潘料庭, 楊靜, 許嚴(yán)邦

( 北海誠(chéng)德鎳業(yè)有限公司, 廣西 北海 536017)

摘 要: 紅土鎳礦結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 成分變化大, 含水高、燒損大且含有較多鎳石塊等雜質(zhì), 造成燒結(jié)礦強(qiáng)度差、返礦率高、煤耗高、生產(chǎn)成本高。為了降低冶煉成本, 北海誠(chéng)德鎳業(yè)有限公司燒結(jié)廠進(jìn)行了配用燒結(jié)添加劑的工業(yè)試驗(yàn)。結(jié)果表明: 配加 0115% 添加劑后, 燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高 217% , FeO 降低 2198% , 燒結(jié)燃耗降低 15 kg/ t, 返礦平衡下降715% , 電耗也相應(yīng)降低, 效果明顯。

關(guān)鍵詞: 紅土鎳礦燒結(jié); 燒結(jié)添加劑; 工業(yè)試驗(yàn); 節(jié)能減排

1 前 言

北海誠(chéng)德鎳業(yè)有限公司是一家采用低硅、高鐵、低鎳紅土鎳礦通過(guò)燒結(jié)- 高爐- 精煉AOD 工藝冶煉不銹鋼的長(zhǎng)流程特鋼企業(yè), 現(xiàn)有兩座 580 m3高爐和配套的兩臺(tái)帶式燒結(jié)機(jī)( 132m2和 180 m2各一臺(tái))。作為冶煉鉻鎳合金的不銹鋼企業(yè), 如何從紅土鎳礦中提取最高的鎳和鉻元素, 是降低成本最直接的途徑。故高爐一直采用全部燒結(jié)礦( 二元堿度 110~ 112) 入爐,爐況調(diào)節(jié)手段不多, 因此燒結(jié)工序非常關(guān)鍵。如何提高燒結(jié)礦質(zhì)量, 降低生產(chǎn)成本, 是我們面臨的首要問(wèn)題。而目前國(guó)內(nèi)紅土鎳礦燒結(jié)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)并不多, 紅土鎳礦結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 化學(xué)成分變化大, 物理水和結(jié)晶水含量高、燒損大, 且含有較多鎳石塊等雜質(zhì)[1], 造成燒結(jié)返礦率高, 煤耗高, 生產(chǎn)成本高。

2011 年 3 月, 隨著燒結(jié)生產(chǎn)的理順及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈, 降低生產(chǎn)成本勢(shì)在必行。針對(duì)紅土鎳礦含結(jié)晶水高、燒損大、燒結(jié)后強(qiáng)度差, 而且自熔性燒結(jié)礦強(qiáng)度低, 冷卻時(shí) B- 2CaO#SiO2相變發(fā)生體積膨脹, 易粉化等特點(diǎn)[2], 擬選擇合適的燒結(jié)添加劑來(lái)提高燒結(jié)礦質(zhì)量, 以期達(dá)到增產(chǎn)、降耗的目的[3]。經(jīng)過(guò)一系列短周期定性試用后, 初步選擇了使用效果較好的一種添加劑作進(jìn)一步研究。

2 添加劑及其作用機(jī)理

本次工業(yè)試驗(yàn)采用的燒結(jié)添加劑系廊坊市波宇建筑保溫材料有限公司生產(chǎn)。該產(chǎn)品是在目前市場(chǎng)上普通燒結(jié)添加劑的基礎(chǔ)上, 專門(mén)針對(duì)紅土鎳礦燒結(jié)研發(fā)出的新一代燒結(jié)添加劑。其外觀為淺灰色超細(xì)粉末, - 100 目占 99% 以上, pH 值在 7~ 8, 水不溶解物 12% , 密度 112? 011 g/ cm2, 有效成分含量 \ 98% , 主要化學(xué)成分見(jiàn)表 1。供貨方針對(duì)低鎳高鐵紅土鎳礦燒結(jié)添加劑開(kāi)發(fā)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn), 成功研制出了添加劑配方和適宜添加量( 0115%) , 并在山東臨沂和山西臨汾等地的小燒結(jié)機(jī)( 亦使用紅土鎳礦) 上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn), 取得了不錯(cuò)效果。本次試驗(yàn)所用添加劑每袋重量 25kg, 是按照實(shí)驗(yàn)室取得的配方在供貨方廠區(qū)配制, 經(jīng)機(jī)械混合、磨碎烘干、分裝而成, 生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生任何污染。其質(zhì)量和使用效果指標(biāo)按照雙方規(guī)定和生產(chǎn)考核要求執(zhí)行, 并批料抽檢成分含量。

本試驗(yàn)所用燒結(jié)添加劑的作用機(jī)理: 一是對(duì)固體燃料的氣化燃燒起催化助燃作用, 特別是對(duì)固體燃料中非碳物質(zhì)的催化作用更強(qiáng), 增加固體燃料的反應(yīng)活性, 使燒結(jié)燃燒溫度提高,能產(chǎn)生更多液相, 降低燃耗, 提高燒結(jié)礦強(qiáng)度;二是提高混合料中含氧量, 改善燃燒條件, 促進(jìn)反應(yīng), 同時(shí)改善燒結(jié)過(guò)程固- 液相間的傳熱條件, 使燒結(jié)速度加快, 燒結(jié)時(shí)間縮短, 提高生產(chǎn)率; 三是促進(jìn)固相反應(yīng), 使混合料的熔融溫度降低, 大部分液相可在 1 300 e 以下產(chǎn)生, 彌補(bǔ)紅土鎳礦 SiO2含量低、液相不足等缺點(diǎn), 提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和篩分后成品率; 四是添加劑在反應(yīng)中放熱, 起到節(jié)能作用, 可降低固體燃料配比, 減少燒結(jié)廢氣中 SO2 的含量, 使生產(chǎn)更環(huán)保。此外, 紅土鎳礦低堿度燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中正硅酸鈣形成較多, 燒結(jié)添加劑中含有硼、氯化鈣、稀土元素等, 能減少和抑制正硅酸鈣的形成, 有利于鐵酸鈣生成, 同時(shí)能促進(jìn)粘結(jié)相晶體細(xì)化, 改善燒結(jié)礦強(qiáng)度和冶金性能。

3 紅土鎳礦燒結(jié)配加添加劑的工業(yè)試驗(yàn)

3、1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)期間所用原燃料系我公司常用的紅土鎳礦、生石灰、煤粉等, 主要化學(xué)成分列于表 2,工業(yè)試驗(yàn)的原料配比見(jiàn)表 3。試驗(yàn)使用添加劑的配比是在供貨方做過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定的。試驗(yàn)期為 14 天, 從 2012 年 12 月 5 日到12 月 18 日; 基準(zhǔn)期為 1 個(gè)月, 從 10 月 1 日到 31日。

3、2 添加劑的配加方式

本次試驗(yàn)中添加劑用量由供貨方按照試驗(yàn)設(shè)定, 按混合料總量的 0115% 配加, 采用干法配料。添加劑下料裝置設(shè)在 6#和 7#煤粉配料倉(cāng)下的皮帶秤之間。配料裝置由小料槽、配料小皮帶、清料器等組成。添加劑落在大皮帶的煤粉上, 確保其和混合料充分接觸, 下料量由人工測(cè)定, 料量可通過(guò)小料槽料門(mén)來(lái)調(diào)整。

3、3 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行, 為減少外在因素的影響, 試驗(yàn)期間認(rèn)真執(zhí)行和落實(shí)工藝紀(jì)律, 加強(qiáng)巡查, 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整; 確保添加劑配量準(zhǔn)確, 下料平穩(wěn); 同時(shí), 加強(qiáng)了設(shè)備維護(hù), 以減少停機(jī)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4、1 試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)基準(zhǔn)期及試驗(yàn)期的主要操作參數(shù)列于表4; 燒結(jié)礦主要成分及質(zhì)量指標(biāo)列于表 5;主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)列于表 6。

4、2 試驗(yàn)過(guò)程分析

從表 4 可看出, 在原料和工藝條件基本相同的情況下, 試驗(yàn)期燒結(jié)機(jī)機(jī)速有所提高, 透氣性改善, 燃料配比下降, 返礦平衡下降; 而在不降低燃料配比的情況下, 透氣性變差、負(fù)壓增高, 機(jī)速下降, 當(dāng)燃料從 617% 降到 6145%時(shí), 操作又恢 復(fù) 正 常。試 驗(yàn)中, 當(dāng) 添加 劑 配比 由0115% 上調(diào) 0105% 后, 燒結(jié)礦產(chǎn)量沒(méi)有大幅度增高, 煤耗也并未較快下降, 而且大煙道負(fù)壓升高, 溫度下降, 有惡化的趨勢(shì)。

分析認(rèn)為: 因添加劑粒度極細(xì), 其比表面積很大, 粘結(jié)性強(qiáng), 既有利于混合料制粒, 又能提高燃燒溫度, 加快燃燒速度, 使燃燒帶厚度縮小, 改善料層透氣性; 添加劑中的低熔點(diǎn)物質(zhì)能促進(jìn)固相反應(yīng), 在高溫帶形成較多液相, 解決了低硅燒結(jié)液相不足的問(wèn)題, 在返礦平衡下降和燃料配比下降的情況下, 仍能保證足夠的液相。

硼元素和稀土元素抑制了正硅酸鈣的形成, 又促進(jìn)了鐵酸鈣的生成, 使紅土鎳礦低堿度燒結(jié)礦的松散結(jié)構(gòu)得到改變, 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高, 達(dá)到了改善燒結(jié)礦質(zhì)量, 降低成本的目的。試驗(yàn)結(jié)果還證明, 配入過(guò)多的添加劑不一定能取得預(yù)期效果, 相反會(huì)惡化燒結(jié)過(guò)程。

4、3 試驗(yàn)指標(biāo)分析

從表 5 可知, 燒 結(jié)礦 FeO 含量 下降 了2198% , 其它成分變化不大, 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高 217個(gè)百分點(diǎn), 有利于高爐減少直接還原, 增加間接還原, 對(duì)降低焦比有明顯作用。從表 6 看, 燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)變化不大, 產(chǎn)量提高并不明顯, 但成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高較多, 燃料消耗降低 15kg/ t, 返礦平衡下降 715% , 使得燒結(jié)電耗也相應(yīng)降低?？傮w來(lái)看, 配用添加劑后, 紅土鎳礦燒結(jié)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到明顯改善。

5 經(jīng)濟(jì)效益簡(jiǎn)析

配用 0115% 添加劑后, 每噸燒結(jié)礦成本增加 010018 t @4150 元/ t= 7145 元; 每噸燒結(jié)礦降低煤耗節(jié)約成本: 01015t @900 元/ t = 1315元; 因返礦平衡下降 715% , 電耗及固定費(fèi)用降低: 105 元@715%= 719 元; 故每噸燒結(jié)礦扣除添加劑成本后大約節(jié)省成本13195元, 年直接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá) 1500 萬(wàn)元。使用燒結(jié)添加劑后,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高 217%, FeO 降低 2198%,質(zhì)量改善使得高爐冶煉成本下降[ 4]。此外, 因燃料消耗下降, 減少了 SO2 及其他有害氣體的排放量, 其節(jié)能減排等間接效益也十分可觀。

6 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)試驗(yàn)表明, 紅土鎳礦燒結(jié)配加 0115%添加劑后, 燃料消耗和返礦平衡下降, 燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高, 充分證明燒結(jié)添加劑在紅土鎳礦生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦過(guò)程中起到了有效作用;但在提高燒結(jié)礦產(chǎn)量方面, 效果并不明顯, 主要是受雜質(zhì)多和原料結(jié)構(gòu)復(fù)雜的影響。今后,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)原料雜質(zhì)含量的控制; 在新建紅土鎳礦燒結(jié)機(jī)時(shí), 應(yīng)該考慮燒結(jié)機(jī)面積大于普通鐵礦燒結(jié) 50% 左右, 通過(guò)采取預(yù)熱或烘干措施有助于紅土鎳礦燒結(jié)節(jié)能降耗。另外, 紅土鎳礦化學(xué)成分變化大, 針對(duì)不同的原料條件, 應(yīng)通過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)選用具有不同作用機(jī)理的添加劑, 才能確保添加劑的使用效果?？傊?/font>, 有針對(duì)性地研制和選擇性地使用適合不同原料特性的燒結(jié)添加劑, 既能為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益, 又能促進(jìn)節(jié)能減排, 符合國(guó)家清潔生產(chǎn)政策。