300m2烧结机酸性烧结矿生产实践.docx
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300m2烧结机酸性烧结矿生产实践
本钢集团北营炼铁厂300m2烧结机酸性烧结矿生产实践
陈朝斌
(本钢集团北营炼铁厂)
摘要介绍了北钢炼铁厂300m2烧结机通过一系列生产工艺操作改进,进行了生产R=0.4酸性烧结矿的实践,并在此基础上进行了酸性烧结矿和熔剂性烧结矿的生产指标及操作参数对比,为进一步提高酸性烧结矿产量、质量的方向进行了探讨。
生产结果表明,酸性烧结矿能够满足高炉生产的要求,这不但缓解了北钢高炉酸性料供应紧张的局面,而且为同类型企业酸性烧结矿的生产提供宝贵的经验。
关键词酸性烧结矿生产改进实践
1.前言
根据辽宁鞍本矿脉高品位、高硅、片状矿相特点,以及25年期每年进口790万吨烧结外矿粉长协合同的规定,北钢高炉采用高、低碱度烧结矿和部分块矿的物料结构,用部分酸性烧结矿代替块矿和球团矿,无论从矿石供应、还是经济效益,都具有比较明显的优势,关键是选择多大的烧结机生产合格的酸性烧结矿,以及酸性烧结矿碱度的取值量定,是高炉工作者面临的艰难的决策。
北钢炼铁厂与北京科技大学、东北大学等院校合作,以严谨的态度,进行了300余次试验、实验和摸索,最终确定用300m2烧结机生产碱度为0.4倍的酸性烧结矿,高炉配加酸性烧结矿后,主要经济技术指标达到国内先进水平,生铁成本得到大幅度降低,达到了预期的目的。
2.北钢300m2烧结机的生产工艺特点
2.1.主要设备概况
300m2烧结机的主要设备规格、参数见表1。
表1主要设备参数
设备名称
一次混合
二次混合
烧结机
环冷机
吸风机
规格
Ф3.8m*15m
Ф4.4m*18m
4m*75m
360m2
7200kW×2
参数
混合时间
混合时间
机速
冷却时间
风量
146S
185S
1.5~4.5m/min
50~90min
17000m3/min×2
2.2.工艺特点
北钢300m2烧结机设有原料场地,外进的含铁原料如巴西粉、澳矿粉、国内精矿粉经过汽车或火车运往原料场地,原料场地用堆取料机和皮带将这些含铁原料分别运往预配料室,高炉返矿、除尘灰、氧化铁皮等用汽车直接运往预配料,用抓斗将这些物料抓入预配料仓,在预配料进行预配,再通过皮带运往配料室进行配料,经过一混自动化加水、混匀、润湿、二混通蒸汽预热混合料、造球,皮带运往混合料矿槽,烧结机铺底料、铺混合料、点火、抽风烧结、单辊破碎、环冷机冷却、筛分、成品矿用皮带运输到高炉,返矿返回配料室。
3.酸性烧结矿的生产实践
生产酸性烧结矿时,在300m2烧结机进行了生产实践。
3.1.生产第一阶段
本研究的目的主要有两个方面,第一,根据酸性烧结的自身特点优化操作参数,寻找提高产量、质量的方法;第二,找到生产酸性烧结矿的最佳工艺参数。
3.2.原料条件
酸性烧结矿的原料化学成分和粒度组成见表2、表3。
表2原燃料化学成分(%)
种类
TFe
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
S
烧损
酸性精粉
65.21
2.30
8.17
0.37
1.39
0.21
-2.10
巴西粉矿
66.02
0.45
2.60
0.47
1.95
0.02
2.55
澳矿粉
61.30
0.32
3.84
0.22
2.65
0.19
4.56
丹东粉
58.85
0.28
6.95
0.28
2.43
0.22
2.36
生石灰
0.45
76.12
3.53
4.05
-
0.01
22.30
煤粉
-
-
8.34
-
-
-
83.12
焦粉
0.80
2.00
10.12
0.76
4.46
-
81.45
表3原燃料粒度组成(%)
原料种类
>5mm
5-3mm
3-1mm
1mm-200目
<200目
精矿粉
-
-
-
18.73
81.27
巴西粉
28.76
13.80
22.64
32.80
2.00
丹东粉
-
-
-
21.47
78.53
澳矿粉
22.80
17.60
16.80
37.20
5.6
生石灰
3.14
8.26
30.25
58.35
-
焦煤粉
3.87
14.78
59.23
22.12
-
3.3.试验结果及分析
生产试验过程中,含铁原料配比见表4,各项操作参数见表5,烧结矿化学成分和粒度组成见表6。
表4配料中含铁原料配比(%)
样次
精矿粉
粉红巴西粉
澳矿粉
丹东粉
合计
1.
45
30
20
5
100
2.
35
30
30
5
100
3.
35
25
35
5
100
4.
20
40
35
5
100
表5生产操作参数
样次
燃料
配比
%
混合料
水分
%
过程工艺参数
机速
m/min
料层
mm
垂直烧结速度
mm/min
主管负压
kPa
废气温度
℃
1
4.8
6.9
2.8
500
17.54
14.53
136.4
2
5.2
7.2
3.8
350
19.44
13.61
131.2
3
5.4
7.8
4.0
330
18.60
13.86
134.6
4
5.6
7.9
4.0
320
17.44
13.75
135.3
表6烧结矿化学成分及粒度组成
样次
TFe(%)
SiO2(%)
FeO(%)
转鼓(ISO)%
粒度≥40mm(%)
1
62.58
6.16
7.29
70.31
42.40
2
62.59
6.18
12.0
72.36
41.60
3
62.77
5.98
12.60
69.82
32.10
4
62.84
5.79
16.71
69.31
30.50
从试验结果可以看出,样次1与样次2的生产试验中,在含铁料配比不变的情况下,样次2操作时烧结机机速提高和料层降低后,在一定程度上会导致烧结矿转鼓强度的下降,但降低料层后燃料配比增加使烧结矿中FeO含量提高,烧结矿的转鼓强度反而提高。
如果适当提高混合料中水分,强化透气性,提高烧结主管废气温度,随着垂直烧结速度提高,烧结机利用系数提高14%。
样次3生产试验是为了解决样次1、样次2生产试验时出现成品矿中大块烧结矿占比例较大的问题。
试验将精矿粉配比由45%降到35%;澳矿粉由20%提高到30%(样次2)。
由于烧结矿中SiO2降低0.2%,澳粉的熔融温度较低,达到了降低大块烧结矿所占比例的目的,但是烧结矿的强度指标下降了2.5%。
从样次3与4生产试验比较来看:
样次4料层为320mm,样次3料层为330mm,其垂直烧结速度却分别为18.60mm/min和17.40mm/min。
主要原因是样次4增加了自身返矿配比,使其混合料的粒度组成明显变好,烧结矿中≥40mm的比例明显减少。
从生产试验数据看出,在相同条件下,酸性烧结矿的强度在一定范围内随着FeO的提高而增加,同时烧结矿的粒度组成更加合理,特别是大块烧结矿所占的比例下降。
在综合考虑烧结矿的粒度组成,尤其是≥40mm的大块烧结矿的比例,和成品烧结矿的性能及产量指标等条件,工艺参数在生产过程中应该将料层控制在310~330mm,负压控制在13.5~14.5kpa,机速控制在4.0~4.3m/min,水分控制在7.8%左右,FeO控制在14.5~17.5%,利用系数在1.30m2/t.h左右为最佳。
4.生产第二阶段
4.1.对比
生产第二阶段主要是熔剂性烧结矿与酸性烧结矿的操作参数、指标对比、总结,在对比的基础上,进一步优化酸性烧结生产的操作参数。
熔剂性烧结矿与酸性烧结矿的一次配料配比对比如表7所示,操作参数比较见表8,其烧结矿技术指标对比见表9。
表7熔剂性烧结矿与酸性烧结一次配料配比对比表
碱度(倍)
一次配料配比(%)
国内粉
澳矿粉
红巴西粉
高炉返矿(外加配比)
0.40
25
45
30
10
1.95
20
50
30
20
表8生产操作参数比较
过程工艺参数
燃料配比
%
混合料水分
%
机速
m/min
料层
mm
垂直烧结速度
mm/min
主管负压
kPa
废气温度
℃
酸性烧结
6.3
7.8
3.9
310
18.60
13.58
136
熔剂性烧结
4.8
7.5
2.8
580
20.51
14.31
125
表9熔剂性烧结矿与酸性烧结矿对比试验烧结矿技术指标对比
碱度
倍
主要经济技术指标
化学成分
料层
mm
烧成率
%
返矿率
%
转鼓指数
%
利用系数
t/(m2·h)
燃耗
kg/t矿
≥40mm
%
TFe
FeO
SiO2
CaO
酸性烧结
330
87.33
34.26
74.27
1.38
64.55
30.50
62.53
15.89
6.12
2.49
熔剂性烧结
580
83.78
29.03
77.65
1.71
54.61
12.2
55.71
6.74
5.87
12.42
4.2.烧结利用系数
熔剂性烧结矿与酸性烧结矿的利用系数相差0.33t/m2.h,原因是酸性烧结过程中透气性变差。
烧结过程透气性主要取决于烧结温度及熔融层厚度、过湿层的形态等[1],酸性烧结矿由于燃料配比升高,燃烧带温度高,同时熔剂配比较低(生石灰配比在1%以内,石灰石停配),导致混合料透气性变差。
其主要原因主要为以下三个方面。
(1)由于酸性烧结的熔剂配加极少或不配加,烧结矿CaO的含量为2.6%左右,在烧结过程中CaO对燃料燃烧的催化作用较高,碱度相比大大减弱,使熔融层变宽。
(2)酸性烧结的主要液相为硅酸铁即铁橄榄石,其烧结熔化温度高于熔剂性烧结的液相铁酸钙的形成温度1200-1250℃[2]。
(3)由于生灰消化成极细的消石灰胶体颗粒,它具有较大的比表面积,可以吸附和持有大量水分而不失物料的松散性和透气性,可以消除或减轻过湿层的影响。
而酸性烧结生产时生石灰配比很低,导致混合料的湿容量变小,过湿层现象较高碱度严重。
4.3.烧结矿TFe
酸性烧结相对高碱度配加的生灰等熔剂大大减少及菱镁石的停配使其烧成率高出3.56%,使烧结矿TFe含量提高6.82%。
4.4.转鼓指数
酸性烧结矿较高碱度矿转鼓指数降低3.42%,由于熔剂性烧结矿的主要粘结相为针状铁酸钙及少量的硅酸钙及硅酸盐玻璃质,而酸性烧结矿的主要粘结相为硅酸铁即铁橄榄石,铁酸钙的粘结强度远远好于硅酸铁,故酸性烧结矿的强度较熔剂性烧结矿差[4]。
4.5.固体燃耗
酸性烧结较熔剂性的燃耗增加18.2%,原因分析如下:
(1)为了提高烧结机利用系数和减少大块,两者料层相差250mm左右使酸性烧结料层的自动蓄热作用大大降低。
(2)熔剂性烧结矿中大量的CaO在1250℃能够促进针状铁酸钙黏结相的形成,有利于低碳操作。
4.6.烧结矿≥40mm的比例
酸性烧结矿中大于40mm的比例明显大于熔剂性烧结矿的主要原因是因为垂直烧结速度低且高温保持时间长,因而形成烧结矿大块较多。
5.提高酸性烧结矿产量、质量的方向
5.1.推行小球烧结
改善混合前含铁原料的粒度组成。
目前我们厂没达到小球烧结粒度组成所要求的原料粒度,原料中-3mm的比例过多(酸性烧结矿24%,高碱度烧结矿35%),而小球烧结要求-3mm不大于15%。
主要是原料中1-3mm的比例过多,而-200目以下的比例过低。
导致混合料造球的强度低,容易破裂。
5.2.混合系统改进
雾化水和最佳的加水曲线关键是喷头位置合理的安装及喷头的最佳分布;混合机参数的改造,如改变混合机转速、倾角、填充率等。
另外可以考虑加磁化水或加黏结剂,改善混合料的润湿性能,提高混合料造球率。
5.3.充分利用蒸汽预热混合料
由于酸性烧结熔剂配比低,石灰石粉停配,只配加0-1%的生石灰,混合料的湿容量较小,因此对混合料料温的要求更高,需用蒸汽将混合料温度预热到露点以上,同时通蒸汽后可改善混合料的湿容量,提高酸性烧结的透气性。
5.4.燃料粒度及配加方式
生产0.4倍碱度的酸性烧结矿时,合适的燃料粒度尤为重要,燃料粒度过细,如≤3mm的比例超过85%,烧结透气性明显变差,燃烧带变厚,成品烧结矿的大块增加,为了改善烧结透气性,适宜的燃料粒度应是≤3mm的比例占70±2%为最佳;采取燃料分加技术,保证由一混先制成大于3mm的小球,使外滚燃料更好地粘结在小球表面,可以降低燃耗和减少氧气扩散过程对燃料燃烧反应的抑制作用,提高燃料燃烧速度[3]。
此外,保证优质的燃料,即固定碳高并且粒度≤3mm的比例≥80%,以提高其垂直烧结速度。
6.结论
(1)在北台钢铁厂目前的生产条件下,生产酸性烧结矿取代部分球团矿是一种有效的、合理的途径。
(2)在高炉配加18%以上的0.4倍酸性烧结矿时,炼铁原料成本降低51.08元/t铁。
(3)酸性烧结矿的生产,可以将钢铁生产过程中产生的废弃物如高炉除尘灰、炼钢污泥、钢渣筛选物、轧钢皮等回收利用,是实现节能减排的一种有效途径,这些废弃物的回收在酸性球团的生产中是不可能实现的。
(4)在北钢现有的原燃料条件下,生产R=0.4倍的酸性烧结矿是可行的,工艺参数的控制上应该将料层控制在300-330mm,负压控制在13.5-14.5kPa,机速控制在4.0-4.3m/min,水分控制在7.8±0.3%,FeO控制在14.5%-17.5%,利用系数控制在1.38左右为最佳。
(5)酸性烧结相对熔剂性烧结的固体燃耗升高18.2%,转鼓指数减低了3.42%,利用系数降低0.33t/m2.h,但也达到了国内同类型企业的中上游水平,并且烧结矿TFe提高了6.82%。
(6)钢铁企业应根据自身的矿粉来源,节能减排要求,选择合理、经济的炉料结构,努力降低炼铁生产成本。
7.参考文献
[1]薛俊虎.烧结生产技能知识问答.北京:
冶金工业出版社,2008
[2]王悦祥.烧结矿与球团矿生产.北京:
冶金工业出版,2008
[3]王筱留.钢铁冶金学(炼铁部分).北京:
冶金工业出版社,2004
[4]李光辉,江涛等一种中低碱度烧结矿制备方法,中国专利发明,CN200710034842
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