屠庆江, 郭荣标, 周艳琴, 周水清

( 浙江绍兴漓铁球团有限公司, 浙江 绍兴 312043)

摘 要: 浙江绍兴漓铁球团有限公司所用含锌铁矿石铁品位为 65105% , 属高品位铁精粉, P、S 等有害杂质含量较低, 但Zn 含量高达 013% , 超过了入炉原料含 Zn< 011% 的要求。本文提出采用内配碳球团高温还原法生产预还原球团矿, 还原脱锌的同时得到金属化率 80% 以上的金属化球团。在还原焙烧温度为 1 100 e , 还原焙烧时间为 60 min, 配煤量为 1510% 的条件下, 获得的成品球金属化率可达 8313% , 脱锌率为 8415% , 抗压强度为 2 354 N/ 个, Zn 含量降至 01047% , 符合高炉对入炉原料的要求。

关键词: 含锌铁矿; 还原焙烧; 脱锌

1 前 言

锌是高炉原料中的一种微量元素, 通常以氧化物或硫化物形态进入高炉。锌在高炉中的危害主要体现在两方面: 一是影响高炉长寿, 炉内富集的锌蒸汽可渗入炉墙与炉衬结合, 形成低熔点化合物, 从而软化炉衬, 使炉衬的侵蚀速度加快; 二是影响高炉稳产、高产, 当锌富集加剧时, 炉内粘结加重, 最严重时可至炉身中上部, 导致风量加不上, 悬料频繁, 对产量影响很大。因此, 对于我国储量丰富的含锌铁矿石, 必须采取有效方法在入炉前将锌脱除。

绍兴漓铁球团有限公司的高锌原料配比占30% 左右, 矿石中 Zn> 013% 时不允许直接入炉[ 1], 须预先脱除。为此, 本文提出采用内配碳球团高温还原法生产预还原球团矿, 还原脱锌的同时得到金属化率> 80% 的金属化球团。

2 试验原料

2、1 铁矿石

漓铁 球 团 公 司 所 用 含 锌 铁 矿 粒 度 为- 01074 mm 占 83% , 其化学成分列于表 1。由表 1可知, 该矿石铁品位较高, 为 65105%, P、S等有害杂质少, 但 Zn 含量高达 013% , 超过了入炉原料含 Zn< 011%的要求。

铁矿石中锌的主要矿物是闪锌矿(ZnS) 和红锌矿(ZnO)[ 2]。由表 2 可知, 漓铁铁矿石中的锌主要以闪锌矿形式存在, 分布率达到了 9510%。

2、2 还原剂

试验所用内配还原剂采用浙江烟煤, 其成分列于表 3、表 4。由表可知, 该烟煤固定碳和挥发分含量高, 灰分少, S 含量低, 是良好的还原剂。其灰渣的软熔特性为: 变形温度 1 100 e 、软化温度 1 170 e 、半球温度 1 190 e 、流动温度 1 260 e , 符合一般煤基直接还原的要求。使用前, 将其破碎至< 0115 mm。

3 研究方法

3、1 试验原理

铁矿石中闪锌矿开始氧化的温度为 450e , 而漓铁球团竖炉生产过程中炉箅温度为 560e 左右, 在炉箅干燥阶段, 球团中的 ZnS 就会发生强烈的氧化反应, 几乎全部氧化生成 ZnO。

因此, 球团中锌的脱除主要是氧化锌的脱除。试验过程中主要化学反应如下:

3、2 试验流程

试验流程为: 含锌铁矿配加一定量还原煤、膨润土及水y 混匀y 造球 y 竖炉投笼试验。造球试验在 á 1 m, 边高 150 mm, 倾角 47b的造球盘上进行, 控制球盘转速为 38 r/ min。将 8~ 16mm 的合格生球装入 á 60 mm, 高 80 mm 的不锈钢笼, 以备作投笼试验。每次取 8 个钢笼, 两个一组, 分别从竖炉烘干床东南、东北、西北、西南四个方向同时投入, 经过干燥、预热、焙烧、均热、冷却五个阶段, 再从竖炉南、北排矿口的链板机上取出, 记录取笼时间, 冷却后分别拆笼。将 8 个钢笼中的试样取出后混合、取样, 再进行成品球团矿抗压强度测定和化学成分分析。

3、3 评价指标

采用成品球的脱锌率 G、金属化率 C和抗压强度三个指标来衡量竖炉生产预还原球团矿的焙烧效果。

成品球团抗压强度按照 ISO4700 标准检测, 每次取 60 个球团矿样测定, 取平均值作为检验指标。

4 试验结果及分析

投笼试验所用生球指标如下: 落下强度 512次/ 015 m, 抗压强度 1214 N/ 个, 水分 814% , 粒径 12~ 16 mm。试验主要考察配煤量、还原焙烧温度及还原焙烧时间对成品球金属化率、脱锌率和抗压强度的影响。

4、1 配煤量试验

固定还原焙烧温度为 1 050 e , 还原焙烧时间为 60 min, 考察配煤量对成品球指标的影响。配煤量对成品球指标的影响列于表5。当配煤量由 510%增加到 1510% 时, 成品球团矿的金属化率、脱锌率及抗压强度均得到大幅度提高。金属化率由3316% 升至 7812% ; 脱锌率则由2511% 增至 8213% , 此时成品球中的锌含量为01053% , 锌脱除效果良好, 达到了高炉入炉要求; 抗压强度也明显提高, 由 1 069 N/ 个增至 2341 N/ 个。配煤量进一步增加, 各项指标的变化趋于平缓。当配煤量较低时, 还原气氛不足, 仅有少量金属铁生成, 成品球结构较疏松, 抗压强度低。随着配煤量升高, 生成了大量的金属铁,成品球致密, 抗压强度得到显著提高。因此, 配煤量确定为 1510%。

4、2 还原焙烧温度试验

固定还原 焙烧时间为 60 min, 配 煤量为1510% , 考察还原焙烧温度对成品球指标的影响。还原焙烧温度是决定成品球质量指标的关键因素。由表 6 可知, 当焙烧温度从 950 e 提高到 1 100 e 时, 成品球团矿的金属化率、脱锌率及抗压强度均有所提高; 温度继续升高, 成品球的指标反而降低。这主要是因为 1 150 e 时, 球团中的 SiO2 在还原气氛下极易与 FeO 反应, 形成低熔点的铁橄榄石, 高温时铁橄榄石会在球团表面形成大量液相, 阻碍还原气体向内部扩散[ 4]。同时, 还原用烟煤的软化温度为 1150 e 左右, 温度过高会破坏煤在球团中的还原作用。因此, 适宜的还原焙烧温度为 1100 e 。

4、3 还原焙烧时间试验

固定还原焙烧温度为 1100 e , 配煤量为1510% , 考察还原焙烧时间对成品球指标的影响。试验结果列于表 7。由表可知, 还原焙烧时间从 20 min 增至 60 min 时, 各项指标均有所提高; 但进一步延长还原焙烧时间, 则金属化率反而下降。这可能是由于随着还原焙烧时间增加,煤被不断消耗, 竖炉内的还原气氛减弱, 氧化性气氛有所增强, 使已还原的矿石再氧化的缘故。因此, 确定还原焙烧时间为 60 min。

4、4 全流程综合条件

根据上述试验, 得到还原焙烧的最佳工艺条件为: 还原焙烧温度 1 100 e , 还原焙烧时间 60min, 配煤量 1510% 。此时, 成品球的金属化率为8313% , 脱锌率 8415% , 抗压强度为 2 354 N/ 个,符合高炉对入炉原料的要求。表 8 列出了该条件下获得的成品球的化学成分。据新日铁的生产经验, 高炉每使用1 t 金属化球团, 可节约焦炭 230kg 左右, 能为企业降低成本作出一定贡献[5]。

5 结 论

1) 绍兴漓铁球团有限公司所用含锌铁矿石全铁含量为 65105%, 属高品位铁精粉, P、S 等有害杂质较少, 但 Zn 含量高达 013% , 超过了入炉原料含 Zn< 011% 的要求。采用内配碳球团高温还原法生产预还原球团矿, 还原脱锌的同时可得到金属化率 80%以上的金属化球团。近期将投入工业生产。

2) 还原焙烧的最佳工艺条件为: 还原焙烧温度 1 100 e , 还原焙烧时间 60 min, 配煤量 1510%。在此条件下获得的成品球金属化率为 8313%, 脱锌率达 8415% ( 球团含 Zn<01047% ) , 抗压强度 2 354 N/ 个, 符合高炉对入炉原料的要求。

参考文献

[1]   李健 1 现代烧结生产技术工艺流程、设备选型计算与烧结效率实用手册[M]1 当代中国音像出版社, 2005: 3011

[2]   顾林娜 1 烧结过程中铅、锌脱除的研究[ J] 1 冶金丛刊,1997( 2) : 11

[3]   于淑娟, 吕志升, 侯洪宇, 等 1 含锌含铁尘泥球团自还原试验研究[J]1 鞍钢技术, 2012(4): 151

[4]   朱德庆, 郭宇峰, 邱冠周 1 钒钛磁铁精矿冷固结球团催化还原机理[J]1 中南工业大学学报, 2000(3): 208- 2111

[5]   张鲁芳 1 我国转底炉处理钢铁厂含锌粉尘技术研究[ J] 1烧结球团, 2012, 37(3): 591