周明順 ，尚策 ，趙東明 ，朱建偉 ，顧顏 ，李仲

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司制造管理部，遼寧 鞍山 114021；3.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021；4.鞍山鋼鐵集團有限公司，遼寧 鞍山114021）

圍繞優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和清潔的主題，國內(nèi)外煉鐵原料準備新工藝新技術(shù)蓬勃發(fā)展，各種先進的前瞻性煉鐵原料準備新工藝正在被競相研發(fā)并推廣應用［1-5］。作為我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)源地和重要的鋼鐵生產(chǎn)基地，鞍鋼為我國鋼鐵工業(yè)做出過巨大貢獻，其中，煉鐵原料準備工藝、生產(chǎn)技術(shù)曾長期引領(lǐng)國內(nèi)鋼鐵企業(yè)。但隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和鋼鐵生產(chǎn)布局的調(diào)整，近年來，通過與國內(nèi)外領(lǐng)先水平的鋼鐵企業(yè)對標發(fā)現(xiàn)，鞍鋼在煉鐵原料準備新技術(shù)與新工藝的開發(fā)和應用方面已逐漸落后于國內(nèi)外領(lǐng)先水平的鋼鐵企業(yè)，亟需圍繞優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、清潔的生產(chǎn)重點開展新工藝、新技術(shù)的規(guī)劃和實施工作。為此，本文針對鞍鋼現(xiàn)有煉鐵原料準備存在的問題，對其今后應著力開展的新技術(shù)與新工藝的研發(fā)和應用進行了展望，核心是提升效率及經(jīng)濟技術(shù)指標，期望通過吸收引進國內(nèi)現(xiàn)有成熟技術(shù)和自主開發(fā)若干項具有前瞻性、引領(lǐng)性的新技術(shù)與新工藝，全面提升鞍鋼煉鐵原料準備技術(shù)水平。

1 國內(nèi)已有成熟技術(shù)與工藝

1.1 成熟技術(shù)

1.1.1 強力混勻制粒技術(shù)

燒結(jié)原料通過混合制粒后得到化學成分均勻、粒度適宜、透氣性好的燒結(jié)料。工業(yè)生產(chǎn)通常采用圓筒混合+圓筒制粒工藝。圓筒混合機屬于典型的被動混合技術(shù)，混合能力弱，很難使水分、生石灰等在原料中均勻分散，易導致粒度與成分不均勻，既浪費能源也影響制粒效果。立式強力混合機采用強迫擾動的方式激發(fā)混合能力，其混合工具為混合槳，混合槳高速旋轉(zhuǎn)，直接向原料中輸入機械能，使立式強力混合機的速度——弗勞德數(shù)達到92以上，單機處理能力大，混勻效率高。立式強力混合機用于燒結(jié)原料混勻，可使成分、粒度、水分在混合料中分布更均勻，顯著改善制粒效果，增強透氣性，提高燃料燃燒效率。因此，采用強力混合機有利于降低制粒水分，并提高燒結(jié)礦化學成分的均勻性，達到改善燒結(jié)礦質(zhì)量、減少過程消耗的目的。

大量工業(yè)實踐數(shù)據(jù)表明，用立式強力混合機取代一次圓筒混合機用于燒結(jié)原料混勻，因混勻效果提高、制粒效果增強，指標有所提高，具體如下：①透氣性提高10%；②焦粉添加比例降低0.5%；③ 燒結(jié)速度提高8%～10%；④ 生產(chǎn)能力提高6%～8%。

筆者在實驗室條件下對比分析了燒結(jié)杯實驗用的小型傳統(tǒng)臥式圓筒混合機（原一混）與小型立式強力混合機（新一混）混勻效果。分析方法如下：①按某燒結(jié)杯實驗用原料配比配制兩組相同混合料（兩組混合料所用原料及配比一致），分別采用兩種混料機對兩組相同混合料進行混勻，混料時間均為3 min；②分別對兩種類型一次混合機取樣，在兩種混料機的卸料出口隨機取樣，每組取20個，取樣時間間隔一致，對隨機取得的兩種混合料進行化學成分分析，考察混合料堿度、MgO含量的穩(wěn)定性，其標準差分析結(jié)果見表1。結(jié)果表明，立式強力混合機的混勻效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)臥式圓筒混合機。

表1 混合料堿度、MgO含量正態(tài)分布擬合結(jié)果

1.1.2 燒結(jié)機綜合堵漏風技術(shù)

燒結(jié)生產(chǎn)過程中進入料層的有效風量是影響燒結(jié)生產(chǎn)效率的決定因素。一般地，燒結(jié)機容許的漏風率約在15%～30%。燒結(jié)漏風率降低10%，燒結(jié)礦產(chǎn)量可提高5%，燒結(jié)礦質(zhì)量可改善1%～3%。燒結(jié)機漏風率高無法使上述燒結(jié)混合料強力混勻制粒等技術(shù)的提產(chǎn)優(yōu)勢發(fā)揮出來。

目前，國內(nèi)燒結(jié)機漏風率普遍超過35%。燒結(jié)機的漏風點很多，主要包括燒結(jié)機頭、尾漏風，滑道漏風，臺車之間漏風，管道系統(tǒng)漏風，雙層卸灰閥漏風等。針對不同漏風點的工況環(huán)境與結(jié)構(gòu)特點，中冶長天公司研發(fā)了系統(tǒng)性的綜合堵漏風密封技術(shù)，包括負壓吸附式端部密封技術(shù)、波紋彈性滑道密封技術(shù)、重力自適應臺車欄板密封技術(shù)、獨立氣密封雙層卸灰閥技術(shù)等，使用效果良好。該技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛應用，國內(nèi)應用于寶鋼、安鋼、日照鋼廠等，其中寶鋼湛江2號550 m2燒結(jié)機初期測試漏風率僅為17.8%；國外應用于越南臺塑鋼鐵、日本和歌山鋼鐵等，其中和歌山185 m2燒結(jié)機測試漏風率僅為16.7%。燒結(jié)機漏風率降低，有助于降低燒結(jié)機主抽風機功率及燒結(jié)煙氣末端治理負荷。

1.1.3 氣體燃料噴吹技術(shù)

氣體燃料噴吹燒結(jié)技術(shù)由日本JFE公司提出［6］，并于2009年1月于JFE東日本廠首次成功工業(yè)化應用。其利用LNG氣體與焦粉燃燒性能的不同，對料層內(nèi)高溫區(qū)進行控制，擴大料層中1 200～1 400℃溫度區(qū)域，解決單純利用提高焦粉配比擴大適宜溫度區(qū)間帶來的溫度過高 （>1 400℃）問題。噴吹LNG后，燒結(jié)礦強度提高約1%，固體燃料焦粉的配比可以降低0.3%，燒結(jié)礦還原性升高約4%。鐵酸鈣礦物含量從17.0%增加到19.1%。該技術(shù)針對現(xiàn)有燒結(jié)機在生產(chǎn)中難做到燃料偏析分布，而抽風作業(yè)生產(chǎn)的蓄熱特性又使燃料需求量沿料層高度方向逐漸遞減的矛盾點，采取以氣代焦的方式，通過先整體降低燒結(jié)料層配碳量，再從頂部噴入冷態(tài)可燃氣體使其在燒結(jié)燃燒帶附近點燃補熱，從而形成上部料層依靠固體燃料+氣體燃料，中下部料層依靠固體燃料+熱風蓄熱的新加熱模式。該模式實現(xiàn)了變相的料層內(nèi)燃料偏析分布，對于減少料層內(nèi)高溫峰值點、擴寬1 200～1 400℃有益溫度區(qū)間范圍、強化等提供了有效幫助，對于減少燒結(jié)工序能耗、提高燒結(jié)成品礦質(zhì)量、降低燒結(jié)過程污染物排放有重大正面意義。

該技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛應用，目前JFE日本鋼鐵在日本的7臺燒結(jié)機全部采用了該項技術(shù)；國內(nèi)方面，該技術(shù)也在梅鋼、韶鋼、馬鋼等鋼廠得到成功應用，其中韶鋼5#燒結(jié)機的燃氣噴吹裝置已應用兩年多，噸燒結(jié)礦固體燃料配量達到1.69 kg。同時SOx、NOx等污染物均得到了減量排放，燒結(jié)內(nèi)返率降低了0.35%，對燒結(jié)工序的節(jié)能減排提質(zhì)有多方面有益效果。

1.2 成熟工藝

1.2.1 復合造塊工藝

復合造塊法集傳統(tǒng)的燒結(jié)與球團兩種工藝于一體，將傳統(tǒng)的燒結(jié)、球團生產(chǎn)原料統(tǒng)一分類為酸性骨架原料和堿性基體原料兩大類，對兩類原料分別進行造球和制粒預處理后，將兩者混合，然后利用燒結(jié)主體設(shè)備制備成酸性球團嵌入高堿度基體的復合煉鐵爐料。與燒結(jié)法相比，復合造塊法具有產(chǎn)品堿度靈活可調(diào)、料層高、效率高、能耗低、產(chǎn)品還原粉化率低、可高效處理細粒鐵精礦等優(yōu)勢。

包鋼首先應用了該整體技術(shù)，2008年建成國內(nèi)外第一條復合造塊生產(chǎn)線，制備堿度為1.5～1.6復合人造塊礦，造塊固體燃耗降低15%以上，高爐使用復合造塊產(chǎn)品后，綜合焦比降低13 kg/t，渣比降低37 kg/t；2011年建成第二條生產(chǎn)線，處理超細難造塊巴潤含氟鐵精礦，首次將自產(chǎn)精礦使用比例由41%提高到60%。復合造塊法的應用成功解決了困擾包鋼數(shù)十年的酸性爐料不足、高爐不順和自產(chǎn)精礦難利用等問題。武鋼、酒鋼、攀鋼等6家企業(yè)已完成可行性研究，攀鋼正在籌備建廠實施，寶鋼采用復合造塊法處理全部含鐵渣塵生產(chǎn)線已于 2019 年建成投產(chǎn)［6］。

復合造塊工藝已經(jīng)在包鋼應用的效果如表2所示。與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝相比，復合造塊工藝能夠使用更高比例的磁鐵精礦，且其燒結(jié)料層透氣性、生產(chǎn)率和燃料消耗等均有明顯的改善，能夠生產(chǎn)出具有良好冶金性能的低堿度高爐原料。復合造塊燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)集合了燒結(jié)礦和球團礦的結(jié)構(gòu)特點，燒結(jié)基體性能與高堿度燒結(jié)礦相似，而其中的球團性能與球團礦一致，但球團緊密鑲嵌在燒結(jié)基體中。

表2 包鋼傳統(tǒng)工藝與復合造塊工藝燒結(jié)性能的比較

1.2.2 帶式焙燒機熔劑性球團工藝

酸性球團和熔劑球團以二元堿度值（CaO/SiO2）的大小來區(qū)分。按照美國鐵礦協(xié)會的試驗標準，規(guī)定堿度值大于0.6才能稱為熔劑性球團（fluxed pellet），堿度值大于1.0稱為自熔性球團。一般地，堿度值小于0.1的稱為酸性球團，堿度值為0.1～0.6的稱為低堿度球團。

以球團礦為主的高爐冶煉渣鐵比低、燃料比低、高爐冶煉經(jīng)濟技術(shù)指標優(yōu)良，同時球團礦生產(chǎn)的煙氣凈化難度小、能耗低、加工費用低、產(chǎn)生煙塵和廢氣量少、煙氣中SO2和NOx含量顯著降低（SO2排放量僅為燒結(jié)工序的13%左右），有利于清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排。相比于球團礦生產(chǎn)，燒結(jié)煙氣凈化治理的設(shè)備投資大，運營費用高，脫硫、脫硝、脫二噁英的技術(shù)難度大。到目前為止，燒結(jié)煙氣的污染以末端治理為主，把氣體污染物轉(zhuǎn)化為固體，大多數(shù)處于積存狀態(tài)，造成環(huán)境的二次污染，已不適應建設(shè)美麗中國、綠色發(fā)展和智能發(fā)展鋼鐵工業(yè)的要求。因此，在新時代調(diào)整鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)，逐步提高以高品質(zhì)熔劑性球團礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展高品質(zhì)熔劑性球團礦是必然趨勢，在新形勢下，若再主張新建燒結(jié)機顯然不是明智的選擇。由于燒結(jié)煙氣的污染問題，國外早在30年前就已開始逐步關(guān)停、取締燒結(jié)機。

由于帶式焙燒機球團工藝鋪到臺車上的生球團在焙燒過程中球與球之間是相對靜止的，不存在像回轉(zhuǎn)窯球團的粘結(jié)結(jié)圈問題，因此，用帶式焙燒機工藝可以生產(chǎn)任何堿度的熔劑性球團，是成熟的熔劑性球團工藝。

2 鞍鋼自主創(chuàng)新新技術(shù)與新工藝

2.1 開發(fā)的新技術(shù)

2.1.1 燒結(jié)新型粘結(jié)劑開發(fā)技術(shù)

在燒結(jié)混合料中配加粘結(jié)劑可以加強核顆粒與細顆?；蚣氼w粒之間的接觸，從而提高混合料制粒后顆粒的強度和粒級。因此，使用粘結(jié)劑是提高燒結(jié)料層透氣性的有效方法之一。配加生石灰是目前非常普遍的技術(shù)，其在提高燒結(jié)生產(chǎn)率和燒結(jié)礦質(zhì)量等方面有非常顯著的效果，尤其是在高磁鐵精礦配比的條件下。添加有機粘結(jié)劑或復合粘接劑也是目前比較常用的技術(shù)，但這些粘接劑通常粒度非常細且用量很少，很難保證能夠均勻地分布在混合料中。

日本岡田等人發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)混合料中的超細顆粒具有粘結(jié)劑的作用，其行為影響燒結(jié)料的制粒性能，但這些超細顆粒的粘性較大，很難均勻地分散在混合料中。因此，開發(fā)了陰離子聚合物分散劑（APD），以確保超細顆粒能夠均勻地分布在混合料中［8］。新日鐵公司進行了制粒試驗和燒結(jié)杯試驗，結(jié)果表明，使用APD分散劑能夠增加制粒后顆粒的強度和干燥后顆粒的強度，從而提高燒結(jié)生產(chǎn)率，且其效果要明顯好于使用生石灰［9-10］。在此基礎(chǔ)上，新日鐵公司開發(fā)了使用APD分散劑的創(chuàng)新制粒工藝 （AGIS，Advanced Granulation for Innovation of Sinter Ore）［11］。

鞍鋼集團鋼鐵研究院與遼寧科技大學合作，在實驗室條件下開發(fā)了一種新型絡(luò)合化鎂質(zhì)高效燒結(jié)粘結(jié)劑。研究發(fā)現(xiàn)，該粘結(jié)劑可以明顯改善燒結(jié)料層的透氣性，在鞍鋼高配比磁鐵精礦燒結(jié)原料條件下，這種新型絡(luò)合化鎂質(zhì)粘結(jié)劑在提高燒結(jié)生產(chǎn)率和燒結(jié)礦質(zhì)量方面有著明顯的效果。當新型絡(luò)合化鎂質(zhì)粘結(jié)劑配加量達到適宜配比時，燒結(jié)生產(chǎn)率提高了約6%以上，燒結(jié)返礦率降低約1.5～2個百分點，深入的機理研究和實驗工作仍在進行中，預期會達到提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的效果，有待工業(yè)試驗驗證。

粘結(jié)劑是通過改善制粒后顆粒的質(zhì)量來提高料層的透氣性，但粘結(jié)劑的粒度通常非常細且其用量非常少，需要采取特殊措施以確保其在燒結(jié)混合料中均勻分布，筆者認為，國內(nèi)已成熟燒結(jié)混合料強力混勻制粒技術(shù)將在配加粘結(jié)劑等方面發(fā)揮重要作用。

2.1.2 爐料MgO添加技術(shù)

筆者于2005年針對MgO對燒結(jié)礦的冶金性能及產(chǎn)質(zhì)量影響開展了系列創(chuàng)新性研究工作［12］。研究表明，燒結(jié)礦中過高的MgO含量對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量有著不可忽視的負面影響，燒結(jié)生產(chǎn)中添加MgO會導致燒結(jié)礦冷強度變差，其主要原因是MgO在燒結(jié)過程中易與Fe3O4反應生成鎂磁鐵礦（MgO·Fe3O4），阻礙 Fe3O4氧化成 Fe2O3，也就阻礙了鐵酸鈣的生成，造成燒結(jié)礦冷強度和還原性變差。根據(jù)實驗室研究結(jié)果，筆者在國內(nèi)率先提出，高爐爐渣所需要的MgO應該由過去在燒結(jié)生產(chǎn)中添加轉(zhuǎn)變?yōu)樵谇驁F生產(chǎn)中添加的新方式，并提出低MgO燒結(jié)是燒結(jié)生產(chǎn)的趨勢。

2012年末，筆者提出鞍鋼高爐爐料MgO添加方式由在燒結(jié)生產(chǎn)中添加轉(zhuǎn)變?yōu)樵谇驁F生產(chǎn)中添加可以提高燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量的建議得到鞍鋼股份有限公司和鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠（以下簡稱煉鐵總廠）的采納，2013年1月1日至9月30日，煉鐵總廠在三燒車間進行了燒結(jié)降低MgO的工業(yè)試驗，試驗開始時先減少鎂石粉配比直至停止配加鎂石粉，燒結(jié)礦MgO含量由1.74%降到1.48%。燒結(jié)降低MgO的工業(yè)試驗效果：燒結(jié)礦產(chǎn)量增加1.75%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高0.02個百分點。

三燒車間燒結(jié)礦產(chǎn)量隨燒結(jié)礦中MgO含量變化關(guān)系見圖1。隨著燒結(jié)礦中MgO含量的增加，燒結(jié)礦的2 h臺時產(chǎn)量呈逐漸降低的趨勢。簡言之，降低燒結(jié)礦中MgO含量可以提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量。

圖1 三燒車間燒結(jié)礦產(chǎn)量隨燒結(jié)礦中MgO含量變化關(guān)系

鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)是燒結(jié)礦、球團礦和天然塊礦的搭配，燒結(jié)礦MgO含量降低后，為了平衡高爐渣中MgO含量，需要提高球團礦MgO含量，由此提出鞍鋼本部煉鐵總廠的帶式機球團工藝生產(chǎn)MgO球團礦的建議，MgO組元由鎂基粘結(jié)劑帶入。

2.1.3 球團鎂基粘結(jié)劑開發(fā)技術(shù)

筆者2009年在實驗室對鞍鋼帶式機生產(chǎn)MgO球團礦進行了一系列的探索開發(fā)研究和優(yōu)化［13］。 2015～2016 年間，為了簡化生產(chǎn) MgO 球團礦的配料工序，把含有MgO的熔劑與球團粘結(jié)劑混合在一起，變?yōu)橐环N復合鎂基粘結(jié)劑參加球團配料，這樣既提供了MgO源又不用配加傳統(tǒng)的膨潤土粘結(jié)劑，可簡化球團生產(chǎn)配料過程，為此，在實驗室進行了帶式機球團配加鎂基粘結(jié)劑實驗研究并與煉鐵總廠共同制定了帶式機球團配加鎂基粘結(jié)劑的工業(yè)試驗方案［14］。

工業(yè)試驗結(jié)果表明，在帶式機鎂基粘結(jié)劑球團生產(chǎn)過程中，粘結(jié)劑的選擇至關(guān)重要，配加了一種鎂質(zhì)熔劑及新型膨潤土，新型膨潤土選用以高粘性有機高分子聚合材料為核心的材料配制，具有親水性強、擴散快、粘度高等特點。該材料對含鐵物料有很強的粘結(jié)性，是膨潤土的8～10倍。加入量比膨潤土降低50%以上，顯著的減少了SiO2、Al2O3等有害雜質(zhì)的帶入，并且可以使球團鐵品位提高0.4個百分點。

球團礦有機復合粘結(jié)劑超強的粘結(jié)能力使得在生產(chǎn)鎂基球團過程中，可以盡可能多的帶入含鎂質(zhì)材料，這一點膨潤土是無法辦到的。在煉鐵總廠10號3200 m3高爐冶煉鎂質(zhì)球團礦工業(yè)試驗結(jié)果表明，使用鎂質(zhì)球團的高爐混合爐料冶金性能改善，可以適當降低入爐二元堿度和提高球團比例從而達到增加入爐品位的目的。高爐透氣性改善、風量增加、爐渣脫硫能力和穩(wěn)定性增強，爐缸活躍程度增加，高爐消耗降低、利用系數(shù)提高。

2.1.4 鎂基堿性/熔劑性球團關(guān)鍵技術(shù)儲備

由于歷史的原因，我國高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)規(guī)模太大，雖然形成了高堿度燒結(jié)礦加酸性球團礦的爐料結(jié)構(gòu)，但球團礦比例至今不足20%，提高球團礦堿度的空間有限，致使我國熔劑性球團的發(fā)展明顯落后于歐美國家。

近年來，在鋼鐵生產(chǎn)節(jié)能減排的壓力下，我國球團礦的生產(chǎn)快速發(fā)展。隨著球團礦入爐比例的繼續(xù)增加，發(fā)展熔劑性球團的條件日趨成熟，我國熔劑性球團的發(fā)展勢在必然。目前，首鋼和河鋼均在針對各自的原料、燃料和熔劑特點研發(fā)熔劑性球團制備技術(shù)，并建廠實施。

熔劑性球團的生產(chǎn)技術(shù)，從原料準備、生球團制備到焙燒和冷卻制度等，均與酸性球團有很大不同，且受所用原料、燃料和熔劑的類型、產(chǎn)品礦物組成與成分影響大，必須提前開發(fā)鞍鋼原料條件下熔劑性球團制備的關(guān)鍵技術(shù)。

筆者于2008年開展了基于帶式機的熔劑性球團和鎂基/堿性熔劑性球團的相關(guān)儲備研究，表明了熔劑性球團和鎂基堿性/熔劑性球團在鞍鋼帶式焙燒機生產(chǎn)使用的可行性，同時實驗還印證了鎂基熔劑性球團相比普通酸性球團和熔劑球團更具優(yōu)良的冶金性能。

2.2 創(chuàng)新的新工藝

2.2.1 雙層預燒結(jié)新工藝已開發(fā)

針對煉鐵總廠各燒結(jié)車間使用大比例細粒鐵精礦，料層透氣性差，導致長期以來燒結(jié)機利用系數(shù)低，影響高爐鐵料平衡的短板問題，以及公司規(guī)劃未來取消東鞍山燒結(jié)廠帶來的燒結(jié)礦產(chǎn)量嚴重不足問題，筆者開發(fā)了雙層預燒結(jié)新工藝［15-18］。在沒有富氧燒結(jié)的條件下，對預燒結(jié)時間與雙層布料的上、下層厚度的比例關(guān)系進行了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的研發(fā)與優(yōu)化，獲得了以“一種采用預燒結(jié)的超厚料層燒結(jié)方法”為核心的19項國家發(fā)明專利授權(quán)。

雙層預燒結(jié)即雙層點火燒結(jié)，先鋪裝下層料后點火燒結(jié)，然后再鋪裝上層料再在上層點火燒結(jié)。由于在燒結(jié)料層中有兩個燃燒帶同時移動，因此在理論上，燒結(jié)時間可大幅縮短，燒結(jié)礦的產(chǎn)量可顯著提高，此外抽入的空氣得以充分利用，可大幅節(jié)省風量，雙層預燒結(jié)新工藝示意圖如圖2所示。雙層燒結(jié)工藝改善高磁鐵礦配比下燒結(jié)料層透氣性差、利用系數(shù)低的技術(shù)原理是：在燒結(jié)過程中，燒結(jié)料層劃分為6個帶，分別是過濕帶、干燥帶、預熱帶、燃燒帶、熔化帶和燒結(jié)礦帶，在這六個帶中燒結(jié)礦帶的阻力最小。先鋪裝的下層料經(jīng)預燒結(jié)后形成的燒結(jié)礦帶，使得料層透氣性得到改善，燒結(jié)利用系數(shù)大幅提高。

在煉鐵總廠二燒車間360 m2燒結(jié)機上開展了雙層預燒結(jié)工業(yè)試驗，工業(yè)試驗結(jié)果表明，雙層預燒結(jié)新工藝在生產(chǎn)實踐上是完全可行的。該新工藝的實施在國內(nèi)外燒結(jié)行業(yè)是一項顛覆性的創(chuàng)新。2016年經(jīng)過4個多月的燒結(jié)老設(shè)備的改造、調(diào)試、整改、完善等環(huán)節(jié)，工業(yè)試驗取得了16.11%的燒結(jié)增產(chǎn)效果，高爐使用雙層預燒結(jié)新工藝的燒結(jié)礦，順行情況良好，高爐產(chǎn)量及風量與基準期基本一致。但新工藝在某些工藝參數(shù)和工序上尚需繼續(xù)完善，目前尚存在燒結(jié)礦成品率和冷強度有一定程度下降的問題，已提出解決的具體措施并著手開展新一輪工業(yè)試驗，以期取得最佳的燒結(jié)提產(chǎn)效果。

圖2 雙層預燒結(jié)新工藝示意圖

該工藝不僅可以顯著提高燒結(jié)礦產(chǎn)量，還可以大幅度降低氮氧化物和碳氧化物的排放量。工業(yè)試驗期間，共減少氮氧化物排放615.4 t，碳氧化物排放量減少45 239.8 t。在與國內(nèi)燒結(jié)專業(yè)最權(quán)威的院校合作開展“雙層預燒結(jié)新工藝”的機理研究工作中，專家給出的結(jié)論是，雙層預燒結(jié)新工藝在國內(nèi)外是燒結(jié)領(lǐng)域的一項顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，代表超厚料層鐵礦石燒結(jié)的發(fā)展方向。

2.2.2 冷固結(jié)球團工藝在研

隨著我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展，通過選礦工藝大量開發(fā)利用貧鐵礦資源后，產(chǎn)生大量小于200目的細粒鐵精礦。應用這樣的細粒鐵精礦燒結(jié)工藝技術(shù)困難，惡化燒結(jié)生產(chǎn)指標，浪費能耗。冷固結(jié)球團因其制備工藝無高溫處理過程、能顯著減少能耗和降低污染、可充分利用細粒鐵精礦，同時具有流程簡單和投資少等優(yōu)點，成為新型爐料制備的關(guān)注熱點。在高溫下，粘結(jié)劑失效會導致冷固結(jié)球團強度嚴重劣化，產(chǎn)生大量粉末，降低球團入爐比。因此，可保持冷固結(jié)球團高溫強度的粘結(jié)劑是冷固結(jié)球團的關(guān)鍵。中南大學等單位研究開發(fā)了“冷固結(jié)球團煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原新工藝”，在鐵精礦中加入自主研發(fā)的復合粘結(jié)劑造球后,只需在干燥機上低溫（200℃左右）干燥固結(jié)，再進入高爐或者回轉(zhuǎn)窯進行煉鐵。該工藝不需要采用煤粉、天然氣等外部熱源供熱來完成球團高溫氧化焙燒階段，省去了常規(guī)球團的高溫氧化焙燒階段，僅在低溫干燥機上完成球團的干燥固結(jié)，再進入高爐或回轉(zhuǎn)窯煉鐵，可顯著減少能耗和降低污染，降低生產(chǎn)成本和簡化工藝流程，中南大學等單位研發(fā)的“冷固結(jié)球團煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原新工藝”有可借鑒之處。

國內(nèi)外研究者對冷固結(jié)球團煉鐵新爐料制備方法和技術(shù)進行了大量的研究。筆者團隊對冷固結(jié)球團煉鐵新爐料制備問題與中南大學進行了一些前期技術(shù)交流和實驗室探索研究，積累了一定的研究經(jīng)驗，打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，綠色清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排是現(xiàn)代化鋼鐵生產(chǎn)的趨勢，煉鐵爐料制備技術(shù)的更新?lián)Q代成為必然。鞍鋼細粒鐵精礦充足，完全具備采用冷固結(jié)球團法提高煉鐵爐料生產(chǎn)技術(shù)水平、優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)流程的條件。因此，鞍鋼與中南大學合作開展冷固結(jié)球團制備關(guān)鍵技術(shù)研究，最終實現(xiàn)冷固結(jié)球團產(chǎn)業(yè)化有一定的可行性。

3 展望

3.1 可實施的成熟技術(shù)展望

3.1.1 強力混勻制粒

鞍鋼具備自產(chǎn)鐵礦用于燒結(jié)的天然原料條件優(yōu)勢，但同樣也使得細粒鐵精礦高比例用于燒結(jié)生產(chǎn)，繼續(xù)采用傳統(tǒng)的兩段式圓筒混合、制粒工藝難以支撐企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需求。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐均證實強力混合機能夠大幅改善較高比例細粒精礦燒結(jié)的混合、制粒效果以及燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標，對于鞍鋼高比例精礦燒結(jié)的原料條件而言，開發(fā)相匹配的強力混合-圓筒制粒工藝對于鞍鋼燒結(jié)提產(chǎn)、增效、降本均具有重要意義。

未來，針對鞍鋼現(xiàn)有燒結(jié)工藝配置，可探究強力混合對現(xiàn)有原料條件燒結(jié)的強化效果，并挖掘強力混合-制粒工藝條件下進一步提高鞍鋼燒結(jié)鐵精礦配比、提高料層厚度的潛力，從而充分發(fā)揮鞍鋼原料條件的優(yōu)勢，有利于推動鞍鋼燒結(jié)工藝高質(zhì)量發(fā)展。

3.1.2 燒結(jié)機綜合堵漏風

歸納燒結(jié)混合料強力混勻制粒技術(shù)和燒結(jié)機綜合堵漏風技術(shù)，筆者認為，鐵礦石燒結(jié)工藝實現(xiàn)高產(chǎn)低耗要解決的核心問題可以用兩個字“透”和“堵”來高度概括：“透”即燒結(jié)料層的透氣性要好，阻力小；“堵”即燒結(jié)機系統(tǒng)堵漏風，使通過燒結(jié)料層的有效風量大。

煉鐵總廠燒結(jié)機漏風率高，為49.0%～52.0%，燒結(jié)機漏風率直接影響燒結(jié)煙氣的排放量和燒結(jié)工序的電單耗，是影響燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。目前鞍鋼燒結(jié)機漏風率治理水平遠低于寶鋼等先進企業(yè)，治理漏風是鞍鋼燒結(jié)機提產(chǎn)降耗的關(guān)鍵，因此，要大力開展燒結(jié)機綜合密封堵漏風技術(shù)工作并實施，將燒結(jié)機漏風率降到40%以下。

3.1.3 氣體燃料噴吹技術(shù)

歸納氣體燃料噴吹技術(shù)，筆者認為，在目前暫時無法良好實現(xiàn)燒結(jié)料層內(nèi)焦粉偏析分布的情況下，采用氣體燃料噴吹技術(shù)這種“以氣代焦”的方式來變相實現(xiàn)料層燃料偏析分布，從而實現(xiàn)料層上、中、下部熱量基本一致的均熱燒結(jié)，進而實現(xiàn)節(jié)能、減排、提質(zhì)的多重有益效果，是國內(nèi)燒結(jié)廠能夠做出的較好選擇，且其技改成本較低，回收周期短，技改全程無需燒結(jié)機停機配合，對生產(chǎn)任務無任何負面影響。因此，大力開展氣體燃料噴吹技術(shù)在煉鐵總廠燒結(jié)機的應用實施，提升鞍鋼燒結(jié)工序的綠色化生產(chǎn)指標，是未來助推鞍鋼燒結(jié)綠色發(fā)展的可選擇方案之一。

3.2 自主創(chuàng)新技術(shù)與新工藝進一步開發(fā)與應用

3.2.1 開發(fā)高效燒結(jié)粘結(jié)劑

鞍鋼集團鋼鐵研究院以改善燒結(jié)料層的透氣性這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)作為突破口，創(chuàng)新性地提出可在不改變原有工藝流程和裝備水平的條件下，僅在燒結(jié)配料過程中添加粘結(jié)劑即可實施，屬于投入少、見效快的“短平快”技術(shù)措施，但長期以來該技術(shù)在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)一直未被突破，亟需聯(lián)合國內(nèi)在這方面有較高理論與實踐水平的科研院所，圍繞大幅提高燒結(jié)機產(chǎn)能開展合作攻關(guān)。燒結(jié)添加粘結(jié)劑就可提高混合料制粒效果，改善燒結(jié)料層透氣性，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量，降低固體燃料消耗等，是解決鞍鋼目前燒結(jié)礦嚴重缺口問題的捷徑，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，研制出技術(shù)經(jīng)濟合理的、可高效改善燒結(jié)料層透氣性的添加劑是亟需突破的技術(shù)瓶頸。

3.2.2 改變高爐爐料MgO添加技術(shù)的應用

鑒于燒結(jié)礦中過高的MgO含量對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量有著不可忽視的負面影響，燒結(jié)生產(chǎn)中添加MgO會導致燒結(jié)礦冷強度變差已被業(yè)內(nèi)普遍認可，鞍鋼高爐爐渣所需要的MgO的添加方式應由過去在燒結(jié)生產(chǎn)中添加轉(zhuǎn)變?yōu)樵谇驁F生產(chǎn)中添加，低MgO燒結(jié)是燒結(jié)生產(chǎn)的趨勢。鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)是燒結(jié)礦、球團礦和天然塊礦的搭配，燒結(jié)礦MgO含量降低后，為了平衡高爐渣中MgO含量，需要提高球團礦MgO含量，鞍鋼在鞍山地區(qū)的1臺帶式球團焙燒機和4條鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團線應生產(chǎn)冶金性能較佳的MgO酸性球團，替代熱態(tài)冶金性能較差的普通酸性球團，燒結(jié)礦為自然MgO含量，燒結(jié)不再配加菱鎂石等鎂質(zhì)熔劑。

3.2.3 新型鎂基粘結(jié)劑應用于帶式機球團生產(chǎn)

新型鎂基粘結(jié)劑是選用高粘性有機高分子聚合材料與鎂質(zhì)熔劑為核心材料配制，具有親水性強、擴散快、粘度高等特點。該材料對含鐵物料有很強的粘結(jié)性，是膨潤土的8～10倍。加入量比膨潤土降低50%以上，顯著減少了SiO2、Al2O3等有害雜質(zhì)的帶入，并且使球團鐵品位可以提高0.4個百分點以上。球團礦有機復合粘結(jié)劑超強的粘結(jié)能力使得在生產(chǎn)鎂基球團過程中，可以盡可能多的帶入含鎂質(zhì)材料，這一點膨潤土是無法辦到的。鑒于此，建議鞍鋼應大力推進帶式機生產(chǎn)新型鎂基粘結(jié)劑MgO球團技術(shù)的推廣應用。

3.2.4 鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)鎂基堿性/熔劑性球團關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)

研究采用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)鎂基熔劑性球團供高爐使用，擴展球團品種，提高球團礦品質(zhì)，適應并引領(lǐng)時代發(fā)展趨勢。但采用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)熔劑性球團或鎂基堿性/熔劑性球團尚存在諸多問題需要攻克，在國內(nèi)外仍然是未解的難題，需要立即開展深入的基礎(chǔ)與應用研究工作，研究出高品質(zhì)鎂基堿性/熔劑性球團的關(guān)鍵技術(shù)，生產(chǎn)出適合于高爐冶煉的、二氧化硅含量適中的技術(shù)經(jīng)濟合理的熔劑性球團，逐步實現(xiàn)鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)由大比例燒結(jié)礦型向大比例熔劑球團礦型的轉(zhuǎn)變，逐步關(guān)停、取締污染大的燒結(jié)機工藝。相應地，高爐逐漸增加熔劑性球團的配比，直至實現(xiàn)高爐100%高品質(zhì)熔劑性球團冶煉，最終實現(xiàn)鞍鋼鐵前工藝沿著綠色發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展方向大步前進。

針對球團礦的優(yōu)勢及作用，國家發(fā)改委2019年發(fā)布的《鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄》里也明確提出，鼓勵熔劑性球團生產(chǎn)工藝技術(shù)和高爐高比例球團冶煉工藝技術(shù)，重視熔劑型、鎂質(zhì)酸性球團礦的生產(chǎn)技術(shù)及應用，為高比例球團礦的使用奠定基礎(chǔ)。

總之，高品質(zhì)鎂基堿性/熔劑性球團是鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的未來發(fā)展方向，鞍鋼有較多的鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團工藝產(chǎn)線，應率先掌握基于鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)鎂基堿性/熔劑性球團的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.5 開發(fā)基于雙層預燒結(jié)工藝的燒結(jié)富氧技術(shù)

雙層預燒結(jié)作為鞍鋼專有工藝技術(shù)，其技術(shù)有益效果不再繁述。但在雙層燒結(jié)生產(chǎn)時，易存在下層燒結(jié)帶助燃氧氣量不夠的問題，嚴重影響下部燒結(jié)質(zhì)量。為解決該問題，筆者項目組與中南大學、中冶長天公司通過多次交流探討與燒結(jié)杯試驗，提出了“分段供氧、富氧燒結(jié)”的解決方案，試驗證明當在燒結(jié)杯頂部料層噴入氧氣含量為25%的富氧空氣時，下層燒結(jié)帶可實現(xiàn)良好燃燒生產(chǎn)，不會對燒結(jié)礦的質(zhì)量指標造成負面影響。

為更好地開發(fā)完善雙層燒結(jié)工藝技術(shù)，筆者建議煉鐵總廠通過橫向課題的方式與中冶長天共同開發(fā)富氧空氣料面噴吹技術(shù)，可先考慮選取一條燒結(jié)生產(chǎn)線作為工業(yè)化試驗改造對象，待積累經(jīng)驗后，再在鞍鋼其他燒結(jié)生產(chǎn)線推廣應用。

3.2.6 雙層預燒結(jié)新工藝的推廣應用

該新工藝豐富了超厚料層燒結(jié)的技術(shù)與理論體系，為超厚料層燒結(jié)技術(shù)在國內(nèi)的廣泛應用，推進燒結(jié)行業(yè)的優(yōu)質(zhì)、高效、清潔發(fā)展提供技術(shù)支撐。但新工藝在某些工藝參數(shù)和工序上尚需繼續(xù)完善，將開展新一輪工業(yè)試驗，以期取得最佳效果。

3.2.7 開發(fā)冷固結(jié)球團工藝

冷固結(jié)球團因其制備工藝無高溫處理過程、能顯著減少能耗和降低污染、可充分利用細粒鐵精礦，同時具有流程簡單和投資少等優(yōu)點，是未來新型爐料制備的發(fā)展方向。目前，冷固結(jié)球團工藝還處于研究階段。經(jīng)調(diào)研，中南大學對此項技術(shù)研究比較深入，建議鞍鋼搶占先機，與其開展合作，對此項技術(shù)開展深入研究，進而進行工業(yè)應用，提升鐵前科技創(chuàng)新領(lǐng)航地位。冷固結(jié)球團技術(shù)還處于研究階段，開發(fā)出適合鞍鋼原料條件下生產(chǎn)冷固結(jié)球團的粘結(jié)劑是一項重大難題，另外，鞍鋼從未開展過此類研究，在此類研究方向還處于空白階段，需要開展大量的機理及基礎(chǔ)性實驗工作，借助中南大學研究平臺開展機理研究，結(jié)合自身開展的實驗研究及現(xiàn)場應用條件，填補鞍鋼冷固結(jié)球團工藝研究和應用方向的空白。

3.2.8 開發(fā)基于鞍鋼鐵礦資源條件的復合造塊技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化

復合造塊法尤其適用于細粒鐵精礦的高效造塊，可以利用現(xiàn)有燒結(jié)工藝的主體設(shè)備實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。鞍鋼自產(chǎn)鐵精礦粒度細資源量大，燒結(jié)類型、工藝及裝備齊全，因此，通過與中南大學合作開展基于鞍鋼鐵礦資源條件的復合造塊新方法研究與產(chǎn)業(yè)化，完全具備采用復合造塊法提高煉鐵爐料生產(chǎn)技術(shù)水平、優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)流程的條件。產(chǎn)業(yè)化時，可先考慮選取一條燒結(jié)生產(chǎn)線改造為復合造塊法生產(chǎn)，待積累經(jīng)驗后，再在鞍鋼公司內(nèi)其他燒結(jié)生產(chǎn)線推廣應用，可顯著提高煉鐵爐料生產(chǎn)技術(shù)水平，實現(xiàn)煉鐵生產(chǎn)節(jié)能減排和持續(xù)健康發(fā)展。

4 結(jié)語

鞍鋼煉鐵原料準備領(lǐng)域只有堅定依靠自主創(chuàng)新并聯(lián)合國內(nèi)一流的科研院所共同開發(fā)顛覆性、前瞻性新工藝新技術(shù)，同時利用先進企業(yè)已有成熟有效技術(shù)，才能重新煥發(fā)生機。本文涉及現(xiàn)有燒結(jié)工藝的升級、燒結(jié)新技術(shù)與新工藝的開發(fā)、球團新產(chǎn)品的開發(fā)、造塊新方法的集成應用，涵蓋從工藝優(yōu)化、工藝創(chuàng)新、節(jié)能、環(huán)保等各個方面。項目完成和工業(yè)實施后，將全面提升鞍鋼煉鐵原料準備的整體技術(shù)水平，預期將大幅提高鐵前系統(tǒng)生產(chǎn)效率，顯著降低工序能耗，含氮、硫等氣體污排放減少，高爐綜合焦比降低。項目的實施將推動鞍鋼煉鐵爐料生產(chǎn)技術(shù)和新技術(shù)的研發(fā)進入國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進行列，同時對國內(nèi)絕大部分鋼鐵企業(yè)均有推廣應用價值，推動行業(yè)技術(shù)進步。