利用烧结环冷余热和球团竖炉烘干块矿的降本实践

唐泽华，王 毅，郭志斌

（方大特钢科技股份有限公司，江西 南昌 330012）

1 前 言

长期以来，方大特钢一直采购非主流、低价进口块矿，这类块矿、含粉率高，个别批次矿含粉率甚至高达30%以上。由于含水率高且黏稠，振动筛常常堵塞，筛分效果不佳。同时，块矿表面黏附着大量的粉料得不到筛除，最终进入高炉冶炼，不但增加了高炉冶炼成本，而且影响了冶炼铁水品质和高炉炉况的稳定。

经过多方调研，块矿烘干生产线能够解决块矿使用中存在的含水率高、含粉量大等生产问题，但投建烘干生产线，加上配套除尘设施、厂房等投资较大，烘干需耗用煤气能源，导致烘干块矿运行成本高昂。投建块矿烘干生产线的效益大打折扣，而国际块矿价格不稳定、给块矿的性价比带来挑战，风险难测。因此，方大特钢立足于现有铁前工艺装备，通过利用烧结环冷冷却烧结矿释放的热量蒸发块矿水分，简单改造竖炉用于烘烤块矿脱去水分，来实现对块矿含粉和水分进行控制和预处理，为高炉提高入炉块矿比例，降低块矿带入高炉的粉末量提供了新的工艺路径，有效降低炼铁原料成本。

2 理论依据

2.1 块矿水分脱除变化

块矿吸附水一般加热到105 ℃就能迅速干燥和蒸发，结晶水则在200 ℃左右开始分解，400～500 ℃分解速度激增，通常块矿再结晶温度为900 ℃［1］；块矿烘干则为吸热反应，温度应控制在900 ℃以下，避免块矿现有粒度因再结晶而破坏。

2.2 块矿冶金性能影响

块矿的热爆裂性，主要是块矿的吸附水和结晶水受热蒸发造成，不同的矿种结构及水分含量造成爆裂情况不同。如果天然矿石中含有较高的结晶水或碳酸盐，也会降低矿石的抗热冲击能力，会导致大量的粉末产生，影响高炉上部的透气性，导致炉墙结厚。其原因为铁矿石中吸附水和结晶水的迅速排出，以及矿石结构沿各晶面的热膨胀不同所致［2］。而利用余热烘干块矿过程是沿线缓慢烘焙，缓慢消除了块矿的水分，作用到块矿热爆裂程度相对影响小，筛分干净入炉，减轻了块矿在炉内的爆裂，因此块矿炉外烘干在一定程度上弥补了天然块矿冶金性能的缺陷。

3 烧结环冷烘干块矿

目前，对环冷余热的利用大部分只选择了环冷机中高温区300 ℃以上的热废气，配置了余热锅炉产蒸汽后进行发电。该方式可利用约40%的环冷热废气，能够使全厂热效率达到20%，为大多数冶金企业所采纳［3-5］。而300 ℃以下的低温区环冷热废气，仅一小段设置了热风烧结管道，主要依靠环冷机鼓风余压、主抽风机负压和热压差，将环冷机上冷却烧结矿的低温热废气送入到点火炉后的烧结机密封罩内，进行热风保温烧结。大部分低温段因利用难度大，利用成本高，直接外排至大气，造成废气余热资源的浪费。

利用烧结矿余热烘干块矿在线生成混合料工艺［6］，将水分高的块矿投入到环冷后段烧结矿上进行烘干形成混合料，并将混合料定仓装入高炉料仓，并与烧结矿共用输送和除尘系统，用于高炉冶炼生产，具有良好的经济效益和节能环保效益。

3.1 烧结环冷烘干块矿工艺流程改造

实施130 m2烧结机环冷机进行块矿烘干（烧结环冷机余热烘干块矿工艺流程见图1），块矿筛分后转至环冷机旁场地，采用铲车+缓冲料斗+拖式皮带秤+爬坡皮带进入环冷机2 号风机与3 号风机之间冷却段。通过3号、4号风机向上鼓烧结机热风后，出板式给矿机矿温约为80 ℃左右。

图1 烧结环冷机余热烘干块矿工艺流程

3.2 烘干工艺问题

块矿为酸性物料，烧结矿为碱性物料，两者成分差异较大，如果混合不均匀，将严重影响高炉用料。采取措施：（1）将称量皮带控制信号接入烧结主控室，由主控工控制下料量变化，避免出现断料、下料不精准的情况。（2）将块矿称量皮带与环冷机设置连锁，当环冷机停机时，称量皮带也会连锁停机。

烧结机在生产过程中，会出现矿温不稳定或者临时停机的情况，烧结矿温度下降会导致烘干效果变差。采取措施：如遇烧结机可预见的2 h 以上停机，或生产过程中烧结矿温度低于50 ℃，导致烧结矿不具备余热烘干块矿，提前做好安排，低温料停止烘干块矿，做好区分入仓存放、使用。

3.3 实施效果

块矿通过皮带上料后落在环冷机外圈占20%左右的宽度，经过烧结成品系统多条皮带输送后与烧结矿混匀的效果较为均匀。

块矿上料量约85 t/h，块矿和烧结矿的混矿比达到了1∶3.5，烘干块矿量大，流程简单，也便于操作，烘干生产效率高。块矿进厂水分8%左右，通过烘干后下降至2%左右，附着在块矿表面的粉末脱落，提高了入炉的筛分效果。

4 竖炉烘干块矿

4.1 工艺流程改造

依据球团现场场地的实际情况，利用已有的工艺线进行改造，停用了竖炉造球前的系统，块矿烘干具体过程为：块矿进厂后进行预筛分，然后由铲车转运块矿至球团矿落地场地，用铲车把块矿装入料斗2 号熟球仓→B 号皮带→2 号布料小车皮带→进入2号竖炉炉内进行烘干→2号带冷机排出烘干块矿，经成品筛分后进大仓通过供料皮带输送给高炉使用。

由于块矿含粉高，且较为湿黏，将2 号熟球仓的振打器改为常开确保下料的稳定；将竖炉烘床的篦条拆除两块，减缓板结速度与改善下料不畅的问题。将带冷机出料口隔开了100 mm 左右，以提升竖炉烘干块矿的处理能力。

4.2 竖炉工艺调整

竖炉烘干块矿的主要目的是蒸发块矿的吸附水，为高炉提供干燥、低含粉的优质块矿。但在蒸发吸附水的同时不能将结晶水分解，否则会因结晶水分解导致块矿爆裂粉化［7］，增加除尘压力与返矿量，甚至影响高炉顺行。

竖炉工艺上的变更主要集中在热工制度方面，包括烘干床温度、废气温度、燃烧室温度、废气流量等，相关热工参数的实际控制情况（见表1）。块矿烘干期间，2号竖炉烟气温度低，考虑混合两座竖炉烟气，来保障烟气温度来满足脱硫排放需要，将1号竖炉烟气温度基本控制在220 ℃以上，远高于正常控制范围。废温达露点（60 ℃）以上，保证废气中的水汽不凝结。

表1 生产球团与烘干块矿工艺参数对比

4.3 块矿烘干期间脱硫存在的问题及应对措施

球团2 号竖炉块矿烘干烟气经过2 号竖炉电除尘，一是会降低温度和漏风从而增加氧含量，造成脱硫能力下降，硫含量折算系数上升；二是除尘下来的块矿粉尘因温度低，粉尘湿度、黏性较大，易堵塞仓口造成放灰不畅。应对方案：调整管道蝶阀，将球团2 号竖炉块矿烘干烟气引入球团1 号竖炉电除尘，停运球团2 号竖炉电除尘及除尘风机，增加球团1 号竖炉除尘风机风门开度。优点：（1）可将温度低，湿度、黏性较大的块矿粉尘与温度高、流动性较好的球团除尘灰混合，解决块矿除尘灰结灰仓造成放灰不畅问题。（2）可增加进入脱硫的混合烟气温度及降低含氧量。（3）可以节约水、电等运行费用。

4.4 竖炉烘烤块生产效果

烘干后块矿水分基本不超过3%，块矿粒度主要集中在16 mm 以上（见表2），链板机排出烘干块矿温度在60～100 ℃，经筛分后块矿颗粒清爽、干净，块矿表面基本上没有黏附矿粉，满足了高炉的生产需要。

表2 竖炉烘干块矿后检测指标 %

5 结 语

通过现有的烧结球团设备进行简单工艺改造，多措施烘干块矿，提升了高炉消化块矿能力，高炉块矿配比增加至20%以上，最高可达到25%，多增加块矿替代球团矿使用，降低了生产成本。利用烧结矿余热烘干块矿在线生成混合料，结合钢铁厂现有工艺和设备布局，利用烧结矿余热废气热源，具备良好的经济效益和节能环保效益。块矿在烧结烘干过程中，会提前爆裂，减少了块矿在高炉冶炼中的爆裂，可以减少对炉料透气性的影响。和烘干块矿入炉平均水分基本上控制在2%以下，有利减少了高炉冶炼中的热量消耗，因此降低燃料比2.6 kg/t工艺目标，实现综合效益227万元。