采用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)電焊條用還原鈦鐵礦工藝探索

徐建忠

（四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川 成都 610000）

我國(guó)自改革開放以來，工業(yè)高速發(fā)展，電焊條作為工業(yè)基礎(chǔ)性材料，得到了前所未有的大發(fā)展，為國(guó)家的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了強(qiáng)有力的材料保障，尤其是普通焊條作為最基礎(chǔ)的焊接材料，它適應(yīng)性廣，用量大，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。根據(jù)第23屆北京?埃森焊接與切割展覽會(huì)展會(huì)綜合技術(shù)報(bào)告2017年國(guó)內(nèi)焊接材料總量達(dá)407萬噸，其中半自動(dòng)、自動(dòng)化高效焊接材料結(jié)構(gòu)比例有近60%，據(jù)此估算國(guó)內(nèi)普通焊條規(guī)模目前至少在160萬噸/年以上，而還原鈦鐵礦主要就是用于普通焊條，根據(jù)各生產(chǎn)廠家配方的差異性，還原鈦的用量占成品焊條的比例大概在15%左右，因此國(guó)內(nèi)還原鈦用量應(yīng)該在24萬噸/年以上。還原鈦鐵礦主要成分為鈦氧化物和鐵及其氧化物，其優(yōu)點(diǎn)：1.在焊條中替代金紅石，成本低；2.改善電弧穩(wěn)定性及再引弧性能；3.改善熔渣流動(dòng)性及焊縫成形；4.減小飛濺；5.提高焊條熔敷效率。

還原鈦主要生產(chǎn)原料——鈦鐵礦在我國(guó)儲(chǔ)量豐富，且國(guó)外資源豐富，成本相對(duì)低廉，因此無資源困擾，故還原鈦鐵礦目前已成為普通鈦鈣型及高鈦型焊條藥皮的主要原材料。傳統(tǒng)還原鈦鐵礦生產(chǎn)工藝按其生產(chǎn)設(shè)備可分為隧道窯工藝及“饅頭”窯工藝，其基本原理是將天然鈦精礦與還原劑、脫硫劑按一定比例分層置于專用陶罐內(nèi)，通過外加熱使罐內(nèi)物料升溫至1150左右發(fā)生氧化還原及脫硫等系列反應(yīng)，將鈦精礦中的Fe203及FeO轉(zhuǎn)化成Fe，冷卻后經(jīng)破碎、篩分及磁選分離即為還原鈦鐵礦。由于“饅頭”窯工藝生產(chǎn)產(chǎn)量低、質(zhì)量不易穩(wěn)定，且不符合環(huán)保要求，目前基本已淘汰。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已采用回轉(zhuǎn)窯直接生產(chǎn)電焊條用還原鈦鐵礦，但各家生產(chǎn)工藝有差異，質(zhì)量控制參差不齊，我們公司經(jīng)過多年實(shí)踐及探索，成功開發(fā)了電焊條用還原鈦鐵礦回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)新工藝并做到了質(zhì)量、成本、環(huán)保的三者統(tǒng)一。

一、基本工藝流程

天然鈦鐵礦作為基本原材料，加上脫硫劑Ca（OH）2，二者經(jīng)輸送帶進(jìn)入窯尾，同時(shí)煤顆粒經(jīng)窯頭由煤槍高速噴入，隨著窯體按一定的窯速運(yùn)轉(zhuǎn)，窯體內(nèi)燃煤加熱，物料通過一系列的氧化還原反應(yīng)，最終從冷卻窯輸出，通過粗篩——細(xì)篩——磁選——二次磁選——40目細(xì)篩——成品

二、主要工藝裝備

皮帶傳送機(jī)、上料機(jī)構(gòu)（斗提）、回轉(zhuǎn)窯、冷卻窯、自動(dòng)篩分機(jī)、磁選機(jī)、自動(dòng)控制裝備。

三、工藝原理及重點(diǎn)環(huán)節(jié)控制

根據(jù)近幾年的實(shí)踐探索，我們對(duì)生產(chǎn)還原鈦的原輔材料制定了標(biāo)準(zhǔn):

1.原材料鈦鐵礦成分指標(biāo)控制：TiO2≥50%，P≤0.04%，S≤0.04%，15%≤FeO≤20%，25%≤TFe≤35%，F(xiàn)e2O3≥20%，粒度30里全通過。

2.煤：采用國(guó)內(nèi)神木優(yōu)質(zhì)25無煙煤，發(fā)熱量≥6000卡，它具有雜質(zhì)少，含硫量低，發(fā)熱量大等特點(diǎn)。

3.工藝原理簡(jiǎn)述：還原鈦鐵礦回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝是以鈦鐵礦為主要原料、無煙煤為還原劑、Ca(OH)2為脫硫劑，物料按一定配比進(jìn)入窯內(nèi)，以燃煤加熱物料，窯內(nèi)空氣（氧氣）輸入量通過窯體上的風(fēng)門的開合度及風(fēng)機(jī)控制，在有效工作溫度1050-1200℃還原，還原料經(jīng)冷卻、除碳等處理后即為還原鈦鐵礦。具體工藝流程見圖1

其氧化還原反應(yīng)：

C+CO2=2CO2C+O2=2COCO+Fe2O3=2FeO+CO2CO+FeO=Fe+CO2

在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，鈦鐵礦密度大顆粒細(xì)，料層在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鈦鐵礦及細(xì)還原劑顆粒處于料層下面，料層上面則被一層顆粒相對(duì)較粗的還原劑覆蓋。由于窯內(nèi)為弱還原性氣氛，加之表層粗顆粒還原劑的保護(hù)作用，在料層下會(huì)形成質(zhì)量濃度較高的、動(dòng)態(tài)的、與礦粒充分接觸的一氧化碳還原氣氛，加之回轉(zhuǎn)窯高溫帶一般穩(wěn)定維持在1050—12000C之間，因而還原反應(yīng)速度較快；脫硫反應(yīng)鈦鐵礦原礦硫含量很低，還原鈦鐵礦中高出鈦鐵礦硫含量的硫來源于還原劑及燃料，因此控制還原鈦鐵礦中硫含量，實(shí)際上是要防止窯內(nèi)氣氛向鈦鐵礦滲硫。控制窯內(nèi)氣氛中SO2的質(zhì)量濃度并加入具有孔洞狀結(jié)構(gòu)的熟石灰顆粒脫硫，可收到良好的防硫滲透效果。采用上述方法可以使還原鈦鐵礦中S控制在0.03%以內(nèi)；碳在還原鈦鐵礦中以兩種形式存在：一是以游離碳形式存在于海綿狀結(jié)構(gòu)的礦粒表面及海綿孔隙中；二是以化合態(tài)的Fe形式存在。由于原礦與還原劑直接接觸加之還原速度相對(duì)較快，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的還原鈦鐵礦中游離碳含量較高，通過控制原材料質(zhì)量及還原窯操作、采用特殊除碳工藝及設(shè)備可去除附著的絕大部分游離碳，使還原鈦鐵礦中C含量控制在0.2%以下。

在實(shí)際操作過程中，要達(dá)到穩(wěn)定的產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量要求，即符合焊條用原材料標(biāo)準(zhǔn)：C≤0.2%，F(xiàn)eO≤7.0%，原材料的單位加入量、窯體風(fēng)門開合度、單位噴煤量、窯體轉(zhuǎn)速、返煤加入量這幾者的關(guān)系非常關(guān)鍵。通過我們不斷摸索實(shí)驗(yàn)，目前我們的加入比例：

鈦鐵礦︰煤︰細(xì)煤顆粒=1.26︰0.48︰0.2

目前，我們上述物料的加入是通過皮帶傳送、自動(dòng)稱重、羅斯風(fēng)機(jī)噴煤實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)按比例輸送控制；窯體風(fēng)門的開合度，在維持其他條件不變的情況下，保證窯體內(nèi)低溫段在750-8500C，中溫段850-10500C，高溫段1050-12000C。風(fēng)門開合的作用主要是控制窯體內(nèi)氣氛中的含氧量，以間接控制窯溫，當(dāng)含氧量高時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)，窯內(nèi)燃燒不足以消耗掉多余氧氣，勢(shì)必造成氧化反應(yīng)，從而FeO含量上升；反之，如果過小，含氧量不夠，則窯內(nèi)溫度下降，碳燃燒不充分，還原不充分，無法降碳，因此成品C含量升高，故風(fēng)門開合度很關(guān)鍵，它必須使窯內(nèi)單位時(shí)間的進(jìn)氧量和消耗量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；作為窯速來講，首先保證窯內(nèi)不結(jié)窯為前提，其次加大物料的投入量，加大風(fēng)門的開合度，可有效提高生產(chǎn)效率。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于各種工藝參數(shù)的波動(dòng)，會(huì)造成成品中C含量或FeO含量波動(dòng)，這兩個(gè)指標(biāo)一般是蹺蹺板效應(yīng)，此消彼長(zhǎng)，這就需要在生產(chǎn)過程中對(duì)半成品每隔兩小時(shí)進(jìn)行化驗(yàn)檢測(cè)，以及時(shí)對(duì)原料鈦礦或煤的加入量做一些微調(diào)，使成品中的C或FeO始終處于合格狀態(tài)，合格率能達(dá)80%以上。經(jīng)高溫煅燒后的半成品，里面混合有還原鈦、煤顆粒、雜質(zhì)等混合物，進(jìn)入冷卻窯旋轉(zhuǎn)冷卻，經(jīng)粗篩、細(xì)篩、磁選、二次磁選、40目細(xì)篩，至成品包裝。

在整個(gè)生產(chǎn)過程中，各種物料加入比例、溫度控制、風(fēng)門開合度、窯速匹配這幾個(gè)工藝參數(shù)的控制是關(guān)鍵，它直接關(guān)系到成品中C及FeO的百分含量。現(xiàn)在，我們還在不斷的收集各種工藝數(shù)據(jù)，相信在不遠(yuǎn)的將來，我們將運(yùn)用電腦來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，這將使合格率達(dá)到95%以上，優(yōu)化物料間比例，成本也將進(jìn)一步降低。

4.細(xì)煤顆粒回收利用。過去在篩分環(huán)節(jié)產(chǎn)生的細(xì)煤顆粒，由于顆粒細(xì)小，大小不勻，不能滿足煤噴槍使用要求，因此低價(jià)處理給下游廠家，對(duì)企業(yè)成本不利。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，目前采取把產(chǎn)生的細(xì)煤顆粒按一定量混合在原礦中從窯尾二次輸送至窯內(nèi)參與氧化還原反應(yīng)，這樣可大大降低原煤的使用量，降低了成本，每年可節(jié)省40萬元以上，且產(chǎn)品質(zhì)量不受影響。

四、環(huán)保處理

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)還原鈦過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的SO2煙氣和粉塵，對(duì)于窯內(nèi)產(chǎn)生的粉塵煙氣處理，我們通過管道輸送至環(huán)保工作站，通過沉降、工業(yè)布袋除塵器收集處理，收集后的細(xì)煤粉可處理給下游廠家，避免了固廢；除塵后的煙氣富含大量的SO2，把這部分煙氣輸送至脫硫塔，經(jīng)噴淋脫硫后直排，且完全符合國(guó)家環(huán)保排放要求。