降低海绵铁严重氧化现象在粉末冶金还原铁粉生产中的实践与应用

第36卷第5期 2014年1川冶金 6 02014 文章编号：10015108(25一低海绵铁严重氧化现象 在粉末冶金还原铁粉生产中的实践与应用 吕学进，蔺存栋 (莱芜市泰东粉末科技有限公司，山东莱芜271100) 摘要：通过利用排除法查找造成海绵铁氧化的主要原因，并逐条落实改进措施，从而降低海绵铁 严重氧化现象，提高了海绵铁质量和单位产能。 关键词：隧道窑；原剂烧损；冷却速度控制 中图分类号：献标识码：A in V 71100，y of to of to by of iC of 引言 用固体炭还原氧化铁鳞，其获得的海绵 铁存在着不同程度的氧化现象。海绵铁中含 有少量氧是允许的，因为在铁粉退火时，其中 含有的少量氧可以同铁粉中的碳作用，生成 而达到降低铁粉含碳量 的目的，但是，海绵铁的严重氧化将使铁粉的 含氧量过高，从而将导致铁粉的压缩性降低， 致使压制压力提高，缩短模具的使用寿命。 同时，压制出的压坯也易出现裂纹、掉角等现 象。在烧结过程中，铁粉的含氧量过高，将使 烧结体严重脱碳，进而影响产品性能。因此， 海绵铁的严重氧化将直接影响着铁基粉末冶 金产品的品质。解决海绵铁的严重氧化问题 是非常重要的 。 2海绵铁严重氧化现象调查 原料铁鳞、还原剂焦末与脱硫剂石灰石 以“环装法”方式装入高炉煤 气隧道窑预热、烧成、冷却，制得还原铁粉的 中间产品海绵铁。在还原过程中，由于 各种原因，海绵铁氧化现象一直较为严重，单 以海绵铁头部氧化部分为例，其长度一般为 作者简介：吕学进，高级工程师，主要从事企业管理、技术管理工作。 第5期 00200单根海绵铁75海绵铁头部氧化10000量 5车质量损失100 月产量损失72 00044 2t 144t)。氧化的海绵铁表面呈蓝色或褐色，主 要化学成分(96)：509650 C： 0015 H 28O35O，主要部位在 头部氧化、常 情况下，海绵铁氧化头在一次粉破碎时必须 去除，以消除对一次粉质量的影响。 3海绵铁氧化原因分析 海绵铁氧化是一个综合而复杂的过程， 可能造成氧化的原因包括：装车原料铁鳞、焦 末石灰石成分，装车工艺，烧成工艺，进车工 艺，窑炉性能等方面。下面我们就各种因素 逐一分析。 31原料因素 装车原料铁鳞、焦末石灰石的原料成分以 及破碎粒度和水分含量对海绵铁的还原质量影 响很大，还原工艺要求装车原料必须质量稳定， 这样生成的海绵铁质量才能相对稳定。采用热 轧铁鳞作原料和焦化厂副产品焦末作还原剂的 厂家，在进厂原料成分控制上，选择铁鳞原料成 分上，焦末8，438，012左右且质量稳定的原料，即能 产海绵铁的原料要求，装车原料成分原 因可以排除；装车原料铁鳞大多系中宽带高压 水除鳞产生、焦末系焦炭水熄焦产生，且进厂后 露天存放，受天气因素影响大，因此，原料水分 含量极不均匀。装车原料水分含量的不稳定， 在升温过程中，水分蒸发成蒸汽与炽热的碳发 生水煤气反应，若原料含有少量水分时，反应产 生的但还原过程中存在着过量的水分是有害的，水 气不能与剂的而影响了反应速度。在备料工序 使用自动称重皮带秤加铁鳞烘干机和焦末烘干 机的生产方式，较好地解决了装车原料水分含 量不均问题，达到了装车铁鳞水分1 、焦末 水分3 的工艺要求，装车原料水分原因可以 排除；同时备料工序的焦末破碎机和铁鳞球磨 机等装置，经实践检验也达到了装车原料铁鳞 粒度0 ，焦末破碎粒度3要求。通过在烘干前加装料仓和斜皮带传送 装置，采用新焦末：废焦末一8：1，新废焦末： 石灰石一4：1(体积比)的工艺配比，用搅拌机 搅拌均匀后打人烘干前料仓的工艺操作模式， 较圆满地解决了焦末、石灰石料粉不均匀的问 题。综上，可以确定装车原料不是造成海绵铁 氧化的主要原因。 32装车环节 包括装车工艺和。采用先铺底焦末20后分 别装入铁鳞、焦末，最后用焦末封口的环装法 装车工艺，此种装车方法具有操作简单，易于 掌握，装车时间短的特点，适合工业化生产要 求，是成熟稳定、效率高的装车方式，且装车 人员大都为一年以上的熟练工人，可以排除 装车方法是导致海绵铁氧化的原因。从海绵 铁头部氧化严重的现象来看，择及封口方法不当，造成焦末烧损严重应 是造成海绵铁氧化的主要原因之一。采用每 车2组4个40000组车模式，罐体之间密封不良，使窑内氧与 罐内铁结合，也是造成海绵铁氧化的主要原 因之一。 33窑炉；陛能及还原工艺因素 从窑炉结构来看，隧道窑分预热带、还原 带、冷却带三个部分，还原工艺要求还原过程 要在密封情况下进行，预热带温度应从窑头 逐步升高，还原完毕后迅速冷却，防止重新氧 化。窑头温度不宜超过500，否则易出现 进窑窑车 且在温度低于570时，还原反应主要体 现在： 1 口 一167670时，由于氧化亚铁(能稳定存 四36卷 在，因此，Fe。4+4一17163温度高于570，反应按下述过程 进行： 33+4+一629994+22395O=一13605体碳能直接还原铁的氧化物： 3 一2 O，108914+C=3O，19426O，=15828 但因固体与固体之间的接触面很有限， 因而固一固反应速度慢，隧道窑窑车罐体内 有过剩固体碳存在，C+在进行，在1 000以上时，反应剧烈，还原 剂减少(即所谓的烧损)，罐顶密封性变差，使 海绵铁尤其是海绵铁顶部氧化，在冷却段，还 原罐温度从1 050降至710以上时，由于 气相是还原性气氛，罐中海绵铁不致被氧化， 当还原罐温度降至710以下时，罐中碳的 气化反应虽仍存在，但气相中是，海 绵铁的氧化作用必然发生，原来的还原性气 氛已转变为氧化性气氛。但是，假如降温速 度较快，即使温度降至71o中气氛 将不完全沿着碳的气化反应平衡曲线下降， 致使罐内此情 况下，将不足以造成海绵铁的氧化。若降温 速度较慢，罐内气氛沿着碳气化反应的平衡 曲线而下降，于是，碳的气化反应逆向移动， 将导致气相体积缩小，同时，随着温度的不断 下降，罐内气体因冷却也将收缩，还原罐内将 会出现负压，空气必将趁机而人，使刚还原好 的新鲜活化的海绵铁由表及里地相继被氧 化。具体体现在窑车出窑温度不超过 100。C，但在实际检测中，出窑窑车温度在 200左右，因此，冷却带冷却速度过慢也是 海绵铁氧化的主要原因之一。隧道窑冷却段 由薄壁冷却、水箱冷却、风箱冷却和风直冷组 成，其中，水箱冷却是降低窑车温度的最重要 方式。 综上所述，不当，罐体之间密封不良，冷却带冷却速度 过慢是造成海绵铁氧化的主要原因。 4改进措施 41改善还原罐体连接密封 将用于对比 试验： 试验一：将耐火泥用水在池内浸泡24小 时，然后用于1#窑46#窑 车做实验，经预热、还原、冷却工艺，在三天的 还原过程中，有几列密封泥脱落，由于罐体密 封不良，造成部分海绵铁氧化。 试验二：将耐火泥用工业玻璃水以1：3 的比例配比，然后在池内浸泡24小时，然后 用于罐体间密封，在2#窑78#窑车试验，经 预热、还原、冷却工艺，在三天的还原过程中， 密封泥无脱落现象，整车海绵铁无氧化现象。 通过对比试验，在耐火泥中加入相应的 玻璃水，对 要意图是在耐火泥中加入玻璃水，提高耐火 泥的粘结性，在烧制过程中，提高了火泥的粘合度，使密封泥在高温过程中不 易脱落，有效解决了因罐体密封不良造成的 海绵铁体氧化。 42改善还原罐口密封性 做如下对比试验： 选取一组待装窑车中4排罐子，每排用 不同封口料封口，出窑后测量氧化头长度，结 果如下： 第5期 1 出窑海绵铁氧化头测量表 序号 封口料 操作 氧 试验证明，用废焦末与黄土1：1混合加 少量水拌匀所烧成的海绵铁氧化头最短，同 时，使用该种封口料，使密封性增强，更符合 海绵铁还原工艺要求。 43改善水冷箱循环性 隧道窑用水采用循环水，原水及补充水 为硬质新水，一次粉系统、二次还原系统、压 缩空气系统与其风机和水箱等多个系统共用 循环水池作为冷却水水源。硬质新水在加热 至6O。C以上时结垢严重，水垢在冷却 器、回水管内结圈、积存，使冷却效果变差，进 回水流量变小。经检测，隧道窑水箱的出水 温度最高，达到8590，经此水箱冷却 的出窑海绵铁氧化现象频繁并导致粉末冷却 水系统水温升高，威胁其他系统的产品质量 和设备安全。 改进措施：(1)在原循环水池一侧新建循 环水池一座，用于一次粉系统、二次还原系 统、压缩空气系统的冷却水循环，原水池专供 隧道窑，以避免隧道窑水箱对其他冷却水系 统的影响；(2)将窑炉水箱由3节结构改 造为25m3节结构，增大水箱的换热面 积，同时将每座水箱进出水流量设计为 50m。h，实现水箱冷却水的大流量、高流速 循环，达到工艺要求进水箱温度30C，水箱 出口温度65，以杜绝或减慢水箱结垢速 度的目标5实施效果检验 (1)统计2014年3月5月与2013年同 期海绵铁氧化头长度对比如下： 25 20 15 1O 5 O 图I 海绵铁氧化头长度对比图 (2)对2014年3月绵铁氧化部分(氧化头与罐体结合部)氧化 对海绵铁造成的产量损失统计如下： 通过以上效果图，可以得出，该项改造达 到并超过了海绵铁氧化头化造成 质量损失50t月的预期目的，取得了理想 的效果。 150 100 5O 5 图2海绵铁氧化损失产量统计图 6结语 通过对造成海绵铁氧化的原因进行了深 人的研究，利用排除法找出了导致海绵铁氧 化的主要原因，并逐条进行了相应的改造，经 过分析、对比，该项改造达到并超过了预期目 的，取得了良好的效果，为生