在以下問題：釩鈦磁鐵精粉粒度細、不利于混勻造球、燒結性能差及鈣鈦礦含量較多；受釩鈦磁鐵礦高爐爐料結構特殊性和生產的需求，生產堿度2.15倍的燒結礦，熔劑配加量大，且熔劑廠家及質量不穩定；為了保證廢舊雜料當期消耗，雜料（瓦斯礦、煉鐵除塵灰、煉鋼污泥、煉鋼干法除塵灰、含釩尾渣、含釩鋼渣、氧化鐵皮等）配比較高，且雜料粒度及水分不穩定，粘結上料系統料斗及混合機內部襯板，造成產質量受限。為了在現有原料條件下解決混合機粘料的問題，公司組織燒結車間技術人員研發了一種安裝在混合機內部大梁上的自動清料裝置。自動清料裝置自投用以來，取得了良好的使用效果，混合機入料口結構示意圖如下圖2所示。

圖2  混合機入料口結構示意圖

Fig.2  Schematic diagram of the structure of the inlet of the mixer

分別選取刀面形和鋸齒形兩種刮刀，進行現場安裝試驗，最終確定清料裝置形式?？紤]制作過程、粘結料與清料裝置的作用力和清料效果，刮刀材質選取為耐磨不銹鋼板，每3個月更換1次刮刀，較試驗期的普通鋼板使用周期延長了2個月。為保證清料效果和刮刀使用周期，避免混合機運行電流和液壓馬達油泵壓差升高，形狀選取為鋸齒形刮刀，刮刀尺寸為500mm×800mm矩形板。刮刀形狀及安裝示意圖如圖3所示 

圖3  刮刀形狀及安裝示意圖

Fig.3  Schematic diagram of scraper shape and installation

混合機在線自動清料裝置的研發與應用，解決了釩鈦磁鐵礦燒結混合機粘料所帶來的不利影響，徹底杜絕了燒結機工序因混合機粘料而被迫停機的問題，降低燒結機故障停機率1.47%；同時使燒結過程主要參數和燒結礦主要經濟技術指標得到了明顯的改善，二混后混合料中粒度小于3mm比例降低6.03%，燒結礦轉鼓指數提高0.16%，固體燃耗降低1.66kg/t，返礦率降低1.03%。自動清料裝置實現了在線、及時清理粘料，避免因粘料較厚、過硬引起清料裝置磨損和混合機負荷增加，具有清料效果好、節能、減少工人勞動強度等優點^[7-9]。

3.5  引進耐磨輸灰管道并研發清堵裝置，有效降低氣力輸灰系統空壓風消耗

氣力輸灰系統主要以消耗空壓風為主，輸灰管道、壓力等直接影響輸灰時間和空壓風消耗，正常輸灰每天補焊管道多達8-12處、浪費人力、物力，針對輸灰管道長周期運行問題，引進耐磨輸灰管道，集中引進并更換耐磨輸灰管道1780米，耐磨彎頭20個，月均降低補焊、更換管道次數120次，降低輸灰管道成本的同時空壓風消耗隨之降低約1.26m³/t礦。

研發氣體輸灰管道清堵裝置，解決氣體輸灰管道堵塞后不易清理的問題，通過安裝灰塊收集箱和濾網，安裝在兩段相鄰的輸灰管道之間并通過其側壁上的開口與兩段輸灰管道連通，濾網所在的平面與該處的氣流方向垂直。防止灰塊在管道的其它位置堆積，當灰塊在灰塊收集箱內的堆積量影響到正常輸灰時，可以打開箱蓋進行清理。該裝置結構簡單，使用方便，可有效降低工人的勞動強度，提高管道清堵效率，保證輸灰系統正常運行^[10-11]。

3.6  研究脫硫系統取消增壓風機，主抽風機添加潤滑劑技術

3.6.1  脫硫系統取消增壓風機

從主抽和增壓風機運行情況分析圖可以看出（如下圖4所示），煙氣脫硫系統的增壓風機均為低效率運行狀態，造成不必要的能源浪費。主要原因是：增壓風機出口至脫硫塔煙囪之間的管網阻力只有700Pa左右，增壓風機的設計全壓為2900Pa，正常運行并不需要如此高的增壓，導致增壓風機只能在低壓力、大流量的低效率狀態運行。

圖4  主抽和增壓風機運行情況分析圖

Fig. 4  Analysis of the operation of the main extraction and booster fans

燒結機主抽風機的風門開度一般在75-85%之間，入口負壓15Kpa左右。為保證燒結機正常生產，結合主抽風機特性曲線，按風門開度86.6%、入口負壓15KPa，對取消增壓風機的可行性進行論證。如無脫硫系統管網阻力（有增壓風機），主抽風機運行工況需入口流量約113萬m³/h，運行功率約5200Kw。

在保證入口負壓、流量不變的情況下，取消增壓風機，增加脫硫系統管網阻力（按1000Pa計），將主抽風機閥門調整到90%左右即可滿足要求，主抽風機運行功率增加約200Kw?？紤]主抽風機的運行效率遠高于增壓風機，取消增壓風機后可減少用電裝機容量（900-200）×4=2800Kw（每臺增壓風機平均運行功率900Kw計），則年可減少電費2800×24×330×0.52=1153萬元。

3.6.2  主抽風機添加潤滑劑技術

    通過收集主抽風機耗電量、噪聲、震動、大修次數、大修部位等歷史數據，對風機進行全方位分析確定運行狀態及磨損情況，找到存在的問題。根據風機摩擦現狀及潤滑油型號合理配比，制定最佳修復養護節能措施，引進活性納米單位金剛石球形顆粒（滾珠）潤滑劑，將其按一定比例添加至潤滑油中后（潤滑油與節能產品配比比例 10:1），大量的納米單位金剛石球形顆粒會借助潤滑油為載體進行不規則運動，對油路及機件表面的油垢和沉積的雜質進行“物理清洗”，對缺損和劃傷的表面進行填充和修復，并在其表面形成納米單位球形顆粒保護層， 使機件間的“滑動摩擦”變為“滾動摩擦”，減少了機件間的摩擦性內耗，清潔了機件工作環境，使的設備磨損點得到良好修復，在正常運行中達到節能效果，節能降耗明顯，單臺設備平均節電率5%，有效降低噪聲及震動，延長潤滑劑使用周期，減少固體廢棄物排放量^[12]。

4  效果跟蹤

360m²燒結機近年來固體燃料消耗和工序能耗見下表1：

表1  360m²燒結機固體燃料消耗和工序能耗

Table 1   Solid fuel consumption and process energy consumption of 360m² sintering machine

360m²燒結機通過節能技術集成研究并實施，固體燃料消耗降低3.71kg/t礦，電耗降低1.25kwh/t礦，空壓風消耗降低約1.26m³/t礦，2022年工序能耗完成46.97kgce/t，同口徑相比2022年較2020年降低了1.42kgce/t，工序能耗指標達到了國內高比例釩鈦磁鐵精粉燒結技術領域領先水平。

5  結論

1）360m²燒結機通過系列節能技術集成研究并實施，在配加53%釩鈦磁鐵精粉比例原料結構條件下，燒結機的工序能耗明顯降低。

2）成果經不斷完善，為下一步繼續提高高釩中鈦型釩鈦磁鐵精粉比例提供數據支撐，對發揮釩鈦磁鐵精粉資源高產、低耗及綜合利用具有較強的實際意義，為國家釩鈦資源高效、綜合利用提供強有力地保證，同時對于燒結工序減少碳排放等指標，改善區域大氣環境發揮積極作用。

參考文獻

[1]  王宏斌，張詠梅．降低燒結工序能耗的措施[J].鋼鐵，1999，34(1):1-4．

[2]  傅菊英，姜  濤，朱德慶．燒結球團學[M].長沙:中南工業大學出版社，1996.

[3]  任  煜．武鋼三燒降低燒結礦成本的實踐[J].燒結球團，2011，(1):17．

[4]  陳麗云，張春霞，徐海川等.鋼鐵工業二次能源產生量分析[J]. 過程工程學報, 2006(SI):123-127-4．

[5]  周取定，孔令壇.鐵礦石造塊理論及工藝［M］.北京:冶金工業出版社，1989.

[6]  姜  濤. 燒結球團生產技術手冊[M]. 北京:冶金工業出版社,2014:551-555.

[7]  袁平剛，王挽平，張曉冬，李海東.混合機在線清料裝置的研發與應用[J]. 燒結球團, 2016 (01).

[8]  張玉柱，胡長慶.煉鐵節能與工藝計算［M］.北京:冶金工業出版社，2002.

[9]  張瑞年.淺談燒結節能降耗的技術途徑和措施[J]. 燒結球團，2003，28(3):18-20．

[10]  陳先智.寶鋼燒結生產技術的發展[J]. 燒結球團，1998，23(3):8-11．

[11]  梁雪梅，朱德慶，姜  濤等.燒結節能技術現狀與發展[J]. 燒結球團，2000，25(4):1-4．

[12]  王林中.降低燒結工序能耗胡研討[J]. 節能與環保，2004，(11):42-44．