摘要  对铁矿石微波热风烧结点火进行试验研究。烧结试验结果表明，在微波输出功率8kW、点火1．5min、热风温度350℃下可获得指标良好的烧结矿，垂直烧结速度为24．39 mm／min，转鼓指数为53．7％，成品率为68．25％，利用系数为1．316 t／(m²·h)。微波热风点火气流中的氧气含量为21．0％，点火气流中较高氧气含量，能够使焦粉在较低的温度下点燃，并且燃烧完全，从而获得较好指标的烧结矿，因此微波热风点火温度远远低于传统铁矿烧结点火温度。

关键词  微波 烧结 点火

铁矿烧结点火过程必须确保表层烧结原料获得足够的热量，将其中的固体燃料点燃，使表层混合料在高温下烧结，并借助抽风使烧结过程自上而下顺利进行。点火效果的好坏直接影响烧结过程的正常进行和烧结矿产质量指标。

     目前国内外铁矿石烧结点火均采用热值较高的混合煤气或焦炉煤气等，点火温度在1100℃土50℃范围内。此类烧结点火方式煤气消耗量大，产生大量的废气，污染环境，加上目前国内煤气供应紧张，因此开展新型点火方式的研究开发显得十分必要与迫切。

     微波是频率大约在300MHz--300GHz，即波长在l00cm至1mm范围内的电磁波。微波技术在冶金领域中诸如加热、干燥、氧化物的还原、难浸金矿的预处理、废弃物的处理等矿物处理和金属回收方面显示了很大潜力，具有传统加热无法比拟的优点。如何将微波能应用到铁矿烧结点火，利用其热效应及无污染的特点，是微波能的新应用，也是烧结领域的新发展。因此，本文采用微波作热源进行铁矿烧结点火试验研究，并与普通煤气烧结点火工艺进行比较，通过点火气流中氧气含量讨论微波烧结点火原理。

1      原料性能

    本试验所用原料由上海宝钢(集团)公司烧结厂提供，混合料水分为7．60％，焦粉用量为3．5％，焦粉化学成分及发热值见表1。煤气化学成分见表2。

从表1可见焦粉的固定碳含量为84．05％，SiO₂为5．60％，CaO为0．48％，其发热值为28691 kJ／kg。

2    试验设备及方法

2．1试验设备

    微波烧结点火试验采用的试验设备如图1所示。整个试验系统由微波点火器、竖式加热炉及烧结系统组成。烧结杯采用Ø100×500 mm的小烧结杯，微波点火器的基本参数如下：电源输入功率15kw，微波输出功率0～9kW可调，气体出口直径100mm。

    2．2试验方法

    烧结点火时首先设定微波点火器工作功率，待高温气体出口温度稳定后，将微波点火器推至烧结杯正上方一定高度进行点火，空气经由竖式加热炉预热，从低温气体人口进入微波点火器，并由安装在微波点火器炉膛顶部的热电偶测定温度。微波点火器中有多个磁控管产生微波，在微波电磁场的作用下，气体极性分子极性取向随电场变化而改变，分子产生剧烈运动，温度快速提高，并在炉内多孔换热陶瓷作用下，温度进一步提高至一千摄氏度以上。微波点火器点火温度采用热电偶在点火器高温气体出口测量。点火过程的实际点火温度采用热电偶在烧结杯表面测量。

3 试验结果与分析

3．1微波输出功率的影响

    采用竖式加热炉对冷空气预热，预热后的热风温度约为350℃，空气流速为0．53 m／s，微波炉蜂窝陶瓷出口离料面距离为80mm，点火时间1．5min，研究了不同微波输出功率对烧结指标的影响。试验结果见表3。

    从表3中可以看出随着微波功率的增大，微波点火器炉口的温度不断提高，同时烧结矿的转鼓强度、成品率、垂直烧结速度以及烧结机利用系数均不断提高。微波输出功率为9kw时，垂直烧结速度为24．39mm／min，转鼓指数53．7％，成品率68．25％，利用系数1．316 t／(m²．h)，烧结指标达到最好。这是因为微波输出功率越大，炉膛内热空气的温度就越高，供给表层混合料的热量就较多，从而使垂直烧结速度增加，烧结效果良好。为了降低能耗，选用微波输出功率8kW较为适宜．

    同时可以看出微波输出功率为6kw时，炉口温度只有593℃，输出功率为9 kW时，炉口温度也只有800℃，比煤气点火1100℃±50℃的点火温度低得多。这是因为煤气点火的点火烟气由于经过煤气的燃烧而含有大量的CO₂，O₂含量降低，平均值为8．1％。而微波点火的热风气流中由于没有经过燃烧，O₂含量保持在21．0％左右。焦粉在不同的含氧气含量情况下，其着火温度不同，可以按下式计算，结果见表4。

    T_焦=975－190LgO₂

    从表4中可以看出，氧气含量越高，焦粉着火温度越低。煤气点火烟气中氧气含量为8．1％，此时焦粉着火温度为802℃，而微波点火的气流中氧气含量为21．0 %，焦粉着火温度为724℃。微波输出功率为6kW时，虽然炉口温度593℃低于焦粉着火温度724℃，但由于烧结料层的蓄热作用，使料层温度迅速升至着火点，将混合料中焦粉点燃，并在充足的氧气条件下实现焦粉的充分燃烧。

3．2点火时间的影响

    采用空气流速为0．53 m／s，热风温度约为350℃，微波输出功率为8 kw进行烧结点火，微波炉蜂窝陶瓷出口离料面距离为80mm，研究了微波点火时间对烧结指标的影响，试验结果见表5。

    从表5可以看出，当微波输出功率为8 kw时，随着微波点火时间的延长，烧结矿的转鼓强度、成品率、垂直烧结速度以及烧结机利用系数呈不断提高的趋势。当微波点火时间从0．5 min一1．5 min范围内，烧结矿的各项指标提高幅度较快，点火时间1．5min时，烧结矿指标较好，垂直烧结速度为19．72 mm／min，转鼓指数53．67％，成品率68．44％，利用系数t／(m²·h)。当时间继续延长到2min时，各项指标提高幅度不大。随着点火时间的延长，烧结矿的主要产质量指标得到一定程度的改善，但由于点火时间越长，点火所需的能耗越高，导致烧结生产总能耗增加。因而，综合考虑烧结矿的质量和能耗指标，点火时间为1．5 min为宜。

3．3热风温度的影响

    热风温度指的是冷空气经竖式加热炉预热后的温度，温度由安装在微波点火设备炉膛顶部的热电偶测定。在冷空气风速为0．53 m／s，微波输出功率为8 kw，微波点火时间1．5min，微波炉蜂窝陶瓷出口离料面距离为80mm的条件下，研究了热风温度对烧结过程指标的影响，试验结果见表6所示。

       表6显示结果表明，随着热风温度的提高，烧结矿的转鼓强度、成品率以及利用系数呈不断提高，而垂直烧结速度变化不明显。热风温度为3j0℃时，垂直烧结速度为20．52 mm／min，转鼓指数56．08％，成品率71．31％，利用系数1．252 t／(m²．h)，烧结指标最好。热风温度越高，通过微波炉蜂窝陶瓷的热风温度越高，作用到混合料面上的热量相对较高，使混合料中的固体碳质燃料燃烧更加充分，因而成品烧结矿的质量更好。实际生产中钢铁厂有大量高温废气可以利用，因此选用350℃的热风温度。

3．4微波点火与煤气点火的对比

    为了进一步研究微波点火的机理，在中1.0×500 mm的烧结杯中进行了微波热风点火与煤气点火对比试验。微波点火试验条件：点火时间为1．5 min，空气流速为0．53m／s，热风温度为350℃，微波输出功能为8kW，微波炉蜂窝陶瓷出口离料面距离为80 mm，煤气点火试验条件：点火时间为1．5 min，点火温度1050℃，空气流速为0．18m／s，煤气化学成分见表2，主要试验结果见表7。

    从表7可以看出，采用微波点火所获得的烧结矿转鼓指数指标与煤气点火所获得的指标基本相当，而微波热风点火所获得的烧结矿成品率和利用系数比煤气点火的要高，更重要的是微波热风点火能耗大幅度降低。煤气点火所需要的点火能耗为214．02 MJ／m²，而微波热风点火能耗仅为91．72 MJ／m²。

4  结论

    (1)、微波点火烧结试验研究表明，在微波输出功率8kW、点火1．5min、热风温度350℃时，垂直烧结速度为24．39 mm／min，转鼓指数53．7％，成品率68．25％，利用系数1．316 t／(m²．h)，烧结指标良好。

    (2)、微波点火的热风气流中O₂含量为21．0％左右，而煤气点火烟气O₂平均值为8．1％。氧气含量越高，焦粉着火温度越低。煤气点火时焦粉着火温度为802℃，而微波点火时焦粉着火温度为724℃，并由于烧结料层的蓄热作用，使料层温度迅速升至着火点，使焦粉在充足的氧气条件下实现焦粉的充分燃烧。因此微波点火温度远远低于煤气点火温度。

    (3)、微波点火与煤气点火对比试验结果表明，在两种点火方式所获得的烧结矿成品率和垂直烧结速度基本相当的情况下，微波点火所获得的烧结矿转鼓强度和利用系数比煤气点火高，同时微波热风点火能耗低，仅为91．72 MJ／m²，而煤气点火所需要的点火能耗为214．02 MJ／m²。

             (1．中南大学资源加工与生物工程学院；2．宝钢股份有限公司炼铁厂；3．长沙隆泰科技公司)