烧结工艺手册

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烧结厂节能与余热回收利用

第十篇

烧结工艺手册

第一章烧结过程的热平衡

第一章烧结过程的热平衡

烧结厂设计工作中，凡有条件的，均应该作出烧结过程的热平衡，以定量地说明工艺过程热能利用的合理性，指导工厂实际生产。

第一节烧结过程热平衡表的编制

一、烧结过程的热收入

（!）固体燃料燃烧放出的热量：根据单位烧结矿消耗的固体燃料量及固体燃料发热值计算得出。

（"）气体燃料燃烧放出的热量：根据单位烧结矿消耗的点火煤气量及气体燃料发热值计算得出。

烧结过程各种物理化学反应放出的热量：烧结过程主要的放热反应有：（#）

硫化物的氧化反应；低价铁氧化物的氧化反应；

岩相生成热，如硅酸钙、铁酸钙、硅酸铁及铁硅钙橄榄石等生成热；生石灰消化放热。

原料带入的显热（含热返矿带入的热及蒸汽预热混合料带入的热）：根据单位烧（$）

结矿消耗的原料量、比热和进入烧结时的温度计算得出。

!%"#

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第十篇烧结厂节能与余热回收利用

（!）空气带入的显热：根据单位烧结矿的抽风量、空气比热及温度计算得出。（"）其他热收入：如原料中配有钢铁厂内循环物料所带入的固定碳燃烧放出热量，利用冷却机废气作助燃空气时带入的显热等。

二、烧结过程的热支出

（#）水分蒸发所需要的热量：根据混合料含水量，水的比热和汽化热计算得出。（$）烧结过程吸热的物理化学反应：如碳酸盐分解的吸热反应、结晶水分解的吸热反应、三价铁的部分还原及分解反应等。

（%）成品烧结矿带走的显热：根据烧结矿量、比热和温度计算得出。（&）返矿带走的显热：根据返矿量、比热和温度计算得出。

（!）烧结烟气和冷却机废气带走的显热：分别根据各自产生的烟气量，及其比热和温度计算得出。

（"）其他热损失：如设备及烧结过程表面的散热，设备冷却水及粉尘带走的热量以及燃料的不完全燃烧造成的热损失等。

烧结过程的热平衡可以列表示出，也可以作出热平衡图。表#’(#(#示出了热平衡表的格式。

表#’(#(#

热收入

项

目

)*

+

项

目

烧结过程热平衡

热支出

)*

+

#,固体燃料燃烧$,煤气燃烧%,化学反应热&,混合料显热!,空气显热",其他

#,碳酸盐分解$,水分蒸发%,化学反应热&,成品烧结矿显热!,废气显热",返矿显热-,其他热损失

合计#’’,’’合计#’’,’’

#’$&

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第一章烧结过程的热平衡

第二节烧结过程热平衡实例

表!"#!#$及!"#!#%分别列出了马钢二烧（&’($）及水钢$号烧结机（!!’($机上冷却工艺）烧结过程的热平衡。

表!"#!#$

热收入

项

目

*+$-%./!.$/!%.0/$%!1.$-!!1.&!!.%-$!&.!-!"&.!

,0."%"."-".-/&/.-/%.1’".%&&.!/%.’%

项

目

马钢二烧热平衡表（!)烧结矿）

热支出

*+%$-.//%%’.!/!$/!.$/

,!".%$!"./’-"."0

点火煤气化学热点火煤气物理热点火空气物理热固体燃料燃烧热混合料物理热铺底料物理热化学反应放热

烧结空气及漏风带入物理热

混合料水分蒸发热碳酸盐分解热烧结饼物理热其中：

热烧结矿物理热热返矿物理热烧结烟气物理热不完全燃烧化学热其中：废气可燃物化学热

烧结矿残碳

其他散热差值

（!"-/./-）（$!-./$）-’$.%--1/.--（-!$.--）（0-）$&&.$"#!!%.0$

（%%.$/）（/.0$）!-.%&!’.&&（!%.!"）（$./&）0.0!

合计%"%%.$-!"".""合计%"%%.$-!"".""

表!"#!#%

热收入

项

目

*+!’1.1$’".%’!.!1&!&%1.’0-0."-!&!.0%

水钢烧结热平衡表（!)）烧结矿）

热支出

,&."!"."$"."’&/.%$.!!&.’%

水分蒸发结晶水分解碳酸盐分解烧结饼物理热其中：成品矿显热

烧结返矿显热

项

目

*+$1$.0%!10.&%$1/.’10$1.!’!/’./1&!/.10

,!$.&0./$!$.0/%’.1’&.!1".&%

点火煤气化学热点火煤气物理热助燃空气物理热固体燃料化学热混合料物理热炼铁返回粉料残碳

!"$’

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第十篇烧结厂节能与余热回收利用

热收入

热支出

!!"#!$%#),!"#,,+(#!+%+#("

%#&’"#!+"#%*%#!*)#!*

冷却废气热其他热损失烧结烟气热损失化学不完全燃烧热烧结矿残碳主要散热外供热

(")#(*!%’#+")++#"’)*!#&)*(#&%))#!!!+#+&&)’",#"&

值

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)!#*+,#)%!)#+*!!#*!’#)+"#+,"#&,!""

化学反应热其中：硫化物放热亚铁放热成渣热

烧结过程空气物理热

合计

))&"#()!""#""合计差

表!".!.%列出了西德克虏伯公司计算的烧结过程的热平衡。图!".!.!和图（/01234）和日本大分烧结厂的热平衡图。!".!.)分别示出了英国雷德卡

表!".!.%

热收入焦粉燃烧热燃气燃烧热高炉灰燃烧热其他燃料

5*+#,&#&,#&%#&

西德克虏伯公司烧结过程热平衡计算

热支出

烧结矿冷却机废气余热

烧结机废气余热石灰石分解热吸附水蒸发热结晶水分解热冷烧结矿余热其他热损失

5’)#,!(#&!)#(!)#%,#!(#+!%#*!""#"

合计!""#"合计

编制该表要注意热平衡的精确性，使表!".!.!中其他热损失一项不要太大。

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第一章烧结过程的热平衡

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第十篇烧结厂节能与余热回收利用

第二章国外节能概况

近年来，由于能源的紧张和短缺，降低能耗和回收利用二次能源越来越普遍地受到人们的重视。

钢铁工业是能源消耗最大的产业部门之一，烧结生产一般占吨钢能耗的!"#$"%，仅次于炼铁。因此，烧结节能在钢铁企业节能中占有十分重要的地位。热烧结矿显热和烧结烟气显热占烧结过程热耗的&"%以上，将这部分余热尽可能地加以有效利用是烧结节能的重要方面。

第一节烧结能耗

烧结能耗包括热能消耗和动力消耗（主要为电能）两部分，热能消耗中固体燃料消耗是主要的，约占’"#("%。

日本烧结厂多处理高品位粉矿，而且多以焦粉作燃料，因此，燃料单耗较低。图!")$)!为日本五大钢铁公司近十年来烧结矿单位热耗的变化和比较。其中新日铁公司烧结矿的单位热耗是最低的。图!")!)$为新日铁各烧结厂单位热耗的变化和比较。其

低的

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第二章国外节能概况

料层烧结，主风机负压普遍提高的结果。同时，由于环保的需要，部分烧结厂增加了烧结烟气的脱硫、脱氮设施，

增加了电力消耗。

月）

焦

机$号

公斤)吨*+,+

千卡)吨((($-*粉

煤

气

总热牦千卡)吨*""&."

主风机电耗度)吨$$,$

全厂总电耗度)吨(!,*

千卡)吨.+.".

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第十篇烧结厂节能与余热回收利用

焦

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主风机电耗度!吨&+%’&#%)

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号

公斤!吨#$%"#(%&

千卡!吨(&")#(’$$)

年）

指

标

黑色冶金部平均

’%")&$**&%"

扎波罗热烧结厂

’%))#&+*(%)+

利用系数，吨!米& 时料层厚度，毫米作业率，.原料消耗，公斤!吨

精矿粉矿生石灰燃料电耗，度!吨

高炉槽下筛分（/+毫米），.

++("(+&#$*"’%)’*%#

#+)#+’)$$,&,%#’’%#

’,",

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第二章国外节能概况

自七十年代中期以来，在提高烧结矿质量的同时，各国普遍重视烧结节能技术的开发，并已取得了不少成效，一个共同的特点是固体燃料消耗不断降低。

日本缺少资源，节能尤为重要。各公司烧结厂在有效利用余热方面走在世界各国的前面。新日铁室兰!"烧结机首次将冷却机热废气用作点火保温助燃空气和预热混合料之后，扇岛、和歌山、若松、鹿岛等烧结厂#$%$年以来又进一步回收冷却机废气余热来生产蒸汽和电力，并积累了一些经验。在此基础上，和歌山、小仓、大分等烧结厂于#$&#年以来又先后设置了回收烧结机尾部风箱高温烟气余热生产蒸汽或电力的系统，在开发烧结余热利用方面又前进了一步。据统计，日本回收废气和烟气余热生产蒸汽或电力的烧结机已有#’台之多。

在苏联，烧结过程中的烟气余热至今尚未充分得到工业性回收利用。迄今为止，在西欧，烧结矿冷却废气余热也尚未得到利用。

第二节影响烧结能耗的因素

烧结过程总的热耗中，混合料中碳的燃烧热是最主要的。不同矿种和不同配比，其热分配也不同。褐铁矿因结晶水分解耗热，因而烧结过程的总热耗高。

操作负压提高，烧结过程中热平衡也会发生变化。烧结矿显热和烧结烟气显热有所减少，而一氧化碳的热损失有所增加。这是由于废气的燃烧比()（有一定增*()+(’,）长的缘故。烧结烟气中的一氧化碳虽然不超过#-,.，但其热损失相当大，占热收入的#’-,/.。

表#’0,01

因素原料中23),量原料45,)1量原料中结晶水量原料中67)量混合料中粒度（8#,/微米）

影响固体燃料消耗的因素

变化量，.

+#+#+#+#+#

效果，公斤*吨0#-0#/+%-+,1+,-+/0#-01+’9,-+’9%

#’1#

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第十篇烧结厂节能与余热回收利用

因素

点火煤气率位消耗

变化量，!（标米%"吨）#$

#$#$#$（毫米）#$’

效果，公斤"吨&’()*&$(%#$*#,#’(,*&.#2*#.&’(.*&$

落下强度（+$’毫米!）低温还原粉化率（-%毫米!）

烧结矿中/01量

料层厚度

固体燃料的单位消耗随原料的矿物组成、粒度、操作条件、烧结矿质量要求等不同而异。影响燃料单耗的诸因素间的关系是错综复杂的，目前尚未完全研究清楚。根据日本试验和生产的经验数据统计分析结果，影响燃料消耗的因素列于表$’&2&%。

第三节典型烧结厂

日本在石油危机中发起成立的节能委员会，以研究钢铁企业节能极限和未来能源结构的构成为主题，对节能的宗旨和目的进行了探讨。为便于共同性的探讨，以日本的条件为前提，设定了典型钢铁厂，并对烧结厂的模式也作了规定。

典型烧结厂对各种单位能耗提出了标准基点和极限基点，说明了各种单耗是如何设定的，提供了各种单耗与操作指标的变化。这样，根据各烧结厂与典型烧结厂的差距对烧结厂的能耗将不难作出评价。

典型烧结厂的标准值与极限值列于表$’&2&,。图$’&2&,为典型烧结厂标准值的热平衡。

表$’&2&,

名焦

称粉

单

公斤"吨烧结矿4$’%千卡"吨烧结矿度"吨烧结矿

位

典型烧结厂标准值与极限值

标准值（%(3）,.#2$(.,,(’

极限值（%(3）,’#$)(.,)(’

包括脱硫用电

（

备

注

）：高炉灰带来的燃料量

焦炉煤气电

力

$’%2

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第二章国外节能概况

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第十篇烧结厂节能与余热回收利用

第三章节能途径

第一节节省热能途径

在多数国家里，固体燃料的价格昂贵。因此，各国把降低固体燃料消耗作为节省热能的主要目标，其措施大致有下述几个方面。

一、厚料层烧结

二十世纪七十年代以来，各国把厚料层烧结作为降低烧结矿热耗的一个重要环节。日本在厚料层烧结方面走在世界前面。从六十年代初的!"#毫米到七十年代中期普遍提高到"##毫米。焦粉单位消耗相应从$%公斤&吨烧结矿降到约"!公斤&吨烧结矿。进入七十年代后期，料层厚度普遍超过"##毫米，焦粉单耗降至’()’*公斤&吨烧结矿。近五年来，新日铁各烧结厂推行厚料层烧结，烧结矿热耗降低(#+,#!千卡&吨。

英国雷德卡烧结厂的实践表明，增加料层厚度对降低焦粉消耗的效果特别明显，料层厚度提高"#毫米，焦粉消耗降低#-."公斤&吨烧结矿。

苏联烧结原料中细精矿配比量一般大于"#/，料层厚度比其他国家低。扎波罗热烧结厂在处理精矿占含铁原料"#/左右的情况下，料层厚度由%!#毫米提高到’%"毫米，固体燃料消耗由$(-.公斤&吨烧结矿降低到"#公斤&吨烧结矿，相当于料层每提高,#毫米，固体燃料节省#-*$公斤&吨烧结矿。

,#!’

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第三章节能途径

二、熟料熔剂代替生料熔剂

一些国家，如苏联、日本、西德、法国等采用添加石灰代替石灰石。由于氧化铁与氧化钙在较低温度下进行反应，产生易熔铁酸钙，使烧结温度降低，对降低固体燃料消耗有利。苏联扎波罗热烧结厂的经验表明，在用生石灰代替!"#以上的石灰石时，一方面由于减少了石灰石分解所需的热量，节省了固体燃料；另一方面生石灰的加入，由于其催化活性作用，活化了燃料的燃烧过程，提高了燃料的反应能力，增加了燃烧速度，降低了燃料的燃点，从而使总热耗降低。法国$%迪迪尔等人在试验室和烧结机上的试验表明，添加!#生石灰，固体燃料消耗降低&’!公斤(吨烧结矿。

转炉渣除含有铁、锰成分外，还含有)"#以上的氧化钙和氧化镁。烧结中加入转炉渣代替部分石灰石，由于减少了石灰石分解的热耗，固体燃料消耗降低。比利时希德玛石灰石、白云石的总耗量仅*!烧结机混合料中加入)+公斤(吨烧结矿转炉渣作熔剂，

+,公斤(吨烧结矿。英国雷德卡烧结厂利用转炉渣和生石灰作为-./和01/的主要来源，使熔剂分解热在总热耗中仅占,#。应该指出，由于转炉渣含有一定的磷，其添加量受到生铁含磷要求的限制。

三、配用冶金厂含铁、碳粉料

高炉灰和轧钢皮是冶金厂的主要循环物料。在混合料中配入高炉灰时，可以减少固体燃料的配入量。轧钢皮中的铁主要以二价铁形式存在，在烧结过程中氧化放热，因而，混合料中配入轧钢皮也可降低固体燃料的消耗。雷德卡烧结厂的热平衡分析结果表明，由钢铁厂含铁、碳粉料所供给的热量比点火用焦炉煤气所供给的热量还多，轧钢皮和冶金粉尘供给的热量占总热收入的2%&#。

四、控制焦粉粒度、提高利用率

为了使用尽可能少的燃料达到所需要的烧结温度，烧结过程中的传热速度和燃烧速度必须接近。在这方面，燃料粒度起着重要作用。关于燃料最适宜粒度的说法不一。粒度过细，会产生大量0/；粒度过粗，来不及充分燃烧，均将使燃料的利用率降低。根据日本的试验和生产实践结果，从燃料对烧结过程的综合影响来考虑，燃料最适宜的粒度范围为"%)’&毫米。但考虑到燃料的加工费用、破碎后的运输，一般平均粒度控制在&’!毫米，最适宜的粒度范围是&’3毫米。燃料反应性强，其粒度也可以大一些。日本某厂的生产证明，通过改善焦粉粒度的均匀性，固体燃料消耗由)+%,公斤(吨烧结矿降低到

&"3)

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第十篇烧结厂节能与余热回收利用

节省约$&#$’。!"#$公斤%吨烧结矿，

霍戈文烧结厂生产实践得到的焦粉平均粒度对热耗和生产率的影响示于图(&)*)可以确定焦粉的理想平均粒度为(+(#$毫米；小于&#$,毫米的部分应小于(。据此，

大于*

毫米的部分越少越好。$,’；

图(&)*)(焦粉平均粒度对热耗和生产率的影响

五、焦粉分加、双层布料

改变固体燃料在混合料层中的分布状态，可以改善燃烧条件，进一步提高燃料的利用率，从而节省燃料。

新日铁公司最早研究焦粉分加技术并在生产上采用。双层布料是燃料分加的另一种形式，若松烧结厂采用双层布料后，节省焦粉和焦炉煤气取得了一定的效果。

在混合料制粒后期添加燃料是燃料分加的又一种形式。苏联许多烧结厂研究并在生产上采用了这种工艺，取得了节省固体燃料约(&’的良好效果。

六、预热混合料和预热烧结法

法国席尔斯烧结厂用温度$,&+*&&-、压力"公斤%厘米$的蒸汽预热混合料，当喷入蒸汽的作用时间为*&+"&秒时，喷入的蒸汽.&’被吸收为混合料水分。热平衡表明，每吨烧结矿喷入约"&公斤蒸汽时，蒸汽的热量.&’被混合料所吸收，混合料被预热到 (&*"

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第三章节能途径

烧结料层可提高$""毫米，固体燃料降低%公斤&吨烧结矿，包括蒸汽消耗在内的!"#，

总热耗有所降低。机上冷却烧结机，其冷却空气单耗低，废气温度高，可利用冷却段的热废气生产低压蒸汽来预热混合料，这样，总热耗将节省’()*。

近年来，由于细精矿量的增加和提高料层厚度后，作为改善料层透气性的措施之一，苏联一些烧结厂采用了在混合机内用煤气燃烧产生的热废气预热混合料的工艺。用这固体燃料消耗可节省)*以上，产量也得到种方法预热混合料，料温可提高到+),+’#，提高。值得指出的是，这种方法虽然节省了固体燃料，却增加了气体燃料消耗，单从节省热能观点看，价值并不大。但在多数国家，固体燃料价格高，特别是对有丰富的天然气资源的苏联来说，是有经济效益的。

只有把混合料温一般，热返矿仅能把混合料温加热到)",+"#。而实际生产说明，加热到)",+"#以上，才能显示出预热混合料的真正作用。因而，预热混合料降低固体燃料消耗对于有热返矿的烧结厂也是有利的。

七十年代末期，新日铁室兰炼铁厂在-%烧结机上首次将冷却机热废气直接用于烧结过程，于点火前把热废气抽过烧结料层，对上层混合料进行预热、干燥。由于焦粉是在预热后才进行燃烧反应，燃烧效率提高。该烧结机的生产表明，预热法的焦粉单耗降低焦炉煤气降低$("标米.&吨烧结矿。)(’公斤&吨烧结矿，

七、强化点火与保温处理

点火、保温技术的研究和革新在降低烧结热能消耗方面起到了良好的作用。回收一定温度的废气余热可以提高烟气的含氧量，同时节省燃料消耗。一般情况下，用.""#左右的热废气作为点火保温的助燃空气比用常温空气可节省/+,."*的煤气消耗。西欧和苏联的部分烧结厂已开始应用氧气以提高点火、保温烟气中的含氧浓度，这不仅可以降低燃料消耗，而且可以提高生产率，改善烧结矿的质量。

目前，国外对点火器和烧嘴的结构也作了很大的改进，设计了高效烧嘴和新型点火器。比如，日本烧结厂多采用箱型炉顶烧嘴型的点火保温炉，烧嘴多用中外炉公司生产的小烧嘴。点火烧嘴为喷射式，保温烧嘴为覆盖式。采用这种点火保温炉，其热耗为."甚至更低。较老式点火器降低$),/+*的煤气消耗量。0$".,)+0$".千卡&吨烧结矿，

如采用.""#的热风助燃，点火煤气热耗可低至/"0$".千卡&吨烧结矿以下。

七十年代中期以来，由鲁奇公司设计的所有烧结厂均采用了新型的点火保温炉。由于这种点火保温炉在均匀点火和节省燃料方面效果突出，在欧洲，过去建成的烧结机近年来也采用了这种新型的点火保温炉。这种点火保温炉是靠对流热交换传热，由高温烟

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