屠慶江, 郭榮標, 周艷琴, 周水清
( 浙江紹興漓鐵球團有限公司, 浙江 紹興 312043)
摘 要: 浙江紹興漓鐵球團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 等有害雜質含量較低, 但Zn 含量高達 013% , 超過了入爐原料含 Zn< 011% 的要求。本文提出采用內配碳球團高溫還原法生產預還原球團礦, 還原脫鋅的同時得到金屬化率 80% 以上的金屬化球團。在還原焙燒溫度為 1 100 e , 還原焙燒時間為 60 min, 配煤量為 1510% 的條件下, 獲得的成品球金屬化率可達 8313% , 脫鋅率為 8415% , 抗壓強度為 2 354 N/ 個, Zn 含量降至 01047% , 符合高爐對入爐原料的要求。
關鍵詞: 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進入高爐。鋅在高爐中的危害主要體現在兩方面: 一是影響高爐長壽, 爐內富集的鋅蒸汽可滲入爐墻與爐襯結合, 形成低熔點化合物, 從而軟化爐襯, 使爐襯的侵蝕速度加快; 二是影響高爐穩產、高產, 當鋅富集加劇時, 爐內粘結加重, 最嚴重時可至爐身中上部, 導致風量加不上, 懸料頻繁, 對產量影響很大。因此, 對于我國儲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。
紹興漓鐵球團有限公司的高鋅原料配比占30% 左右, 礦石中 Zn> 013% 時不允許直接入爐[ 1], 須預先脫除。為此, 本文提出采用內配碳球團高溫還原法生產預還原球團礦, 還原脫鋅的同時得到金屬化率> 80% 的金屬化球團。
2 試驗原料
2、1 鐵礦石
漓鐵 球 團 公 司 所 用 含 鋅 鐵 礦 粒 度 為- 01074 mm 占 83% , 其化學成分列于表 1。由表 1可知, 該礦石鐵品位較高, 為 65105%, P、S等有害雜質少, 但 Zn 含量高達 013% , 超過了入爐原料含 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, 分布率達到了 9510%。
2、2 還原劑
試驗所用內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 試驗原理
鐵礦石中閃鋅礦開始氧化的溫度為 450e , 而漓鐵球團豎爐生產過程中爐箅溫度為 560e 左右, 在爐箅干燥階段, 球團中的 ZnS 就會發生強烈的氧化反應, 幾乎全部氧化生成 ZnO。
因此, 球團中鋅的脫除主要是氧化鋅的脫除。試驗過程中主要化學反應如下:
3、2 試驗流程
試驗流程為: 含鋅鐵礦配加一定量還原煤、膨潤土及水y 混勻y 造球 y 豎爐投籠試驗。造球試驗在 á 1 m, 邊高 150 mm, 傾角 47b的造球盤上進行, 控制球盤轉速為 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。每次取 8 個鋼籠, 兩個一組, 分別從豎爐烘干床東南、東北、西北、西南四個方向同時投入, 經過干燥、預熱、焙燒、均熱、冷卻五個階段, 再從豎爐南、北排礦口的鏈板機上取出, 記錄取籠時間, 冷卻后分別拆籠。將 8 個鋼籠中的試樣取出后混合、取樣, 再進行成品球團礦抗壓強度測定和化學成分分析。
3、3 評價指標
采用成品球的脫鋅率 G、金屬化率 C和抗壓強度三個指標來衡量豎爐生產預還原球團礦的焙燒效果。
成品球團抗壓強度按照 ISO4700 標準檢測, 每次取 60 個球團礦樣測定, 取平均值作為檢驗指標。
4 試驗結果及分析
投籠試驗所用生球指標如下: 落下強度 512次/ 015 m, 抗壓強度 1214 N/ 個, 水分 814% , 粒徑 12~ 16 mm。試驗主要考察配煤量、還原焙燒溫度及還原焙燒時間對成品球金屬化率、脫鋅率和抗壓強度的影響。
4、1 配煤量試驗
固定還原焙燒溫度為 1 050 e , 還原焙燒時間為 60 min, 考察配煤量對成品球指標的影響。配煤量對成品球指標的影響列于表5。當配煤量由 510%增加到 1510% 時, 成品球團礦的金屬化率、脫鋅率及抗壓強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% , 此時成品球中的鋅含量為01053% , 鋅脫除效果良好, 達到了高爐入爐要求; 抗壓強度也明顯提高, 由 1 069 N/ 個增至 2341 N/ 個。配煤量進一步增加, 各項指標的變化趨于平緩。當配煤量較低時, 還原氣氛不足, 僅有少量金屬鐵生成, 成品球結構較疏松, 抗壓強度低。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
固定還原 焙燒時間為 60 min, 配 煤量為1510% , 考察還原焙燒溫度對成品球指標的影響。還原焙燒溫度是決定成品球質量指標的關鍵因素。由表 6 可知, 當焙燒溫度從 950 e 提高到 1 100 e 時, 成品球團礦的金屬化率、脫鋅率及抗壓強度均有所提高; 溫度繼續升高, 成品球的指標反而降低。這主要是因為 1 150 e 時, 球團中的 SiO2 在還原氣氛下極易與 FeO 反應, 形成低熔點的鐵橄欖石, 高溫時鐵橄欖石會在球團表面形成大量液相, 阻礙還原氣體向內部擴散[ 4]。同時, 還原用煙煤的軟化溫度為 1150 e 左右, 溫度過高會破壞煤在球團中的還原作用。因此, 適宜的還原焙燒溫度為 1100 e 。
4、3 還原焙燒時間試驗
固定還原焙燒溫度為 1100 e , 配煤量為1510% , 考察還原焙燒時間對成品球指標的影響。試驗結果列于表 7。由表可知, 還原焙燒時間從 20 min 增至 60 min 時, 各項指標均有所提高; 但進一步延長還原焙燒時間, 則金屬化率反而下降。這可能是由于隨著還原焙燒時間增加,煤被不斷消耗, 豎爐內的還原氣氛減弱, 氧化性氣氛有所增強, 使已還原的礦石再氧化的緣故。因此, 確定還原焙燒時間為 60 min。
4、4 全流程綜合條件
根據上述試驗, 得到還原焙燒的最佳工藝條件為: 還原焙燒溫度 1 100 e , 還原焙燒時間 60min, 配煤量 1510% 。此時, 成品球的金屬化率為8313% , 脫鋅率 8415% , 抗壓強度為 2 354 N/ 個,符合高爐對入爐原料的要求。表 8 列出了該條件下獲得的成品球的化學成分。據新日鐵的生產經驗, 高爐每使用1 t 金屬化球團, 可節約焦炭 230kg 左右, 能為企業降低成本作出一定貢獻[5]。
5 結 論
1) 紹興漓鐵球團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 等有害雜質較少, 但 Zn 含量高達 013% , 超過了入爐原料含 Zn< 011% 的要求。采用內配碳球團高溫還原法生產預還原球團礦, 還原脫鋅的同時可得到金屬化率 80%以上的金屬化球團。近期將投入工業生產。
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 8415% ( 球團含 Zn<01047% ) , 抗壓強度 2 354 N/ 個, 符合高爐對入爐原料的要求。
參考文獻
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[5] 張魯芳 1 我國轉底爐處理鋼鐵廠含鋅粉塵技術研究[ J] 1燒結球團, 2012, 37(3): 591