潘料庭, 楊靜, 許嚴邦

( 北海誠德鎳業有限公司, 廣西 北海 536017)

摘 要: 紅土鎳礦結構復雜, 成分變化大, 含水高、燒損大且含有較多鎳石塊等雜質, 造成燒結礦強度差、返礦率高、煤耗高、生產成本高。為了降低冶煉成本, 北海誠德鎳業有限公司燒結廠進行了配用燒結添加劑的工業試驗。結果表明: 配加 0115% 添加劑后, 燒結礦轉鼓強度提高 217% , FeO 降低 2198% , 燒結燃耗降低 15 kg/ t, 返礦平衡下降715% , 電耗也相應降低, 效果明顯。

關鍵詞: 紅土鎳礦燒結; 燒結添加劑; 工業試驗; 節能減排

1 前 言

北海誠德鎳業有限公司是一家采用低硅、高鐵、低鎳紅土鎳礦通過燒結- 高爐- 精煉AOD 工藝冶煉不銹鋼的長流程特鋼企業, 現有兩座 580 m3高爐和配套的兩臺帶式燒結機( 132m2和 180 m2各一臺)。作為冶煉鉻鎳合金的不銹鋼企業, 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礦( 二元堿度 110~ 112) 入爐,爐況調節手段不多, 因此燒結工序非常關鍵。如何提高燒結礦質量, 降低生產成本, 是我們面臨的首要問題。而目前國內紅土鎳礦燒結的生產經驗并不多, 紅土鎳礦結構復雜, 化學成分變化大, 物理水和結晶水含量高、燒損大, 且含有較多鎳石塊等雜質[1], 造成燒結返礦率高, 煤耗高, 生產成本高。

2011 年 3 月, 隨著燒結生產的理順及市場競爭的激烈, 降低生產成本勢在必行。針對紅土鎳礦含結晶水高、燒損大、燒結后強度差, 而且自熔性燒結礦強度低, 冷卻時 B- 2CaO#SiO2相變發生體積膨脹, 易粉化等特點[2], 擬選擇合適的燒結添加劑來提高燒結礦質量, 以期達到增產、降耗的目的[3]。經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

本次工業試驗采用的燒結添加劑系廊坊市波宇建筑保溫材料有限公司生產。該產品是在目前市場上普通燒結添加劑的基礎上, 專門針對紅土鎳礦燒結研發出的新一代燒結添加劑。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% , 主要化學成分見表 1。供貨方針對低鎳高鐵紅土鎳礦燒結添加劑開發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機( 亦使用紅土鎳礦) 上進行了工業試驗, 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配制, 經機械混合、磨碎烘干、分裝而成, 生產過程不產生任何污染。其質量和使用效果指標按照雙方規定和生產考核要求執行, 并批料抽檢成分含量。

本試驗所用燒結添加劑的作用機理: 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的催化作用更強, 增加固體燃料的反應活性, 使燒結燃燒溫度提高,能產生更多液相, 降低燃耗, 提高燒結礦強度;二是提高混合料中含氧量, 改善燃燒條件, 促進反應, 同時改善燒結過程固- 液相間的傳熱條件, 使燒結速度加快, 燒結時間縮短, 提高生產率; 三是促進固相反應, 使混合料的熔融溫度降低, 大部分液相可在 1 300 e 以下產生, 彌補紅土鎳礦 SiO2含量低、液相不足等缺點, 提高燒結礦強度和篩分后成品率; 四是添加劑在反應中放熱, 起到節能作用, 可降低固體燃料配比, 減少燒結廢氣中 SO2 的含量, 使生產更環保。此外, 紅土鎳礦低堿度燒結生產過程中正硅酸鈣形成較多, 燒結添加劑中含有硼、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, 同時能促進粘結相晶體細化, 改善燒結礦強度和冶金性能。

3 紅土鎳礦燒結配加添加劑的工業試驗

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, 主要化學成分列于表 2,工業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杯試驗的基礎上確定的。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整。

3、3 試驗過程

試驗過程嚴格按照設定的時間進行, 為減少外在因素的影響, 試驗期間認真執行和落實工藝紀律, 加強巡查, 發現問題及時調整; 確保添加劑配量準確, 下料平穩; 同時, 加強了設備維護, 以減少停機對試驗結果的影響。

4 試驗結果及分析

4、1 試驗結果

本次試驗基準期及試驗期的主要操作參數列于表4; 燒結礦主要成分及質量指標列于表 5;主要經濟技術指標列于表 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 正 常。試 驗中, 當 添加 劑 配比 由0115% 上調 0105% 后, 燒結礦產量沒有大幅度增高, 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能促進固相反應, 在高溫帶形成較多液相, 解決了低硅燒結液相不足的問題, 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礦的松散結構得到改變, 轉鼓強度提高, 達到了改善燒結礦質量, 降低成本的目的。試驗結果還證明, 配入過多的添加劑不一定能取得預期效果, 相反會惡化燒結過程。

4、3 試驗指標分析

從表 5 可知, 燒 結礦 FeO 含量 下降 了2198% , 其它成分變化不大, 轉鼓強度提高 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, 燒結機利用系數變化不大, 產量提高并不明顯, 但成品率和轉鼓強度提高較多, 燃料消耗降低 15kg/ t, 返礦平衡下降 715% , 使得燒結電耗也相應降低。總體來看, 配用添加劑后, 紅土鎳礦燒結的經濟技術指標得到明顯改善。

5 經濟效益簡析

配用 0115% 添加劑后, 每噸燒結礦成本增加 010018 t @4150 元/ t= 7145 元; 每噸燒結礦降低煤耗節約成本: 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; 故每噸燒結礦扣除添加劑成本后大約節省成本13195元, 年直接經濟效益可達 1500 萬元。使用燒結添加劑后,燒結礦轉鼓強度提高 217%, FeO 降低 2198%,質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, 其節能減排等間接效益也十分可觀。

6 結束語

工業試驗表明, 紅土鎳礦燒結配加 0115%添加劑后, 燃料消耗和返礦平衡下降, 燒結礦轉鼓強度提高, 充分證明燒結添加劑在紅土鎳礦生產自熔性燒結礦過程中起到了有效作用;但在提高燒結礦產量方面, 效果并不明顯, 主要是受雜質多和原料結構復雜的影響。今后,應加強對原料雜質含量的控制; 在新建紅土鎳礦燒結機時, 應該考慮燒結機面積大于普通鐵礦燒結 50% 左右, 通過采取預熱或烘干措施有助于紅土鎳礦燒結節能降耗。另外, 紅土鎳礦化學成分變化大, 針對不同的原料條件, 應通過燒結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。總之, 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添加劑, 既能為企業創造經濟效益, 又能促進節能減排, 符合國家清潔生產政策。

參考文獻

[1]   李建華, 程威, 肖志海 1 紅土鎳礦處理工藝綜述 [ J]1 濕法冶金,2004, 23(4): 191- 1941

[2]   王筱留1 鋼鐵冶金學( 煉鐵部分) [ M] 1 北京: 冶金工業出版社,2008, 72- 751

[3]   李光輝, 姜濤, 范曉慧, 等 1 一種用于紅土鎳礦還原分選的添加劑[P]1 中國專利, 101413053A, 2009141221

[4]   曾凡輝 1 濟鋼燒結添加助燃強化劑的試驗及實踐 [ C ].2005 年 度全國 燒結球 團技術 交流會 論文集, 長 沙:2005160- 631