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鈣和鎂添加劑在礦粉壓球機氧化球團中的應用

發布時間:2018-05-05 08:25| 瀏覽: |來源: 新聞中心

鈣和鎂添加劑作為熔劑在礦粉壓球機燒結造塊中得到了較好的應用,為改善燒結礦產質量以及強化高爐冶煉起到了重要的作用。而對于礦粉壓球機球團造塊,鈣和鎂添加劑在各個國家的應用程度不一樣,現階段我國以生產酸性球團礦為主,對鈣和鎂添加劑在礦粉壓球機球團中的應用研究較少,這主要與我國高爐爐料結構有關。在我國,高爐爐料中球團礦配比普遍偏低,而瑞典、美國等球團礦配比較高,有的采用100%的球團礦入爐煉鐵。當球團礦配比高時,高爐造渣所需的鈣和鎂若僅靠燒結礦提供是不足的,因此,國外在20世紀60年代就開始研究白云石、石灰石、鎂橄欖石等在球團造塊中的應用。
    近年來,我國大力發展球團工業,產量突飛猛進,給高爐的爐料結構帶來了重大的變化,球團礦入爐比例增加,礦粉壓球機若仍生產酸性球團礦,將導致部分廠家的燒結礦R(二元堿度,即CaO與SiO2的質量比)和MgO含量提高。為平衡高爐爐渣堿度,需要將一部分鈣和鎂添加劑添加到球團中。添加適量的鈣和鎂添加劑可以改善球團礦冶金性能已經得到證實,但在應用過程中出現的問題還較少報道,為此,本文作者主要研究礦粉壓球機生產中鈣和鎂添加劑對球團礦生產質量以及生產工藝的影響,以解決鈣和鎂添加劑應用到球團中存在的問題。
    本試驗采用混合鐵精礦。鈣和鎂添加劑有菱鎂石、石灰石和白云石。鐵精礦鐵品位較高,除SiO2外其他雜質含量較少;菱鎂石主要礦物為MgCO3,是優良的鎂質添加劑;石灰石中主要礦物為CaCO3;另外,SiO2質量分數為5.01%;白云石主要是Ca(Mg)CO3,SiO2含量略高。鐵精礦以及鈣和鎂添加劑的粒度都較小,粒度小于0.074mm的比例都在90%以上,比表面積都大于1000cm2/g。
    試驗采用三種礦粉壓球機球團黏結劑,分別為膨潤土、生石灰和有機黏結劑。膨潤土物理性能較好,各指標如下:膠質價為99mL/(15g),膨脹容為20.7mL/g,2h吸水率為500.3%,蒙脫石質量分數達88.8%。生石灰主要成分是CaO,試驗中將其消化成Ca(OH)2作球團黏結劑,同時起著提高球團R的作用。另外,試驗中還采用了一種純有機黏結劑,為白色粉狀的高分子聚合物。本文部分試驗還在礦粉壓球機球團中內配無煙煤,其固定碳質量分數為77.6%,無煙煤粒度細,比表面積高達3365cm2/g。
   試驗包括礦粉壓球機生球制備、干燥、預熱和焙燒等過程,對生球、預熱球、焙燒球的球團指標進行檢測。造球試驗是在礦粉壓球機中進行的,其主要技術參數為:輥皮直徑為1000mm,轉速為9r/min,邊高為650mm,傾角為47°。生球爆裂溫度測定是參照美國AC公司的動態測定法,在d650×1000mm的網帶式烘干機中進行。在鏈條式干燥機進行預熱、焙燒試驗,它由兩個管爐對接而成,鐵鉻鋁絲電阻爐作預熱用,硅碳管電阻爐作焙燒用,預熱、焙燒的試驗條件為:在950℃預熱10min,在1250℃焙燒10min。試驗時干球裝在瓷舟中進行預熱、焙燒試驗,每次預熱或焙燒10個球團,取其平均值作為其抗壓強度。
     在膨潤土質量分數為2.0%的情況下,當不添加任何鈣和鎂添加劑時,球團堿度R為0.03,MgO質量分數為0.4%,得到的生球落下強度為4.7次/(0.5m·個),爆裂溫度為400℃,預熱球強度為720N/個,焙燒球強度為3039N/個。在不改變膨潤土配比的條件下,添加鈣、鎂添加劑對球團質量的影響,這3種鈣和鎂添加劑對生球質量、預熱球強度的影響規律類似,隨著鈣和鎂添加劑用量的增加,生球落下強度降低,爆裂溫度提高,而預熱球強度降低。鈣和鎂添加劑對焙燒球強度的影響與添加劑種類有關,添加白云石對焙燒球強度的影響規律和添加石灰石的影響規律類似,都是隨著用量增加,焙燒球強度先升高后降低,而當添加菱鎂石時,焙燒球強度隨著添加量的增大而降低。鈣和鎂添加劑對焙燒球的影響實際上是CaO和MgO對焙燒球的影響,因為鈣和鎂添加劑經焙燒后都分解成了CaO和MgO。MgO的提高會降低焙燒球強度,而CaO含量有最佳值(R為0.4~0.6),超過這個范圍,焙燒球強度將降低。當鈣和鎂添加劑用量大時,生球落下強度降低較大,難以滿足生產的要求。試驗證明:當石灰石用量為14.1%(R=1.2)時,如果將膨潤土用量從2.0%增大到2.5%,落下強度從2.0次/(0.5m·個)提高到4.5次/(0.5m·個),預熱球強度也從475N/個提高到536N/個。
    雖然鈣和鎂添加劑為高爐所需物質,但添加鈣和鎂添加劑勢必會降低球團礦的TFe品位,就試驗用的原料來說,添加劑用量和球團R,MgO含量以及TFe品位的關系見表2。添加石灰石使球團R每增加0.2,TFe品位下降0.9%~1.0%;添加菱鎂石使球團MgO含量每增加1%,TFe品位下降0.6%~0.7%;添加白云石使球團R每增加0.2,TFe品位下降1.5%~1.6%。球團TFe品位降低,就意味著礦粉壓球機球團中脈石含量升高,這使得球團在焙燒時容易產生液相,給以固相固結為主的球團焙燒帶來困難,同時,也不利于發揮傳統球團礦TFe品位高的優勢。在含鐵原料條件不變的情況下,提高球團TFe品位、降低脈石含量的唯一有效途徑就是降低甚至取消膨潤土。因為加入作球團黏結劑用的膨潤土,TFe品位會進一步降低。而且膨潤土帶入了SiO2,若球團需要達到相同的R,鈣質添加劑用量就需要加大。因此,對于添加了鈣和鎂添加劑的球團來說,取消膨潤土以提高球團TFe品位顯得尤其重要。
    如果鈣和鎂添加劑在作添加劑的同時,又能起到代替膨潤土作黏結劑的作用,那是最好的解決方案。對于含鈣和鎂的碳酸鹽來說,都不具備作黏結劑的條件,能起到這雙重作用的只有Ca(OH)2。生石灰消化成Ca(OH)2后,呈極細的顆粒,廣泛分散于鐵精礦中,具有很強的親水性,能起到黏結作用。另外,能替代膨潤土、提高球團TFe品位的還有有機黏結劑。有機黏結劑、生石灰取代膨潤土。經黏結劑用量試驗,確定有機黏結劑的適宜用量為0.06%,生石灰的適宜用量為3.0%左右。具有相同R和MgO含量的球團礦TFe品位可知:若采用質量分數為0.06%的有機黏結劑代替質量分數為2.00%的膨潤土,當添加石灰石生產R=0.6的球團礦,TFe品位能提高1.50%;當添加白云石生產R=0.6的球團礦,TFe品位能提高1.70%;當添加菱鎂石生產MgO2.50%的球團礦,TFe品位能提高1.00%。采用質量分數為3.0%生石灰代替質量分數為2.00%膨潤土,并添加石灰石生產R=0.6的球團礦,TFe品位能提高1.80%;而采用質量分數為3.60%生石灰代替質量分數為2.0%膨潤土,并添加菱鎂石生產R=0.6、2.76%MgO的球團礦,TFe品位能提高1.90%。用有機黏結劑代替膨潤土,生球落下強度、爆裂溫度指標較好,添加石灰石和白云石的球團焙燒球強度也較好,但添加菱鎂石的焙燒球強度比采用膨潤土的低。而采用生石灰代替膨潤土作黏結劑,    除爆裂溫度偏低外,其他指標都較好。在試驗過程中,生石灰的活性以及消化程度對爆裂溫度的影響較大,因此,在生產中應采用活性高的生石灰,且盡量預先消化并與鐵精礦混勻。鈣、鎂添加劑熱分解對球團生產的影響,石灰石、菱鎂石、白云石在球團預熱過程中分解,且都是吸熱反應,石灰石在800℃開始分解產生CO2,沸騰溫度為910℃;菱鎂石在400℃開始分解產生CO2,沸騰溫度為640~660℃;白云石是二重碳酸鹽,由于白云石中的CaCO3和MgCO3結合成復雜化合物,降低了彼此的活度,所以白云石中的MgCO3分解溫度比單獨存在時的MgCO3分解溫度高。又因為CaCO3比MgCO3穩定,所以,加熱時,MgCO3先分解。故白云石的分解分為2個階段:第1階段先分解成CaCO3,MgO和CO2,開始分解溫度為500℃,沸騰溫度為720~750℃;第2階段,白云石最終會分解成CaO,MgO和CO2   根據3種鈣和鎂添加劑的開始分解溫度和沸騰溫度可知:鈣和鎂添加劑在預熱溫度下就能劇烈分解,其大部分將在預熱過程中被分解,鈣和鎂添加劑分解吸熱會影響鏈篦機的熱平衡制度。以某個生產普通氧化球團的鏈篦機為例,其熱平衡如表5所示。鏈篦機中總的熱量收入為1631.0MJ/t。當生產普通氧化球團改為生產含鈣、鎂的球團時,鈣和鎂添加劑用量與碳酸鹽分解需要的熱量之間的關系:當鈣和鎂添加劑用量大時,其熱分解消耗的熱量將占鏈篦機中總熱量的10%以上,將打破現有預熱制度的熱平衡,這會使球團的預熱溫度降低。鈣和鎂添加劑的加入會降低預熱球強度,如果熱分解使預熱溫度降低,預熱球強度還會下降,因此,需要額外的熱源來提供熱量以提高預熱溫度。
    如果要保持鏈篦機現有的熱平衡,則碳酸鹽熱分解的熱量完全由無煙煤放熱來提供,對R和MgO含量一定的球團,無煙煤所需的配入量以及添加無煙煤后對球團質量的影響。可見:加入無煙煤后,生球質量、預熱球強度、焙燒球強度變化不大。由于C燃燒消耗氧氣,以及C燃燒、碳酸鹽分解都放出CO2,預熱氧化性氣氛減弱,預熱球中FeO有所增加,但增幅不大。因此,生產含高鈣、鎂的球團可以添加少量的無煙煤,這樣可以不改變現有預熱制度,不需對工藝作出調整就可生產含高鈣、鎂的球團。
   礦粉壓球機生產球團結論:
(1)在球團中添加石灰石、菱鎂石、白云石3種鈣和鎂添加劑,在用量不太高時生球落下強度略有降低,隨著用量增加,落下強度繼續降低,但爆裂溫度大幅度提高;預熱球強度隨著鈣和鎂添加劑用量的增加而降低,鈣和鎂添加劑焙燒分解成CaO或MgO后,CaO含量提高使焙燒球強度先增加后降低,在R為0.4~0.6時,焙燒球強度取得最大值,而MgO的提高會降低焙燒球強度。當鈣和鎂添加劑用量高時,可以通過提高膨潤土用量來提高生球落下強度以及預熱球強度。
(2)加入鈣和鎂添加劑會降低球團TFe品位,采用有機黏結劑、生石灰代替膨潤土能提高球團TFe品位。添加有機黏結劑,生球落下強度、爆裂溫度指標都較好;除添加菱鎂石的球團其焙燒球強度較低外,添加其他添加劑的球團其焙燒球強度較高。而采用生石灰,除爆裂溫度偏低外,其他指標都較好。
(3)鈣和鎂添加劑中的碳酸鹽在預熱段分解吸熱,會降低預熱溫度,影響鏈篦機的熱平衡,可通過內配無煙煤來提供碳酸鹽分解所需的熱量,加入無煙煤后,生球質量、預熱球強度、焙燒球強度變化小。因此,可以通過內配無煙煤,使工藝不需改動就能生產含鈣和鎂高的球團。

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