錳系合金電爐煙塵礦粉制備復合球團的產業化實踐

王運正,高德云,呂達海,張玉林

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

錳煙塵作為錳系合金冶煉的副產物由于含有相當的錳含量,一直是業界綜合利用的重要對象。云南文山斗南錳業股份有限公司(以下簡稱為：斗南錳業公司)自2005年以來,投入了大量的人力和物力開展錳煙塵、粉料等的球團化工業應用研究。實現了原料前處理清潔化生產的要求。

1 球團化應用有利于錳產業可持續發展

1.1 資源的有效利用

冶煉錳系合金生產過程中產生大量含有極細微粒錳氧化物。每冶煉1 t錳系合金,排出煙塵120～200 kg,含錳品位20％～30％,相當于國內部分企業錳精礦品位。如果以國內錳系合金產量350萬t/a計算,產生煙塵42萬t/a以上,煙塵含錳20萬 t/a以上,斗南錳業公司目前產煙塵4萬t/a,是可觀的、必須利用好的資源。

1.2 原料前處理實現清潔生產

國內煙塵利用的效果不容樂觀。煙塵是一種極細微粒物質,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,但可燒結性不佳。大量的煙塵和其他含錳粉料在燒結系統中循環,且煙塵容易產生飛揚損失造成大氣污染。相比之下球團化可以實現從收塵到制球過程封閉運行,煙塵和其他含錳粉料的一次利用率達到90％以上。

2 工業試驗與生產緊密結合同步進行

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

2007年6月,建設5萬t/a冷壓復合球團工業試驗生產線。2008年4月批量試生產。2008年5月,球團試驗生產線與2臺電爐進行冷壓球—冶煉聯動試驗,2008年底又增加2臺電爐。截止2009年4月,21 000 t球團入爐冶煉,開展了國內規模最大,處理量最多,持續時間最長的工業試驗(見圖1～5)。

圖1 壓球機

工業試驗解決了復合球團產業化的兩大關鍵技術問題：粘結劑和球團原料的粒度控制。

2.1 用于錳粉礦和煙塵等原料制備復合球團的粘結劑

粘結劑的主要作為表現在3方面：當球團在沒有被干燥前,粘結劑具有一定的黏結作用,使濕球團在出壓球機到干燥倉的輸送過程不發生破碎；當球團獲得干燥后強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生破碎；當球團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前不發生粉化。

圖2 壓球機出球

圖3 輸送帶及儲倉

圖4 經配料的礦石及球團

圖5 25 000 kVA電爐冶煉

另外,對粘結劑的其它要求是：不顯著降低球團的金屬含量；有害雜質的含量不致影響產品的質量,不會惡化熔煉條件,特別是無須額外消耗熔劑,不降低礦石的還原性；使用時對工人無害；經濟性好。

在對粘結劑的可用性和經濟性進行篩選、組合后,自行研究開發了滿足錳粉礦、煙塵等原料的粘結劑,它來源較廣、價格適中。

開發的粘結劑在壓制復合球團過程中表現出很強的適應性：

1)干粉操作,當干粉粘結劑與原料混合后加水或干粉粘結劑與潮濕原料混合后數分鐘內粘結劑便能發揮很好的黏結作用,濕球在1 m高處落下不破壞。干粉操作給生產帶來極大的方便,當錳粉礦等原料水分很大、特別是雨季生產,只要原料的總水分不超過范圍即可直接壓球而無需干燥處理。

2)壓球后,濕球可以立即干燥,無需特殊養護,排除90％水分后即表現出很好的抗壓強度。

2.2 用于錳粉礦和煙塵等原料制備復合球團的粒度控制

復合球團原料的粒度控制是球團能否成型最主要因素。原料組成理想的狀態應該是由各種粒度的一定量組成的混合體。混合體中的粗級料作為球團的骨架,次粗級料作為一次填充料,填充到骨架產生的空隙中,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“級配”。粒度分布合理,不僅能夠提高球團強度,而且可以有效降低粘結劑用量。

如果錳精礦中顆粒較大的組分較多,顆粒之間有許多空隙,壓球時物料在球窩中移動和變形困難,必須施加很大的成型壓強來使顆粒發生破壞而減少空隙,成球性差；同樣,如果僅用電爐煙塵壓球,則由于粒度太細缺少骨架使球團強度降低,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粒空隙中,即可大幅度地降低成型壓強,又可獲得抗壓強度和落下強度都很好的球團。其他原料如燒結粉料、進口粉礦等只要滿足“級配”條件均能獲得質量合格的球團。

3 完善配套的產業化系統凸現節能、環保和清潔生產效能

在云南建水冶金工業園區建設的20萬t/a復合球團項目認真總結了5萬t/a復合球團工業試驗生產線的成果和不足,進行了重大的調整和完善。

1)電爐煙塵實現封閉輸送；

2)礦粉等原料實現自動化配料；

3)采用電爐煙氣余熱干燥球團。

上述配套完善后更符合節能、環保和清潔生產的要求(見圖6～14)。

圖6 電爐煙塵封閉收集儲藏

圖7 電爐煙塵封閉輸送

圖8 自動化配料

圖9 自動化配料

圖10 余熱風管及引風機

圖11 余熱煙氣輸送管道

圖12 壓球系統

圖13 輸送、干燥及儲倉

收塵系統獲得的煙塵應用稀相輸送到球團煙塵中間倉供配料用,整個過程封閉進行,杜絕了無組織排放和二次污染。

從電爐排出的煙氣經余熱發電余熱鍋爐后進入收塵系統,從收塵系排出的煙氣經在線檢測達到國家相關排放標準后進入排空煙囪,在排空煙囪中部加裝余熱風管,通過引風機導入球團儲藏倉對球團實施干燥,實現了熱能的梯級利用。儲藏倉既能起到干燥作用,又是球團的倉儲容器。

圖14 余熱干燥控制系統

含錳礦粉來源渠道多,成分復雜,需要按照原料供給情況和產品的成分要求經常進行調整。實現自動化配料對保障生產正常十分必要。

對各工藝關鍵點進行監控,并對生產數據集中處理,及時反饋。友好的人機界面,為生產管理提供了全程精確的控制,在技術、工藝設備先進的同時,實現生產過程自動控制。

4 良好的應用效果

4.1 爐況得到明顯改善

入爐粉礦過多是造成爐況不正常的主要原因。我國是一個貧錳國,資源量少、儲量分散、品質也不高。大量使用進口礦,也大量使用國內或本區域內品質較低的資源。另外經過強化選礦和含錳泥礦的利用使得細粒度錳精礦的產量逐年增加。細粒度精礦大量入爐導致爐料透氣性過差,惡化冶煉生產條件。精料(合格的品位、合適的粒度)入爐對電爐特別是大型電爐穩定運行至關重要。球團化利用煙塵和各種細粒度精礦制成合適尺寸的團礦,入爐后有效改善了爐料的透氣性,使電極能夠深插,提高二次側電壓1～2檔,對電爐的順暢運行取到重要的作用。

4.2 效率提高、效益顯現

在其它冶煉條件不變的情況下,原料中配入15％～30％的復合球團,冶煉產率提高8％左右、冶煉回收率提高2％,噸產品電耗降低200 kW·h。以煤代焦,復合球團內配煤作為還原劑。原料中配入25％的復合球團后,噸產品以煤代焦110 kg。

5 結語

復合球團技術的應用給斗南錳業公司的冶煉工藝帶來深刻的變化。復合球團技術由4項主要技術集成：

1)用于錳粉礦、煙塵等粉料的粘結劑技術；

2)用于錳粉礦、煙塵等粉料的配料、成型技術；

3)專門壓球設備、設備配置和自動化控制技術；

4)電爐冶煉技術。

針對復合球團技術,斗南錳業公司獲得國家專利局授權和受理的專利及專利申請20余項。復合球團產業化實踐的成功形成了斗南錳業公司具有自主知識產權的核心競爭力之一,使企業技術創新內生動力,良性循環。