屠慶江, 郭榮標(biāo), 周艷琴, 周水清

( 浙江紹興漓鐵球團(tuán)有限公司, 浙江 紹興 312043)

摘 要: 浙江紹興漓鐵球團(tuán)有限公司所用含鋅鐵礦石鐵品位為 65105% , 屬高品位鐵精粉, P、S 等有害雜質(zhì)含量較低, 但Zn 含量高達(dá) 013% , 超過(guò)了入爐原料含 Zn< 011% 的要求。本文提出采用內(nèi)配碳球團(tuán)高溫還原法生產(chǎn)預(yù)還原球團(tuán)礦, 還原脫鋅的同時(shí)得到金屬化率 80% 以上的金屬化球團(tuán)。在還原焙燒溫度為 1 100 e , 還原焙燒時(shí)間為 60 min, 配煤量為 1510% 的條件下, 獲得的成品球金屬化率可達(dá) 8313% , 脫鋅率為 8415% , 抗壓強(qiáng)度為 2 354 N/ 個(gè), Zn 含量降至 01047% , 符合高爐對(duì)入爐原料的要求。

關(guān)鍵詞: 含鋅鐵礦; 還原焙燒; 脫鋅

1 前 言

鋅是高爐原料中的一種微量元素, 通常以氧化物或硫化物形態(tài)進(jìn)入高爐。鋅在高爐中的危害主要體現(xiàn)在兩方面: 一是影響高爐長(zhǎng)壽, 爐內(nèi)富集的鋅蒸汽可滲入爐墻與爐襯結(jié)合, 形成低熔點(diǎn)化合物, 從而軟化爐襯, 使?fàn)t襯的侵蝕速度加快; 二是影響高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn), 當(dāng)鋅富集加劇時(shí), 爐內(nèi)粘結(jié)加重, 最嚴(yán)重時(shí)可至爐身中上部, 導(dǎo)致風(fēng)量加不上, 懸料頻繁, 對(duì)產(chǎn)量影響很大。因此, 對(duì)于我國(guó)儲(chǔ)量豐富的含鋅鐵礦石, 必須采取有效方法在入爐前將鋅脫除。

紹興漓鐵球團(tuán)有限公司的高鋅原料配比占30% 左右, 礦石中 Zn> 013% 時(shí)不允許直接入爐[ 1], 須預(yù)先脫除。為此, 本文提出采用內(nèi)配碳球團(tuán)高溫還原法生產(chǎn)預(yù)還原球團(tuán)礦, 還原脫鋅的同時(shí)得到金屬化率> 80% 的金屬化球團(tuán)。

2 試驗(yàn)原料

2、1 鐵礦石

漓鐵 球 團(tuán) 公 司 所 用 含 鋅 鐵 礦 粒 度 為- 01074 mm 占 83% , 其化學(xué)成分列于表 1。由表 1可知, 該礦石鐵品位較高, 為 65105%, P、S等有害雜質(zhì)少, 但 Zn 含量高達(dá) 013% , 超過(guò)了入爐原料含 Zn< 011%的要求。

鐵礦石中鋅的主要礦物是閃鋅礦(ZnS) 和紅鋅礦(ZnO)[ 2]。由表 2 可知, 漓鐵鐵礦石中的鋅主要以閃鋅礦形式存在, 分布率達(dá)到了 9510%。

2、2 還原劑

試驗(yàn)所用內(nèi)配還原劑采用浙江煙煤, 其成分列于表 3、表 4。由表可知, 該煙煤固定碳和揮發(fā)分含量高, 灰分少, S 含量低, 是良好的還原劑。其灰渣的軟熔特性為: 變形溫度 1 100 e 、軟化溫度 1 170 e 、半球溫度 1 190 e 、流動(dòng)溫度 1 260 e , 符合一般煤基直接還原的要求。使用前, 將其破碎至< 0115 mm。

3 研究方法

3、1 試驗(yàn)原理

鐵礦石中閃鋅礦開(kāi)始氧化的溫度為 450e , 而漓鐵球團(tuán)豎爐生產(chǎn)過(guò)程中爐箅溫度為 560e 左右, 在爐箅干燥階段, 球團(tuán)中的 ZnS 就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng), 幾乎全部氧化生成 ZnO。

因此, 球團(tuán)中鋅的脫除主要是氧化鋅的脫除。試驗(yàn)過(guò)程中主要化學(xué)反應(yīng)如下:

3、2 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)流程為: 含鋅鐵礦配加一定量還原煤、膨潤(rùn)土及水y 混勻y 造球 y 豎爐投籠試驗(yàn)。造球試驗(yàn)在 á 1 m, 邊高 150 mm, 傾角 47b的造球盤上進(jìn)行, 控制球盤轉(zhuǎn)速為 38 r/ min。將 8~ 16mm 的合格生球裝入 á 60 mm, 高 80 mm 的不銹鋼籠, 以備作投籠試驗(yàn)。每次取 8 個(gè)鋼籠, 兩個(gè)一組, 分別從豎爐烘干床東南、東北、西北、西南四個(gè)方向同時(shí)投入, 經(jīng)過(guò)干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱、冷卻五個(gè)階段, 再?gòu)呢Q爐南、北排礦口的鏈板機(jī)上取出, 記錄取籠時(shí)間, 冷卻后分別拆籠。將 8 個(gè)鋼籠中的試樣取出后混合、取樣, 再進(jìn)行成品球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度測(cè)定和化學(xué)成分分析。

3、3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

采用成品球的脫鋅率 G、金屬化率 C和抗壓強(qiáng)度三個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量豎爐生產(chǎn)預(yù)還原球團(tuán)礦的焙燒效果。

成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度按照 ISO4700 標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè), 每次取 60 個(gè)球團(tuán)礦樣測(cè)定, 取平均值作為檢驗(yàn)指標(biāo)。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

投籠試驗(yàn)所用生球指標(biāo)如下: 落下強(qiáng)度 512次/ 015 m, 抗壓強(qiáng)度 1214 N/ 個(gè), 水分 814% , 粒徑 12~ 16 mm。試驗(yàn)主要考察配煤量、還原焙燒溫度及還原焙燒時(shí)間對(duì)成品球金屬化率、脫鋅率和抗壓強(qiáng)度的影響。

4、1 配煤量試驗(yàn)

固定還原焙燒溫度為 1 050 e , 還原焙燒時(shí)間為 60 min, 考察配煤量對(duì)成品球指標(biāo)的影響。配煤量對(duì)成品球指標(biāo)的影響列于表5。當(dāng)配煤量由 510%增加到 1510% 時(shí), 成品球團(tuán)礦的金屬化率、脫鋅率及抗壓強(qiáng)度均得到大幅度提高。金屬化率由3316% 升至 7812% ; 脫鋅率則由2511% 增至 8213% , 此時(shí)成品球中的鋅含量為01053% , 鋅脫除效果良好, 達(dá)到了高爐入爐要求; 抗壓強(qiáng)度也明顯提高, 由 1 069 N/ 個(gè)增至 2341 N/ 個(gè)。配煤量進(jìn)一步增加, 各項(xiàng)指標(biāo)的變化趨于平緩。當(dāng)配煤量較低時(shí), 還原氣氛不足, 僅有少量金屬鐵生成, 成品球結(jié)構(gòu)較疏松, 抗壓強(qiáng)度低。隨著配煤量升高, 生成了大量的金屬鐵,成品球致密, 抗壓強(qiáng)度得到顯著提高。因此, 配煤量確定為 1510%。

4、2 還原焙燒溫度試驗(yàn)

固定還原 焙燒時(shí)間為 60 min, 配 煤量為1510% , 考察還原焙燒溫度對(duì)成品球指標(biāo)的影響。還原焙燒溫度是決定成品球質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)鍵因素。由表 6 可知, 當(dāng)焙燒溫度從 950 e 提高到 1 100 e 時(shí), 成品球團(tuán)礦的金屬化率、脫鋅率及抗壓強(qiáng)度均有所提高; 溫度繼續(xù)升高, 成品球的指標(biāo)反而降低。這主要是因?yàn)?nbsp;1 150 e 時(shí), 球團(tuán)中的 SiO2 在還原氣氛下極易與 FeO 反應(yīng), 形成低熔點(diǎn)的鐵橄欖石, 高溫時(shí)鐵橄欖石會(huì)在球團(tuán)表面形成大量液相, 阻礙還原氣體向內(nèi)部擴(kuò)散[ 4]。同時(shí), 還原用煙煤的軟化溫度為 1150 e 左右, 溫度過(guò)高會(huì)破壞煤在球團(tuán)中的還原作用。因此, 適宜的還原焙燒溫度為 1100 e 。

4、3 還原焙燒時(shí)間試驗(yàn)

固定還原焙燒溫度為 1100 e , 配煤量為1510% , 考察還原焙燒時(shí)間對(duì)成品球指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果列于表 7。由表可知, 還原焙燒時(shí)間從 20 min 增至 60 min 時(shí), 各項(xiàng)指標(biāo)均有所提高; 但進(jìn)一步延長(zhǎng)還原焙燒時(shí)間, 則金屬化率反而下降。這可能是由于隨著還原焙燒時(shí)間增加,煤被不斷消耗, 豎爐內(nèi)的還原氣氛減弱, 氧化性氣氛有所增強(qiáng), 使已還原的礦石再氧化的緣故。因此, 確定還原焙燒時(shí)間為 60 min。

4、4 全流程綜合條件

根據(jù)上述試驗(yàn), 得到還原焙燒的最佳工藝條件為: 還原焙燒溫度 1 100 e , 還原焙燒時(shí)間 60min, 配煤量 1510% 。此時(shí), 成品球的金屬化率為8313% , 脫鋅率 8415% , 抗壓強(qiáng)度為 2 354 N/ 個(gè),符合高爐對(duì)入爐原料的要求。表 8 列出了該條件下獲得的成品球的化學(xué)成分。據(jù)新日鐵的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 高爐每使用1 t 金屬化球團(tuán), 可節(jié)約焦炭 230kg 左右, 能為企業(yè)降低成本作出一定貢獻(xiàn)[5]。

5 結(jié) 論

1) 紹興漓鐵球團(tuán)有限公司所用含鋅鐵礦石全鐵含量為 65105%, 屬高品位鐵精粉, P、S 等有害雜質(zhì)較少, 但 Zn 含量高達(dá) 013% , 超過(guò)了入爐原料含 Zn< 011% 的要求。采用內(nèi)配碳球團(tuán)高溫還原法生產(chǎn)預(yù)還原球團(tuán)礦, 還原脫鋅的同時(shí)可得到金屬化率 80%以上的金屬化球團(tuán)。近期將投入工業(yè)生產(chǎn)。

2) 還原焙燒的最佳工藝條件為: 還原焙燒溫度 1 100 e , 還原焙燒時(shí)間 60 min, 配煤量 1510%。在此條件下獲得的成品球金屬化率為 8313%, 脫鋅率達(dá) 8415% ( 球團(tuán)含 Zn<01047% ) , 抗壓強(qiáng)度 2 354 N/ 個(gè), 符合高爐對(duì)入爐原料的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]   李健 1 現(xiàn)代燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)工藝流程、設(shè)備選型計(jì)算與燒結(jié)效率實(shí)用手冊(cè)[M]1 當(dāng)代中國(guó)音像出版社, 2005: 3011

[2]   顧林娜 1 燒結(jié)過(guò)程中鉛、鋅脫除的研究[ J] 1 冶金叢刊,1997( 2) : 11

[3]   于淑娟, 呂志升, 侯洪宇, 等 1 含鋅含鐵塵泥球團(tuán)自還原試驗(yàn)研究[J]1 鞍鋼技術(shù), 2012(4): 151

[4]   朱德慶, 郭宇峰, 邱冠周 1 釩鈦磁鐵精礦冷固結(jié)球團(tuán)催化還原機(jī)理[J]1 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2000(3): 208- 2111

[5]   張魯芳 1 我國(guó)轉(zhuǎn)底爐處理鋼鐵廠含鋅粉塵技術(shù)研究[ J] 1燒結(jié)球團(tuán), 2012, 37(3): 591