潘料庭, 杨静, 许严邦

( 北海诚德镍业有限公司, 广西 北海 536017)

摘 要: 红土镍矿结构复杂, 成分变化大, 含水高、烧损大且含有较多镍石块等杂质, 造成烧结矿强度差、返矿率高、煤耗高、生产成本高。为了降低冶炼成本, 北海诚德镍业有限公司烧结厂进行了配用烧结添加剂的工业试验。结果表明: 配加 0115% 添加剂后, 烧结矿转鼓强度提高 217% , FeO 降低 2198% , 烧结燃耗降低 15 kg/ t, 返矿平衡下降715% , 电耗也相应降低, 效果明显。

关键词: 红土镍矿烧结; 烧结添加剂; 工业试验; 节能减排

1 前 言

北海诚德镍业有限公司是一家采用低硅、高铁、低镍红土镍矿通过烧结- 高炉- 精炼AOD 工艺冶炼不锈钢的长流程特钢企业, 现有两座 580 m3高炉和配套的两台带式烧结机( 132m2和 180 m2各一台)。作为冶炼铬镍合金的不锈钢企业, 如何从红土镍矿中提取最高的镍和铬元素, 是降低成本最直接的途径。故高炉一直采用全部烧结矿( 二元碱度 110~ 112) 入炉,炉况调节手段不多, 因此烧结工序非常关键。如何提高烧结矿质量, 降低生产成本, 是我们面临的首要问题。而目前国内红土镍矿烧结的生产经验并不多, 红土镍矿结构复杂, 化学成分变化大, 物理水和结晶水含量高、烧损大, 且含有较多镍石块等杂质[1], 造成烧结返矿率高, 煤耗高, 生产成本高。

2011 年 3 月, 随着烧结生产的理顺及市场竞争的激烈, 降低生产成本势在必行。针对红土镍矿含结晶水高、烧损大、烧结后强度差, 而且自熔性烧结矿强度低, 冷却时 B- 2CaO#SiO2相变发生体积膨胀, 易粉化等特点[2], 拟选择合适的烧结添加剂来提高烧结矿质量, 以期达到增产、降耗的目的[3]。经过一系列短周期定性试用后, 初步选择了使用效果较好的一种添加剂作进一步研究。

2 添加剂及其作用机理

本次工业试验采用的烧结添加剂系廊坊市波宇建筑保温材料有限公司生产。该产品是在目前市场上普通烧结添加剂的基础上, 专门针对红土镍矿烧结研发出的新一代烧结添加剂。其外观为浅灰色超细粉末, - 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% , 主要化学成分见表 1。供货方针对低镍高铁红土镍矿烧结添加剂开发进行了大量实验室实验, 成功研制出了添加剂配方和适宜添加量( 0115%) , 并在山东临沂和山西临汾等地的小烧结机( 亦使用红土镍矿) 上进行了工业试验, 取得了不错效果。本次试验所用添加剂每袋重量 25kg, 是按照实验室取得的配方在供货方厂区配制, 经机械混合、磨碎烘干、分装而成, 生产过程不产生任何污染。其质量和使用效果指标按照双方规定和生产考核要求执行, 并批料抽检成分含量。

本试验所用烧结添加剂的作用机理: 一是对固体燃料的气化燃烧起催化助燃作用, 特别是对固体燃料中非碳物质的催化作用更强, 增加固体燃料的反应活性, 使烧结燃烧温度提高,能产生更多液相, 降低燃耗, 提高烧结矿强度;二是提高混合料中含氧量, 改善燃烧条件, 促进反应, 同时改善烧结过程固- 液相间的传热条件, 使烧结速度加快, 烧结时间缩短, 提高生产率; 三是促进固相反应, 使混合料的熔融温度降低, 大部分液相可在 1 300 e 以下产生, 弥补红土镍矿 SiO2含量低、液相不足等缺点, 提高烧结矿强度和筛分后成品率; 四是添加剂在反应中放热, 起到节能作用, 可降低固体燃料配比, 减少烧结废气中 SO2 的含量, 使生产更环保。此外, 红土镍矿低碱度烧结生产过程中正硅酸钙形成较多, 烧结添加剂中含有硼、氯化钙、稀土元素等, 能减少和抑制正硅酸钙的形成, 有利于铁酸钙生成, 同时能促进粘结相晶体细化, 改善烧结矿强度和冶金性能。

3 红土镍矿烧结配加添加剂的工业试验

3、1 试验条件

试验期间所用原燃料系我公司常用的红土镍矿、生石灰、煤粉等, 主要化学成分列于表 2,工业试验的原料配比见表 3。试验使用添加剂的配比是在供货方做过烧结杯试验的基础上确定的。试验期为 14 天, 从 2012 年 12 月 5 日到12 月 18 日; 基准期为 1 个月, 从 10 月 1 日到 31日。

3、2 添加剂的配加方式

本次试验中添加剂用量由供货方按照试验设定, 按混合料总量的 0115% 配加, 采用干法配料。添加剂下料装置设在 6#和 7#煤粉配料仓下的皮带秤之间。配料装置由小料槽、配料小皮带、清料器等组成。添加剂落在大皮带的煤粉上, 确保其和混合料充分接触, 下料量由人工测定, 料量可通过小料槽料门来调整。

3、3 试验过程

试验过程严格按照设定的时间进行, 为减少外在因素的影响, 试验期间认真执行和落实工艺纪律, 加强巡查, 发现问题及时调整; 确保添加剂配量准确, 下料平稳; 同时, 加强了设备维护, 以减少停机对试验结果的影响。

4 试验结果及分析

4、1 试验结果

本次试验基准期及试验期的主要操作参数列于表4; 烧结矿主要成分及质量指标列于表 5;主要经济技术指标列于表 6。

4、2 试验过程分析

从表 4 可看出, 在原料和工艺条件基本相同的情况下, 试验期烧结机机速有所提高, 透气性改善, 燃料配比下降, 返矿平衡下降; 而在不降低燃料配比的情况下, 透气性变差、负压增高, 机速下降, 当燃料从 617% 降到 6145%时, 操作又恢 复 正 常。试 验中, 当 添加 剂 配比 由0115% 上调 0105% 后, 烧结矿产量没有大幅度增高, 煤耗也并未较快下降, 而且大烟道负压升高, 温度下降, 有恶化的趋势。

分析认为: 因添加剂粒度极细, 其比表面积很大, 粘结性强, 既有利于混合料制粒, 又能提高燃烧温度, 加快燃烧速度, 使燃烧带厚度缩小, 改善料层透气性; 添加剂中的低熔点物质能促进固相反应, 在高温带形成较多液相, 解决了低硅烧结液相不足的问题, 在返矿平衡下降和燃料配比下降的情况下, 仍能保证足够的液相。

硼元素和稀土元素抑制了正硅酸钙的形成, 又促进了铁酸钙的生成, 使红土镍矿低碱度烧结矿的松散结构得到改变, 转鼓强度提高, 达到了改善烧结矿质量, 降低成本的目的。试验结果还证明, 配入过多的添加剂不一定能取得预期效果, 相反会恶化烧结过程。

4、3 试验指标分析

从表 5 可知, 烧 结矿 FeO 含量 下降 了2198% , 其它成分变化不大, 转鼓强度提高 217个百分点, 有利于高炉减少直接还原, 增加间接还原, 对降低焦比有明显作用。从表 6 看, 烧结机利用系数变化不大, 产量提高并不明显, 但成品率和转鼓强度提高较多, 燃料消耗降低 15kg/ t, 返矿平衡下降 715% , 使得烧结电耗也相应降低。总体来看, 配用添加剂后, 红土镍矿烧结的经济技术指标得到明显改善。

5 经济效益简析

配用 0115% 添加剂后, 每吨烧结矿成本增加 010018 t @4150 元/ t= 7145 元; 每吨烧结矿降低煤耗节约成本: 01015t @900 元/ t = 1315元; 因返矿平衡下降 715% , 电耗及固定费用降低: 105 元@715%= 719 元; 故每吨烧结矿扣除添加剂成本后大约节省成本13195元, 年直接经济效益可达 1500 万元。使用烧结添加剂后,烧结矿转鼓强度提高 217%, FeO 降低 2198%,质量改善使得高炉冶炼成本下降[ 4]。此外, 因燃料消耗下降, 减少了 SO2 及其他有害气体的排放量, 其节能减排等间接效益也十分可观。

6 结束语

工业试验表明, 红土镍矿烧结配加 0115%添加剂后, 燃料消耗和返矿平衡下降, 烧结矿转鼓强度提高, 充分证明烧结添加剂在红土镍矿生产自熔性烧结矿过程中起到了有效作用;但在提高烧结矿产量方面, 效果并不明显, 主要是受杂质多和原料结构复杂的影响。今后,应加强对原料杂质含量的控制; 在新建红土镍矿烧结机时, 应该考虑烧结机面积大于普通铁矿烧结 50% 左右, 通过采取预热或烘干措施有助于红土镍矿烧结节能降耗。另外, 红土镍矿化学成分变化大, 针对不同的原料条件, 应通过烧结杯试验选用具有不同作用机理的添加剂, 才能确保添加剂的使用效果。总之, 有针对性地研制和选择性地使用适合不同原料特性的烧结添加剂, 既能为企业创造经济效益, 又能促进节能减排, 符合国家清洁生产政策。

参考文献

[1]   李建华, 程威, 肖志海 1 红土镍矿处理工艺综述 [ J]1 湿法冶金,2004, 23(4): 191- 1941

[2]   王筱留1 钢铁冶金学( 炼铁部分) [ M] 1 北京: 冶金工业出版社,2008, 72- 751

[3]   李光辉, 姜涛, 范晓慧, 等 1 一种用于红土镍矿还原分选的添加剂[P]1 中国专利, 101413053A, 2009141221

[4]   曾凡辉 1 济钢烧结添加助燃强化剂的试验及实践 [ C ].2005 年 度全国 烧结球 团技术 交流会 论文集, 长 沙:2005160- 631