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烧结新工艺低温烧结技术的应用

时间:2019-10-08 01:57来源:陕西龙门钢铁有限责任公 作者:杨继武 点击:
  • 摘  要  烧结厂推行应用低温烧结技术,解决熔融型烧结方法带来的诸多问题,取得了显著的成效,烧结矿多项技术经济指标达到国内一流水平。

    关键词  低温烧结开发应用


    1  前言

    随着钢铁工业的发展和科技的进步,高炉冶炼对烧结矿质量提出了更高要求:良好的热态性能和冷强度,稳定适宜的化学组成。低温烧结技术是目前世界上最先进的烧结新工艺,它具有节能降耗和提高烧结矿冶金性能两大优点。所谓低温烧结法就是指在较低温度(1250-1300℃)下生产烧结矿的过程,低温烧结的理论基础是“铁酸钙理论”。它以较低的烧结温度,产生一种强度高、还原性好的较理想的黏结相矿物——针状铁酸钙,(常用SFCA表示)并以此去粘结那些部分起反应或未起反应的残余矿石。

    近年来,我烧结厂采用了一些强化措施,如配加生石灰和高镁灰,强化混合制粒,安装松料器,提高抽风负压,厚料层低碳烧结,使传统的烧结法在工艺技术和产品质量方面都达到了较高水平,但仍存在能耗高,产品质量差及对原料粒度范围适应性较小的缺点,而烧结工序能耗占钢铁生产能耗的10%一20%,节约能源对降低生产成本、提高经济 效益和合理利用资源等起着重要作用,所以节能降耗降成本实行烧结低温新工艺是我公司在钢铁工业中提高竞争力的重要措施。

    2  低温烧结工艺原理

    众所周知,烧结生产的主要目的,就是将含有铁粉的粉状物料烧结成块,为高炉冶炼提供具有一定粒度组成和良好的冶金性能的人造富矿。但在长期的烧结生产过程中,总是依靠大量配入固体燃料燃烧后产生高温,将矿粉,溶剂及其他粉状物料熔化后产生大量液相,在冷却过程中靠这些液相将粉状物料粘接成块。随着烧结理论的发展,逐步提出和推广应用了低温烧结工艺,否定了单靠高温产生大量的液相将矿粉粘结成块的方法。低温烧结就是靠减少的配比,使烧结过程在较低的温度条件下,形成大量的针状铁酸钙,以此作为主要粘接相,不但降低了能源消耗,而且改善了烧结矿的各种冶金性能。

    工艺矿物学的研究表明:烧结矿质量的优劣与其中黏结相矿物有密切关系。在众多的黏结相矿物中以针状铁酸钙矿物的还原性及机械强咬最好。因之,提高烧结矿质量的重要途径是发展以针状铁酸钙为主的烧结矿牯结相矿物。针状铁酸钙是一种钙、铝、硅复合铁酸盐,简写为SFCA。道森(P.R.Dawson)试验表明,SFCA是一种部分Fe2O3被SiO2和Al2O3。所取代的铁酸半钙。此外还表明Al2O3。对铁酸盐的形成是必不可少的,而铁酸盐生成的形态与SiO2的含量有关。当SiO2在烧结矿中含量x(SiO2)>8%,铁酸盐呈细纤维状或针状,而SiO2含量低时(x(SiO2)<4%)形成致密的铁酸盐。此外铁酸盐的形态还受温度的影响。

    3  低温烧结工艺特点

    低温烧结与高温熔融型烧结工艺相比有以下特点:

    (1)烧结温度低,高温保持时间长。烧结低温法就是以较低的烧结温度,使烧结混合料中的部分矿粉起反应,产生一种强度好,还原性好的理想的矿物—针状铁酸钙,并以此来粘结那些部分起反应或未起反应的残余矿石。(或叫未熔矿石)使其生成一种钙铝硅铁固溶体。低温烧结工艺的最佳烧结温度为1230~1270℃,最高不超过1300℃。1100℃以上的高温保持时间在3~5min以上,比高温熔融型烧结工艺要长1~3min。所以低温,高碱度是发展针状铁酸钙的必要条件。

    (2)烧结矿的胶结相以针状铁酸钙为主,其数量超过30%~40%,而高温熔融型烧结矿,由于烧结温度超过1300℃,针状铁酸钙变为柱状或分解,其数量将急剧减少。

    (3)烧结矿的显微结构为交织熔蚀结构。理想的烧结矿结构,是由两种矿相组成的非均质结构。一种属于多元体系的针状胶结相,另一种是被上述胶结相所胶结的残留矿石颗粒。其中未熔矿石约占30%~40%。以赤铁矿为主的烧结料,其残余结构矿石为赤铁矿;以磁铁矿为主的烧结料,其残余结构矿石为磁铁矿。

    4  低温烧结工艺条件

    生产中要实现低温烧结工艺应具有以下条件:

    (1)良好的原料准备。对原料、燃料、熔剂和返矿等烧结原料应进行严格整粒,充分混匀。并应有一定比例的粒度粗、强度高、还原性好,多孔的矿石作为成球核心。以化学反应好,易于形成铁酸钙的细矿粉作为外面的粘附颗粒,借以获得理想的准颗粒结构。严格控制制粒的水分,加强混合料的制粒,最大限度的提高料层透气性。

    (2)生产高碱度烧结矿。一般铁矿粉或铁精矿绝大多数都是酸性矿,为获得针状铁酸钙,必须添加较多的石灰石或生石灰。据研究,烧结矿碱度(CaO/SiO2)1.5以上时,即有一定量铁酸钙出现,但以碱度1.9~2.1为最好。

    (3)烧结矿中要有适宜的铝硅比Al2O3/SiO2。以0.1~0.2为宜,只有这样才可在较低的烧结温度下(1230~1270℃)促成针状铁酸盐的生成。

    (4)要有合理的烧结工艺操作制度。由Fe2O3和CaO组成的熔体大约在1200℃产生。当温度超过1300℃时,铁酸钙熔解或熔化变为次生赤铁矿或磁铁矿及渣相。另外,为使针状铁酸钙和“粒状赤铁矿”稳定形成,温度又要严格控制在高于1250℃,而且1100℃以上的高温保持时间应长一些,以保证有足够的反应时间。因此,低温烧结的工艺操作.要求低碳、高料层、加强混合制粒,并按原料的特性,采用合理的点火、烧结制度。

    5  低温烧结的研究开发

    5.1  降低燃烧带温度

    原烧结混合料配碳量计算公式为混合料总公斤数×6%,这样导出并配人混合料的碳量偏大,混合料含碳量约为4.5%,生产中出现周期性混合料含碳量逐渐增大的恶性循环状况,直至被迫做出撤燃料、降料层等调整,周期约为3h,甚至更长,而燃料量的波动造成烧结料层中高温度段的不稳定,更重要的是温度多在1300℃以上,这严重影响了烧结过程中铁酸钙粘结相的生成,要确保铁酸钙生成,必须保证燃烧带最高温度控制在l200-1300℃,绝对不能超过1300℃,以免SFCA分解成赤铁矿与磁铁矿。另外,配碳量偏大,烧结矿FeO偏高,导致料层中还原气氛相对较强,以至于气氛中与CaO反应的Fe0较少,而与SiO反应结成化合物的Fe0增多,不利于铁酸钙生成。为解决此问题,改变了燃料配加公式,将配碳量计算式改为混匀料上料公斤数×a%+返矿上料量×b% ,并通过正交实验确定a=4,b=2.5时,生产中碳量适宜,不再发生周期性上升至被动下调的状况,烧海滨,等:低温烧结技术的应用 过程中表现为水碳稳定。经测定混合料含碳量约为3.0%,比原来下降约1.5% ,这一举措使混合料配碳量大大下降,保证了燃烧带温度的下降及稳定。

    5.2  对点火器下风箱进行缩121改造,将点火负压由14kPa降低4kPa,实行低温低负压点火技术,保证了生产中点火均匀,料面无过熔现象,从而将点火温度由1250-t-50℃降至1000±50℃。

    5.3  实现低水分操作,在不影响制粒效果的前提下,把混合料水分由7.5%降低到6.8%左右,减少过湿影响。

    .4  实施厚料层操作,原烧结挡板高度为500mm,一般控制料层在500mm,机速约在1.7m/rain,红火层厚度约210mm,则高温保持时间约为210÷500×35÷1.7=8.6nlin。在将混合料配碳量降低后,料层高度由500mm提高至600ram,继而又提高至700mm后.红火层厚度降至150mm,机速降至1.08m/min,则高温保持时间约为150÷700×35÷1.08=6.9min,为适宜值。

    5.5  选择合理的烧结矿R

    适当提高碱度,可使CF生成量增加,经生产试验,R范围选择在1.8-2.2之间,实现了烧结燃烧层温度向低温方向发展,针状铁酸钙大量生成,提高了烧结矿转鼓强度。

    5.6  选择合理的A1203/SiO2比值

    混合料中无A12O3,则生成cF少,A12O3/SiO2的适宜比例为0.1 .3,比值大于0.3,针状CF片状转变,通过适当增加澳大利亚粗粉以实现这一点。生产中配加20% 0%澳大利亚粗粉,控制烧结矿A1 O,约为1.32% ,A12O3/SiO2值约为0.22,保证针状铁酸钙可充分发展,并可改善混合料原始粒度组成。

    5.7  生产用熔剂粒度一3mm合格率由84%提高至90%以上,以保证CaO在烧结料层中的均匀分布,有利于CaO与FeO,充分结合生成cF。

    5.8  提高混合料制粒效果

    烧结混合料主要为精粉,约占含铁料的45%55% ,且制粒效果差,导致烧结过程中料层透气性差,垂直烧结速度太慢。为改善料层透气性,提高白灰配加量,由30kg/t提高到60kg/t,实现全白灰操作。

    5.9  进行技术改造,将燃料破碎系统的双光辊预破改为小焦筛分机,焦粉粒度<3mm由78%提高到87%左右,有利于燃料的合理分布和降低烧结过程中的还原气氛。

    5.10  加强生产工艺操作管理,严格执行烧结矿质量管理操作标准,推行均衡生产组织方案,保证生产的稳定连续,减少了生产中的水碳波动,确保烧结矿理化性能指标的稳定性。

    6  低温烧结的主要工艺条件和对策

    6.1  碱度

    烧结矿的不同碱度对针状铁酸钙的生成有一定的影响,铁酸钙的生成量随碱度的提高而增加,当R=1.8,针状铁酸钙开始成为主要粘结相,当R>2.0后,针状铁酸钙的增加变得比较平稳,实施低温烧结的最佳碱度区间为1.9-2.05。

    6.2  原料的要求

    加强原料准备,特别是控制好粒度,要求富矿粉品位50%,SiO2小于10%,粒度小于8mm占90%。在生产中主要技术指标为:烧结矿品位58%,SiO24.8—5.6%,R=2.0.

    6.3  燃料

    我烧结厂采用焦粉与无烟煤混合使用,由于场地限制无法进行混匀,对生产有一定影响,后改为单独配加。为了防止无烟煤粒度过粗,造成烧结过程中局部还原气氛过浓,必须确保燃料粒度控制在小于3mm为85以上,为低温烧结创造好的燃料条件。

    6.4  熔剂

    从生产角度来看,在相同的氧化钙含量下,由于块灰的活性度好,消化时间短,热量产生多,有利于造球和改善料层透气性,所以我们厂采用生石灰进行配加,粒度应该小于3mm的占90%以上。

    6.5  提高混合机的成球率

    改善混合料的粒度,增大制粒小球的强度,是采用低温烧结的前提和基础,根据我厂的情况,应从配料各仓口情况进行雾化加水提前湿润强化制粒率,还可减少粉尘。

    6.6  改善烧结过程中混合料的透气性

    混合机里面加热水,提高混合料的温度,减轻过湿带的厚度。在管式松料器里通蒸汽提高料层温度。

    6.7  操作制度 

    低燃料低水分高料层作业,严格控制烧结温度在1250℃左右,不超过1300℃,以避免针状铁酸钙的分解,点火温度以1050℃-1100℃为适宜。严格进行布料作业不欠不压料布满布厚。

    7  低温烧结的经济效益

    (1)采用低温烧结后,提高烧结矿转鼓指数1.59%,可有有效地提高烧结矿入炉率。

    (2)降低烧结矿FeO含量,减少固体碳用量,节约成本。

    (3)杜绝高温料大块料,避免皮带烧损,延长皮带使用寿命。 

    8  结语

    (1)运用低温烧结技术不需要大的技术改造投资,改变操作观念、方法,对生产方案进行合理调整即可实现,该技术简便易行,合理有效。 (2)低温烧结技术实施后,生产参数控制趋向合理,烧结矿矿相基本达到了低温烧结的要求,烧结矿理化性能指标趋向稳定,烧结矿多项技术指标达到国内一流水平。(3)低温烧结技术实施后,带来了可观的经济效益。

    (责任编辑:zgltw)
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