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改善高爐球團礦還原性技術措施

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-06-15  作者:李曉兵  瀏覽次數:839
 
核心提示:摘要:球團礦作為高爐煉鐵的主要原料,其冶金性能的好壞對高爐煉鐵影響較大,并且對高爐提產降耗發揮著重要作用。一般高爐要求球團礦還原度> 60%,而河鋼宣鋼球團礦還原度在55% ~ 58%,與先進企業相比存在一定差距。從原料、設備、工藝參數等方面進行梳理,針對系統存在的問題制定了整改措施,并逐項落實。2018 年球團礦還原度明顯改善,為高爐指標優化提供了良好的原料條件。 關鍵詞:球團礦;原料結構;精粉含硫量;設備功能;工藝參數;還原性
 改善高爐球團礦還原性技術措施

李曉兵

(河鋼集團宣鋼公司煉鐵廠,河北宣化075100)

摘要:球團礦作為高爐煉鐵的主要原料,其冶金性能的好壞對高爐煉鐵影響較大,并且對高爐提產降耗發揮著重要作用。一般高爐要求球團礦還原度> 60%,而河鋼宣鋼球團礦還原度在55% ~ 58%,與先進企業相比存在一定差距。從原料、設備、工藝參數等方面進行梳理,針對系統存在的問題制定了整改措施,并逐項落實。2018 年球團礦還原度明顯改善,為高爐指標優化提供了良好的原料條件。

關鍵詞:球團礦;原料結構;精粉含硫量;設備功能;工藝參數;還原性

0 引言

球團礦作為高爐主要的爐料之一,具有品位高、強度高、粒度均勻等優點,對高爐節能降耗、改善技術經濟指標、降低生鐵成本具有明顯的作用[1]。高爐冶煉要求爐料具有良好的透氣性和還原性,但球團礦還原性低和還原膨脹率高是制約整體爐料性能的短板。一般高爐要求球團礦還原性> 60%。爐料還原性好,則有利于高爐內間接還原,降低焦比。因此,改善球團礦還原性,降低還原膨脹率成為鋼鐵企業發展方向。

1 背景和現狀

河鋼宣鋼兩條100 萬t /a 球團礦的鏈篦機—回轉窯生產線已運行10 年,設備參數見表1。隨著運行時間的延長,設備功能缺失已影響到工藝參數的穩定。此外,隨著當地礦山資源的不斷開采,精粉品質逐步下滑,SiO2升高,有害元素含量升高。受設備、工藝、原料等因素的影響,目前球團礦的還原性低,僅為55% ~ 58%,且不穩定。

圖片1 

2 影響球團礦還原性的因素

2. 1 原料質量

球團礦生產對精粉細度、硫含量、品位要求高,但河鋼宣鋼當地精粉供戶多,品位參差不齊且質量不穩定,不利于改善球團礦還原性、穩定質量。具體有以下不利因素:

( 1) 隨著精粉資源枯竭,球團用精粉的品位降低,SiO2升高,最高達10%。在球團高溫焙燒過程中,SiO2與FeO 作用生成低熔點化合物或共熔混合物。SiO2含量升高,更容易形成低熔點化合物,更容易產生液相。同樣的焙燒溫度,液相量增多,固相粒子被隔開,氧化鐵粒子之間的再結晶連接無法產生,導致球團礦強度降低。

( 2) 當地酸性精粉硫含量0. 7%,偏高。精粉的硫含量對球團礦的氧化、固結速度和強度均有影響。因氧和硫的親和力比氧和鐵的親和力大,當精粉硫含量高時,硫首先氧化,產生SO2氣體向外擴散,阻礙氧向球核擴散,妨礙球團的固結,導致球團礦氧化不充分,出現層狀結構,產生夾心,影響球團礦還原性和強度[2]

( 3) 精粉品位及細度差別大,- 200 目含量最低達50%、最高達80%,精粉成球性不均勻,造球工序加水量和生球落下波動較大,進一步影響到鏈篦機———回轉窯預熱焙燒效果。

2. 2 設備因素影響

設備是鋼鐵企業產線穩定順行的基礎,設備功能缺失,將嚴重影響工藝操作控制、球團礦產量和還原性。主要的設備影響因素有:

( 1) 潤磨機主要作用是提高混合料的細度,增加礦物的晶格缺陷,使粘結劑與精粉直接接觸,增大其附著力,改善精粉的成球效果。但在生產過程中,精粉或鋼球在排料口襯板篦條縫隙不易排出,堵塞篦板縫隙,造成潤磨機排料不暢。

( 2) 輥篩邊部磨損、間隙增大,邊部漏球嚴重,鏈篦機兩側布料不平、虧料,熱風從邊部走短路,影響中間生球干燥預熱效果。同時導致鏈篦機篦板、側板燒損嚴重,進一步惡化球團礦強度和還原性。

( 3) 回轉窯燃燒器構造為四通道,由外向內排布為: 軸流風通道、高爐煤氣通道、旋流風通道和焦爐煤氣通道。燃燒器沒有中心風,易引起高溫氣體回流,窯內氣流不穩定,導致窯頭正壓和局部高溫,造成球團礦產生液相量增加,形成次生Fe3O4再結晶,FeO 含量升高,降低球團礦的還原性[3]

2. 3 工藝參數控制

工藝參數控制對改善球團礦還原性同樣重要,但生產過程中設備、人為操作等因素會影響參數的穩定性。具體因素如下:

( 1) 干燥機采用高爐常壓煤氣,煤氣壓力波動、干燥機溫度波動,會影響到干燥機的干燥效果,造成干燥機出口精粉水分波動大。

( 2) 精粉水分波動和粘結劑吸水快、吸水量大的特點[4],只在造球盤加水,無法滿足粘結劑的需求,導致生球質量差。造成造球操作難度大,生球粒級、流量波動,影響到鏈篦機和回轉窯熱工參數控制,過程控制不穩定。

( 3) 1#窯分為干燥一段、干燥二段、預熱段3 個升溫區間,鏈篦機內溫度梯度不合理。

( 4) 為保證球團礦抗壓強度,操作過程中焙燒溫度控制偏高,但不利于改善球團礦還原性。

( 5) 受脫硫增壓風機影響,主抽風機轉速受限,影響預熱段和回轉窯內氧化氣氛,不利于降低球團礦亞鐵含量。

3 改善球團礦還原性的措施

3. 1 優化球團精粉結構

平衡燒結和球團精粉,球團優選細度高、SiO2和硫含量低、利于成球的精粉。具體平衡條件:

( 1) 選用細度高、硫含量低的精粉精粉細度- 200 目含量大于65%的在球團中使用,且考慮TiO2會導致燒結礦粉化率高的因素,鑫新、非凡等高鈦半自熔精粉含硫低優選球團使用,整體平衡球團用精粉含硫在0. 35%以下。

( 2) 優選利于成球的精粉結合常用精粉的微觀結構( 圖1) 和資源情況,停配造球性能不好的低鈦半自熔精粉,適當提高高品位酸性精粉配比,保證其配比在40% 以上。不同精粉微觀結構如圖1 所示。

圖片2 

由圖1 可以看出,不同精粉具有如下特點:

①高鈦半自熔精粉: 顆粒邊角圓滑或為四邊、六邊形、楔形、針狀,小顆粒較少,造球性能適中。

②低鈦半自熔精粉: 顆粒邊角圓滑且圓顆粒居多,四邊、六邊形大中顆粒較多,楔形、針狀、小顆粒少,造球性能( 差) 。

③研山酸性精粉: 四邊形、六邊形居多,大顆粒較少,中形顆粒較多,造球性能適中。

④研山自熔精粉: 小顆粒,楔形較多,利于成球,造球性能適中。

⑤高品位酸性精粉: 顆粒不均勻,楔形、條柱形顆粒較多,造球性能好。

⑥60 品位酸性精粉: 顆粒較細,形狀不好,大顆 粒少,造球性能適中。

( 3) 降低球團礦SiO2,提高MgO 含量球團礦SiO2高、品位低會降低球團礦的還原性和軟熔溫度,增大軟熔區間[5]。因此為降低球團礦SiO2,提高品位,配礦結構優化時,優選高品位的酸性精粉,配加含鐵有機粘結劑替代膨潤土,停配高硅的60 酸精等。

當地的半自熔精粉MgO 含量1. 6% ~ 1. 7%,其配比維持在50% ~ 60%。自然界中MgO 以碳酸鎂的形式存在,碳酸鎂分解使球團礦的氣孔率增加,改善還原氣體的擴散條件,同時由于MgO 與Fe2O3形成少量鐵酸鎂和鎂固溶到氧化鐵中,使渣相中難還原的鐵橄欖石和鈣鐵橄欖石減少,有利于改善球團礦還原性[6]

圖片3 

3. 2 設備功能完善

針對潤磨機、造球、布料等工序存在的問題,進行詳細梳理,并制定了完善措施,逐步實施,進一步提高了設備運行效率。

( 1) 潤磨機襯板改造

潤磨機出料口襯板篦條堵塞主要因襯板篦條平行排列,且縫隙為矩形,精粉進入不易排出。將原有的矩形縫隙改為等腰梯形,篦條縫隙外側寬度大于內側,等腰梯形的上底與襯板的內側面齊平,等腰梯形的下底與襯板的外側面齊平,梯形的上底長度小于梯形下底的長度。精粉或碎鋼球進入縫隙后會順利排出,杜絕了精粉、碎鋼球堵死篦板縫隙現象的發生,提高了潤磨機的處理能力。襯板篦條內側面增加了圓弧凸臺,可以減小鋼球對襯板篦條的碰撞力度,避免了襯板篦條的損壞。改造后的襯板如圖2 所示。

圖片4 

( 2) 改造輥篩和溜槽,完善布料功能

小球篩邊部磨損,主要是因輥的邊部有15 cm未包聚氨酯,耐磨性差,因此在輥外部全部包聚氨酯,改善耐磨性,解決輥的磨損問題。

小球篩返料堆積的原因:①下料溜子南側角度較小,易造成返料下料不暢,造成小球篩下部第1 ~ 5 根輥頂料,加劇篩輥磨損。②小球篩溜子東西寬度較窄,使小球篩有效篩分面積縮小,造成鏈篦機東西兩側布料虧料,東西兩側鏈篦機篦板、鏈篦機側板燒損嚴重,降低鏈篦機篦床使用壽命。利用檢修機會改造小球篩下料溜子,將溜子南側角度由原55°加大至垂直90°,以解決粘料造成的積料問題。將小球篩下料溜子東西兩側加寬300 mm,增加篩分面積,同時調整輥篩兩側擋板,消除鏈篦機東西兩側虧料。

( 3) 設計新型回轉窯燃燒器

1#窯燃燒器為四通道構造,由外向內排布為: 軸流風通道、高爐煤氣通道、旋流風通道和焦爐煤氣通道。燃燒器沒有中心風,中心風的主要作用是可以把火焰中心部位的負壓回流區控制在離燃燒器頭部合適的距離,防止負壓過大,高溫氣體回流造成燃燒器端部溫度過高。

設計新型燃燒器,從外向內通道順序: 軸流風、旋流風、高爐煤氣、焦爐煤氣、中心風。煤氣從通道按一定的擴散角向外噴出,旋流風與噴出的煤氣混合以高速度螺旋前進,與高速射出的軸流風束相遇。軸流風束的插入進一步增強了煤氣與風的混合( 包括周圍的二次風) ,并可調節火焰的發散程度,能按需要調節火焰的長短、粗細,達到需要的火焰形狀。

中心風促使中心部分少量回流煤氣燃燒,使燃燒更為充分,并起穩流的作用。在燃燒器的外側增加攏焰罩,防止軸向火焰發散,起到穩定火焰的功效。

3. 3 優化參數控制和標準化操作

根據煤氣壓力、造球水分、熱工等參數方面存在的問題,摸索調整,改進操作習慣,培訓職工,提高標準化操作水平。

( 1) 根據干燥機煤氣壓力不穩定的現狀,在煤氣平衡方面優先保證干燥機煤氣用量,改造安裝煤氣加壓機,改善精粉的干燥效果,確保干燥后精粉水分( 6. 5 ± 0. 5) %。

( 2) 根據粘結劑吸水快和吸水量大的特點,為確保在造球前充分吸水,在潤磨后的皮帶上安裝加水管。采用霧化噴頭,實現扇形全料面噴淋,保證7min 的吸水時間,入造球盤精粉水分達到7. 0%。

( 3) 小粒級的生球在焙燒過程中氧化更充分,同時在造球盤流量可以滿足的條件下,大輥篩間隙由18 mm 調整為16 mm,入鏈篦機生球粒級控制10~ 16 mm,透氣性更均勻,干燥預熱效果好轉。

( 4) 生球由干燥一段到干燥二段,升溫幅度達到500 ℃。正常內部蒸汽通過生球毛細管擴散到表面,升溫幅度大,生球產生蒸汽多,不能及時擴散到生球表面,球內蒸汽壓增加,易造成生球爆裂或夾層。為解決該問題,調整干燥一段、二段、預熱段隔墻開孔尺寸,降低干燥二段溫度,升溫區間更合理,避免生球的爆裂或夾層。

( 5) 氧化氣氛下磁鐵礦球團的最佳焙燒溫度為1 250 ℃左右,應保證足夠的保溫時間使球團充分固結。有研究表明,隨著焙燒溫度提高,磁鐵礦球團的抗壓強度提高,但焙燒溫度提高到1 260 ℃以上時,抗壓強度提高的幅度減小。焙燒溫度較低時,球團礦中有很多細小的Fe2O3晶粒,隨著焙燒溫度提高,Fe2O3晶粒長大并靠攏,連成整體,球團內部的空隙變小,還原過程產生的CO2氣體不能及時擴散,致使局部壓力增大,引起球團膨脹產生裂縫[7]。在滿足抗壓強度達到2 300 N 的條件下,操作中盡量降低焙燒溫度,以改善球團礦的還原性能。通過摸索焙燒溫度和抗壓強度的關系,確定焙燒溫度在1 230~ 1 240 ℃為最佳。

( 6) 回轉窯燃燒器采用高爐和焦爐煤氣提供熱量。因焦爐煤氣熱值高,為避免窯內局部高溫,穩定焦爐煤氣流量在2 700 ~ 2 800 m3 /h,調整高爐煤氣流量控制窯內焙燒溫度。

( 7) 在保持主抽風機轉速不變的條件下,增加環冷一段風機轉速,降低環冷二段風機轉速,增加窯內空氣補充,進一步改善預熱段和回轉窯的氧化氣氛。

4 實施效果

球團原料結構優化、設備改造和功能完善,優化控制參數,強化工藝操作等一系列措施的實施,球團礦亞鐵降低,還原度指標明顯提高,且抗壓強度可達到2 500 N,均可以滿足高爐生產需求,具體指標見表3。

圖片5 

5 結語

原料結構優化、高球團品位、控制精粉含硫量、對球團礦的基礎設備功能完善是改善還原性的支柱,優化參數和過程控制是改善球團礦還原性的技術支撐。因此,原料、設備、技術作為球團礦指標提升關鍵環節,缺一不可。

參考文獻

[1]潘建,朱德慶,等. 改性膨潤土改善鐵礦球團性能的工業試驗研究[J]. 燒結球團,2005,( 8) : 13 ~ 16.

[2]張建軍,柴勇,等. 影響球團礦FeO 含量的因素[J]. 河北冶金,2016,( 9) : 28 ~ 32.

[3]李曉兵. 宣鋼球團礦質量攻關[J]. 河北冶金,2016,( 3) : 39 ~41.

[4]杜小軍. 鏈篦機—回轉窯工藝配加含鐵有機粘結劑試驗[J]. 河北冶金,2017,( 1) : 19 ~ 23.

[5]楊東進. 論提高球團礦品位的經濟意義及措施[J]. 萊鋼科技,2000,( 8) : 78 ~ 80.

[6]范廣權. 球團礦生產技術問答[M]. 北京: 冶金工業出版社,2010: 142.

[7]夏雷閣,蘇步新,李新宇,等. 焙燒溫度與球團礦強度和還原性的關系[J]. 燒結球團, 2014,39( 1) : 22 ~ 24.

 
 
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