【技术前沿】中天钢铁南厂区180㎡烧结1#厚料层低负压点火实践
降低烧结能耗是烧结工作者的追求目标，点火消耗占据烧结工序能耗的约5%。中天南厂区180m2烧结机采用高炉煤气点火，煤气消耗在38.15m3/t水平。为了降低高炉煤气消耗，针对180m2开展了低负压点火改造实践，采取了点火器适当前移、一号风箱封堵、等措施；同时配合了料层厚度从800mm提高900mm水平。
改造后：前3风箱负压由-14.25kPa、-14.23kpa、-14.16kpa降低到-2.90kpa、-9.23kpa、-7.20kpa，烧结过程风量得到了优化分配，烧结终点温度由385.26℃提升到398.18℃，烧结矿质量得到一定程度提升，转鼓强度由77.89提升至78.26，筛分指数由4.84降低到4.77，高炉（5mm-10mm）的入炉合格率由77.02%提升到80.97%；烧结过程工序能耗得到了一定程度降低，煤气单耗由38.15m3/t降低到32.36/m3/t，高炉煤气消耗由250000m3/天降低到了225000m3/天，燃耗由56.26kg/t降低到55.42kg/t，电耗由37.05kwh/t降低到35.46kwh/t。
1、前言
烧结点火的主要目的是供给足够的热量将混合料中的固体燃料点燃，并在抽风的作用下继续往下燃烧产生高温，使烧结过程自上而下进行，点火的好坏直接影响烧结过程的正常进行和烧结矿质量。点火的好坏受到点火温度、点火废气氧含量、保温时间、煤气热值、空煤比、负压等的影响。当前面条件固定时，点火器下抽风负压对点火过程起着非常重要的影响。
目前国内一些烧结厂仍采用高负压、大风量的点火制度，大量实践证明，炉膛负压高，抽入点火炉冷空气多，导致料面被抽入大量冷风，表面点火效果差，影响表层矿质量、混合料透气性，同时造成煤气消耗高。一些烧结厂通过低负压点火改造，取得了降低煤气消耗、提产等综合效果。然而，大多低负压改造主要是针对自身用焦炉煤气介质。
中天钢铁南区180m2烧结1#机采用全高炉煤气点火制度，高炉煤气点火具有燃烧后废气量大等特征。原前三个风箱开度为40%、60%、60%，抽风负压为-14.25kpa、-14.23kpa、-14.16kpa。煤气消耗较大，同时烧结矿质量也不好，为改善这种高负压、大风量的点火制度，于2019年2月份起开始实行微负压点火烧结工业试验，同时开展了厚料层改造和操作。本文探究了厚料层低负压点火对烧结过程、烧结矿质量和高炉煤气消耗的影响。
2、厚料层低负压点火工业试验
2.1试验方法
180m2烧结微负压点火工业试验在料层厚度控制在900mm左右，点火温度在1050℃±50℃，终点温度控制在350℃-380℃，废气温度在115℃±15℃，抽风负压在11Kpa-15Kpa，混匀料水分7.5%±0.5%，固体燃料配比4.2%，固体燃料粒度大于5mm小于10%，小于3mm大于70%的条件下进行。
2019年2月1日至2月28日期间在南区180m2烧结1#机进行了低负压点火试验，料层厚度由原750mm提升至850mm至900mm以上，将1#、2#风箱翻板关闭，3#风箱翻板开度50%烧结机点火负压由原平均-14kpa降低至1#风箱平均-2.90kpa、2#风箱平均-9.23kpa、3#风箱平均-7.20kpa。
2.2厚料层低负压点火制度的工艺设备改造
中天钢铁南区180m2烧结1#机原点火炉第一排烧嘴位置未正对烧结机头部第一号风箱，且前3号风箱翻板均磨损破洞，难以准确控制抽风大小，对点火过程产生不利影响。为更好推行微负压点火制度，将点火炉进行了适当前移改造，改造后点火炉下第一、二排烧嘴均位于烧结机头部第一号风箱上，第三排烧嘴位于第二号风箱上，且对风箱翻板均进行了重新制作更换。具体改造前后的工艺设备如下图1所示，点火炉提高料层厚度提升工艺设备如图2所示。
改造前 改造后
图1.微负压点火改造前后工艺设备
改造前 改造后
图2.点火炉抬高料层厚度提升前后工艺设备
2.3厚料层低负压点火制度对烧结过程的影响
烧结过程中最能直观体现过程变化的参数是烧结机各风箱负压及温度的变化，我们对比试验前后各风箱负压及温度变化数据如下图3、4。
图3 试验前后各风箱负压变化
图4 试验前后各风箱温度变化
由图3可知，试验前高负压点火制度下料层厚度平均为750mm,前3风箱负压分别为-14.25kpa、-14.23kpa、-14.16kpa，风量分配上呈现出前20风箱风量分配较为平均为-14.0kpa，后部风量略微降低的变化趋势，整体风量分配不合理，不利于烧结过程氧化还原反应的进行，风量浪费，对烧结过程带来不利影响。
厚料层低负压试验后料层厚度提升至900mm以上，前3风箱负压分别为-2.90kpa、-9.23kpa、-7.20kpa，6#风箱后负压基本稳定在-14.3kpa，且整体风量分布呈现出前3风箱低，中部负压高，后2个风箱风量低的趋势，更多的风量优化配置到燃烧带下移的过程，烧结过程氧化还原反应发生过程中所需的空气介质增多，烧结过程进行的更加充分。
由图4可知，试验前后各风箱的温度分布均呈现出先低后高在降低的正常烧结过程风箱温度变化趋势，试验前终点温度为385.26℃，试验后终点温度为398.18℃，终点温度提升了12.90℃，分析一方面是由于料层厚度提升，厚料层自身的蓄热作用；另一方面是由于风量得到优化分配后烧结过程进行的更加充分。
2.4厚料层低负压点火制度对烧结矿质量的影响
厚料层低负压点火制度的实施对烧结矿质量也带来了一定程度的提升，我们选取在相同工艺操作制度条件下的数据进行对比探究试验前后烧结矿质量数据如下表1所示。
由表1可知，厚料层低负压点火制度试验前烧结矿转鼓指数平均为77.89，筛分指数平均为4.84，高炉（5mm~10mm）的入炉合格率平均为77.02%，试验后转鼓指数提升至78.26，提升了0.37，筛分指数降低到4.77，降低了0.07，高炉（5mm~10mm）的入炉合格率提升到80.97%，提升了3.95%，烧结矿的物理强度得到了明显提升。说明烧结过程得到了强化，晶相固结形成了更多的高强度的铁酸钙。
2.5厚料层低负压点火制度对烧结工序能耗的影响
图5. 试验前后高炉煤气用量变化/天
由表2可知，试验前烧结过程煤气单耗为38.15m3/t，燃耗为56.26kg/t，电耗为37.05kwh/t，试验后煤气单耗降低到32.36/m3/t，降低了5.79m3/t，燃耗降低到55.42kg/t，降低了0.84kg/t，电耗降低到35.46kwh/t降低了1.59kwh/t。分析煤气单耗的降低主要是微负压点火制度的实施和厚料层操作实施的共同影响，料层厚度提升后，点火器烧嘴离料面距离拉近，热传递过程的损失减少，点火效果加强，同样点火温度的条件下，煤气消耗得到降低。同时料层厚度的提升，燃烧过程中厚料层的自动蓄热作用得以充分发挥，固体燃料配比得以降低，燃耗下降。微负压实施后，前部风箱的负压明显降低，主抽风机的负荷减小，电耗得到一定程度的降低。
由图5可知，在保证点火强度的前提下，试验前高炉煤气平均每天用量在250000m3/天，微负压点火试验后高炉煤气用量降低到了225000m3/天，降低了25000m3/天，在这个过程中料层厚度的提升起到了非常重要的作用，点火过程中热量损失得到了有效减少。
低负压点火后续存在问题：
一是要关注点火器耐材，防止结瘤、烧坏；
二是关注辊式布料器，在料厚提高后是否有偏析弱化的问题，探索后续改造可能性；
三是需要继续探索低水、低碳操作，完善900mm厚料层烧结工艺。
3、结论及展望
（1）厚料层低负压点火制度负压点火制度在180㎡烧结1#机实施后，烧结过程风量得到了优化配置，各风箱风量分布呈现出前3风箱低，中部负压高，后2个风箱风量低的变化趋势；烧结终点温度由385.26℃提升到398.18℃。
（2）厚料层低负压点火制度在180m2烧结1#机实施后，烧结矿质量得到一定程度提升，转鼓强度由77.89提升至78.26，筛分指数由4.84降低到4.77，高炉（5mm-10mm）的入炉合格率由77.02%提升到80.97%。
（3）厚料层低负压点火制度在180m2烧结1#机实施后，烧结过程的工序能耗得到了一定程度的降低为公司降本增效的发展战略打下一定基础，煤气单耗由38.15m3/t降低到32.36/m3/t，高炉煤气消耗由250000m3/天降低到了225000m3/天，燃耗由56.26kg/t降低到55.42 kg/t，电耗由37.05kwh/t降低到35.46 kwh/t。
后续我们将继续围绕公司降本增效的战略方针，探索低水、低碳、厚料层烧结的可行性方案。