錳系合金電爐煙塵礦粉制備復(fù)合球團(tuán)的產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐

王運(yùn)正,高德云,呂達(dá)海,張玉林

(1.云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司,云南硯山 663101；2.云南冶金集團(tuán)股份有限公司,云南昆明 650224)

錳煙塵作為錳系合金冶煉的副產(chǎn)物由于含有相當(dāng)?shù)腻i含量,一直是業(yè)界綜合利用的重要對(duì)象。云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱為：斗南錳業(yè)公司)自2005年以來(lái),投入了大量的人力和物力開展錳煙塵、粉料等的球團(tuán)化工業(yè)應(yīng)用研究。實(shí)現(xiàn)了原料前處理清潔化生產(chǎn)的要求。

1 球團(tuán)化應(yīng)用有利于錳產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

1.1 資源的有效利用

冶煉錳系合金生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量含有極細(xì)微粒錳氧化物。每冶煉1 t錳系合金,排出煙塵120～200 kg,含錳品位20％～30％,相當(dāng)于國(guó)內(nèi)部分企業(yè)錳精礦品位。如果以國(guó)內(nèi)錳系合金產(chǎn)量350萬(wàn)t/a計(jì)算,產(chǎn)生煙塵42萬(wàn)t/a以上,煙塵含錳20萬(wàn) t/a以上,斗南錳業(yè)公司目前產(chǎn)煙塵4萬(wàn)t/a,是可觀的、必須利用好的資源。

1.2 原料前處理實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)

國(guó)內(nèi)煙塵利用的效果不容樂(lè)觀。煙塵是一種極細(xì)微粒物質(zhì),比表面積在200～600 m2/kg。通常處理煙塵的方法是按一定比例與錳粉礦燒結(jié),但可燒結(jié)性不佳。大量的煙塵和其他含錳粉料在燒結(jié)系統(tǒng)中循環(huán),且煙塵容易產(chǎn)生飛揚(yáng)損失造成大氣污染。相比之下球團(tuán)化可以實(shí)現(xiàn)從收塵到制球過(guò)程封閉運(yùn)行,煙塵和其他含錳粉料的一次利用率達(dá)到90％以上。

2 工業(yè)試驗(yàn)與生產(chǎn)緊密結(jié)合同步進(jìn)行

2005年,斗南錳業(yè)公司根據(jù)自身原料條件和清潔生產(chǎn)、資源綜合利用的需要,與云南冶金集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心合作,開始了利用電爐冶煉煙塵和礦粉等制備復(fù)合球團(tuán)的試驗(yàn)研究工作,于2006年完成了小型試驗(yàn)和半工業(yè)試驗(yàn)。

2007年6月,建設(shè)5萬(wàn)t/a冷壓復(fù)合球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線。2008年4月批量試生產(chǎn)。2008年5月,球團(tuán)試驗(yàn)生產(chǎn)線與2臺(tái)電爐進(jìn)行冷壓球—冶煉聯(lián)動(dòng)試驗(yàn),2008年底又增加2臺(tái)電爐。截止2009年4月,21 000 t球團(tuán)入爐冶煉,開展了國(guó)內(nèi)規(guī)模最大,處理量最多,持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的工業(yè)試驗(yàn)(見(jiàn)圖1～5)。

圖1 壓球機(jī)

工業(yè)試驗(yàn)解決了復(fù)合球團(tuán)產(chǎn)業(yè)化的兩大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：粘結(jié)劑和球團(tuán)原料的粒度控制。

2.1 用于錳粉礦和煙塵等原料制備復(fù)合球團(tuán)的粘結(jié)劑

粘結(jié)劑的主要作為表現(xiàn)在3方面：當(dāng)球團(tuán)在沒(méi)有被干燥前,粘結(jié)劑具有一定的黏結(jié)作用,使?jié)袂驁F(tuán)在出壓球機(jī)到干燥倉(cāng)的輸送過(guò)程不發(fā)生破碎；當(dāng)球團(tuán)獲得干燥后強(qiáng)度要能夠大幅度增加,能夠抵抗配料、輸送到電爐中的多次跌落而不發(fā)生破碎；當(dāng)球團(tuán)在電爐中隨著溫度升高要能夠抵抗溫度和料層壓力至到燒結(jié)前不發(fā)生粉化。

圖2 壓球機(jī)出球

圖3 輸送帶及儲(chǔ)倉(cāng)

圖4 經(jīng)配料的礦石及球團(tuán)

圖5 25 000 kVA電爐冶煉

另外,對(duì)粘結(jié)劑的其它要求是：不顯著降低球團(tuán)的金屬含量；有害雜質(zhì)的含量不致影響產(chǎn)品的質(zhì)量,不會(huì)惡化熔煉條件,特別是無(wú)須額外消耗熔劑,不降低礦石的還原性；使用時(shí)對(duì)工人無(wú)害；經(jīng)濟(jì)性好。

在對(duì)粘結(jié)劑的可用性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行篩選、組合后,自行研究開發(fā)了滿足錳粉礦、煙塵等原料的粘結(jié)劑,它來(lái)源較廣、價(jià)格適中。

開發(fā)的粘結(jié)劑在壓制復(fù)合球團(tuán)過(guò)程中表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)性：

1)干粉操作,當(dāng)干粉粘結(jié)劑與原料混合后加水或干粉粘結(jié)劑與潮濕原料混合后數(shù)分鐘內(nèi)粘結(jié)劑便能發(fā)揮很好的黏結(jié)作用,濕球在1 m高處落下不破壞。干粉操作給生產(chǎn)帶來(lái)極大的方便,當(dāng)錳粉礦等原料水分很大、特別是雨季生產(chǎn),只要原料的總水分不超過(guò)范圍即可直接壓球而無(wú)需干燥處理。

2)壓球后,濕球可以立即干燥,無(wú)需特殊養(yǎng)護(hù),排除90％水分后即表現(xiàn)出很好的抗壓強(qiáng)度。

2.2 用于錳粉礦和煙塵等原料制備復(fù)合球團(tuán)的粒度控制

復(fù)合球團(tuán)原料的粒度控制是球團(tuán)能否成型最主要因素。原料組成理想的狀態(tài)應(yīng)該是由各種粒度的一定量組成的混合體?；旌象w中的粗級(jí)料作為球團(tuán)的骨架,次粗級(jí)料作為一次填充料,填充到骨架產(chǎn)生的空隙中,依次類推,形成粒度分布具有較高的堆積效率,即顆粒間空隙為最少的集合體,該物料配比中稱為“級(jí)配”。粒度分布合理,不僅能夠提高球團(tuán)強(qiáng)度,而且可以有效降低粘結(jié)劑用量。

如果錳精礦中顆粒較大的組分較多,顆粒之間有許多空隙,壓球時(shí)物料在球窩中移動(dòng)和變形困難,必須施加很大的成型壓強(qiáng)來(lái)使顆粒發(fā)生破壞而減少空隙,成球性差；同樣,如果僅用電爐煙塵壓球,則由于粒度太細(xì)缺少骨架使球團(tuán)強(qiáng)度降低,而且成球后脫模十分困難。將電爐煙塵配入不同大小顆粒的錳精礦中,讓煙塵微粒充分填充到顆?？障吨?即可大幅度地降低成型壓強(qiáng),又可獲得抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度都很好的球團(tuán)。其他原料如燒結(jié)粉料、進(jìn)口粉礦等只要滿足“級(jí)配”條件均能獲得質(zhì)量合格的球團(tuán)。

3 完善配套的產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)凸現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保和清潔生產(chǎn)效能

在云南建水冶金工業(yè)園區(qū)建設(shè)的20萬(wàn)t/a復(fù)合球團(tuán)項(xiàng)目認(rèn)真總結(jié)了5萬(wàn)t/a復(fù)合球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線的成果和不足,進(jìn)行了重大的調(diào)整和完善。

1)電爐煙塵實(shí)現(xiàn)封閉輸送；

2)礦粉等原料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配料；

3)采用電爐煙氣余熱干燥球團(tuán)。

上述配套完善后更符合節(jié)能、環(huán)保和清潔生產(chǎn)的要求(見(jiàn)圖6～14)。

圖6 電爐煙塵封閉收集儲(chǔ)藏

圖7 電爐煙塵封閉輸送

圖8 自動(dòng)化配料

圖9 自動(dòng)化配料

圖10 余熱風(fēng)管及引風(fēng)機(jī)

圖11 余熱煙氣輸送管道

圖12 壓球系統(tǒng)

圖13 輸送、干燥及儲(chǔ)倉(cāng)

收塵系統(tǒng)獲得的煙塵應(yīng)用稀相輸送到球團(tuán)煙塵中間倉(cāng)供配料用,整個(gè)過(guò)程封閉進(jìn)行,杜絕了無(wú)組織排放和二次污染。

從電爐排出的煙氣經(jīng)余熱發(fā)電余熱鍋爐后進(jìn)入收塵系統(tǒng),從收塵系排出的煙氣經(jīng)在線檢測(cè)達(dá)到國(guó)家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入排空煙囪,在排空煙囪中部加裝余熱風(fēng)管,通過(guò)引風(fēng)機(jī)導(dǎo)入球團(tuán)儲(chǔ)藏倉(cāng)對(duì)球團(tuán)實(shí)施干燥,實(shí)現(xiàn)了熱能的梯級(jí)利用。儲(chǔ)藏倉(cāng)既能起到干燥作用,又是球團(tuán)的倉(cāng)儲(chǔ)容器。

圖14 余熱干燥控制系統(tǒng)

含錳礦粉來(lái)源渠道多,成分復(fù)雜,需要按照原料供給情況和產(chǎn)品的成分要求經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配料對(duì)保障生產(chǎn)正常十分必要。

對(duì)各工藝關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控,并對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中處理,及時(shí)反饋。友好的人機(jī)界面,為生產(chǎn)管理提供了全程精確的控制,在技術(shù)、工藝設(shè)備先進(jìn)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制。

4 良好的應(yīng)用效果

4.1 爐況得到明顯改善

入爐粉礦過(guò)多是造成爐況不正常的主要原因。我國(guó)是一個(gè)貧錳國(guó),資源量少、儲(chǔ)量分散、品質(zhì)也不高。大量使用進(jìn)口礦,也大量使用國(guó)內(nèi)或本區(qū)域內(nèi)品質(zhì)較低的資源。另外經(jīng)過(guò)強(qiáng)化選礦和含錳泥礦的利用使得細(xì)粒度錳精礦的產(chǎn)量逐年增加。細(xì)粒度精礦大量入爐導(dǎo)致?tīng)t料透氣性過(guò)差,惡化冶煉生產(chǎn)條件。精料(合格的品位、合適的粒度)入爐對(duì)電爐特別是大型電爐穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。球團(tuán)化利用煙塵和各種細(xì)粒度精礦制成合適尺寸的團(tuán)礦,入爐后有效改善了爐料的透氣性,使電極能夠深插,提高二次側(cè)電壓1～2檔,對(duì)電爐的順暢運(yùn)行取到重要的作用。

4.2 效率提高、效益顯現(xiàn)

在其它冶煉條件不變的情況下,原料中配入15％～30％的復(fù)合球團(tuán),冶煉產(chǎn)率提高8％左右、冶煉回收率提高2％,噸產(chǎn)品電耗降低200 kW·h。以煤代焦,復(fù)合球團(tuán)內(nèi)配煤作為還原劑。原料中配入25％的復(fù)合球團(tuán)后,噸產(chǎn)品以煤代焦110 kg。

5 結(jié)語(yǔ)

復(fù)合球團(tuán)技術(shù)的應(yīng)用給斗南錳業(yè)公司的冶煉工藝帶來(lái)深刻的變化。復(fù)合球團(tuán)技術(shù)由4項(xiàng)主要技術(shù)集成：

1)用于錳粉礦、煙塵等粉料的粘結(jié)劑技術(shù)；

2)用于錳粉礦、煙塵等粉料的配料、成型技術(shù)；

3)專門壓球設(shè)備、設(shè)備配置和自動(dòng)化控制技術(shù)；

4)電爐冶煉技術(shù)。

針對(duì)復(fù)合球團(tuán)技術(shù),斗南錳業(yè)公司獲得國(guó)家專利局授權(quán)和受理的專利及專利申請(qǐng)20余項(xiàng)。復(fù)合球團(tuán)產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐的成功形成了斗南錳業(yè)公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一,使企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)生動(dòng)力,良性循環(huán)。