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豎爐球團(tuán)提鎂試驗(yàn)研究與實(shí)踐

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-05-11  作者:程西亞1,李 斌1,龐焯剛2 ,王蓀璇3,徐崇德1  瀏覽次數(shù):4857
 
核心提示:摘要:基于龍鋼現(xiàn)有條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),開展了豎爐生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)的工業(yè)試驗(yàn),重點(diǎn)分析了豎爐使用輕燒鎂粉后球團(tuán)礦質(zhì)量及冶金性能的變化規(guī)律。 實(shí)踐表明,配加輕燒鎂粉后,隨MgO含量的提高,生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈增大趨勢(shì),成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度1500 ~2000N合格率逐漸升高,還原度指標(biāo)和 RDI+3.15提升,高爐料的軟化區(qū)間降低 13 ℃,軟熔區(qū)間降低24 ℃。 通過球團(tuán)礦提鎂,爐渣鎂鋁比提高了0.04,鐵水硫降低了0.004% ,爐渣流動(dòng)性得到改善,脫硫效率提高,節(jié)約煉鐵成本3964.988 萬元/ a。 龍鋼
 豎爐球團(tuán)提鎂試驗(yàn)研究與實(shí)踐

程西亞1,李 斌1,龐焯剛2 ,王蓀璇3,徐崇德1

(1. 陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司,陜西 韓城 715400;2. 西安建筑科技大學(xué) 冶金工程學(xué)院,陜西 西安 710055;3. 陜西省食品藥品監(jiān)督檢驗(yàn)研究院,陜西 西安710016)

摘要:基于龍鋼現(xiàn)有條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),開展了豎爐生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)的工業(yè)試驗(yàn),重點(diǎn)分析了豎爐使用輕燒鎂粉后球團(tuán)礦質(zhì)量及冶金性能的變化規(guī)律。 實(shí)踐表明,配加輕燒鎂粉后,隨MgO含量的提高,生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈增大趨勢(shì),成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度1500 ~2000N合格率逐漸升高,還原度指標(biāo)和 RDI+3.15提升,高爐料的軟化區(qū)間降低 13 ℃,軟熔區(qū)間降低24 ℃。 通過球團(tuán)礦提鎂,爐渣鎂鋁比提高了0.04,鐵水硫降低了0.004% ,爐渣流動(dòng)性得到改善,脫硫效率提高,節(jié)約煉鐵成本3964.988 萬元/ a。 龍鋼公司豎爐焙燒鎂質(zhì)球團(tuán)技術(shù)的開發(fā)可為同類型球團(tuán)生產(chǎn)企業(yè)提供重要借鑒。

關(guān)鍵詞:豎爐;球團(tuán);MgO;抗壓強(qiáng)度;還原性;RDI+3.15 ;膨脹性;軟熔性

0 引言

陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司(以下簡稱龍鋼公司)現(xiàn)有2 座球團(tuán)豎爐,年產(chǎn)球團(tuán) 180萬t,基本滿足高爐用料需求。 為了穩(wěn)定高爐渣中鎂含量,選擇在燒結(jié)生產(chǎn)中大量配加鎂質(zhì)熔劑或使用高鎂鐵礦粉兩種途徑提高燒結(jié)礦鎂帶入量,但由此引發(fā)了燒結(jié)礦強(qiáng)度降低、返礦率增大等一系列問題,導(dǎo)致鐵前成本居高不下。 大量研究發(fā)現(xiàn)1-8,為降低燒結(jié)礦鎂含量,提升燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量,將一部分氧化鎂轉(zhuǎn)加至球團(tuán)礦,可以在球團(tuán)礦中形成鎂橄欖石和偏硅酸鎂等高熔點(diǎn)物質(zhì),有效改善球團(tuán)礦的冶金性能,但也會(huì)降低球團(tuán)礦強(qiáng)度,增大球團(tuán)返礦率,提高焙燒制度控制要求,加大生產(chǎn)操作難度。 目前,我國鎂質(zhì)球團(tuán)主要以鏈篦機(jī)–回轉(zhuǎn)窯為焙燒設(shè)備,相關(guān)工藝制度趨于成熟。 然而,國內(nèi)尚存在大量豎爐,在國內(nèi)現(xiàn)有爐料結(jié)構(gòu)體系中,如何實(shí)現(xiàn)豎爐生產(chǎn)高品質(zhì)鎂質(zhì)球團(tuán)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

近年來,龍鋼針對(duì)鎂質(zhì)球團(tuán)生產(chǎn)進(jìn)行了大量研究。 試驗(yàn)開展初期,向球團(tuán)礦原料中配加白云石粉 (18.50% MgO)或高鎂灰(29.34% MgO),一定程度上提高了球團(tuán)的鎂含量,但由于白云石粉、高鎂灰的鎂含量低,所需配加量較大,并且粒度較粗,導(dǎo)致生球強(qiáng)度指標(biāo)下滑,爐況惡化,無法高效生產(chǎn)。 進(jìn)入2020年后,龍鋼公司以高鎂含量的輕燒鎂粉為鎂質(zhì)添加劑,進(jìn)行了嘗試性研究,明確了高鎂含量的輕燒鎂粉為鎂質(zhì)球團(tuán)的合理添加劑,能夠保證球團(tuán)具有較好的抗壓強(qiáng)度,且對(duì)球團(tuán)礦品位影響較低。 為進(jìn)一步系統(tǒng)分析豎爐使用輕燒鎂粉對(duì)提鎂后球團(tuán)礦質(zhì)量及冶金性能的變化規(guī)律,龍鋼在實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上,基于現(xiàn)有原料條件,開展了豎爐生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)的工業(yè)試驗(yàn),力求達(dá)到高爐爐料綜合品位提高的目標(biāo),以期為豎爐焙燒球團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)提供借鑒。

1 鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)

1.1 原料分析

鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)期間配加的含鐵精礦由35% 精礦A、20% 精礦B、16% 精礦 C、29% 精礦 D組成,配加 0.3% ~ 0.6% 的輕燒鎂粉和1.8% 的膨潤土。 所用膨潤土主要指標(biāo)為:膠質(zhì)價(jià)6.3mL/g,蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù) 83.9% ,膨脹容19.33mL/g,吸水率217% 。 表1為各種原料的化學(xué)成分及粒度組成。

圖片2 

1.2 生產(chǎn)階段

試驗(yàn)基準(zhǔn)期內(nèi)不配加輕燒鎂粉,球團(tuán)鎂含量為0.69% 。 試驗(yàn)期分為3個(gè)階段:第一階段配加0.3% 的輕燒鎂粉,球團(tuán)鎂含量控制在1.15% 左右;第二 階段配加0.40% 的輕燒鎂粉,球團(tuán)鎂含量控制在1.20% 左右;第三階段配加0.6% 的輕燒鎂粉,球團(tuán)鎂含量控制在1.40% 左右。

1.3 豎爐操作

豎爐操作參數(shù)指標(biāo)如表2所示。

圖片3 

由表2可以看出,與基準(zhǔn)期相比,煙罩溫度、烘干床溫度、燃燒室溫度均有所提高,其中,烘干床溫度提高30 ~70 ℃,燃燒室溫度提高10 ~40 ℃,煤氣流量提高約900m3 /h。 這主要是由于鎂質(zhì)球團(tuán)礦焙燒對(duì)能量的要求更大,所以豎爐各部位的檢測(cè)溫度值均不同程度升高,且鎂含量越高,溫度變化越大。 豎爐主要的熱量來源為煤氣燃燒,與基準(zhǔn)期相比,鎂質(zhì)球團(tuán)焙燒過程煤氣流量有所提高。 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn),鎂質(zhì)球團(tuán)焙燒時(shí),豎爐烘干床上部存在爆裂聲,粉塵和返礦均增加,成品率略有降低。同時(shí),在廢氣總量增加的情況下,燃燒室壓力有所提高,這說明爐內(nèi)透氣性變差,需要控制生球質(zhì)量,提高生球爆裂溫度,改善豎爐焙燒透氣性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 球團(tuán)鎂含量對(duì)生球質(zhì)量的影響

表 3為鎂含量對(duì)生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響。配加輕燒鎂粉后,生球落下強(qiáng)度逐漸增大,但均在 4 ~5 次·個(gè) 1 。與基準(zhǔn)期相比,水分略增大,約 8.2% ~8.3%。隨著氧化鎂含量提高,球團(tuán)落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈增大趨勢(shì),這主要是因?yàn)榕浼拥妮p燒鎂粉粒度較小,生球內(nèi)部比較致密加水分后輕燒鎂粉中的MgO 易形成,膠適狀當(dāng)增的 Mg(OH)2 ,粘結(jié)力增強(qiáng),提高了生球的落下強(qiáng)度。

圖片4 

2.2 球團(tuán)鎂含量對(duì)成品球質(zhì)量的影響

2.2.1 抗壓強(qiáng)度

圖1為基準(zhǔn)期和試驗(yàn)期成品球抗壓強(qiáng)度的變化。 可以看到,隨著試驗(yàn)期球團(tuán)鎂含量的升高,抗壓強(qiáng)度1500 ~ 2000N合格率逐漸升高,成品球的平均抗壓強(qiáng)度明顯增加。 第三階段球團(tuán)的平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到3230 N,比基準(zhǔn)期提高了178 N;抗壓強(qiáng)度 1500 N、180N和 2000N合格率也分別提高 6.2% 、4.1% 、6.5%。

圖片5 

2.2.2 還原性能

MgO含量對(duì)球團(tuán)還原度的影響如圖2所示。可以看出,隨著球團(tuán)中鎂含量的增加,成品球團(tuán)礦的還原度指標(biāo)逐漸提升,冶金性能改善。 當(dāng)氧化鎂含量低于 1.0% 時(shí),還原度處于50% 左右。 隨著氧化鎂含量進(jìn)一步增大,球團(tuán)還原度快速增加,當(dāng)氧化鎂含量達(dá)到 1.4% 時(shí),還原度達(dá)到60% 左右,之后趨于穩(wěn)定。 球團(tuán)還原性能增強(qiáng)的原因是 MgO 與鐵氧化物結(jié)合生成易還原的鐵酸鎂,并且 Mg2+還可以取代 Fe2+ ,抑制難還原的鐵橄欖石相的形成。

圖片6 

2.2.3 低溫還原粉化性能

圖3展示了MgO含量對(duì)球團(tuán)低溫還原粉化性的影響。 可以看出,球團(tuán)的RDI+3.15 隨MgO含量的增加逐漸增大,其原因可能是MgO在焙燒時(shí)彌散分布于鐵相中,抑制了Fe2O3 的還原,同時(shí) Mg2+發(fā)揮著穩(wěn)定赤鐵礦晶型的作用,降低了球團(tuán)礦在還原過程中由于晶型轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力910 。 此外,MgO含量的增加阻礙了 CaO與 Fe2O3的反應(yīng),導(dǎo)致液相生成量減少,促進(jìn)了Fe2O3 結(jié)晶,球團(tuán)的低溫還原粉化性得到提高。

圖片7 

2.2.4 膨脹指數(shù)

MgO含量對(duì)球團(tuán)膨脹指數(shù)的影響如圖4所示。

圖片8 

由圖4可以看出,隨著球團(tuán)礦中MgO含量由0.69% 提升至1.67% ,成品球團(tuán)礦膨脹指數(shù)維持在8% ~12% ,擬合曲線顯示球團(tuán)膨脹指數(shù)稍有下降, 分析可能是MgO與鐵氧化物形成穩(wěn)定的FeO ·MgO,降低了球團(tuán)的膨脹率。

2.2.5 軟熔性能

表4是成品球軟熔性能試驗(yàn)結(jié)果。 可見 MgO含量從 0.95% 升高至1.57% ,成品球團(tuán)礦T10、T40 、 Ts 變化不大,Td呈升高趨勢(shì),升高幅度達(dá)35 ℃,達(dá) 到1355 ℃,低于燒結(jié)礦 Td (1450 ℃)。

圖片9 

使用鎂質(zhì)球團(tuán)前后進(jìn)行模擬爐料結(jié)構(gòu)的軟熔性能試驗(yàn),結(jié)果見表5。 可知,T10 、T40 、Ts 及Td 變化不大,熔化區(qū)間基本持平,但軟化區(qū)間降低 13℃,軟熔區(qū)間降低 24 ℃。 試驗(yàn)證明使用鎂質(zhì)球團(tuán)后,爐料軟熔性能有向好趨勢(shì),試應(yīng)到高爐內(nèi),軟熔帶變窄,有利于降低煤氣上升阻力,改善料柱透氣性。

圖片10 

2.3 配加鎂質(zhì)球團(tuán)礦對(duì)高爐冶煉的影響

通過球團(tuán)礦提鎂,爐渣鎂鋁比提高了 0.04,鐵 水硫含量降低了0.004% ,爐渣流動(dòng)性得到改善,脫硫效率提高,如表6所示。

圖片11 

3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

通過合理選擇鎂質(zhì)熔劑、調(diào)整熱工參數(shù)、強(qiáng)化過程管控,龍鋼配加輕燒鎂粉生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)礦的工業(yè)實(shí)踐獲得了成功。 第三階段球團(tuán)礦中鎂含量控制在1.4% 左右,與基準(zhǔn)期相比,單位原料成本上升0.66 元/ t,生產(chǎn)成本上升 101.803 萬元/a,球團(tuán)礦提鎂后降低了燒結(jié)過程鎂質(zhì)熔劑、煤粉、石灰石等的使用量,燒結(jié)原燃料成本降低1.47 元/ t,燒結(jié)礦生產(chǎn)成本降低 764.116萬元/ a。

同時(shí),因使用鎂質(zhì)球團(tuán)礦,高爐焦比降低 3.23kg / t,以目前焦炭價(jià)格 2045 元/ t計(jì)算, 高爐冶煉成本下降 3302.675 萬元/a。 綜合各工序生產(chǎn)成本,龍鋼配用鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)約煉鐵成本共計(jì)3964.988 萬元/a。

4結(jié)論

(1)豎窯生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)過程中,選用輕燒鎂粉作為鎂質(zhì)添加劑,烘干床溫度提高 30 ~ 70℃,燃燒室溫度提高10~40 ℃,煤氣流量提高約900 m3 /h。 通過嚴(yán)格管控,可以生產(chǎn)滿足高爐需求的優(yōu)質(zhì)球團(tuán)。

(2)隨著氧化鎂含量提高,球團(tuán)落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈增大趨勢(shì)。 成品球團(tuán)礦的還原度指標(biāo)逐漸提升, 冶金性能改善, 同時(shí)平均抗壓強(qiáng)度和RDI+3.15明顯提高,膨脹指數(shù)相對(duì)穩(wěn)定,維持在 8% ~12% 。

(3)MgO含量從 0.95% 升高至1.57% ,成品球團(tuán)礦T10、T40、Ts變化不大,Td呈升高趨勢(shì),升高幅度達(dá)35 ℃,最高為1355 ℃。 熔化區(qū)間基本持平, 軟化區(qū)間降低13℃,軟熔區(qū)間降低 24℃。

(4)龍鋼配加輕燒鎂粉生產(chǎn)球團(tuán)礦,第三階段球團(tuán)的鎂含量控制在1.4% 左右,降低了燒結(jié)過程鎂質(zhì)熔劑、煤粉、石灰石等的使用量,降低高爐焦比3.23kg /t,綜合各工序生產(chǎn)成本,龍鋼配用鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)約煉鐵成本 3964.988 萬元/ a。

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