金屬化球團(tuán)質(zhì)量的探討

張春靜，郭 穩(wěn)

鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過程必然會產(chǎn)生具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的含鐵、含碳除塵灰，大部分除塵灰都能夠返燒結(jié)使用，但是部分高鋅灰受高爐原料鋅含量的限制，無法直接由燒結(jié)配吃。按《高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50427-2008）要求：噸鐵入爐原料中鋅含量上限為150g，對含鋅量較高的粉塵、污泥在高爐流程中的循環(huán)使用進(jìn)行了限制。爐料中含鋅量過高，會因鋅在高爐內(nèi)揮發(fā)、富集，在高爐的爐身上半部分形成結(jié)瘤，影響高爐的穩(wěn)定順行，縮短高爐使用壽命。在提倡綠色環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)鋼廠的大理念前提下，各類循環(huán)物料都不允許出廠，高鋅除塵灰再利用勢在必行。目前高鋅除塵灰再利用方法有很多，包括物理法、火法、濕法以及化學(xué)萃取法，還可以將這幾種方法聯(lián)用。其中轉(zhuǎn)底爐工藝在國內(nèi)應(yīng)用范圍比較廣。轉(zhuǎn)底爐處理高鋅除塵灰后的產(chǎn)品主要是鋅粉和金屬化球團(tuán)，其中鋅粉可作為高鋅原料出售，金屬化球團(tuán)直接供電爐配吃。但電爐在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)渣量增大、渣堿度偏低、出鋼時(shí)間變長、電耗及石墨電極上升等問題，所以，提升金屬化球團(tuán)質(zhì)量，降低電爐使用成本是我們目前亟需解決的問題。根據(jù)金屬化球團(tuán)的特點(diǎn)，研究金屬化球團(tuán)質(zhì)量的影響因素主要有還原溫度、還原時(shí)間、配碳量、料量、生球質(zhì)量等。

1 還原溫度對金屬化球團(tuán)質(zhì)量的影響

煤氣燃燒放熱是轉(zhuǎn)底爐爐膛熱量的主要來源，轉(zhuǎn)底爐在生產(chǎn)過程中主要用轉(zhuǎn)爐煤氣，但轉(zhuǎn)爐煤氣熱值波動較大，爐內(nèi)最高溫度（還原二段和還原三段）一般控制在1220℃左右。8 月18日，為提升金屬化球團(tuán)質(zhì)量，混入熱值比較穩(wěn)定的焦?fàn)t煤氣，爐內(nèi)最高溫度控制在1250℃～1280℃之間。

混入焦?fàn)t煤氣，還原溫度提升后，殘?zhí)冀档?.8%，金屬化率升高0.88%，脫鋅率升高0.81%。

另外，如果生產(chǎn)過程中還原溫度高，還原反應(yīng)進(jìn)行的快且劇烈，金屬化球團(tuán)表面就很難被再次氧化，即便被氧化，如果表面的氧化層很薄，也不會影響產(chǎn)品的金屬化率。如果還原溫度偏低，還原速度緩慢，等到整個(gè)球充分發(fā)生還原反應(yīng)時(shí)，表面就會形成較厚的氧化層，最終導(dǎo)致金屬化率偏低。因此，生產(chǎn)中想要提高金屬化球團(tuán)的金屬化率，防止還原過程中的再氧化，就需要提高還原溫度，在爐內(nèi)不出現(xiàn)板結(jié)塊的前提下，還原溫度越高，反應(yīng)時(shí)間越短，金屬化球團(tuán)質(zhì)量越好。

2 料厚對金屬化球團(tuán)質(zhì)量的影響

根據(jù)目前生產(chǎn)節(jié)奏及工藝條件，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際摸索，轉(zhuǎn)底爐的還原時(shí)間為18 分3 秒，幾乎不做調(diào)整，但隨著產(chǎn)量的升高，布料厚度勢必會隨之升高。料厚太高也會影響金屬化球團(tuán)質(zhì)量，因?yàn)檗D(zhuǎn)底爐的火焰僅接觸料層的上層，料厚過高時(shí)，上下層反應(yīng)速度差別較大，上層還原反應(yīng)剛好完成，下層還原反應(yīng)肯定不充分；如果下層還原反應(yīng)完畢，上層就會發(fā)生嚴(yán)重的再氧化。

金屬化球團(tuán)產(chǎn)量升高90.39t，粉率升高5.68%，金屬化率降低趨勢，電爐磁盤吸入量降低0.7t 左右。

3 配碳量

2020 年4 月18 日～5 月18 日低煤氣熱值生產(chǎn)摸索期間，試驗(yàn)增加配碳量，混煤配吃比例由6%逐步增至10%,配碳量由14%增至17%，金屬化率稍有上升，但粉率逐漸升高，最高粉率42.79%。通過反復(fù)摸索，金屬化球團(tuán)在生產(chǎn)過程中，碳最終以氣體形式排出，金屬化球團(tuán)的特點(diǎn)是低配碳量和高孔隙率，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度會隨著配碳量的增加而降低，金屬化率會隨著配碳量的增大而增大。所以如果配碳量高，直接導(dǎo)致粉率上升，因此，生產(chǎn)過程中需要逐步摸索合理的配碳量，目前配碳量一般穩(wěn)定在13%～14%之間，能夠滿足轉(zhuǎn)底爐還原過程所需要的配碳量。

4 料量及生球質(zhì)量

轉(zhuǎn)底爐在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于各類塵泥本身成分、來料量不穩(wěn)定的特點(diǎn)，料量及生球質(zhì)量波動較大，造成后續(xù)焙燒過程調(diào)整困難，影響金屬化球團(tuán)質(zhì)量。生產(chǎn)組織過程中，從源頭抓起，盡可能穩(wěn)定原料配比，減少變料次數(shù)；工藝上要求混合料水分控制在6%～8%之間，生球水分控制在10%～12%；重粒灰、布袋灰碳含量波動較大，為穩(wěn)定還原反應(yīng)所需的配碳量，試驗(yàn)配吃2%碳粉，效果較好。

表1 金屬化球團(tuán)成分

表2 金屬化球團(tuán)指標(biāo)

表3 混合料碳含量的變化對金屬化球團(tuán)指標(biāo)的影響

表4 碳粉成分

表5 碳粉粒級

表6 提品前后金屬化球團(tuán)成分對比

碳粉粒級與其它除塵灰相比偏粗，但碳粉的碳含量比較穩(wěn)定，少量配吃并不影響混合料的成球性，相反，能夠提升混合料配碳的穩(wěn)定性，提升生球質(zhì)量，為后續(xù)操作過程的穩(wěn)定創(chuàng)造有利條件。

5 硅含量降低對金屬化球團(tuán)品位的影響

5.1 配吃高品位精粉提品

進(jìn)入8 月以來，不斷摸索降低金屬化球團(tuán)硅含量，提升金屬化球團(tuán)品位，先后吃入氧化鐵皮、澳洲精粉、精選秘魯粉等高品位礦粉，但均表現(xiàn)為母球形成速度慢，生球粒度大且球量不好控制，最后試驗(yàn)申風(fēng)國內(nèi)粉，配吃效果較好，金屬化球團(tuán)品位、硅含量均有明顯改善。

配吃申風(fēng)國內(nèi)粉25%，金屬化球團(tuán)品位提升1.75%，硅降低1.96%。

5.2 有機(jī)粘結(jié)劑代替皂土能夠在一定程度上降低硅含量提升金屬化球團(tuán)品位

表7 粘結(jié)劑成分

表8 粘結(jié)劑配比及生球變化情況

經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐摸索，觀察粘結(jié)劑配比由2%逐步降至0.8%過程中生球質(zhì)量的變化，粘結(jié)劑配比2%、1.5%及0.8%時(shí)生球均表現(xiàn)為粒度不均，呈周期性波動；粘結(jié)劑配比1%時(shí)，生球成球性較好，粒度較均勻，表面較光滑。

表9 混合料成分

配吃粘結(jié)劑后，混合料TFe 上升1.76%，SiO2下降2.65%。

表10 金屬球質(zhì)量變化情況

配吃粘結(jié)劑后，較配吃皂土?xí)rTFe 升高7.4%、MFe 升高9.52%、SiO2降低4.2%、金屬化率升高5.44%，粉率升高2%。

粘結(jié)劑代替皂土能夠明顯的降低硅含量提升金屬化球團(tuán)品位，但粘結(jié)劑對原料的適應(yīng)性偏差，成品金屬化球團(tuán)粉率呈上升趨勢。

電爐吃入情況。

高品金屬化球團(tuán)電爐吃入過程，磁盤吸上量每盤上升0.4t，吃入1t 時(shí)（折合噸鋼7.69kg/t），高品較低品提效2 元/t 鋼。實(shí)際渣料消耗不變的情況下，增加了高品球吃入量，同比爐內(nèi)渣樣變化：全鐵上升1.25%～4.10%，二氧化硅下降-0.42%～-0.98%，堿度上升0.02 ～0.27。

同時(shí)，電爐及時(shí)調(diào)整金屬化球團(tuán)加入時(shí)機(jī)在冶煉前、中期，利于前期脫氧和快速成渣，較好的改善了埋弧操作，供電縮短、護(hù)爐效果提高、終點(diǎn)控制穩(wěn)定，鐵元素回收率提高明顯。

5.3 配吃烘干輥磨卡粉降低皂土配吃比例

技術(shù)部組織球團(tuán)廠對-4mm 卡粉進(jìn)行烘干、選礦廠用高壓輥磨對烘干后卡粉進(jìn)行細(xì)磨生產(chǎn)試驗(yàn)，最后磨后卡粉在轉(zhuǎn)底爐工序配吃。

表11 渣樣變化情況

表12 電爐指標(biāo)變化情況

表13 卡粉烘干情況情況

經(jīng)球團(tuán)廠對北區(qū)2#豎爐烘干進(jìn)行出料系統(tǒng)改造，對卡粉進(jìn)行烘干，烘干溫度控制在710℃～750℃之間，烘干后水分平均4.3%，較原礦下降3.6%，小時(shí)產(chǎn)量50t。

分析烘干卡粉單獨(dú)研磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)，五次研磨細(xì)度65.15%，參照試驗(yàn)生產(chǎn)時(shí)間及研磨五次計(jì)算，產(chǎn)量約700 噸/天；因烘干卡粉水分5.5%較低，生產(chǎn)過程中揚(yáng)塵較為嚴(yán)重，且卡粉黏度較高，第3 次輥磨后結(jié)塊較多，隔渣篩下料不暢?？紤]四次研磨細(xì)度達(dá)到64.3%，能夠滿足轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)需求，所以要求生產(chǎn)上細(xì)磨四遍后就拉往轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行配吃。

轉(zhuǎn)底爐吃入細(xì)磨卡粉情況。

表14 高壓輥磨細(xì)磨情況

表15 原料配吃情況

表16 轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)量及單耗

表17 金屬化球團(tuán)成分

配吃細(xì)磨卡粉10%后，日產(chǎn)量降低14.09t，粉率上升2.59%，皂土單耗下降59.66kg/t。皂土成本下降22.96 元。

試驗(yàn)開始配吃15%細(xì)磨卡粉，皂土由4.5%逐步降至2%，生球成球慢，干燥后生球水分偏高，較之前干燥后生球強(qiáng)度降低，落下強(qiáng)度2次以下占30%，鏈斗機(jī)成品球碎渣、面子較多，粉率30.46%，通過生產(chǎn)實(shí)踐摸索，逐步將卡粉配比降至10%，粉率下降明顯。

針對生產(chǎn)中實(shí)際存在的問題，從配料到造球、再到烘干主要采取的措施：①將皂土倉子由9 號倉調(diào)至7 號倉，7 號倉是拖拉皮帶秤，量程比螺旋下料秤小，精準(zhǔn)皂土下料。②由于散裝布袋灰水分大、有硬塊，影響下料，所以要求停配散裝布袋灰。③強(qiáng)力混通入蒸汽，提升混合料料溫。④強(qiáng)力混預(yù)見性調(diào)整進(jìn)水量，混料水分7.5%～8.2%，提升混合料水分，降低球盤加水量。⑤在線清理干燥機(jī)網(wǎng)帶糊堵，提升烘干效果。⑥穩(wěn)定造球粒度，提升8mm ～12mm 粒徑占比85%以上，改變加水方式及熱水造球模式，有效減少生球表面粘附粗顆?，F(xiàn)象。⑦生球入爐量控制25t/h以上，調(diào)整干燥機(jī)入口煙氣溫度320℃～350℃，干燥后生球水分＜2%，落下強(qiáng)度兩次以上。⑧本體溫度控制，根據(jù)熱值合理調(diào)整焦?fàn)t轉(zhuǎn)爐煤氣量還原二、三區(qū)溫度控制1280℃～1290℃，使?fàn)t內(nèi)焙燒均勻穩(wěn)定。隨后要求轉(zhuǎn)底爐固化原料配比，定配料方案。

通過一系列整改，轉(zhuǎn)底爐細(xì)磨卡粉配比控制在10%，皂土配比穩(wěn)定在2%，轉(zhuǎn)底爐本體還原二、三區(qū)溫度控制在1280℃～1290℃，使?fàn)t內(nèi)焙燒均勻穩(wěn)定。通過試驗(yàn)卡粉的配加，在整體工序生產(chǎn)中對降皂、成品降硅起到了明顯效果，粉率穩(wěn)定在25%左右，金屬化球團(tuán)品位TFe70.26%，SiO28.62%，S0.63%。

6 總結(jié)

（1）通過現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐實(shí)際生產(chǎn)工藝條件，改變原料配吃、還原溫度和布料厚度，穩(wěn)定配碳量及料量，研究不同還原條件對金屬化率、脫鋅率的影響。研究表明，金屬化球團(tuán)是內(nèi)配碳的直接還原反應(yīng)，在還原溫度控制在1250℃～1280℃之間，日產(chǎn)量在700t 左右時(shí)，金屬化率可達(dá)75%，脫鋅率可達(dá)90%，電爐磁盤吸入量最高可達(dá)3t ～4t。

（2）轉(zhuǎn)底爐用有機(jī)粘結(jié)劑代替皂土，金屬化球團(tuán)品位能夠達(dá)到71%，硅能夠降至7%，有助于電爐降低電耗及渣料消耗，降低成本，但是在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)繼續(xù)摸索降低粉率，穩(wěn)定原料條件。

（3）還可以結(jié)合皂土廠家提升皂土質(zhì)量，降低皂土消耗，也能夠很好的達(dá)到金屬化球團(tuán)降硅提品的目的。皂土的硅含量在65%左右，目前皂土配比5%，金屬化球團(tuán)硅含量在11%左右，理論計(jì)算皂土配比降低1%，金屬化球團(tuán)硅含量能夠降低0.78%，品位能夠升高0.89%，還應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步摸索。

（4）卡粉有一定的粘性，經(jīng)過細(xì)磨后由轉(zhuǎn)底爐配吃也能夠降低皂土消耗，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，皂土配比能從4.5%降至2%，能夠達(dá)到降低金屬化球團(tuán)硅含量及提升品位的目的。但必須嚴(yán)格控制好細(xì)磨卡粉的配吃比例，配吃比例過高，爐內(nèi)爆裂嚴(yán)重，直接導(dǎo)致成品球粉率上升。