富氧对烧结生产的作用

富氧对烧结生产的作用

冯二莲   

乌海包钢万腾钢铁有限责任公司

摘要  本文研究富氧烧结对烧结矿产质量指标、烧结烟气成分的影响。研究表明随着富氧浓度的增加，垂直烧结速度加快，烧结利用系数提高，成品率提高，固体燃耗降低。随着富氧时间段向后推移，垂直烧结速度和利用系数呈先提高后降低的趋势，成品率降低，固体燃耗升高，从有利于烧结的角度考虑，宜在烧结过程前中期进行富氧，同时选择高富氧浓度。

关键词 富氧  烧结  利用系数  成品率  固体燃耗  

1 前言

我国高炉炼铁原料结构中，烧结矿入炉比占70%～85%甚至更高，烧结矿产质量指标成本指标直接关系到高炉冶炼指标和铁前整体效益，而烧结矿质量指标主要由其矿物组成、性质和结构决定，烧结成本指标主要由原料成本、燃耗、电耗、点火煤气消耗等指标组成，为了提高烧结矿产质量和降低能耗指标，烧结工艺研究富氧烧结。

2 富氧烧结的研究

2.1 富氧烧结的意义

富氧烧结是在烧结风量中通入一定比例的过量氧气，促使烧结固体燃料充分燃烧，使烧结过程化学反应更加彻底。富氧烧结工艺的目的是提高烧结过程的氧位，以生成更多的铁酸钙系液相，进而提高烧结矿产质量。国内外很多学者开展富氧烧结杯试验和工业生产实践，（1）富氧7m3/t时，烧结矿综合指标最佳，随着富氧率的增加，成品率反而有降低趋势。（2）富氧烧结时，再生赤铁矿增加，低温还原粉化率RDI-3.15mm升高，FeO含量降低。（3）钒钛磁铁精矿粉富氧烧结试验研究表明，随着富氧时间的延长，垂直烧结速度、利用系数、成品率、转鼓强度和还原度均提高，但低温还原粉化性会变差。（4）我国梅山钢铁、酒钢、韶钢和日本神户等钢铁企业开展富氧烧结工业性试验研究，取得提高成品率和利用系数的效果。本文重点研究富氧率和富氧阶段对烧结过程、成品烧结矿质量指标等方面的影响，分析富氧对烧结烟气成分中CO和O2浓度的影响机理，为厚料层烧结条件下实施富氧烧结、节能减排提供技术支持。

烧结速度取决于碳燃烧速度和空气传热速度中慢的一方面，正常配碳量条件下，料层气流速度达到一定值时，碳燃烧速度往往落后于空气传热速度，富氧烧结提高空气中的氧含量，促进碳的快速燃烧，使碳燃烧速度与空气传热速度相匹配，达到烧结速度最快、烧结温度较高优质高产的目的。

2.2富氧烧结对利用系数的影响

随着富氧浓度的增加，垂直烧结速度加快，利用系数提高，因增加氧浓度，加快了混合料中固体燃料的燃烧速度，促进烧结过程。随着富氧时间段向后推移，垂直烧结速度呈先加快后减慢的趋势，利用系数呈先提高后降低的趋势，因烧结自动蓄热作用，在烧结后期燃烧带变宽，烧结温度升高，如果此时再进行富氧，燃料燃烧产生的热量更加集中，液相量增加，恶化料层透气性，减慢垂直烧结速度。因此从有利于提高垂直烧结速度的角度考虑，选择烧结过程的前中期富氧较为合理，同时选择较高富氧浓度。

2.3富氧烧结对成品率的影响

点火后随着富氧浓度的增加，烧结成品率提高；随着富氧时间段向后推移，成品率呈降低趋势。从提高成品率的角度看，富氧应选择在烧结过程的前中期，且高浓度富氧更有利。

2.4 富氧烧结对烧结矿矿物组成和结构的影响

随着富氧浓度的增加，烧结矿中赤铁矿和铁酸钙含量呈升高的趋势，磁铁矿呈降低趋势，玻璃相变化不大，硅酸钙和熔剂、脉石残余成分没有明显变化，转鼓强度提高，FeO含量降低；随着富氧时间段向后推移，赤铁矿和铁酸钙含量呈先升高后降低的趋势。随着烧结过程的进行，下部料层燃烧带变宽，如果此时再进行富氧，固定碳燃烧放热更集中，导致烧结温度升高，赤铁矿分解，铁酸钙含量降低。

不进行富氧烧结时，铁酸钙晶粒细小，原生赤铁矿较多疏松，烧结矿转鼓强度受到影响，但还原度较好。

富氧烧结下，烧结过程氧化性气氛增强，烧结矿中赤铁矿和铁酸钙含量增多，针状和粒状铁酸钙结构较多，烧结矿组织结构均匀且多为交织熔蚀结构，有利于提高烧结矿转鼓强度改善还原度。

2.5 富氧烧结对低温还原粉化率RDI-3.15mm的影响

在烧结过程的前中期进行富氧，有利于改善烧结矿低温还原粉化率RDI-3.15mm指标，而在烧结过程后期进行富氧，则会恶化低温还原粉化率RDI-3.15mm指标。

2.6 富氧烧结对烧结烟气成分的影响

不富氧时，点火后烟气中CO浓度呈上升趋势，在接近终点时CO浓度达到最高，烟气中O2浓度变化趋势与CO相反。若点火后开始富氧，烟气中CO浓度曲线呈跃升趋势，当富氧结束时CO浓度曲线出现跃降，同时富氧开始时烟气中O2浓度也明显跃升，之后又降低。

由以上分析研究可知，如果钢铁企业制氧富裕，在烧结过程的前中期进行富氧烧结且高浓度富氧，有助于提高烧结矿产量，提高转鼓强度，改善还原度和低温还原粉化性能，降低燃耗和点火煤气单耗指标。

3 结语

3.1 随着富氧浓度的增加，垂直烧结速度加快，烧结利用系数逐渐提高，成品率提高，固体燃耗降低。随着富氧时间段向后推移，垂直烧结速度和利用系数呈先提高后降低的趋势，成品率降低，固体燃耗升高。从有利于提高生产率的角度考虑，富氧宜在烧结前中期进行，同时选择高富氧浓度。

3.2 富氧烧结可以提高烧结矿转鼓强度，改善还原度和低温还原粉化率RDI-3.15mm指标，但富氧浓度不均匀会影响烧结矿质量指标波动大，同时烧结矿平均粒径稍有提高，随着富氧时间段向后推移，返矿率呈明显升高的趋势，同时恶化低温还原粉化率RDI-3.15mm指标。

3.3 富氧烧结开始，烟气中CO浓度曲线呈跃升趋势，当富氧烧结结束时，烟气中CO浓度曲线出现跃降，同时富氧开始时烟气中O2浓度也明显跃升，之后又降低。