時(shí)國松,方覺,楊改彥,辛紅艷,高艷甲

(河北聯(lián)合大學(xué)冶金與能源學(xué)院,河北 唐山0630009)

0 引 言

廣西高鐵三水鋁石型鋁土礦屬于特殊礦種,由表1可明顯看出,其鐵和鋁含量都不高,鋁硅比也很低,燒損大。雖然礦石中鐵的品位高于普通鋁土礦,但還遠(yuǎn)沒有達(dá)到合格鐵礦的邊界品位,鋁的品位也沒有達(dá)到目前氧化鋁經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的工藝要求。因此,使用該礦進(jìn)行單純的冶鋁或冶鐵是沒有經(jīng)濟(jì)效益可言的,必須實(shí)現(xiàn)鐵鋁綜合利用才有工業(yè)利用價(jià)值。要達(dá)到鋁鐵的綜合利用,必需使高爐爐渣中盡量多的產(chǎn)生適于冶鋁的12CaO?7A l2O3。而爐料中SiO2的酸性較A l2O3強(qiáng)得多,CaO會(huì)優(yōu)先與SiO2結(jié)合,生成正硅酸鈣2CaO?SiO2,剩余的CaO才會(huì)參與12CaO?7A l2 O3的形成。若使用普通堿度的燒結(jié)礦,就要在高爐中加入大量的石灰石,而石灰石直接入爐會(huì)吸收大量的熱量,致使焦比過高。為達(dá)到降低焦比的目的,在高爐冶煉和燒結(jié)工藝能夠接受的范圍內(nèi)盡量提高燒結(jié)礦的堿度,以減少直接入爐的石灰石量。為此,本文對該礦石的燒結(jié)性能進(jìn)行了研究。

表1 礦石成分/%

1 試驗(yàn)設(shè)備及方法

設(shè)備主要由可控高溫電爐、燒結(jié)杯、自動(dòng)升降系統(tǒng)、密封碳化硅管組成,其主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

試驗(yàn)方法:設(shè)定電爐的升溫曲線和恒溫溫度;配料,用小型圓盤造球機(jī)將原料混勻并制粒(Φ0.5 mm～Φ3mm);把混勻的原料裝入小燒結(jié)杯(用碳化硅制成,耐溫度驟變,可重復(fù)使用)中,輕輕壓實(shí),料層高150 mm左右;將裝滿原料的小燒結(jié)杯置于升降裝置的碳化硅管上部,并用黃泥將兩者密封,從下部升入爐腔中;通過對法蘭間密封材料的擠壓,使升降裝置與爐管密封,使兩管口間以及外空間都不透氣,保證主體氣流從上至下通過燒結(jié)杯散料層;保溫3～4 min后,打開空壓機(jī),用塑膠軟管將壓縮空氣由上部入口處導(dǎo)入碳化硅管內(nèi),由上至下經(jīng)過燒結(jié)料層,燒結(jié)尾氣由設(shè)備底部出口排出;調(diào)節(jié)氣體流量計(jì),使其穩(wěn)定,同時(shí)通過尾氣取樣化驗(yàn)成分,以判斷燒結(jié)終點(diǎn),燒結(jié)時(shí)間約30m in左右;燒結(jié)完成后,降下自動(dòng)升降裝置,將碳化硅管連同燒結(jié)杯一起從爐腔中取出,置于支架上,繼續(xù)吹風(fēng)強(qiáng)制冷卻;冷卻完畢,從杯中取出圓柱形燒結(jié)礦成品,如圖2所示。

圖1 小型燒結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 燒結(jié)礦成品

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)不同鋁硅比礦石的儲(chǔ)量及開采、生產(chǎn)情況,將三種礦按1:1:1進(jìn)行混料。焦粉及石灰石均產(chǎn)自當(dāng)?shù)?其成分如表2、表3所示。

表2 焦粉成分分析/%

表3 石灰石粉成分分析/%

為減少熔劑直接入爐,達(dá)到降低焦比目的,故將燒結(jié)實(shí)驗(yàn)的堿度范圍定在3.0～8.0之間。根據(jù)各原料化學(xué)成分進(jìn)行配料制粒,設(shè)定恒溫溫度為1080℃,并按前述步驟進(jìn)行燒結(jié)試驗(yàn)。最終得到不同堿度試驗(yàn)結(jié)果。

表3 燒結(jié)情況統(tǒng)計(jì)

由表3可以看出高鐵鋁土礦的燒結(jié)需要較高的配碳量,大約高出普通燒結(jié)3至4個(gè)百分點(diǎn)。出現(xiàn)這種情況的主要原因是該礦的燒損比較大,在燒結(jié)過程中,結(jié)晶水分解出來帶走了大量的熱。另外,原料中配加的石灰石在燒結(jié)過程中的分解也需要不少熱量。因而,8%的配碳量也就成為了燒成與否的分水嶺。

在恒定空氣流量的前提下,不同堿度燒結(jié)試驗(yàn)壓差變化較小,穩(wěn)定在31 mm左右(見圖3),這說明不論堿度高低,料層的透氣性良好且穩(wěn)定。由圖4可知,燒結(jié)堿度與燒結(jié)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而燒結(jié)杯的裝料高度是相同的(約150 mm),可推論出垂直燒結(jié)速度和堿度之間呈正相關(guān)關(guān)系。大量石灰石分解,實(shí)際存留在燒結(jié)杯中的物質(zhì)隨堿度的升高而不斷減少是導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度升高的主要原因。雖然燒結(jié)時(shí)間在減少,但每次試驗(yàn)成品的重量(見圖5)也在不斷降低,在較低堿度時(shí)降幅較大,最終導(dǎo)致生產(chǎn)效率的下滑,其趨勢如圖6所示,7.0、8.0堿度的燒結(jié)礦生產(chǎn)效率要比3.0的小1/4左右。

3 結(jié) 論

從以上試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)的分析可知,廣西高鐵鋁土礦的燒結(jié)不存在技術(shù)上的難點(diǎn),但要注意以下兩面:

(1)配碳量較普通燒結(jié)偏高,在實(shí)際生產(chǎn)中可使用生石灰代替部分石灰石,減少石灰石分解所帶來的能量消耗,在一定程度上可使燃料比有所降低。

(2)隨堿度提高,生產(chǎn)效率的降低是不可忽略的問題。同時(shí),堿度的提高會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)礦中的鐵鋁的品位下降。因而,在保證高爐順行和煉渣提鋁的前提下,堿度自然是越低越好。

[1] 邵劍華,張建民,李崇巍,等.小型燒結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用[J].河北理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(2):28～31

[2] 尹海生,呂慶,孟獻(xiàn)德,等.高硅球團(tuán)返礦高堿度燒結(jié)試驗(yàn)研究[J].燒結(jié)球團(tuán),1997,22(2):18～22

[3] 陳國發(fā),李運(yùn)剛.相圖原理與冶金相圖[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002:175～182

[4] 客海濱,張玉柱,王麗麗,等.堿度對石鋼燒結(jié)礦質(zhì)量的影響[J].中國冶金,2007,17(3):21～24

[5] 郝素菊,蔣武鋒,韓秀麗,等.石灰活性對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響[J].中國冶金,2008,18(1):13～16