潘料庭, 楊靜, 許嚴邦

( 北海誠德鎳業(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, 北海誠德鎳業(yè)有限公司燒結(jié)廠進行了配用燒結(jié)添加劑的工業(yè)試驗。結(jié)果表明: 配加 0115% 添加劑后, 燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高 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; 節(jié)能減排

1 前 言

北海誠德鎳業(yè)有限公司是一家采用低硅、高鐵、低鎳紅土鎳礦通過燒結(jié)- 高爐- 精煉AOD 工藝冶煉不銹鋼的長流程特鋼企業(yè), 現(xiàn)有兩座 580 m3高爐和配套的兩臺帶式燒結(jié)機( 132m2和 180 m2各一臺)。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題。而目前國內(nèi)紅土鎳礦燒結(jié)的生產(chǎn)經(jīng)驗并不多, 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)的理順及市場競爭的激烈, 降低生產(chǎn)成本勢在必行。針對紅土鎳礦含結(jié)晶水高、燒損大、燒結(jié)后強度差, 而且自熔性燒結(jié)礦強度低, 冷卻時 B- 2CaO#SiO2相變發(fā)生體積膨脹, 易粉化等特點[2], 擬選擇合適的燒結(jié)添加劑來提高燒結(jié)礦質(zhì)量, 以期達到增產(chǎn)、降耗的目的[3]。經(jīng)過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一步研究。

2 添加劑及其作用機理

本次工業(yè)試驗采用的燒結(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)品是在目前市場上普通燒結(jié)添加劑的基礎(chǔ)上, 專門針對紅土鎳礦燒結(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)成分見表 1。供貨方針對低鎳高鐵紅土鎳礦燒結(jié)添加劑開發(fā)進行了大量實驗室實驗, 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( 亦使用紅土鎳礦) 上進行了工業(yè)試驗, 取得了不錯效果。本次試驗所用添加劑每袋重量 25kg, 是按照實驗室取得的配方在供貨方廠區(qū)配制, 經(jīng)機械混合、磨碎烘干、分裝而成, 生產(chǎn)過程不產(chǎn)生任何污染。其質(zhì)量和使用效果指標按照雙方規(guī)定和生產(chǎn)考核要求執(zhí)行, 并批料抽檢成分含量。

本試驗所用燒結(jié)添加劑的作用機理: 一是對固體燃料的氣化燃燒起催化助燃作用, 特別是對固體燃料中非碳物質(zhì)的催化作用更強, 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)礦強度;二是提高混合料中含氧量, 改善燃燒條件, 促進反應(yīng), 同時改善燒結(jié)過程固- 液相間的傳熱條件, 使燒結(jié)速度加快, 燒結(jié)時間縮短, 提高生產(chǎn)率; 三是促進固相反應(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, 彌補紅土鎳礦 SiO2含量低、液相不足等缺點, 提高燒結(jié)礦強度和篩分后成品率; 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, 同時能促進粘結(jié)相晶體細化, 改善燒結(jié)礦強度和冶金性能。

3 紅土鎳礦燒結(jié)配加添加劑的工業(yè)試驗

3、1 試驗條件

試驗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)試驗的原料配比見表 3。試驗使用添加劑的配比是在供貨方做過燒結(jié)杯試驗的基礎(chǔ)上確定的。試驗期為 14 天, 從 2012 年 12 月 5 日到12 月 18 日; 基準期為 1 個月, 從 10 月 1 日到 31日。

3、2 添加劑的配加方式

本次試驗中添加劑用量由供貨方按照試驗設(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, 下料量由人工測定, 料量可通過小料槽料門來調(diào)整。

3、3 試驗過程

試驗過程嚴格按照設(shè)定的時間進行, 為減少外在因素的影響, 試驗期間認真執(zhí)行和落實工藝紀律, 加強巡查, 發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整; 確保添加劑配量準確, 下料平穩(wěn); 同時, 加強了設(shè)備維護, 以減少停機對試驗結(jié)果的影響。

4 試驗結(jié)果及分析

4、1 試驗結(jié)果

本次試驗基準期及試驗期的主要操作參數(shù)列于表4; 燒結(jié)礦主要成分及質(zhì)量指標列于表 5;主要經(jīng)濟技術(shù)指標列于表 6。

4、2 試驗過程分析

從表 4 可看出, 在原料和工藝條件基本相同的情況下, 試驗期燒結(jié)機機速有所提高, 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、負壓增高, 機速下降, 當燃料從 617% 降到 6145%時, 操作又恢 復(fù) 正 常。試 驗中, 當 添加 劑 配比 由0115% 上調(diào) 0105% 后, 燒結(jié)礦產(chǎn)量沒有大幅度增高, 煤耗也并未較快下降, 而且大煙道負壓升高, 溫度下降, 有惡化的趨勢。

分析認為: 因添加劑粒度極細, 其比表面積很大, 粘結(jié)性強, 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; 添加劑中的低熔點物質(zhì)能促進固相反應(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)鼓強度提高, 達到了改善燒結(jié)礦質(zhì)量, 降低成本的目的。試驗結(jié)果還證明, 配入過多的添加劑不一定能取得預(yù)期效果, 相反會惡化燒結(jié)過程。

4、3 試驗指標分析

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)鼓強度提高 217個百分點, 有利于高爐減少直接還原, 增加間接還原, 對降低焦比有明顯作用。從表 6 看, 燒結(jié)機利用系數(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。總體來看, 配用添加劑后, 紅土鎳礦燒結(jié)的經(jīng)濟技術(shù)指標得到明顯改善。

5 經(jīng)濟效益簡析

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)濟效益可達 1500 萬元。使用燒結(jié)添加劑后,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高 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

工業(yè)試驗表明, 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)加強對原料雜質(zhì)含量的控制; 在新建紅土鎳礦燒結(jié)機時, 應(yīng)該考慮燒結(jié)機面積大于普通鐵礦燒結(jié) 50% 左右, 通過采取預(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, 針對不同的原料條件, 應(yīng)通過燒結(jié)杯試驗選用具有不同作用機理的添加劑, 才能確保添加劑的使用效果?？傊?/font>, 有針對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)濟效益, 又能促進節(jié)能減排, 符合國家清潔生產(chǎn)政策。