竖炉外配焦炭粉生产球团的工业试验研究.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶 工 程 I V I I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G Ⅱ衄R 斟G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 竖炉外配焦炭粉生产球团的工业试验研究① 舒敏 武钢矿业有限责任公司大冶铁矿，湖北黄石4 3 5 0 0 6 摘要为适应目前钢铁市场低迷的形势，实现废弃资源的二次利用，大冶铁矿进行了外配焦炭粉生产球团的试验研究，试验确定 了最经济合理的添加方式及添加量范围。结果表明，外配焦炭粉提高了大冶铁矿竖炉球团的产质量，节约了能耗，也为同类型生产 企业提供了宝贵的生产经验。 关键词竖炉球团；外配焦炭；资源再利用；节能 中圈分类号T F 0 4 6文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．1 0 6 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 0 3 8 6 一0 4 大冶铁矿球团厂拥有8m 2 和1 0m 2 竖炉各一座， 自1 9 9 9 年建厂以来，已经投入生产1 5 年。随着球团产 业规模化以及大型化的发展，加上国内外矿石价格不断 上涨，对球团产品质量的要求不断提高，目前我国竖炉 的产能约占3 0 ％，球团产能以链篦机回转窑为主1 。由 于竖炉设备自身的缺陷，与链篦机回转窑相比，存在产 量低、能耗高、产品质量均匀性差等劣势旧j 。作为以竖 炉为主体设备的球团生产，在产业结构不断革新、行业 竞争不断加大的今天，要想获得更好的经济效益，就必 须提高产品质量、降低球团生产能耗。 为了改善大冶铁矿球团由于焦炭制气供热不足、 烘干床干燥效果不佳造成的球团产质量难以提升的问 题，大冶铁矿进行了外配焦炭的生产试验，一方面将废 弃的焦炭粉进行再利用，另一方面配入一定量的焦炭 为竖炉焙烧提供部分热量，进一步提高竖炉球团的品 质。通过现场生产试验研究，最终确定了焦炭外配方 式及配用量，并在生产中取得了一定的效果。 1 现状分析 1 ．1 原料现状分析 自2 0 1 0 年生产以来，球团矿原料发生了很大的变 化。为了降低球团生产成本以及弥补自产矿供应量不 足，球团矿原料由以前的全自产矿生产转变为现在的 自产矿与外购矿搭配使用，且自产矿的供应量不到 6 0 ％，而外购矿具有品位高低不均、杂物多、F e O 含量 低等特点，给球团生产带来了很大的困难。自产矿与 部分外购矿成分见表1 。 按大冶铁矿竖炉设计的工艺参数，原料中F e O 含 量应为2 6 ％，为球团焙烧提供约3 5 ％的热量，而从表1 可知，各种原料按一定比例混合后，其主要供热成分 表1球团用原料化学成分及物理性能 F e O 含量较设计值低4 ．5 ％，导致原料本身供热量减 少。另一方面，原料一0 ．0 7 4m m 粒级含量偏低，致使膨 润土配比加大，加上自产精矿水分往往较高，最高可达 1 1 ％，远远超过了造球的适宜值，从而导致烘干用煤气 量增加。这一系列问题直接影响到大冶铁矿球团矿生 产能耗及其产质量。 1 ．2 焦炭理化性能分析 大冶铁矿是采用煤气发生炉自产煤气供球团生 产，2 0 1 2 年以前原料为焦炭，而人厂的焦炭有近1 0 ％ 的筛下料，接近40 0 0t 的量，这部分筛下料由于粒度 达不到制气要求，不能直接用于煤气发生炉，一直以 来，该矿采用廉价外卖的方式处理或是直接堆放，不仅 造成了资源的浪费，且无形中给球团生产增加了成本。 因此，为了节约能耗，合理利用废弃资源，该矿在竖炉 上进行了外配焦炭生产球团的攻关，以实现资源的再 次利用。表2 为焦炭粉的物化性能分析结果。 表2 焦炭的物化性能 ①收稿日期2 0 1 4 0 6 0 8 作者简介舒敏 1 9 8 6 - ，女，湖南人，团矿工程师，本科，主要从事工作球团生产工艺技术管理。 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 舒敏竖炉外配焦炭粉生产球团的工业试验研究 3 8 7 焦炭作为一种高热值的燃料，其反应性好，燃点通 常约为5 5 0 - 6 5 0 ℃，而煤气发生炉所用焦炭粒度有严 格的要求，粒度一般为1 3 2 3m m ，粒度小于1 3m m 则 作为废弃筛下料。 2 外配焦炭试验 此次外配焦炭主要考虑直接作用于竖炉，因此添 加方式有以下两种①将其添加粘结剂做成块状，直 接从竖炉干燥床上添加；②不经任何处理直接添加于 靠近竖炉的生球运输皮带上，使之与生球一同进入竖 炉反应。 2 ．1 添加焦炭块 该矿1 0m 2 竖炉炉篦最高时平均温度可达6 0 0 ℃，一般控制在5 0 0 ～6 0 0 ℃，而焦炭的低燃点约5 5 0 ℃，为防止焦炭过快燃烧，并考虑到细粒焦炭进入干燥 床的瞬间可能会被除尘抽风抽走，对除尘造成影响，因 此将筛下焦炭添加少许粘结剂制成方形块状，每块重 量约为3 0 0g ，在竖炉干燥床两侧，每小时向炉内定量 添加，添加量最初设定为2 0k g ／h ，按每天增加1 0k g 的量进行试验，在此期间，尽量保证原料和球团生产工 艺的稳定，竖炉燃烧室温度根据添加量的增加适当下 调，其余热工参数操作暂时不变。 根据现场配用情况来看，随着焦炭块添加量的加 大，干燥效果并没有很大的提升，反而炉内焙烧气氛出 现异常，当添加量增至5 0k g ／h 时，炉内气氛混乱，干 燥床两侧下料不一致，且一侧出现下料不畅的情况，燃 烧室压力明显升高。可见，制成块状后，焦炭块不会在 短时间内完全反应，且不能保证其均匀分布于干燥床， 致使某些部位由于温度过高，生球未来得及干燥而结 块。可推测焦炭块的主要燃烧点会下落至预热带，反 应后导致预热带局部温度过高，而影响整个竖炉的焙 烧气氛。由此可知，此方案不利于竖炉的正常生产，且 焦炭块的制作繁琐，耗费人力物力。 2 ．2 直接添加筛下焦炭 此方案对筛下焦炭未作其他处理，直接将其均匀 撒于生球输送皮带上，根据添加量不同分7 个阶段进 行，分别是2 0 、3 0 、4 0 、6 0 、8 5 、1 0 0 和1 2 0k g ／h 。由于筛 下焦炭中既有细粒级的焦炭粉，也有较粗粒级的焦炭 粒，焦炭粉在干燥床上部即可完全燃烧，焦炭粒则在干 燥床偏下部燃烧，这样可对整个干燥床进行生球的干 燥供热，且在试验中发现，焦炭粉并不影响除尘抽风的 正常运行。随着添加量的不同，竖炉各工艺控制参数 也发生了一系列变化。 2 ．2 ．1 外配焦炭量对炉篦温度的影响 就焦炭性质而言，绝大部分会在干燥床上反应，这 对炉篦温度的影响是最为明显的，图1 为外配焦炭量 的变化对炉篦温度的影响。 外配焦炭量／O 唔h 1 图1外配焦炭量的变化对炉篦及炉身温度的影响 由图l 中数据可知，当外配焦炭量从2 0k g ／h 增 加到3 0k g ／h 时，炉篦温度的升高最为明显，约提高5 0 ℃，随着外配焦炭量的继续增加，炉篦温度缓慢上升， 直到其添加量从8 5k g ／h 增至1 2 0k g ／h 时炉篦温度又 有较大幅度的增加，最后高达6 0 7 ℃。若炉篦温度过 高，生球容易发生爆裂而导致整个焙烧气氛紊乱，因 此，在保证生球质量稳定的情况下，该矿采用适当增加 布料高度、控制排料速度、调节冷风流量的办法适当加 快生球的干燥速度，避免出现过湿层。通过一系列工 艺参数、操作的调节，可将炉篦温度控制在6 0 0 ℃以 下，从而防止生球爆裂，并且随着料层的适当加厚，外 配焦炭均匀分布于干燥床各点，减缓了各点温度的上 升幅度。 2 ．2 ．2外配焦炭量对燃烧室及炉身温度的影响 除了炉篦温度，外配焦炭还影响燃烧室以及炉身 温度。图2 为外配焦炭量的变化对燃烧室及炉身温度 的影响。 外配焦炭量／0 曙h _ 1 图2 外配焦炭量的变化对燃烧室温度的影响 由图2 可知，在外配焦炭量从2 0k g ／h 增加到8 5 k g ／h 时，燃烧室温度总体呈下降趋势，但变化不大，处 于0 1 0 ℃范围之内，直至外配量从8 5k g ／h 增加到 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 1 0 0k g ／h 时，燃烧室温度下调2 0 ℃。而在外配量达 1 2 0k g ／h 的过程中，由于竖炉球团对于短期内本身的 热工操作及外界条件的较频繁改变处于适应阶段，因 此，在此期间对燃烧室温度的调节幅度不大。 随着外配焦炭量的增加，炉身温度也有一定程度 的升高，其变化趋势与炉篦温度相似，最低时为11 7 7 ℃，最高时为12 3 0 ℃，炉身温度可间接体现炉内焙烧 热气氛。从炉身温度的升高可推测，少量未完全反应 的焦炭粒进入预热焙烧带，为其提供部分热能，炉内焙 烧热利用效果较以前有所提高。 2 ．2 ．3 外配焦炭量对生球流量的影响 生球流量体现了外配焦炭对竖炉产量的影响，通 过试验期间生球流量数据的收集、分析，可知其影响情 况。图3 为外配焦炭量的变化对生球流量的影响。 外配焦炭量／ t I r l 图3 外配焦炭量的变化对生球流量的影响 由于进入竖炉生产的原料复杂多变，试验前期小 时产量一直较低，通常维持在6 3t ／h 左右，为了保证 炉内气氛的稳定，在外配焦炭初期，将产量降低至6 0 t ／h ，随着试验的进行，在确保生产状况良好的情况下， 产量逐步提高，从图3 可知，随着外配焦炭量的增加， 生球流量呈稳定上升趋势，最终小时产量基本维持在 7 5 ～7 8t 左右，此时炉内气氛正常，生产也较稳定，说 明生球干燥效果的加强有利于竖炉球团矿产量的 提高。 2 ．2 ．4 外配焦炭量对成品球质量的影响 在外配焦炭使得产量增加的同时，球团矿的质量也 得到了改善，主要表现在成品球的抗压强度及单球合格 率上。图4 为外配焦炭量的变化对成品球质量的影响。 竖炉球团成品球的抗压强度与合格率是体现球团 矿质量与质量均匀性的重要指标。外配焦炭试验之 前，该矿成品球抗压强度约为20 0 0N ／个，合格率仅为 5 5 ％左右。由图4 可知，随着外配焦炭量的增加，成品 球抗压强度及合格率都有显著地提高，最终成品球抗 压强度突破22 0 0N ／个，单球合格率平均为6 5 ％一 7 0 ％． 外配焦炭量／日l 唱h _ I 图4 外配焦炭量的变化对成品球质量的影响 由于球团原料的改变，各种原料焙烧条件参差不 齐，除了要求生球质量的稳定之外，对于竖炉焙烧本身 来说，提高干球质量，防止湿球入炉产生变形和彼此粘 结，保证炉内的透气性及焙烧断面温度分布的均匀性， 是生产优质球团的重要条件旧1 。外配焦炭对于竖炉 球团生产的主要作用在于加强生球的干燥效果，避免 湿球下行相互挤压变形或发生爆裂而影响球团质量。 但是外配焦炭的实施对现场竖炉操作提出了更高的要 求，需根据实际情况适当地调整布料、排料操作及各工 艺参数，根据原料变化情况掌握焦炭的外配量，确保整 个竖炉生产处于较稳定状态。 试验证明，该矿除尘抽风机的抽风能力不足以抽 走细粒级焦炭粉，筛下焦炭的直接配用几乎不会对电 除尘造成影响。综合上述结果，外配焦炭应直接以筛 下焦炭的形式配入竖炉生产中，既可省去前期焦炭块 的制作工序，且能均匀分布于竖炉干燥床上，有利于改 善竖炉焙烧气氛及提高球团矿产质量。 3 生产效果 通过试验，逐步掌握了外配焦炭量对竖炉生产的 影响情况，并能及时调整添加量，调节工艺操作参数， 使其稳定生产。在此期间，随着产量的不断提高，外配 焦炭量也有一定的增加，最高时达2 0 0k h ，但是外配 量超过1 0 0k g ／h 后，随着添加量的增加，生球流量及 质量无明显的提升，因此，最终我厂外配焦炭量控制范 围确定在1 0 0 1 8 0k g ／h 间。表3 为外配焦炭时竖炉 球团的生产情况。 从表3 可知，不同时期的燃烧室温度及炉篦温度并 不如试验期间所述，随外配焦炭量的增减，呈一定规律 性变化，这主要受当天的实际生产情况影响，如原料变 化、生球与煤气质量的波动、竖炉工艺操作等，但都能处 于能稳定控制范围之内，炉篦温度基本控制在5 5 0 ～6 0 0 ℃之间，球团产量进一步提高，目前1 0m 2 竖炉按7 5 8 5t ／h 组织生产，成品球抗压强度能满足产品质量要 求，且不低于20 0 0N 的单球合格率达6 5 ％以上。 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月舒敏竖炉外配焦炭粉生产球团的工业试验研究 3 8 9 实践证明，将外配焦炭运用于竖炉球团生产工艺 中是可行的，且有利于提升球团产质量。目前，该矿竖 炉球团使用外配焦炭粉，生产稳定，各项指标均满足用 户要求，且此举将废弃资源转化为生产能源再次利用， 节约了生产消耗。 4 结论 1 根据大冶铁矿生产实际，竖炉球团外配焦炭量 控制在1 0 0 1 8 0k g ／h 为宜。 2 外配焦炭的使用受生产原料、煤气质量、工人 操作水平的影响，需根据具体情况适当调整配用量及 各工艺参数，方能合理运用，提升球团矿的产质量。 3 大冶铁矿外配焦炭生产竖炉球团取得了良好 的效果，最终确保了二期球团生产质量及产量，试验成 功运用于实际生产，达到了最初设想的要求。 参考文献 [ 1 ] 孙立晏．全国球团技术协调组工作汇报[ J ] ．球团技术，2 0 0 5 4 3 - 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