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      鞍鋼利用鎂基粘結(jié)劑生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)

      2021-06-11 05:13:56孫彬夏鐵玉楊熙鵬李建軍高宏莊李林春曾宇李曉春
      鞍鋼技術(shù) 2021年3期
      關(guān)鍵詞:鎂質(zhì)生球球團(tuán)礦

      孫彬,夏鐵玉,楊熙鵬,李建軍,高宏莊,李林春,曾宇,李曉春

      (鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠,遼寧 鞍山 114021)

      高爐冶煉通常使用燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及少量天然塊礦[1]。高爐冶煉需要爐渣中含有一定量的MgO,以保證爐渣必要的流動(dòng)性,同時(shí)提高爐渣的脫硫能力[2]。國(guó)內(nèi)高爐爐料中的MgO主要在燒結(jié)礦中配入。在燒結(jié)礦中加入鎂,通常會(huì)出現(xiàn)燒結(jié)礦強(qiáng)度下降,粒度組成變差,軟熔及滴落溫度升高等情況,致使高堿度燒結(jié)礦與普通酸性球團(tuán)礦爐料結(jié)構(gòu)的高爐,軟熔區(qū)間加大,影響高爐透氣性。為消除MgO在燒結(jié)中配加帶來(lái)的不利影響,國(guó)內(nèi)進(jìn)行了大量在球團(tuán)中配加MgO的研究和試驗(yàn),一些研究同時(shí)配加CaO,生產(chǎn)含鎂熔劑性球團(tuán)。結(jié)果表明,含鎂熔劑性球團(tuán)礦的機(jī)械強(qiáng)度與各項(xiàng)冶金性能指標(biāo)均明顯優(yōu)于同種原料制備的酸性球團(tuán)礦[3]。為此,鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠(以下簡(jiǎn)稱“煉鐵總廠”)進(jìn)行了鎂基粘結(jié)劑替代膨潤(rùn)土生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)的工業(yè)試驗(yàn)研究,本文對(duì)此做一介紹。

      1 工業(yè)試驗(yàn)條件

      1.1 試驗(yàn)設(shè)備

      煉鐵總廠321.6 m2帶式球團(tuán)焙燒機(jī)生產(chǎn)工藝于1989年1月投產(chǎn),年設(shè)計(jì)產(chǎn)能200萬(wàn)t,主要裝備有:①精礦槽及上料系統(tǒng),包括1臺(tái)Ф3 600 mm×24 000 mm圓筒干燥混合機(jī);② 配料系統(tǒng),包括精礦、除塵灰、膨潤(rùn)土電子配料稱;③ 混料系統(tǒng),包括2臺(tái)Ф1 980 mm×5 030 mm強(qiáng)力混合機(jī) (一工一備);④制粒系統(tǒng),包括8臺(tái)Ф6 000 mm圓盤造球機(jī);⑤ 焙燒系統(tǒng),包括1臺(tái)321.6 m2帶式球團(tuán)焙燒機(jī)和5臺(tái)風(fēng)機(jī)(主抽、回?zé)?、鼓干、冷卻、爐罩風(fēng)機(jī));⑥ 成品輸出及底料分出系統(tǒng)。試驗(yàn)期間,將原膨潤(rùn)土6個(gè)配料圓盤中4個(gè)倒空,儲(chǔ)存鎂基粘結(jié)劑,代替膨潤(rùn)土進(jìn)行試驗(yàn)生產(chǎn)。

      1.2 試驗(yàn)原料

      試驗(yàn)所用原料主要包括鐵精礦、廠內(nèi)除塵灰、鎂基粘結(jié)劑。試驗(yàn)過(guò)程球團(tuán)所用的鐵料品種、配比基本保持不變。試驗(yàn)用鐵精礦化學(xué)成分如表1所示。

      表1 試驗(yàn)用鐵精礦化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical Compositions(Mass Fraction)in Iron Concentrate for Test %

      2 工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果及分析

      2.1 造球試驗(yàn)

      依據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果確定試驗(yàn)方案,鎂基粘結(jié)劑配比為3.2%,球團(tuán)礦MgO含量為(1.8±0.2)%。鎂基粘結(jié)劑化學(xué)成分及灼減如表2所示。

      表2 鎂基粘結(jié)劑化學(xué)成分及灼減(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 2 Chemical Compositions and Loss on Ignition(Mass Fraction) in Magnesium-based Binder %

      鎂基粘結(jié)劑球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)共進(jìn)行37天,分為三個(gè)階段。

      (1)第一階段為配方Ⅰ工業(yè)試驗(yàn),共計(jì)用時(shí)11天。使用該配方粘結(jié)劑造球,生球長(zhǎng)大速度慢、粒度?。ㄒ妶D1),提高球盤加水量,生球大小不均勻,質(zhì)量嚴(yán)重惡化,球團(tuán)造球?qū)λ诌^(guò)于敏感,生產(chǎn)不穩(wěn)定。為此調(diào)整粘結(jié)劑配方,試驗(yàn)期間先后調(diào)整了兩次,分別為配方Ⅱ、Ⅲ。

      圖1 配方Ⅰ粘結(jié)劑造球盤中生球情況Fig.1 Conditions of Green Pellets in Pelletizing Disc with Formula I Binder

      (2)第二階段為配方Ⅱ試驗(yàn),共計(jì)用時(shí)13天。配方Ⅱ調(diào)整了粘結(jié)劑的粘結(jié)性能,解決了水分敏感問(wèn)題,生產(chǎn)逐步穩(wěn)定,但球團(tuán)礦含鎂量在1.4%左右,未達(dá)到目標(biāo)值。

      (3)第三階段為配方Ⅲ試驗(yàn),共計(jì)用時(shí)13天。配方Ⅲ粘結(jié)劑基本達(dá)到了預(yù)期試驗(yàn)?zāi)繕?biāo),造球生產(chǎn)基本穩(wěn)定,生球產(chǎn)率及質(zhì)量達(dá)到了目標(biāo)要求,球團(tuán)礦含鎂量達(dá)到了1.7%的水平。

      鎂基粘結(jié)劑球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)基準(zhǔn)期生產(chǎn)配加1.5%膨潤(rùn)土的普通酸性球團(tuán)礦,基準(zhǔn)期指標(biāo)為試驗(yàn)前一個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù);試驗(yàn)期生產(chǎn)配加3.2%鎂基粘結(jié)劑的鎂質(zhì)球團(tuán)礦,試驗(yàn)期指標(biāo)為配方Ⅲ生產(chǎn)穩(wěn)定期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。球團(tuán)礦生球指標(biāo)如表3所示。

      表3 球團(tuán)礦生球指標(biāo)Table3 Indexes of Green Pellets for Producing Finished Pellets

      造球試驗(yàn)表明:①利用鎂基粘結(jié)劑造球是可行的,可以生產(chǎn)出滿足需要的生球。②造球過(guò)程中需要少量提高生球水分。鎂基粘結(jié)劑對(duì)造球水具有較強(qiáng)的敏感性,適宜造球水分區(qū)間比較窄。③配加鎂基粘結(jié)劑,球機(jī)盤邊掛料有所減輕。其主要原因是鎂基粘結(jié)劑具有較大的濕容性,持水能力強(qiáng),生球表面重力水較少,減輕了生球顆粒間及與盤邊的粘附。

      2.2 生球爆裂性能試驗(yàn)

      生球爆裂是由于生球蒸發(fā)干燥過(guò)程中,隨著溫度的升高,生球內(nèi)部飽和蒸汽壓大于生球表面所能承受的最大壓力所致,其對(duì)成品球團(tuán)礦質(zhì)量有重大影響。球團(tuán)生產(chǎn)中必須防止生球干燥爆裂。有機(jī)粘結(jié)劑及輕燒菱鎂石具有較好的水化活性,能與水緊密結(jié)合,可以降低生球內(nèi)部水分蒸發(fā)速率,阻滯生球內(nèi)部飽和蒸汽壓迅速升高,降低生球內(nèi)部最大飽和蒸汽壓。因鎂基粘結(jié)劑中存在有機(jī)粘結(jié)劑及輕燒菱鎂石,可減輕或避免生球在干燥過(guò)程中發(fā)生爆裂。

      帶式焙燒機(jī)工業(yè)試驗(yàn)生球干燥制度如下:鼓干段溫度200℃,抽干段溫度300℃,預(yù)熱段溫度600℃。由于工業(yè)試驗(yàn)中生球升溫干燥全部在密閉的爐窯內(nèi)完成,無(wú)法獲取干燥后的生球,因此,通過(guò)對(duì)成品球團(tuán)表面裂紋檢查來(lái)確定生球是否出現(xiàn)干燥爆裂問(wèn)題。試驗(yàn)中對(duì)成品球表面裂紋進(jìn)行了多次檢查,球體顆粒完整無(wú)裂,說(shuō)明鎂基粘結(jié)劑生球干燥爆裂性能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

      2.3 焙燒制度試驗(yàn)

      依據(jù)含鎂球團(tuán)的焙燒固結(jié)機(jī)理,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室焙燒試驗(yàn)溫度,工業(yè)試驗(yàn)時(shí)調(diào)整了球團(tuán)焙燒制度:焙燒溫度由普通酸性球團(tuán)的(1 270±50)℃范圍調(diào)整為≥1 280℃,焙燒時(shí)間不低于8 min。主要焙燒參數(shù)及產(chǎn)量指標(biāo)如表4所示。

      表4 主要焙燒參數(shù)及產(chǎn)量指標(biāo)Table 4 Main Roasting Parameters and Output Index

      由表4可以看出,球團(tuán)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到233 t水平,與基準(zhǔn)期持平。含鎂球團(tuán)與普通酸性球團(tuán)相比,適宜焙燒溫度區(qū)間有所升高且明顯變窄,同時(shí)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度有所下降。試驗(yàn)中含鎂球團(tuán)平均抗壓強(qiáng)度為2 544 N/個(gè),較基準(zhǔn)期酸性球團(tuán)抗壓強(qiáng)度下降626 N/個(gè)。

      生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)焙燒溫度高于1 300℃時(shí),機(jī)尾卸料呈現(xiàn)整塊卸落,成品顆粒間出現(xiàn)輕度粘結(jié)(見圖2);當(dāng)焙燒溫度低于1 280℃時(shí),球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度陡降;當(dāng)焙燒溫度低于1 260℃時(shí),抗壓強(qiáng)度可能會(huì)低于2 400 N/個(gè)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。且當(dāng)焙燒溫度控制在1 280~1 290℃區(qū)間內(nèi)時(shí),抗壓強(qiáng)度達(dá)到了2 734 N/個(gè),但較基準(zhǔn)期的酸性球團(tuán)仍低了436 N/個(gè)。分析其原因,主要是添加鎂基添加劑后,抑制了Fe304向Fe203的轉(zhuǎn)變,F(xiàn)e203再結(jié)晶晶粒間夾雜著一定量的Fe304,晶粒連接減弱、晶粒發(fā)育不佳、分布不均,導(dǎo)致強(qiáng)度下降[4]。因此,鞍鋼原料條件下含鎂球團(tuán)適宜焙燒溫度在(1 290±10)℃范圍,最低焙燒溫度不應(yīng)低于1 260℃。

      圖2 機(jī)尾卸礦輕度粘結(jié)情況Fig.2 Slight Bonding Circumstances on Unloading Ore at Tail of Pelletizer

      2.4 冷卻制度試驗(yàn)

      試驗(yàn)未對(duì)球團(tuán)冷卻制度進(jìn)行調(diào)整,完全按照普通酸性球團(tuán)冷卻要求進(jìn)行,具體參數(shù)見表5。由表5可以看出,普通酸性球團(tuán)的冷卻制度完全適用于鎂質(zhì)球團(tuán)。

      表5 球團(tuán)冷卻制度參數(shù)Table 5 Pellet Cooling System Parameters

      3 鎂基粘結(jié)劑球團(tuán)礦質(zhì)量分析

      3.1 化學(xué)成分

      基準(zhǔn)期與試驗(yàn)期的成品球團(tuán)礦化學(xué)成分及堿度如表6所示。由表6可以看出,配加鎂基粘結(jié)劑后,球團(tuán)礦TFe含量較基準(zhǔn)期降低了1%;MgO含量升高了1.34%;其它成分變化不大。

      表6 成品球團(tuán)礦化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及堿度Table 6 Chemical Compositions(Mass Fraction)and Alkalinity in Finished Pellets

      3.2 機(jī)械強(qiáng)度

      對(duì)基準(zhǔn)期與試驗(yàn)期成品球團(tuán)礦機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,具體指標(biāo)如表7所示。由表7可以看出,配加鎂基粘結(jié)劑后,球團(tuán)礦的轉(zhuǎn)鼓、抗磨、篩分指數(shù)均無(wú)明顯變化。

      表7 球團(tuán)礦機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)Table 7 Indexes for Mechanical Strength of Pellets%

      3.3 冶金性能

      對(duì)基準(zhǔn)期酸性球團(tuán)礦與試驗(yàn)期鎂質(zhì)球團(tuán)礦低溫還原粉化性能和熔滴性能進(jìn)行檢驗(yàn),具體指標(biāo)分別見表8和表9。通過(guò)對(duì)比兩種球團(tuán)礦的低溫還原粉化指數(shù)和冶金性能、熔滴性能指標(biāo)可以看出,含鎂球團(tuán)礦的低溫還原粉化指標(biāo)明顯改善,膨脹指數(shù)下降,軟化區(qū)間變窄,透氣性指數(shù)變小,含鎂球團(tuán)的冶金性能檢測(cè)結(jié)果明顯優(yōu)于普通酸性球團(tuán)。使用含鎂球團(tuán)礦冶煉能夠使高爐料層透氣性變好。

      表8 球團(tuán)礦低溫還原粉化性能指標(biāo)Table 8 Indexes for Low Temperature Reduction Pulverization Properties of Pellets %

      表9 球團(tuán)礦熔滴性能指標(biāo)Table 9 Indexes for Droplet Properties of Pellets

      圖3 、圖4分別為FeO-MgO二元相圖和Fe2O3-MgO相圖。結(jié)合圖3、圖4分析認(rèn)為MgO球團(tuán)礦冶金性能改善的主要原因有:

      圖3 FeO-MgO二元相圖Fig.3 FeO-MgO Binary Phase Diagram

      圖4 F2O3-MgO相圖Fig.4 F2O3-MgO Phase Diagram

      (1)球團(tuán)礦內(nèi)存在MgO時(shí),焙燒過(guò)程中生成MF((Fex·Mg1-x)O·Fe203)相,在還原時(shí)抑制六面體晶格的Fe2O3轉(zhuǎn)變成立方晶格的Fe3O4。還原膨脹率降低,低溫還原粉化指標(biāo)得到改善[4]。

      (2)由于MgO的存在,球團(tuán)礦固結(jié)過(guò)程中,F(xiàn)e2+和Mg2+可相互取代,形成連續(xù)的類質(zhì)同象,形成鐵酸鎂,因其熔化溫度比較高,使球團(tuán)礦開始熔化溫度升高,融熔區(qū)間變窄。高爐冶煉時(shí)軟熔帶的位置較低,高爐透氣性變好,有利于間接還原。

      4 鎂質(zhì)球團(tuán)高爐冶煉試驗(yàn)

      在進(jìn)行鎂基粘結(jié)劑球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)的同時(shí),煉鐵總廠10號(hào)高爐同步進(jìn)行了鎂質(zhì)球團(tuán)高爐冶煉試驗(yàn)。高爐冶煉基準(zhǔn)期指標(biāo)為試驗(yàn)前高爐使用普通酸性球團(tuán)生產(chǎn)的半個(gè)月生產(chǎn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)期指標(biāo)為高爐使用鎂質(zhì)球團(tuán)冶煉的一個(gè)月生產(chǎn)數(shù)據(jù)。高爐用燒結(jié)礦、球團(tuán)礦化學(xué)成分及堿度如表10所示。

      表10 高爐用燒結(jié)礦、球團(tuán)礦化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及堿度Table 10 Chemical Compositions(Mass Fraction)and Alkalinity in Sinter and Pellets Used in Blast Furnace

      由表10可以看出,燒結(jié)礦MgO平均在1.64%水平,與基準(zhǔn)期(1.62%)基本一致,TFe含量較基準(zhǔn)期高了0.15%;由于MgO的配入,球團(tuán)礦TFe含量降低0.83%。

      試驗(yàn)期間高爐主要操作指標(biāo)如表11所示,主要生產(chǎn)指標(biāo)如表12所示。因球團(tuán)礦中配入MgO,高爐按三元堿度調(diào)整。爐料三元堿度按1.70控制(實(shí)際1.68),終渣三元堿度按1.35控制 (實(shí)際1.34)。試驗(yàn)期間終渣MgO含量由7.1%提高到7.9%。風(fēng)壓、爐頂溫度、鐵水含硅量等未進(jìn)行調(diào)整。由表11可以看出,使用鎂質(zhì)球團(tuán)后,高爐風(fēng)壓基本保持不變情況下,風(fēng)量增加了74 m3/min,說(shuō)明爐料透氣性有了改善。由表12可以看出,使用鎂質(zhì)球團(tuán)后,高爐產(chǎn)量提升,利用系數(shù)提高了 0.03 t/(m3·d),綜合焦比下降了4 kg/t。

      表11 高爐主要操作指標(biāo)Table 11 Main Operation Indexes for Blast Furnace

      表12 高爐主要生產(chǎn)指標(biāo)Table 12 Main Production Indexes for Blast Furnace

      5 結(jié)論

      (1)鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠帶式球團(tuán)焙燒機(jī)使用鎂基粘結(jié)劑生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)是可行的。試驗(yàn)期間,配加鎂基粘結(jié)劑,生球抗壓強(qiáng)度達(dá)到12.0 N/個(gè)、落下強(qiáng)度達(dá)5.0次/個(gè)、粒度合格率75%,與使用膨潤(rùn)土生產(chǎn)的普通酸性球相比,沒(méi)有明顯變化;成品球團(tuán)轉(zhuǎn)鼓、抗磨、篩分指數(shù)與酸性球團(tuán)相比變化不大;球團(tuán)抗壓強(qiáng)度為2 544 N/個(gè),較酸性球團(tuán)降低了626 N/個(gè),但高于≥2 400 N/個(gè)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求,完全滿足高爐冶煉需要。

      (2)利用鎂基粘結(jié)劑生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)需要較高的焙燒溫度。鎂質(zhì)球團(tuán)焙燒溫度平均為1 284℃,較酸性球團(tuán)提高了40℃。鎂質(zhì)球團(tuán)試驗(yàn)期間的適宜焙燒溫度范圍為(1 290±10)℃,適宜區(qū)間明顯變窄。

      (3)配加鎂基粘結(jié)劑后,球團(tuán)礦的冶金性能指標(biāo)明顯改善。試驗(yàn)期間,含鎂球團(tuán)的低溫還原粉化率及還原膨脹率指標(biāo)改善;球團(tuán)的軟化開始和軟化終了溫度升高,軟化區(qū)間縮小;熔化溫度升高,滴落溫度升高,透氣性指數(shù)變小,高爐料層透氣性改善。

      (4)高爐使用鎂質(zhì)球團(tuán)冶煉,生鐵產(chǎn)量提高,焦比下降,生鐵含硫量下降,高爐冶煉狀況整體向好。試驗(yàn)期間,高爐生鐵產(chǎn)量日平均提升107 t,綜合焦比下降4 kg/t,生鐵含硫量降低0.002%,爐渣流動(dòng)性較好,排放順暢,高爐冶煉穩(wěn)定順行。

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