日韩钢铁企业烧结新技术的开发与应用

日韩钢铁企业烧结新技术的开发与应用

1提升竞争力,降本增效目前，考虑到原油价格上涨造成的不利情况，国际上的大型国有企业正在加快改革创新，提高竞争优势，加强减少和改善措施。近年来,以日本JFE公司和韩国浦项为代表的国际先进钢铁企业,把降低烧结过程中焦粉消耗量作为重点研究方向,并取得了重大突破,开发出的烧结新技术在保证烧结矿质量的同时能够大幅度降低燃料成本。2采用全焦法的烧结燃料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烧结矿的改善采用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。其技术要点如下:(1)LNG浓度不宜过高,在0.4Vol%左右比较合适,否则,在吹入烧结料层之前就已经开始燃烧。(2)喷吹段设在距烧结机机头1/3处,在喷吹段位于烧结台车上方安装喷嘴,LNG吹入速度为250Nm3/h。2.2改善焦粉用量LNG吹入法与全焦法烧结各项指标的对比见表1。技术优势:LNG吹入法与全焦法相比,烧结矿转鼓强度提高,JIS-RI和JIS-RDI都得到了改善,返矿率明显降低,焦粉用量减少约8%,单位热耗下降,而烧结时间与全焦法基本相同。技术劣势:应用LNG吹入法需要在喷吹段加装数排喷嘴和必备的流量控制阀,这些设备以及后期的日常维护都需要一定的资金投入;此外,由于烧结厂内没有LNG,必须外购并在烧结厂内铺设LNG输送管线,也需要一定的费用。这两项费用加起来,也是一笔不小的数目。2.3lng吹入法JFE公司先后使用具有致密性结构的巴西粉和具有多孔性结构的澳粉进行了LNG吹入法烧结的实验室实验,并根据实验结果在京滨厂1号烧结机上开展了工业化试验。试验中混合料水分为7.6%,料层厚度为650mm,LNG喷吹装置如图1所示。工业化试验结果表明:采用LNG吹入法能够生产高强度、高还原性的烧结矿,而烧结矿产量保持不变,预计CO2年减排量最高可达6万t。从京滨厂1号烧结机的实际应用来看,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烧后料层温度对烧结饼质量的影响富氧烧结技术是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按料层细度分类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。其技术要点如下:(1)适宜的氧浓度为30%,吹氧流量为65L/min。(2)从料层下部吹氧,此时上部料层温度最高可达1200℃,比从料层上部吹氧约高出100℃,而中部料层温度最高可达1300℃,也比从料层上部吹氧同样高出100℃左右。(3)所需吹氧时间随吹氧位置的下移而延长,吹氧位置分别选择在料层上部、中部和下部时,所需吹氧时间分别为295～395s、479～574s和665～745s。3.2g吹入法提高焦粉燃烧率的必要性富氧烧结与LNG吹入法烧结各项指标的对比列于表2。技术优势:富氧烧结与LNG吹入法相比,烧结机利用系数得到提高,能耗有所下降。该技术能够提高焦粉燃烧率,加快料层的升温速度,有效地解决料层上部区域热量不足的问题,促进该区域燃料的完全燃烧,从而进一步改善烧结矿质量。技术劣势:投资费用与LNG吹入法相当。3.3吹氧位置对烧结性能的影响浦项分别采用实验和数值模拟方法,研究了不同吹氧位置条件下富氧烧结的效果。结果认为,从料层上部吹氧比从料层中部和下部吹氧其温度增幅更加明显;烧结时间随吹氧位置沿料层厚度方向下移而缩短,少则相差几秒,多则相差约50s;由于料层下部热量过多聚集,因此不宜将吹氧位置设在料层下部,考虑到料层上部区域热量不足,将吹氧位置设在料层上部更能提高烧结矿质量。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降低固体燃料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粗粒级焦粉涂层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。其技术要点如下:(1)要求作为涂层的粗粒级焦粉粒度>1mm,否则,烧结过程中焦粉的燃烧速度过快,以致无法为烧结料熔融提供足够的热量,并影响烧结料层的透气性。(2)要求粗粒级与细粒级焦粉所占比例各为50%。4.2焦粉喷涂时间和焦粉用量焦粉分加涂层制粒与常规制粒方法各项烧结指标的对比见表3。技术优势:采用焦粉分加涂层制粒技术,可使烧结矿强度提高约2%,成品率提高约1%,烧结机利用系数提高12%,焦粉消耗降低14%左右,烧结时间缩短14.8%。技术劣势:焦粉喷涂时间不易控制,喷涂时间过长,会使料层透气性和成品率下降;时间过短,涂层厚度又不够且不均匀,同样会使烧结矿强度下降。4.3烧结料分加涂层制粒工艺技术现场试验研究浦项通过模拟固体燃料在料层中的燃烧,建立起烧结过程中燃烧与热传递的热力学模型,开展了焦粉分加涂层制粒烧结杯实验和烧结厂试验,以研究采用该技术对烧结料层燃烧性的改善效果。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(见表3)。浦项的焦粉分加涂层制粒技术已结束了实验室试验,目前还处于工业化试验阶段。从工业化试验结果来看,新技术优于JFE的焦粉加熔剂涂层制粒技术。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影响烧结性能当前,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。偏析布料装置如图2所示。5.1减少烧结率,降低烧结生产率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技术投资及经济性评估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%。该技术投资费用及经济性评估见表4。烧结机偏析布料技术已在日本的烧结厂广泛