林祥娃
摘 要:文章結(jié)合龍鋼公司燒結(jié)廠的特點,提出了以除塵灰、返礦為燒結(jié)鋪底料,以脫硫石膏代替生石灰作溶劑的燒結(jié)工藝在龍鋼400平方米燒結(jié)機上的實驗研究,盡管未能進(jìn)行工業(yè)化的實驗,但是此工藝涉及到的理論創(chuàng)新以及將脫硫石膏變廢為寶的思路很重要,值得同行研究和進(jìn)一步探索。
關(guān)鍵詞:除塵灰;返礦;鋪底料;脫硫石膏;生石灰;熔劑
前言
隨著2014年對標(biāo)工作和降本增效工作的實施和考核,作為一名技術(shù)員深感約成本的重要意義,雖然創(chuàng)效困難程度很大,但是如何能夠大幅度的降低成本,除了管理到位,我堅信依靠改變工藝和原材料將是最佳途徑,作為一名老燒結(jié)技術(shù)員,當(dāng)看到除塵灰在運輸生產(chǎn)過程中、下料堵倉過程中產(chǎn)生的諸多不利因素和造成現(xiàn)場環(huán)境的二次污染以及給崗位工造成的巨大勞動強度后,我想到了型煤工藝,結(jié)合其他廠家的先進(jìn)設(shè)備,我想將除塵灰、燒結(jié)礦返礦再粉碎后再慘加一些如焦沫、無煙煤等物質(zhì)后,讓其在一定的型煤設(shè)備上高壓下就能造出直徑30-40毫米左右的球狀體,大家知道除塵灰、返礦在一定程度上是燒熟了的小粒度燒結(jié)礦,若將其做為鋪底料,對生成的燒結(jié)礦成品質(zhì)量影響不大,但是產(chǎn)量肯定是增加的,所以想采用除塵灰、返礦做鋪底料工藝;另一方面,自從2013年我們龍鋼燒結(jié)廠有了脫硫工藝后,每日就能產(chǎn)出200-300噸的脫硫石膏,而這些脫硫石膏被當(dāng)作垃圾處理給環(huán)保公司,每車還需付裝運費150元。根據(jù)自己多年的經(jīng)驗,我知道石膏的成分主要是二水硫酸鈣,而二水硫酸鈣在1400℃下加熱就會產(chǎn)生出氧化鈣和二氧化硫,在燒結(jié)工藝條件下,大約1250℃石膏就會分解成氧化鈣和二氧化硫,大家知道:二氧化硫有95%被燃燒釋放變成三氧化硫,隨煙氣排出,剩下的氧化鈣就是我們理想的熔劑生石灰的主要成分。
一個大膽的設(shè)想用石膏替代生石灰的工藝就在我的腦子里成型,經(jīng)過自己多次的私下制作的簡易實驗裝備,用我們現(xiàn)用的混勻礦,加入一定的石膏配比,再經(jīng)過制?;靹?,終于在臺車上燒制出了堿度為1.97的54.5%的全鐵品位燒結(jié)礦。雖然粒度組成中大于16毫米以上的比例較少僅占56-42%,轉(zhuǎn)鼓強度僅達(dá)到58-75%,今后還需要繼續(xù)探求更高燒結(jié)礦工藝技術(shù)指標(biāo)。
1 理論、實踐依據(jù)
大家知道:壓球機主要用于有色和黑色金屬礦粉的制球造塊,使其直接進(jìn)爐冶煉,提高附加值。凡是冶金行業(yè)廢料,輔料需上爐的,都需要用壓球機來完成。例如:鄭州威力特機械設(shè)備有限公司研發(fā)生產(chǎn)的型煤壓球機、干粉壓球機、脫硫石膏壓球機等壓球機系列產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、一機多用。同時具有成型壓力大、主機轉(zhuǎn)數(shù)可調(diào)、結(jié)構(gòu)緊湊、便于維修、配有螺旋送料裝置特點。適合大、中、小型企業(yè)建立具有一定生產(chǎn)規(guī)模的生產(chǎn)線。
成功案例:冶金企業(yè)把粉狀物料壓成球團(tuán),回爐冶煉,擴(kuò)大了物料的使用范圍;耐火材料企業(yè)把粉料壓成球團(tuán),煅燒后提高了物料的純度;化肥企業(yè)利用粉煤壓成球團(tuán)制造氣型煤,達(dá)到降耗增收;這些都是各類企業(yè)利用球團(tuán)技術(shù)的范例。樣品球如圖1。
結(jié)論:綜上所述,可見將除塵灰、返礦壓制成20-40mm球狀體是可行的。
2 將脫硫石膏燒制成生石灰的理論研究
2.1 脫硫石膏介紹
脫硫石膏是煙氣脫硫中石灰石粉末與二氧化硫反應(yīng)產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)物,主要成分是二水硫酸鈣,其特點是:純度高、成分穩(wěn)定、粒度小、粉狀、游離水約12-17%,顆粒大小、粒徑分布均勻,級配較差,標(biāo)稠用水量大,含有一定量的碳酸鈣和較多的水溶性鹽,根據(jù)燃燒的煤種和煙氣除塵效果的不同,脫硫石膏從外觀上呈現(xiàn)不同的顏色,一般我們視角看到的都是灰黃色或灰白色,質(zhì)量優(yōu)良的脫硫石膏是純白顏色。但實際呈現(xiàn)的是灰色、黃色、灰褐色、紅褐色等。
粉狀脫硫石膏在運輸和生產(chǎn)中有諸多不便,由于其含水分比較大,運輸成本高,其次也是最主要問題,濕基脫硫石膏粘結(jié)性強,直接生產(chǎn)線上應(yīng)用很容易粘堵輸送裝置、料斗、球磨機,無法正常生產(chǎn)。若能把濕基脫硫石膏成球、烘干就可以解決以上問題。
2.2 將脫硫石膏制成球狀體不成問題
2.2.1 脫硫石膏壓球機簡介
根據(jù)石膏性能,鞏義市曙光機械廠已開發(fā)出新型高效節(jié)能壓球機,產(chǎn)量在5~30噸/時,脫硫石膏壓球機能將脫硫石膏粉末一次性壓制成球,產(chǎn)量大、成球率高。該設(shè)備能將脫硫石膏粉末,在不需要添加任何粘合劑情況下一次性壓制成球,且成球率在95%以上,壓出來的球硬度很強,搬運裝卸不宜破碎。
2.2.2 脫硫石膏壓球機工作原理
脫硫石膏壓球機成型機的主要機型是對輥成型機(人們常說的壓球機),它有一對軸線相互平行、直徑相同、彼此間有一定間隙的圓柱形型輪,型輪上有許多形狀和大小相同、排列規(guī)則的半球窩,型輪是成型機主部件。在電動機的驅(qū)動下,兩個型輪以相同速度、相反方向轉(zhuǎn)動,當(dāng)物料落人兩型輪之間在結(jié)合處開始受壓,此時原料在相應(yīng)兩球窩之間產(chǎn)生體積壓縮;型輪連續(xù)轉(zhuǎn)動,球窩逐漸閉合,成型壓力逐漸增大當(dāng)轉(zhuǎn)動到兩個球窩距離最小時成型壓力達(dá)到最大。然后型輪轉(zhuǎn)動使球窩逐漸分離,成型壓力隨著迅速減小。當(dāng)成型壓力減至零之前,壓制成的脫硫石膏就開始膨脹脫離。
2.2.3 脫硫石膏在生產(chǎn)上的應(yīng)用可能性
龍鋼有155m3石灰豎窯5座,如果將脫硫石膏當(dāng)做30-40mm的石灰石放在
155m3石灰豎窯上進(jìn)行煅燒(窯體設(shè)計上需要增加一套煙氣脫硫設(shè)施、溫度需要提高到石膏分解溫度范圍內(nèi)),這樣一來,用石膏完全可以生產(chǎn)出替代品石膏灰,成分含量理論上應(yīng)差別不大。考慮到脫硫石膏負(fù)成本,那么用石膏灰替代生石灰(300元/噸),其理論效益相當(dāng)可觀。
3 從專家、教授發(fā)表的學(xué)術(shù)論文看石膏加熱分解成生石灰氧化鈣也是可行的
3.1 上海華東理工大學(xué)著名教授高玲、唐黎華等教授聯(lián)名發(fā)表過論文《不同氣氛下硫酸鈣高溫分解熱力學(xué)分析》,在此文中明顯指出在氧化氣氛下,溫度達(dá)到1700℃,硫酸鈣很難分解,但在石墨弱還原氣氛下、氫氣氣氛下硫酸鈣的起始溫度均低于1000℃。特別是在氫氣氣氛下,硫酸鈣完全分解的最高溫度不超過1300℃,再加壓條件下44分鐘后就可100%轉(zhuǎn)化分解。endprint
3.2 教授盧平、章靜在論文《脫硫石膏還原分解特性的實驗研究》中提出了850-1050℃硫酸鈣分解的可行性。
3.3 教授韓翔宇、陳浩侃、李保慶聯(lián)名在論文《硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究》中指出在氫氣氣氛下、加壓條件下1000℃以前,硫酸鈣分解出的產(chǎn)物主要是硫化鈣,1000℃以后,硫酸鈣和硫化鈣之間發(fā)生固相反應(yīng)會生成氧化鈣。
4 作者的實驗過程
總結(jié)以上所述,在理論上和實踐上,前輩們都給我們指明了方向,經(jīng)過多次努力,做了實驗如下:
4.1 將石膏用一定的簡易設(shè)備加壓將其壓制成型為20-40毫米的石膏半球-球體(此設(shè)備及工藝已經(jīng)成熟應(yīng)用在河南、山東等地);
4.2 將其放在實驗室的馬弗爐中進(jìn)行燒灰實驗,經(jīng)過多次的溫度控制和加入一定的催化劑氣體,最終在適當(dāng)?shù)臏囟认陆K于燒成了氧化鈣含量為40%的熟石灰(其成分和生石灰的基本一樣)。
4.3 用現(xiàn)場的含鐵混勻礦垛料,加上多次設(shè)置的配比制成燒結(jié)混合樣,在經(jīng)過人工混勻制粒后,將其200kg放到400m2臺車上布料、調(diào)溫,經(jīng)過多次操作終于在臺車上燒制出了堿度為1.97的全鐵品位為54.5%的燒結(jié)礦(其他成分基本符合要求,除過硫含量3.0%)。這樣從理論到實踐上證明了所想的工藝的可行性。興奮之余,作者將想法告訴現(xiàn)任的上級技術(shù)領(lǐng)導(dǎo):科長、調(diào)度長、技術(shù)廠長,希望得到他們的支持和進(jìn)行下一步較大規(guī)模的實踐,卻被他們以不成熟擱淺了,實踐到此為止。
4.4 思考
4.4.1 實驗做出的含硫3.0%的燒結(jié)礦成品樣,對煉鐵生產(chǎn)來講是不符合生產(chǎn)需要的,在實驗條件下,其燒結(jié)礦中的硫還未能完全分解掉,在化驗室中燒成的氧化鈣只有40%這一點可以證明還未燒透,或者還只是半成品硫化鈣,只有當(dāng)氧化鈣含量化驗數(shù)據(jù)在80%左右時才算試驗成功。故還需要做進(jìn)一步的實驗研究;
4.4.2 當(dāng)采用石膏大量替代生石灰后,龍鋼燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)中的二氧化硫含量將不再是1500-2000mg/m3,有可能增加到3000-5000mg/m3,這將會增加脫硫設(shè)備的負(fù)貨。
5 結(jié)束語
(1)用除塵灰、返礦制作成20-40mm的鋪底料這一工藝,本身就是一大膽創(chuàng)新,完善它并將其應(yīng)用于燒結(jié)工藝中很有現(xiàn)實意義:增加產(chǎn)量、變粉為塊,增強燒 結(jié)透氣性、降低成本,這一點領(lǐng)導(dǎo)是認(rèn)同的,但需要增加新設(shè)備投資,然而在可行性操作實驗上,分廠領(lǐng)導(dǎo)不支持,使得計劃只得停留。
(2)用石膏部分代替或全部代替生石灰工藝更是一次革命:因為石膏沒成本、粒度滿足混合料要求、且水分適中。而生石灰的市場價在300元以上。按每月消耗現(xiàn)在665m2燒結(jié)機產(chǎn)能需要生石灰84000噸計算,年節(jié)約在3億余元以上;從環(huán)保角度講,變廢為寶,還能減少生石灰的制造、拉運方面的人、財、物的投資消耗,其社會效益將會更加巨大;石膏替代生石灰在燒結(jié)工藝中還可減少給配料環(huán)境造成的污染。由于我廠還未能將石膏沫狀變成球狀體、在石灰窯上燒制出石膏灰的現(xiàn)實,加上我廠領(lǐng)導(dǎo)還擔(dān)心混合料的溫度有所下降以及用此新工藝不成熟有風(fēng)險。雖然我堅持解釋到:生石灰理論上能提高料溫10-15℃,實際上能提高10℃左右 ,就按10℃的熱量我們完全可以用增加焦沫配比1-2%來徹底解決料溫問題,再綜合計算成本,燒結(jié)礦的成本還可再降50元以上,其效益也是相當(dāng)可觀的;
(3)考慮到此工藝若能夠被推廣或普及到全社會,這將是一次工業(yè)化革命,其意義將不可估量。非常期待看到或得到全社會各行專家教授關(guān)于此工藝方面的更工業(yè)化的實驗研究結(jié)果,更希望同行們對分析研究給予批評指正和提出寶貴意見。
參考文獻(xiàn)
[1]高玲,唐黎華,等.不同氣氛下硫酸鈣高溫分解熱力學(xué)分析[A].上海市化學(xué)化工學(xué)會2010年度學(xué)術(shù)年會論文集[C].2010.
[2]盧平,章靜.脫硫石膏還原分解特性的試驗研究[J].動力工程學(xué)報,2012(3).
[3]韓翔宇,陳浩侃,李保慶. 硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2000,23(2).endprint
3.2 教授盧平、章靜在論文《脫硫石膏還原分解特性的實驗研究》中提出了850-1050℃硫酸鈣分解的可行性。
3.3 教授韓翔宇、陳浩侃、李保慶聯(lián)名在論文《硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究》中指出在氫氣氣氛下、加壓條件下1000℃以前,硫酸鈣分解出的產(chǎn)物主要是硫化鈣,1000℃以后,硫酸鈣和硫化鈣之間發(fā)生固相反應(yīng)會生成氧化鈣。
4 作者的實驗過程
總結(jié)以上所述,在理論上和實踐上,前輩們都給我們指明了方向,經(jīng)過多次努力,做了實驗如下:
4.1 將石膏用一定的簡易設(shè)備加壓將其壓制成型為20-40毫米的石膏半球-球體(此設(shè)備及工藝已經(jīng)成熟應(yīng)用在河南、山東等地);
4.2 將其放在實驗室的馬弗爐中進(jìn)行燒灰實驗,經(jīng)過多次的溫度控制和加入一定的催化劑氣體,最終在適當(dāng)?shù)臏囟认陆K于燒成了氧化鈣含量為40%的熟石灰(其成分和生石灰的基本一樣)。
4.3 用現(xiàn)場的含鐵混勻礦垛料,加上多次設(shè)置的配比制成燒結(jié)混合樣,在經(jīng)過人工混勻制粒后,將其200kg放到400m2臺車上布料、調(diào)溫,經(jīng)過多次操作終于在臺車上燒制出了堿度為1.97的全鐵品位為54.5%的燒結(jié)礦(其他成分基本符合要求,除過硫含量3.0%)。這樣從理論到實踐上證明了所想的工藝的可行性。興奮之余,作者將想法告訴現(xiàn)任的上級技術(shù)領(lǐng)導(dǎo):科長、調(diào)度長、技術(shù)廠長,希望得到他們的支持和進(jìn)行下一步較大規(guī)模的實踐,卻被他們以不成熟擱淺了,實踐到此為止。
4.4 思考
4.4.1 實驗做出的含硫3.0%的燒結(jié)礦成品樣,對煉鐵生產(chǎn)來講是不符合生產(chǎn)需要的,在實驗條件下,其燒結(jié)礦中的硫還未能完全分解掉,在化驗室中燒成的氧化鈣只有40%這一點可以證明還未燒透,或者還只是半成品硫化鈣,只有當(dāng)氧化鈣含量化驗數(shù)據(jù)在80%左右時才算試驗成功。故還需要做進(jìn)一步的實驗研究;
4.4.2 當(dāng)采用石膏大量替代生石灰后,龍鋼燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)中的二氧化硫含量將不再是1500-2000mg/m3,有可能增加到3000-5000mg/m3,這將會增加脫硫設(shè)備的負(fù)貨。
5 結(jié)束語
(1)用除塵灰、返礦制作成20-40mm的鋪底料這一工藝,本身就是一大膽創(chuàng)新,完善它并將其應(yīng)用于燒結(jié)工藝中很有現(xiàn)實意義:增加產(chǎn)量、變粉為塊,增強燒 結(jié)透氣性、降低成本,這一點領(lǐng)導(dǎo)是認(rèn)同的,但需要增加新設(shè)備投資,然而在可行性操作實驗上,分廠領(lǐng)導(dǎo)不支持,使得計劃只得停留。
(2)用石膏部分代替或全部代替生石灰工藝更是一次革命:因為石膏沒成本、粒度滿足混合料要求、且水分適中。而生石灰的市場價在300元以上。按每月消耗現(xiàn)在665m2燒結(jié)機產(chǎn)能需要生石灰84000噸計算,年節(jié)約在3億余元以上;從環(huán)保角度講,變廢為寶,還能減少生石灰的制造、拉運方面的人、財、物的投資消耗,其社會效益將會更加巨大;石膏替代生石灰在燒結(jié)工藝中還可減少給配料環(huán)境造成的污染。由于我廠還未能將石膏沫狀變成球狀體、在石灰窯上燒制出石膏灰的現(xiàn)實,加上我廠領(lǐng)導(dǎo)還擔(dān)心混合料的溫度有所下降以及用此新工藝不成熟有風(fēng)險。雖然我堅持解釋到:生石灰理論上能提高料溫10-15℃,實際上能提高10℃左右 ,就按10℃的熱量我們完全可以用增加焦沫配比1-2%來徹底解決料溫問題,再綜合計算成本,燒結(jié)礦的成本還可再降50元以上,其效益也是相當(dāng)可觀的;
(3)考慮到此工藝若能夠被推廣或普及到全社會,這將是一次工業(yè)化革命,其意義將不可估量。非常期待看到或得到全社會各行專家教授關(guān)于此工藝方面的更工業(yè)化的實驗研究結(jié)果,更希望同行們對分析研究給予批評指正和提出寶貴意見。
參考文獻(xiàn)
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[2]盧平,章靜.脫硫石膏還原分解特性的試驗研究[J].動力工程學(xué)報,2012(3).
[3]韓翔宇,陳浩侃,李保慶. 硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2000,23(2).endprint
3.2 教授盧平、章靜在論文《脫硫石膏還原分解特性的實驗研究》中提出了850-1050℃硫酸鈣分解的可行性。
3.3 教授韓翔宇、陳浩侃、李保慶聯(lián)名在論文《硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究》中指出在氫氣氣氛下、加壓條件下1000℃以前,硫酸鈣分解出的產(chǎn)物主要是硫化鈣,1000℃以后,硫酸鈣和硫化鈣之間發(fā)生固相反應(yīng)會生成氧化鈣。
4 作者的實驗過程
總結(jié)以上所述,在理論上和實踐上,前輩們都給我們指明了方向,經(jīng)過多次努力,做了實驗如下:
4.1 將石膏用一定的簡易設(shè)備加壓將其壓制成型為20-40毫米的石膏半球-球體(此設(shè)備及工藝已經(jīng)成熟應(yīng)用在河南、山東等地);
4.2 將其放在實驗室的馬弗爐中進(jìn)行燒灰實驗,經(jīng)過多次的溫度控制和加入一定的催化劑氣體,最終在適當(dāng)?shù)臏囟认陆K于燒成了氧化鈣含量為40%的熟石灰(其成分和生石灰的基本一樣)。
4.3 用現(xiàn)場的含鐵混勻礦垛料,加上多次設(shè)置的配比制成燒結(jié)混合樣,在經(jīng)過人工混勻制粒后,將其200kg放到400m2臺車上布料、調(diào)溫,經(jīng)過多次操作終于在臺車上燒制出了堿度為1.97的全鐵品位為54.5%的燒結(jié)礦(其他成分基本符合要求,除過硫含量3.0%)。這樣從理論到實踐上證明了所想的工藝的可行性。興奮之余,作者將想法告訴現(xiàn)任的上級技術(shù)領(lǐng)導(dǎo):科長、調(diào)度長、技術(shù)廠長,希望得到他們的支持和進(jìn)行下一步較大規(guī)模的實踐,卻被他們以不成熟擱淺了,實踐到此為止。
4.4 思考
4.4.1 實驗做出的含硫3.0%的燒結(jié)礦成品樣,對煉鐵生產(chǎn)來講是不符合生產(chǎn)需要的,在實驗條件下,其燒結(jié)礦中的硫還未能完全分解掉,在化驗室中燒成的氧化鈣只有40%這一點可以證明還未燒透,或者還只是半成品硫化鈣,只有當(dāng)氧化鈣含量化驗數(shù)據(jù)在80%左右時才算試驗成功。故還需要做進(jìn)一步的實驗研究;
4.4.2 當(dāng)采用石膏大量替代生石灰后,龍鋼燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)中的二氧化硫含量將不再是1500-2000mg/m3,有可能增加到3000-5000mg/m3,這將會增加脫硫設(shè)備的負(fù)貨。
5 結(jié)束語
(1)用除塵灰、返礦制作成20-40mm的鋪底料這一工藝,本身就是一大膽創(chuàng)新,完善它并將其應(yīng)用于燒結(jié)工藝中很有現(xiàn)實意義:增加產(chǎn)量、變粉為塊,增強燒 結(jié)透氣性、降低成本,這一點領(lǐng)導(dǎo)是認(rèn)同的,但需要增加新設(shè)備投資,然而在可行性操作實驗上,分廠領(lǐng)導(dǎo)不支持,使得計劃只得停留。
(2)用石膏部分代替或全部代替生石灰工藝更是一次革命:因為石膏沒成本、粒度滿足混合料要求、且水分適中。而生石灰的市場價在300元以上。按每月消耗現(xiàn)在665m2燒結(jié)機產(chǎn)能需要生石灰84000噸計算,年節(jié)約在3億余元以上;從環(huán)保角度講,變廢為寶,還能減少生石灰的制造、拉運方面的人、財、物的投資消耗,其社會效益將會更加巨大;石膏替代生石灰在燒結(jié)工藝中還可減少給配料環(huán)境造成的污染。由于我廠還未能將石膏沫狀變成球狀體、在石灰窯上燒制出石膏灰的現(xiàn)實,加上我廠領(lǐng)導(dǎo)還擔(dān)心混合料的溫度有所下降以及用此新工藝不成熟有風(fēng)險。雖然我堅持解釋到:生石灰理論上能提高料溫10-15℃,實際上能提高10℃左右 ,就按10℃的熱量我們完全可以用增加焦沫配比1-2%來徹底解決料溫問題,再綜合計算成本,燒結(jié)礦的成本還可再降50元以上,其效益也是相當(dāng)可觀的;
(3)考慮到此工藝若能夠被推廣或普及到全社會,這將是一次工業(yè)化革命,其意義將不可估量。非常期待看到或得到全社會各行專家教授關(guān)于此工藝方面的更工業(yè)化的實驗研究結(jié)果,更希望同行們對分析研究給予批評指正和提出寶貴意見。
參考文獻(xiàn)
[1]高玲,唐黎華,等.不同氣氛下硫酸鈣高溫分解熱力學(xué)分析[A].上海市化學(xué)化工學(xué)會2010年度學(xué)術(shù)年會論文集[C].2010.
[2]盧平,章靜.脫硫石膏還原分解特性的試驗研究[J].動力工程學(xué)報,2012(3).
[3]韓翔宇,陳浩侃,李保慶. 硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2000,23(2).endprint