铜陵有色高配比硫酸渣球团技术的工业化应用.doc

铜陵有色高配比硫酸渣球团技术的工业化应用刘树立(中冶长天国际工程有限责任公司)摘 要：为了大规模利用硫酸渣资源，由中冶长天公司、中南大学、铜陵有色三家合作进行了以硫酸渣作主要原料生产氧化球团的技术研究，并成功地开发出了该技术。2008年9月，一条120万ta以硫酸渣作为主要原料的氧化球团生产线在铜陵有色公司正式投产。本文介绍了该技术的主要内容及工业应用情况。关键词 硫酸渣 氧化球团 链篦机回转窑法 资源利用循环经济1 前言 随着我国钢铁产量迅猛发展，进口铁矿石量也逐年增加。2008年粗钢产量虽相对下滑，但我国依然进口了44亿t铁矿石，对进口矿铁矿石的依存度高达495。因此，拓宽我国炼铁原料来源已刻不容缓。 现在，我国的硫酸渣年产量已超过1000万t，加上长期未得到有效的开发利用，日积月累，现存的硫酸渣储量已达到相当可观的数量。 硫酸渣中含有丰富的铁资源及其他可利用的金属，弃之不用会造成大量的资源浪费。而自然堆存、挖坑掩埋或是弃之湖海，不仅占用大量的土地，还会酸化土地，污染水源，影响动植物生长，对环境造成巨大危害。因此，综合开发利用硫酸渣具有十分重要的意义。 日本、美国、加拿大和罗马尼亚等国都有专门处理硫酸渣，用来作为烧结配料的烧结厂。在我国，硫酸渣也多作为烧结配料来处理。虽然也有用硫酸渣作为造球配料，采用竖炉生产铁矿球团的，但由于其工艺落后，产品质量不稳定，多已停产或拆除。为了开发利用自产铁精砂和硫酸渣，铜陵有色金属集团控股有限公司铜冠冶化分公司(简称铜陵有色，下同)似建设一条氧化球团生产线，以硫酸渣作为主要原料来生产氧化球团。2005年2月，由中冶长天公司、中南大学、铜陵有色三家合作，开始了以硫酸渣作为主要原料生产氧化球团的技术研究。本研究包括：可行性研究，试验研究；开展工厂的初步设计和主要设备的基本设计；施工图设计和详细设计；编写功能规格书和三电软件设计；组织主要工艺岗位、维修和三电人员培训；开展土建施工，设备采购和设备安装以及单机试车，点火烘窑，联动试车，热负荷试车，生产调试直至投产。 2008年9月，一条年产120万t以硫酸渣作为主要原料的链篦机一回转窑氧化球团生产线在铜陵有色正式投产。作为开发利用硫酸渣的工业化球团厂，这在国内尚属首例。2试验研究21 硫酸渣的化学成分、粒度组成和物理性能 根据中南大学的试验分析，硫酸渣铁品位为6170，硫含量为093，其它有害元素如CuO偏高(见表1)。表1硫酸渣的化学成分() 硫酸渣中0043 mm粒级占到了813，0074 mm粒级约95，在粒度上适合用作球团原料(见表2)，其物理性能见表3。表2硫酸渣的粒度组成及水分()表3硫酸渣的物理性能 如图1所示，硫酸渣颗粒表面呈多孔形态，蜂窝状的孔隙在照片中清晰可见。这是硫精矿焙烧时，当硫挥发后，新生的赤铁矿或磁铁矿还未发育完善而形成的孔隙。这一特点也导致其堆密度较小，毛细水和分子水较大。另外，硫酸渣的比表面积较小，由于硫酸渣颗粒表面遍布孔隙，因此相应的外比表面积减小，导致其比表面积减小。图1硫酸渣颗粒形貌22硫酸渣的特性 根据中南大学的试验研究，硫酸渣具有以下特性： (1)含铁量低，只有617；含硫量高，达到093。 (2)质地疏松、颗粒呈多孔蜂窝状、疏水性强，且堆密度小，比表面积小，决定了其成球性能差，生球水分高。 (3)由于硫酸渣中的部分S以SO42-的形态存在，Fe以Fe2O3的形式存在，故要求焙烧温度较高。3工业化应用研究31 工艺流程研究 硫酸渣用于生产氧化球团的难点主要有以下方面： (1)硫酸渣中铁矿物主要以Fe2O3形式存在，具有类似赤铁矿的焙烧特性，只有在较高的温度下(约1 300)才能使其晶格中的质点扩散，发生晶粒长大和再结晶固结。因此，在干燥和预热时要增设补热措施，同时在设备规模和材质上作相应保证。 (2)硫酸渣中硫含量较高，达093，其它有害元素如CuO等偏高，因此在制备氧化球团时要充分考虑硫的脱除，使成品球团矿中的硫含量低于005。 (3)硫酸渣有较高的气孔率，存在大量的蜂窝状孔隙，比表面积为678 cm2g，远低于造球要求的15001900 cm2g，因此需要采取相应措施提高原料比表面积。 (4)硫酸渣极具疏水性，且含水量为05，不能直接用来混合造球，应采取技术措施，改变其成球性能。 (5)硫酸渣质地疏松，成球性指数K为0505，属于中等成球性物料。但其堆密度为1069 gcm3，比重轻，成球性能不好，应采取适度配矿等技术措施，提高其成球性能，确保生球强度。32造球技术的研究 (1)针对硫酸渣质地疏松和极具预润湿和困料的特点，采用中冶长天公司的专用咽料技术，增湿分两次进行，一次增湿后，水分由05提高到10，二次增湿再提高到12，睏料时间长达20 h。 (2)针对硫酸渣质地疏松、颗粒呈多孔蜂窝状、且堆密度小，比表面积小的特点，采用二级串联高压辊磨技术，将物料比表面积由878cm2g提高到1600 cm2g。 (3)找出生球的适宜水分为13135。确保下道工序的生球强度。33热工制度的研究 (1)采用鼓风干燥技术，减少过湿层的影响(因生球的水分很高)，同时提高鼓风干燥段的气流温度。 (2)延长生球在鼓风干燥段的停留时间，链篦机增长(约增加10m2)。 (3)提高鼓风干燥段排出的烟气温度，防止结露，以免造成后段设备的粘结。(4)提高抽风干燥段排出的烟气温度，增加调温热风炉，保证烟气温度大于220，以防相关设备产生酸腐蚀。 (5)提高焙烧温度，在链篦机预热段加补热烧嘴，使窑温提高到1300以上。34装备技术的研究 (1)进行耐腐蚀耐高温篦板的研制，改进篦板的尾端结构，减少热应力，对材质进行特殊的热处理，延长篦板寿命。 (2)采用链篦机动静密封装置，使漏风率低于15。 (3)链篦机采用端边部铲料板及柔性导轨装置，使卸料区的漏球率2。 (4)改进链轮齿形和链节结构，延长其使用寿命。 (5)设置过渡风箱，避免含硫烟气对工人的伤害。35工艺流程布置 工艺流程布置如图2所示。36控制系统 (1)控制水平 球团车间的生产控制由PLC完成。整个工艺系统尽量取消二次仪表，在控制室的工业微机上进行显示和操作，计算机系统采用UPS供电方式。 控制主站与变频器之间的通讯采用ProfibusDP网络，其传输速率快，抗干扰能力强。使用工业以太网(Ethernet)，传输速率快，其拓扑结构为环形，可以反向通信，保证系统正常工作，提高可靠性。图2硫酸渣氧化球团工艺流程图 (2)控制方式 控制方式分为二种：自动方式和机旁手动方式，自动操作是主要操作方式。 (3)控制系统硬件 由控制站、操作站、远程IO站及冗余网络总线等组成。控制站及操作站装在主控室，通过数据网络总线与各远程IO站进行数据通讯。(4)控制系统软件 主要包括：操作系统、组态软件、上位监控软件、通讯软件及办公自动化软件等。 (5)软件功能 包括：矿槽料位监视与管理、配料自动控制、造球给料控制、燃烧控制等。4应用效果及分析41热负荷投料试生产 从2008年8月13日开始低温烘炉，9月27日系统开始连续带料试生产，到10月27日停产进行投料后的设备紧固等规范检修工作，共计两个半月的时间。通过热负荷调试，系统稳定后，成品球质量都达到并超过设计要求(正常生产时，成品球抗压强度都在2 500 N个左右，最高达到4 300 N个)。42 运行状况 经过4个月的试生产后，从2009年3月下旬开始逐步进入正常运行。自热负荷试车和投产运行近一年以来，取得了理想的结果，成功实现了l 800 h连续运行，总运行时间达6 640 h，并对相关数据进行了检测。设备检修及生产事故处理明显减少，生产系统作业率显著提升，系统已基本达产达标。43原料及产品质量分析 从半年多的生产数据来看，产量从4月份开始稳定，生产基本达产，产品质量控制也完全符合市场要求。受原料品位影响，硫酸渣配比波动较大，为保证成品球62的品位，只得通过调节原料配比来实现。从表4可见，硫酸渣平均配比1月份最高，达353，但与设计的50还是存在较大差距，只在2月份出现过硫酸渣日配比达47的情况，为生产以来最高。表4主要原料使用情况 2009年l8月共生产球团矿6127万t，具体情况详见表5。表5 2009年18月球团生产情况 从表5可以看出：球团系统经过一季度的磨合期后，生产比较稳定，2009年48月球团月平均产量为95万t，接近达产水平。 试生产阶段球团产品完全达到行业二级品标准(表6)，即TFe62，抗压强度25002800 N个。表6球团矿质量标准球团矿各项技术指标严格按照二级品产品方案进行控制，成品球质量完全满足市场要求，部分指标甚至优于市场要求，产品质量稳定。44 自动控制系统状况 自动控制系统对全厂主工艺生产过程进行监控，具备过程数据的采集、处理、生产过程的操作和监控、报警、生产管理及报表打印等功能。控制系统通过网络进行数据通讯，网络分为三级：工业以太网、控制网及设备网。工程煳站、操作站及控制站挂在工业以太网上，其它碉程站挂在控制网上，电气变频器、电子秤二次强挂在设备网上，变频器、电子皮带秤采用ProfibusDP与系统通讯。 自动化控制采用PLC控制系统，其自动化程度高，反应快，完全满足中控室的频繁操作要求。45 能耗分析 2009年18月球团生产的能耗指标列于表7，实际能耗与设计指标的比较列于表8。表7 2009年18月球团生产能耗表8单位工序能耗设计值与实际值的比较 由表7、表8可知，能耗指标中的水、电消耗优于设计指标，燃料消耗指标在设计上是以焦炉煤气为基础计算的，折合成标准煤为3974kg，将实际消耗的天然气和煤粉折合成标准煤为3943 kg，因此本项目的实际能耗已达到和优于设计指标。5 经济效益和社会效益分析51球团成本分析 2009年18月球团生产的成本预算情况列于表9。表9 2009年18月球团成本预算执行情况52经济效益分析 2009年l8月共销售商品球团矿61万t，平均销售价750元t。从生产及经营报表上看，目前球团生产各项指标基本达到设计要求。 按每吨球团矿的生产成本为65409元，以正常年产120万t球团矿计算，则年生产球团矿成本为78 4908万元；球团矿平均售价按750元t计算，则：年销售收入为90 000万元；年净利润可达11 5092万元；企业生产所得税按25计算，则税后利润可达8 6319万元年；全部资产投资回收期约为4年左右。 由于受金融危机影响，目前国内二级球团产品价格在800元t左右，但本球团生产系统靠自产硫酸渣做原料，走循环经济的模式，实现了变废为宝，不仅经受住了金融危机的考验，还创造了可观的利润。2009年l8月球团产品利润情况列于表10。表10 2009年18月球团产品的销售利润53社会效益分析 1)由于我国铁矿石长期以来以进口为主，随着近几年进口铁矿石价格逐渐攀升，已对我国的铁矿石供应和钢铁企业的经营造成极大的影响。利用硫酸渣生产球团矿可在一定程度上缓解铁矿资源紧张状况，降低炼铁成本，提高矿产资源的综合利用率。 2)硫酸渣生产球团技术可以很好地解决硫酸渣堆积难、严重污染环境的问题，并能大规模生产合格的球团矿产品，实现了硫酸渣的循环利用。 3)带动了铜陵地区相关产业的发展，促进了该地区经济繁荣，为当地提供了更多的就业机会。6结 语 铜陵有色120万ta高配比硫酸渣氧化球