轉(zhuǎn)爐含釩鋼渣入礦熱爐預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)

呂 韜，李秦燦，寧曉宇，李凌楠，賈定慧

(中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東 青島 266555)

0 引 言

釩是一種重要的金屬元素，主要用于鋼鐵工業(yè)，以改善鋼的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性等性能。釩鈦磁鐵礦是釩最重要的存在形式，在提釩煉鋼后的鋼渣中仍含有一定含量的釩，目前尚未得到有效利用。借鑒文獻(xiàn)中有關(guān)利用火法還原處理石煤、粘土釩礦等含釩資源生產(chǎn)釩鐵合金的方案設(shè)想，結(jié)合中冶東方在礦熱爐領(lǐng)域多年的工程經(jīng)驗(yàn)積累，以及某廠技改實(shí)踐，提出將含釩鋼渣搭配一定的釩鈦磁鐵粉礦進(jìn)行燒結(jié)，隨后送入礦熱爐內(nèi)，通過(guò)碳熱還原制取含釩生鐵的工藝。

根據(jù)原料入爐要求，針對(duì)含釩鋼渣的相關(guān)特性，提出了1套完整的原料處理工藝，并敘述如下。

1 原料儲(chǔ)存及輸送

1.1 原料種類及消耗

原料系統(tǒng)為冶煉提供所需的原(燃)料，包括轉(zhuǎn)爐含釩鋼渣、釩鈦磁鐵粉礦、焦炭和熔劑(白云石、硅石)等。每噸含釩生鐵所需原料消耗量見(jiàn)表1。

表1 冶煉含釩生鐵所需原料單耗

1.2 料場(chǎng)貯存及供配料

原料處理工序包含貯存、燒結(jié)、配料、輸送等，將4臺(tái)125 000 kVA礦熱爐冶煉所需合格原料送至車間爐頂料倉(cāng)，工藝流程見(jiàn)圖1。

1.2.1 含釩鋼渣、釩鈦磁鐵粉礦料棚

含釩鋼渣、釩鈦磁鐵粉礦全部用汽車運(yùn)入料棚，由裝載機(jī)進(jìn)行倒運(yùn)和造堆作業(yè)。

料棚為輕型防雨棚結(jié)構(gòu)，面積85 m×43 m=3 655 m2。料棚內(nèi)凈高為9 m，可滿足自卸汽車翻卸的高度要求。棚內(nèi)可儲(chǔ)存堆高為2.5～3 m，總儲(chǔ)量約為11 200 t，滿足4臺(tái)礦熱爐15 d生產(chǎn)所需的量。

1.2.2 焦炭料棚

還原劑通過(guò)汽車運(yùn)入廠內(nèi)，在焦炭料棚內(nèi)堆存，入廠焦炭為合格粒度冶金焦，初水分13 %。

與含釩鋼渣、釩鈦磁鐵粉礦料棚型式一樣，焦炭料棚也采用輕型防雨棚結(jié)構(gòu)，凈高9 m，面積72 m×42 m=3 024 m2。棚內(nèi)堆高約3 m，總儲(chǔ)量約為3 000 t，可保障生產(chǎn)15 d。

1.2.3 白云石、硅石堆場(chǎng)

白云石、硅石為合格粒度來(lái)料，通過(guò)自卸汽車卸至各自的露天堆場(chǎng)內(nèi)，由裝載機(jī)進(jìn)行倒運(yùn)和造堆作業(yè)。

白云石堆場(chǎng)面積45 m×45 m=2 025 m2，可儲(chǔ)存堆高為2.5～3 m，總儲(chǔ)量約為4 200 t。

硅石堆場(chǎng)面積45 m×45 m=2 025 m2，可儲(chǔ)存堆高為2.5～3 m，總儲(chǔ)量約為5 100 t。

為防止混料和輔助作業(yè)設(shè)備通行，料條或貯料棚之間留有足夠的間距。此外，在儲(chǔ)料場(chǎng)四周設(shè)有環(huán)繞公路，每一個(gè)料條或貯料棚對(duì)外設(shè)有通道，以保證各種車輛暢通。

考慮到雨季時(shí)雨水能順利排出，料條或貯料棚地坪設(shè)計(jì)高于場(chǎng)外地坪，并有一定的排水坡度。其次，縱向設(shè)有通長(zhǎng)排水溝，溝端部設(shè)有沉淀池，料場(chǎng)匯水面積較大，雨季排出的污水，經(jīng)沉淀后排出，沉淀物清理后運(yùn)至燒結(jié)配料。

1.2.4 供配料系統(tǒng)

供配料系統(tǒng)包括配料倉(cāng)下配料、稱量及膠帶機(jī)輸送等，工藝流程如下：

配料站設(shè)1列配料倉(cāng)，共設(shè)置10個(gè)，包括2個(gè)燒結(jié)礦倉(cāng)，2個(gè)焦炭倉(cāng)，1個(gè)白云石倉(cāng)、1個(gè)硅石倉(cāng)，4個(gè)備用倉(cāng)。料倉(cāng)可儲(chǔ)存原料量至少可供礦熱爐生產(chǎn)12 h。

所有配料倉(cāng)的倉(cāng)口下均設(shè)有1套稱量系統(tǒng)，單出口形式，以保證每2臺(tái)礦熱爐均有1套獨(dú)立的配料系統(tǒng)，且可以實(shí)現(xiàn)交替互用。礦熱爐所需原料經(jīng)各自配料倉(cāng)下的皮帶秤落到皮帶機(jī)上，隨后運(yùn)送至礦熱爐爐頂料倉(cāng)。

2 釩渣制粒燒結(jié)

2.1 產(chǎn)品方案

含釩鋼渣及釩鈦磁鐵粉礦基本是粉狀物料，直接入爐冶煉會(huì)減少爐料空隙，降低爐料透氣性，導(dǎo)致?tīng)t況難以順行，影響釩、鐵回收率，因此需要事先進(jìn)行制粒燒結(jié)。這里利用礦熱爐回收的煤氣點(diǎn)火進(jìn)行抽風(fēng)燒結(jié)，混料中的焦粉燃燒產(chǎn)生大量的熱，使物料發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，不斷地氧化、還原，繼而軟熔、粘結(jié)，最終改善原料的冶金性能，如粒度均勻、強(qiáng)度高、穩(wěn)定成分等，同時(shí)還可以去除部分有害的雜質(zhì)。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，利用廠區(qū)現(xiàn)有22 m2燒結(jié)機(jī)處理鋼渣及釩鈦磁鐵粉礦，年工作330天，可產(chǎn)燒結(jié)礦10 萬(wàn)t/a，除主要供給礦熱爐冶煉外，其余部分市售給周邊需要的鋼廠。

2.2 燒結(jié)流程

部分焦炭由堆棚內(nèi)的地下受料倉(cāng)經(jīng)固定可逆皮帶運(yùn)送至燃料破碎室，經(jīng)對(duì)輥粗碎、四輥細(xì)碎后得到0～3 mm的粒料，隨后送往配料室焦粉倉(cāng)。

采用密閉罐車將生石灰以及各工序收集到的除塵灰運(yùn)至配料室旁，氣力輸送入相應(yīng)配料倉(cāng)內(nèi)。

配料時(shí)，鋼渣和釩粉礦采用圓盤給料，生石灰采用螺旋給料，焦粉、除塵灰則使用卸灰閘門。以上幾種原料按設(shè)定的配比據(jù)重量進(jìn)行自動(dòng)給料，給到混合料的膠帶機(jī)上。料倉(cāng)料位、配比設(shè)定及變更在主控室內(nèi)進(jìn)行集中操作。

混合料由配料室通過(guò)膠帶機(jī)直接運(yùn)入一次滾筒，噴水混合后，送入二次滾筒進(jìn)行造球。期間，加入蒸汽對(duì)混料進(jìn)行預(yù)熱以保持一定的料溫。造球結(jié)束后由膠帶機(jī)運(yùn)至燒結(jié)機(jī)上方的混料礦槽。

表2 燒結(jié)礦化學(xué)成分

準(zhǔn)備燒結(jié)時(shí)，先布1層160～250 mm厚的鋪底料以保護(hù)臺(tái)車篦條，減少煙氣含塵。鋪底料來(lái)自于燒結(jié)礦篩分室，粒度為8～20 mm。接著采用輥式布料器將燒結(jié)混料均勻地布在燒結(jié)臺(tái)車上，生料層厚約500～650 mm。通過(guò)點(diǎn)火裝置將燒結(jié)料表面點(diǎn)燃，單側(cè)抽風(fēng)，料層自上而下完成燒結(jié)過(guò)程，燒結(jié)廢氣分別經(jīng)靜電除塵、主抽風(fēng)機(jī)、脫硫塔、布袋除塵、消聲后排入大氣。

燒好的熱燒結(jié)餅經(jīng)單輥破碎后進(jìn)入帶冷機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)冷卻，冷至120 ℃以下后由膠帶機(jī)運(yùn)往篩分室進(jìn)行整粒。設(shè)兩座冷篩系統(tǒng)，串聯(lián)布置。一篩篩下<8 mm的物料返回至燒結(jié)配料室，篩上>8 mm的則送至二篩。二篩中，篩下8～20 mm的物料一部分用作燒結(jié)機(jī)鋪底料，其余部分與篩上>20 mm的一起作為合格燒結(jié)礦送往日料倉(cāng)。

2.3 工藝參數(shù)

1)點(diǎn)火燃料：礦熱爐煤氣

2)點(diǎn)火溫度：1 100±50(℃)

3)點(diǎn)火時(shí)間：60 s

4)點(diǎn)火要求：點(diǎn)火均勻，溫度、強(qiáng)度穩(wěn)定，工作制與燒結(jié)機(jī)保持一致

5)臺(tái)車寬度：1.7 m

6)臺(tái)車速度：0.6～3.0 m/min

2.4 工藝特點(diǎn)

2.4.1 采用熔劑性燒結(jié)礦

原料中轉(zhuǎn)爐含釩鋼渣自身就具有很高的堿度，在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，容易生成大量的粘結(jié)液相，增加了表面張力，燒結(jié)速度加快，機(jī)械強(qiáng)度和還原性能也都有一定程度的提高。

2.4.2 改善爐料透氣性

配料中使用了親水性能很好的石灰，可提高混料的成球性能。同時(shí)，在燒二次混料時(shí)，還加入了蒸汽進(jìn)行提溫，可以減少燒結(jié)時(shí)的過(guò)濕現(xiàn)象，降低水汽冷凝頻度。此外，燒結(jié)機(jī)頭尾部采用了轉(zhuǎn)架式剛性密封結(jié)構(gòu)，密封性良好。多方面增益有效改善了爐料的透氣性，有利于降低燒結(jié)電耗。

2.4.3 料層厚度增加

提高了鋪底料層厚度，可以有效避免臺(tái)車箅條接觸高溫?zé)Y(jié)礦，延長(zhǎng)了使用壽命，作業(yè)率得到提高。同時(shí)，從一定程度上過(guò)濾掉了細(xì)粉物料，使氣流分布更為均勻，也減輕了除塵設(shè)備的工作負(fù)荷。

此外，燒結(jié)臺(tái)車整體料層厚度保持在700～900 mm，由于料層的自動(dòng)蓄熱作用，熱量利用比較充分，可有效降低焦粉消耗，還原性能得到一定的改善。同時(shí)，表層礦的強(qiáng)度也有所增加，燒結(jié)礦合格率高。

2.4.4 重視環(huán)境保護(hù)

燒結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的硫，采用煙氣循環(huán)流化床干法脫硫工藝，實(shí)現(xiàn)脫硫、除塵的一體化，脫硫效率可達(dá)到98 %以上，滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求。該工藝簡(jiǎn)單可靠，不受原料含硫量的限制，對(duì)燒結(jié)機(jī)的負(fù)荷適應(yīng)能力也較強(qiáng)。同時(shí)，電耗低，水耗約為常規(guī)濕法的70 %左右，日常維護(hù)工作量和費(fèi)用也不高。反應(yīng)生成的副產(chǎn)物主要為CaSO3、CaSO4等，可作路基材料、水泥添加劑等。

此外，對(duì)機(jī)頭、機(jī)尾以及成品篩分的灰塵進(jìn)行收集，返回到一次混料環(huán)節(jié)，重新參與燒結(jié)，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的閉路循環(huán)利用，廢物減排、資源化，具有較好的環(huán)境效益。

2.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表3 燒結(jié)機(jī)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 結(jié) 語(yǔ)

該文詳細(xì)闡述了轉(zhuǎn)爐含釩鋼渣、釩鈦磁鐵粉礦、焦炭等原燃料儲(chǔ)存及供配料系統(tǒng)，以及燒結(jié)流程、工藝參數(shù)與特點(diǎn)及技經(jīng)指標(biāo)等，可以很好地滿足原料入爐要求，為后續(xù)礦熱爐冶煉含釩鋼渣生產(chǎn)含釩生鐵提供有利條件，具有一定的生產(chǎn)借鑒意義。