鞍鋼大孤山球團(tuán)廠內(nèi)配碳工業(yè)實(shí)踐研究

于洪軍，王贏博，高源，馬文，崔金楠

鞍鋼大孤山球團(tuán)廠內(nèi)配碳工業(yè)實(shí)踐研究

于洪軍1，王贏博2，高源3，馬文4，崔金楠4

（1. 鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)大孤山有限公司，遼寧 鞍山 114000； 2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)弓長(zhǎng)嶺有限公司，遼寧 鞍山 114000； 3. 鞍鋼集團(tuán)北京研究院有限公司，北京 100000； 4. 鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 鞍山 114000）

球團(tuán)內(nèi)配碳可以改善球團(tuán)質(zhì)量，降低燃料消耗，實(shí)現(xiàn)高爐增產(chǎn)節(jié)焦，節(jié)能減排。鞍鋼大孤山球團(tuán)廠通過實(shí)驗(yàn)室造球及焙燒實(shí)驗(yàn)確定適宜煤粉配比，將煤粉按比例混入膨潤(rùn)土后參與配料，進(jìn)行工業(yè)實(shí)踐研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)煤粉配比小于0.3%時(shí)，對(duì)生球指標(biāo)未產(chǎn)生明顯影響，而預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度有明顯提高，成品球抗壓強(qiáng)度略有降低。在煤粉配比為0.2%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足了球團(tuán)生產(chǎn)工藝要求，煤耗降低了1 kg·t-1球團(tuán)礦，NOx排放量減少了25%。

內(nèi)配碳；球團(tuán)礦；節(jié)能

鞍鋼礦業(yè)公司大孤山球團(tuán)廠于2005年建廠，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力200萬t，采用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機(jī)生產(chǎn)酸性球團(tuán)礦。球團(tuán)生產(chǎn)所使用的磁鐵精礦和赤鐵精礦配比為75∶25，煤?jiǎn)魏?9 kg·t-1球團(tuán)礦，成品球抗壓強(qiáng)度2 600 N·個(gè)-1。為了進(jìn)一步降低燃料消耗、改善球團(tuán)質(zhì)量、保證生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行，大孤山球團(tuán)廠依據(jù)實(shí)驗(yàn)室造球及焙燒實(shí)驗(yàn)確定的適宜煤粉配比，將煤粉按比例混入膨潤(rùn)土后參與配料，進(jìn)行工業(yè)實(shí)踐研究[1-2]。

1 原料的理化指標(biāo)

試驗(yàn)所用鐵精礦為來自鞍鋼大孤山球團(tuán)廠，對(duì)其理化性能進(jìn)行了檢測(cè)。

1.1 鐵精礦指標(biāo)

鐵精礦指標(biāo)如表1所示。

表1 鐵精礦指標(biāo)

從原料條件可以看出，赤鐵精礦FeO含量較高，全鐵等指標(biāo)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 煤粉的工業(yè)分析

煤粉的工業(yè)分析結(jié)果見表2。

表2 煤粉的質(zhì)量指標(biāo)

2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用逐步推進(jìn)的方法，在試驗(yàn)過程中逐漸地提升煤粉的配入比例，分別為0、0.10%、0.20%、0.30%，如產(chǎn)生正效應(yīng)則繼續(xù)提升，直至效應(yīng)減弱，以此來減免對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的影響。

在煤粉倉上加裝放料管，將煤粉裝入噸袋，運(yùn)送至膨潤(rùn)土輸送車間，然后按比例與膨潤(rùn)土混勻參與配料，進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

3 內(nèi)配碳球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)研究

3.1 煤粉配比對(duì)生球指標(biāo)的影響

為了研究煤粉配比對(duì)生球性能指標(biāo)的影響，本試驗(yàn)在0～0.30%的范圍內(nèi)進(jìn)行了4次測(cè)定，結(jié)果如表3所示。由表3可知，隨著煤粉配比的增加，抗壓強(qiáng)度略有升高，落下強(qiáng)度略有降低，450 ℃下均未出現(xiàn)爆裂情況。煤粉介入未對(duì)生球指標(biāo)產(chǎn)生明顯影響。

表3 生球性能測(cè)定結(jié)果

3.2 煤粉配比對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響

表4為不同煤粉配比下，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果。由表4可見，煤粉添加后，預(yù)熱球的抗壓強(qiáng)度明顯提高。由300多提升到大于500 N·個(gè)-1，充分滿足了球團(tuán)生產(chǎn)需要。

表4 預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度

3.3 煤粉配比對(duì)成品球質(zhì)量的影響

3.3.1 煤粉配比對(duì)成品球抗壓強(qiáng)度的影響

本試驗(yàn)還探究了煤粉配比對(duì)成品球抗壓強(qiáng)度的影響，如表5所示。從測(cè)定結(jié)果可以看出，未加煤粉時(shí)成品球抗壓強(qiáng)度為2 712 N·個(gè)-1，隨著煤粉的加入，成品球抗壓強(qiáng)度有所下降，平均2 491 N·個(gè)-1，煤粉配比為0.30%時(shí)抗壓強(qiáng)度最低。出現(xiàn)這一情況的原因是內(nèi)配碳球團(tuán)在預(yù)熱過程中會(huì)快速地在表面形成一層硬殼，進(jìn)而影響后期焙燒過程中氧氣向球團(tuán)內(nèi)部的滲入，部分球團(tuán)形成同心裂紋，最終導(dǎo)致成品球抗壓強(qiáng)度下降。

表5 成品球性能測(cè)定結(jié)果

3.3.2 不同煤粉配比球團(tuán)表征分析

圖1為預(yù)熱溫度950~1 000 ℃、焙燒溫度 1 200~1 250 ℃范圍內(nèi)配入不同比例煤粉的金相照片。

圖1 焙燒溫度950~1 200 ℃配入不同煤粉金相照片

煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.10%時(shí)，如圖1（a）、圖1（b）所示，球團(tuán)內(nèi)部出現(xiàn)大量孔隙，大面積亮白色塊為單獨(dú)顆粒的原生赤鐵礦礦物，少部分赤鐵礦發(fā)生再結(jié)晶互連。這是由于添加的無煙煤較少，煤粉燃燒較充分，還原氣氛弱，不利于赤鐵礦向磁鐵礦轉(zhuǎn)化。原料中的磁鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)本身又高，反而由于煤燃燒后球團(tuán)內(nèi)部孔隙增多，圖1（a）、圖1（b）中可見明顯河流狀和球狀氣孔分布，成品球團(tuán)強(qiáng)度降低。煤粉大于0.10%時(shí)，如圖1（c）、圖1（d）所示，赤鐵礦顆粒間形成大片晶體連接。鏡下已觀察不到原生赤鐵礦顆粒，赤鐵礦顆粒間都已發(fā)生再結(jié)晶互連，鐵氧化物連成片狀，孔隙較少，孔隙率下降，再結(jié)晶完善，強(qiáng)度較高。煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，大于0.20%時(shí)，焙燒結(jié)束時(shí)仍有磁鐵礦存在，部分顆粒發(fā)生Fe3O4再結(jié)晶，還有少量單獨(dú)顆粒狀的磁鐵礦。這是因?yàn)榕涿毫枯^多，煤粉燃燒不充分，球團(tuán)內(nèi)部還原氣氛增強(qiáng)，大量赤鐵礦被還原為磁鐵礦，主要依靠Fe3O4再結(jié)晶提供強(qiáng)度。另一方面，煤量多，燃燒放熱量高，球團(tuán)內(nèi)部結(jié)晶完整的Fe2O3晶粒易熔融，液相量增多，強(qiáng)度降低。

內(nèi)配碳球團(tuán)中加入煤粉不會(huì)使得主相發(fā)生顯著變化，如圖2所示。焙燒過程中主要通過氣氛控制影響Fe2O3形態(tài)，C質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸提高使得氧化性氣氛減弱，還原性氣氛增加，從而影響Fe2O3再結(jié)晶和分解，氧化性氣氛足夠的條件下，球團(tuán)最終主礦相仍然為Fe2O3，衍射峰變化不明顯。

當(dāng)煤粉加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低時(shí)，強(qiáng)氧化性氣氛使得C的還原性氣氛弱，此時(shí)Fe2O3多數(shù)仍然以原生態(tài)為主，F(xiàn)e3O4在適宜的氧化性氣氛下被氧化成Fe2O3，細(xì)小的Fe2O3此時(shí)以微晶連接，但含量大；煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍提高后，球團(tuán)焙燒過程中存在部分赤鐵礦先還原而后再氧化的變化過程。碳的還原作用改變了赤鐵礦球團(tuán)高溫下再結(jié)晶的固結(jié)方式，使部分原生赤鐵礦先還原為磁鐵礦，繼續(xù)在氧化性氣氛中焙燒可以再氧化為活性較高的次生赤鐵礦，且晶粒聚集大，隨著配煤量顯著提高，CO氣氛的還原作用和分解作用進(jìn)一步增強(qiáng)，部分Fe2O3晶粒可能出現(xiàn)分解還原再被氧化的過程，晶粒細(xì)化松散，配煤量存在最佳值[3-4]。

3.4 煤粉配比對(duì)熱工參數(shù)及NOx排放的影響

表6為各項(xiàng)熱工參數(shù)及NOx排放的測(cè)定結(jié)果。由6可以看出，鏈篦機(jī)預(yù)熱II段的溫度控制在 1 030±30 ℃范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，隨著煤粉的添加，回轉(zhuǎn)窯窯頭溫度及環(huán)冷I段溫度有所降低，回轉(zhuǎn)窯給煤量和NOx排放量也逐漸減少，當(dāng)煤粉配比為0.2%和0.3%時(shí)，回轉(zhuǎn)窯給煤量為4.1±0.3 t·h-1，煤耗量降低了約0.3 t·h-1，NOx排放量減少了25%。

（a）未摻煤粉（Imax=8 000）；（b）摻0.10%（Imax=6 000）； （c）摻0.20%（Imax=8 000）；（d）摻0.30%（Imax=8 000）。

表6 熱工參數(shù)及NOx排放測(cè)定結(jié)果

4 結(jié) 論

1）隨著煤粉配比增加，抗壓強(qiáng)度略有升高，落下強(qiáng)度略有降低，450 ℃下均未出現(xiàn)爆裂情況。當(dāng)煤粉配入量小于0.30%時(shí)，未對(duì)生球指標(biāo)產(chǎn)生明顯影響。

2）添加煤粉后，預(yù)熱球的抗壓強(qiáng)度明顯提高，由300 多提升到大于500 N·個(gè)-1，充分滿足了球團(tuán)生產(chǎn)需要。

3）隨著煤粉加入，成品球抗壓強(qiáng)度有所下降，煤粉配比為0.30%時(shí)抗壓強(qiáng)度最低。加入煤粉不會(huì)使得XRD衍射峰主相發(fā)生顯著變化，碳的還原作用改變了赤鐵礦球團(tuán)高溫下再結(jié)晶的固結(jié)方式，配煤量提高，CO氣氛的還原作用和分解作用進(jìn)一步增強(qiáng)，其存在最佳值。

4）隨著煤粉添加，回轉(zhuǎn)窯窯頭溫度及環(huán)冷I段溫度有所降低，回轉(zhuǎn)窯給煤量和NOx排放量也逐漸減少，當(dāng)煤粉配比為0.2%和0.3%時(shí)，回轉(zhuǎn)窯給煤量為4.1±0.3 t·h-1，煤耗量降低了約0.3 t·h-1，NOx排放量減少了25%。

［1］楊雪峰．混合鐵精礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究[D]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2011．

［2］梁雪梅，姜濤，陳文忠．小球團(tuán)燒結(jié)燃料添加方式的研究[J].燒結(jié)球團(tuán)， 2000，25（3）：8-10．

［3］陳耀明，李建．氧化球團(tuán)礦中Fe203結(jié)晶規(guī)律[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，38（1）：70-73．

［4］王代軍.鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯制備全赤鐵礦氧化球團(tuán)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2017．

Study on Industrial Practice of Carbon Allocation in Dagushan Pelletizing Plant of Ansteel Group

1,2,3,4,4

（1. Ansteel Group Mining Dagushan Co., Ltd., Anshan Liaoning 114000, China;2. Ansteel Group Mining Gongchangling Co., Ltd., Anshan Liaoning 114000, China;3. Ansteel Group Beijing Research Institute Co., Ltd., Beijing 100000, China;4. Ansteel Group Mine Industry Designing Institute, Anshan Liaoning 114000, China）

Carbon allocation in pellets can improve pellet quality, reduce fuel consumption, increase blast furnace production, save coke, save energy and reduce emission. Through laboratory pelletizing and roasting experiments, Dagushan Pelletizing Plant of Anshan Iron and Steel Group Co., Ltd. determined the suitable proportion of pulverized coal, pulverized coal was mixed into bentonite in proportion, and industrial practice research was carried out. The results showed that when the pulverized coal ratio was less than 0.3%, it had no obvious effect on the green pellet index, but the compressive strength of preheated pellets was obviously improved, while the compressive strength of finished pellets was slightly decreased. When the coal powder ratio was 0.2%, all indexes met the requirements of pellet production process, the coal consumption was reduced by 1kg·t-1pellet, and the NOxemission was reduced by 25%.

Carbon-burdened; Pellet; Energy conservation

2020-11-26

于洪軍（1966-），男，遼寧省遼陽市人，高級(jí)工程師，碩士研究生，2013年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)。

馬 文（1966-），男，高級(jí)工程師，研究方向：球團(tuán)生產(chǎn)工藝。

TF046.6

A

1004-0935（2021）04-0529-03