棕剛玉用高硅、鈣鋁礬土原料冶煉的工藝設(shè)計與控制
發(fā)布時間：2021-07-28 16:07:20 瀏覽
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棕剛玉用高硅、鈣鋁礬土原料冶煉的工藝設(shè)計與控制
棕剛玉冶煉生產(chǎn)過程中，原料來源的選擇和原料的質(zhì)量控制是至關(guān)重要的也是必須嚴(yán)加控制的一個工藝過程；原料的選擇在一定的程度上決定了其產(chǎn)品的應(yīng)用范圍；原料的質(zhì)量能否得到有效的控制，不僅嚴(yán)重的影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能，同時也直接影響棕剛玉生產(chǎn)的制造成本；所以，在棕剛玉生產(chǎn)過程中必須對主原料鋁礬土、鐵屑、無煙煤進(jìn)行嚴(yán)格的控制，尤其是對SiO2、CaO更應(yīng)該嚴(yán)格的控制其原料的涉入量。SiO2、CaO的帶入，不僅給生產(chǎn)帶來了困難、影響了制造成本、降低了AL2O3、 TiO2有價組元的含量，還因為產(chǎn)品質(zhì)量的欠缺影響了產(chǎn)品的商品價格和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。
一、冶煉棕剛玉用主原料技術(shù)條件
對生產(chǎn)普通的（用于磨料或高溫耐材）棕剛玉，其主原料熟礬土的化學(xué)成分、鐵屑和無煙煤（焦碳）都有一定的技術(shù)質(zhì)量指標(biāo) 。
二、高硅、鈣鋁礬土原料的成因分析
冶煉棕剛玉用鋁礬土熟料與生產(chǎn)金屬鋁和耐火原料用的鋁礬土是不同的，冶煉棕剛玉用的鋁礬土熟料是選用優(yōu)質(zhì)的高AL2O3、 TiO2低SiO2、CaO的鋁礬土，而生產(chǎn)金屬鋁和耐火原料用的鋁礬土對上述指標(biāo)要求則相對要低一些，就可滿足生產(chǎn)需要。
目前，我國剛玉材料的生產(chǎn)制造企業(yè)約有170家左右，其生產(chǎn)能力約在200萬噸左右，按生產(chǎn)能力計算，僅剛玉生產(chǎn)用高鋁優(yōu)質(zhì)熟礬土約在240萬噸左右。由于諸多基礎(chǔ)工業(yè)及剛玉制造業(yè)的快速發(fā)展，鋁礬土需求量迅猛增長，也由于鋁礬土資源的匱乏，再加上有的礬土供應(yīng)商和中間環(huán)節(jié)的不規(guī)范行為，致使棕剛玉冶煉所用的熟鋁礬土數(shù)量保證困難，而且質(zhì)量嚴(yán)重下滑；A/S由八十年代的25—30:1，下降到九十年代的15—20:1，而今有的企業(yè)則經(jīng)常使用A/S10—12:1的鋁礬土，甚至有的企業(yè)所用的鋁礬土中有時SiO2的含量竟然超過10%都沒有引起企業(yè)決策者的重視，如何從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)雙重困境中解脫出來，就更顯無力了。目前，國內(nèi)生產(chǎn)普通的（用于磨料或高溫耐材）棕剛玉所用的鋁礬土原料南、北方的AL2O3、SiO2、Fe2O3含量都差不多
通過數(shù)理統(tǒng)計分析，就其生產(chǎn)棕剛玉用鋁礬土中有害雜質(zhì)SiO2、CaO一是來源鋁礬土中固結(jié)材料本身；二是隨著鋁礬土熟料混入的細(xì)土面而帶入。前者是原料本身所含有的，可以在選擇原料來源時酌情控制，或進(jìn)行選配礦處理予以保障原料質(zhì)量，而后者則是更重要的涉入來源，這就需要棕剛玉制造企業(yè)自己來嚴(yán)格控制了。由于鋁礬土資源的日趨緊張，細(xì)土面混入的鋁礬土熟料中可能將會愈加嚴(yán)重，這就使生產(chǎn)企業(yè)處于“棄而不舍，用而無法”的兩難境地，同時也給棕剛玉制造企業(yè)帶來了嚴(yán)重的困難和挑戰(zhàn)。另外，從上面原料數(shù)理分析可知，無煙煤、鐵屑中帶入的有害雜質(zhì)SiO2、CaO也應(yīng)該引起足夠重視和嚴(yán)格的控制。由于SiO2、CaO過量混入，就導(dǎo)致棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)耗電、耗原料使之制造成本升高，更重要的是導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)重失控而使用性能受限，尋找既經(jīng)濟(jì)又合理的解決方法勢在必行。
三、工藝設(shè)計與控制
SiO2、CaO對其
棕剛玉的產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用范圍是十分有害的，必須在生產(chǎn)及工藝技術(shù)方面加以嚴(yán)格控制。在棕剛玉冶煉過程中，SiO2、可以通過氣化升華或還原生成低硅鐵除去，而CaO在棕剛玉冶煉過程中是十分難以祛除的，所以必需嚴(yán)格控制原料（鋁礬土、無煙煤、鐵屑）中CaO的進(jìn)入量，并設(shè)計出合理的、與之相適應(yīng)的工藝技術(shù)方案，有目標(biāo)地對其進(jìn)行分流與控制。
（二）工序控制
1、對準(zhǔn)備購進(jìn)原料來源進(jìn)行分類控制，做到源頭受控。冶煉棕剛玉的主原料中 SiO2、正常情況下一般控制在小于6%的范圍內(nèi)，而CaO則應(yīng)控制在小于0.5%的范圍內(nèi)。
2、將已經(jīng)購進(jìn)鋁礬土中夾帶的細(xì)土面子進(jìn)行篩分（或進(jìn)行粉塵回收）預(yù)處理，以保證冶煉原料的凈化和穩(wěn)定。
3、嚴(yán)格控制無煙煤（焦碳）和鐵屑中雜質(zhì)含量，從源頭上控制煤矸石、鑄造型砂等雜質(zhì)的涉入量，保證生產(chǎn)原料處于受控狀態(tài)。
4、不僅鋁礬土、無煙煤、鐵屑在配料前要進(jìn)行嚴(yán)格挑揀，還要對入爐主原料鋁礬土的化學(xué)成分和粒度大小進(jìn)行合理設(shè)計并加以嚴(yán)格控制，分別設(shè)計出冶煉前期、中期、后期用料的合理配比，同時嚴(yán)格控制入爐料的粒度范圍，以確保冶煉過程的順利進(jìn)行。
5、對回收的細(xì)粉料進(jìn)行合理設(shè)計與利用，在冶煉過程中，據(jù)其冶煉原理，調(diào)整剛玉熔融液的PH值，按比例配入還原劑、澄請劑、助熔劑、促進(jìn)劑等原料，通過加工成球狀或有一定塊度的復(fù)合料，再行冶煉，綜合效益更好，這樣不僅經(jīng)濟(jì)合理、降低了冶煉難度，更重要的是實現(xiàn)了在冶煉過程中棕剛玉質(zhì)量得到有效控制。
（三）工藝技術(shù)方案設(shè)計
1、工藝流程：
鋁礬土（無煙煤、鐵屑）原料入倉檢控→備料（分級控制→球團(tuán)制備→烘干處理）→配料→冶煉→傾倒→冷卻→碎選→計量與入庫
2、冶煉工藝的設(shè)計
冶煉是棕剛玉生產(chǎn)的重要工序，通過冶煉，控制適當(dāng)?shù)囊睙挌夥眨沟\土與還原劑（無煙煤或焦粒）、澄清劑（鐵屑）在高溫狀態(tài)下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，除去雜質(zhì)，并形成α—Al2O3，從而獲得符合質(zhì)量要求的剛玉塊。
1）將爐料進(jìn)行目標(biāo)化設(shè)計，以求入爐物料的合理可控制；通過合理調(diào)配爐內(nèi)熔融體的PH值，達(dá)到優(yōu)化入爐料設(shè)計，從而得到良好的冶煉指標(biāo)。
2）爐內(nèi)主要化學(xué)反應(yīng)：
經(jīng)過對除塵粉體成分分析，其中SiO2在40%左右，Al2O3在40%左右，K2O在10%左右，余下的是Fe2O3和碳粉等。
在冶煉過程中約有50%TiO2被還原，以單質(zhì)Ti進(jìn)入低Fe—Si合金中，余下的TiO2以有價成分進(jìn)入剛玉塊中，而礬土雜質(zhì)中有價MgO和雜質(zhì)CaO基本保留其固有含量進(jìn)入剛玉塊中 。
3）爐料配比計算：
式中: SiO2%、Fe2O3%、TiO2%分別表示原料中SiO2、Fe2O3、TiO2的百分含量，C%為無煙煤中固定碳的百分含量，F(xiàn)e%為鐵屑中的鐵含量， K是鐵硅比，（K取值5.5）
4）冶煉周期設(shè)計
根據(jù)冶煉設(shè)備容量狀況，設(shè)計好爐料分批配制制度，冶煉爐料分前、中、后期分別配入是解決爐料差的合理的優(yōu)化工藝設(shè)計，對其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果非常有益。
3、冶煉過程控制
1）爐前調(diào)整：
在生產(chǎn)過程中，可根據(jù)用戶質(zhì)量指標(biāo)要求，適當(dāng)控制冶煉還原程度，來實現(xiàn)質(zhì)量的有效控制，但是，由于進(jìn)廠礬土礦的批量和數(shù)量及取樣方法和冶煉操作方法等因素的影響，在實際生產(chǎn)過程中，有時需要通過沾棍來進(jìn)行爐前判斷調(diào)整（待工藝配比和工序操作熟悉后，可取消爐前調(diào)整過程）。
2）爐內(nèi)還原控制：由于鋁礬土中Al2O3含量下降和SiO2含量的增高，在冶煉過程中就必須增加C的涉入量，這就使其爐內(nèi)還原氣氛集聚加強(qiáng)，產(chǎn)生大量的高溫氣體，從而加大了冶煉操作和爐況控制難度；在加大C和Fe用量的情況下，可以有效地把SiO2祛除，但是，由于過還原使得礦物中的TiO2等有價成分也被過還原，以金屬Ti的形式進(jìn)入低硅鐵中，使之棕剛玉的質(zhì)量和性能下降，應(yīng)用領(lǐng)域受限，所以，適當(dāng)?shù)某ɑ∨艢猓孲iO2、SiO廢氣有效的逸出是必要的。
3）.冶煉參數(shù)控制：為使之得到良好技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，冶煉過程要隨著物料的變化程度進(jìn)行必要的工藝技術(shù)調(diào)整，根據(jù)熔池情況，合理調(diào)整冶煉過程的電流、電壓檔位，是必要的控制方法和手段。
4）、冶煉工藝控制與操作技能
冶煉是剛玉生產(chǎn)主要工序，通過冶煉，使礬土與還原劑、澄清劑在高溫下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，除去雜質(zhì)，并形成α—Al2O3，從而獲得符合質(zhì)量要求的剛玉塊。對于高SiO2、CaO含量的礬土而言，從理論與實踐方面分析，無論是固定爐或傾倒?fàn)t其冶煉工藝不同于傳統(tǒng)的棕剛玉冶煉工藝。
四、高硅、鈣爐料的冶煉過程設(shè)計：
冶煉方案一：非分別式冶煉。工藝技術(shù)方案（略）
冶煉方案二：分別式單一棕剛玉冶煉。工藝技術(shù)方案（略）
冶煉方案三：據(jù)物料化學(xué)組元確定，進(jìn)行其它剛玉或特殊產(chǎn)品生產(chǎn)（SiO21.2—1.5；CaO1%左右），工藝技術(shù)方案需另行設(shè)計。
五、經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)組織可行性分析
任何一個企業(yè)的工業(yè)性生產(chǎn)或任何一項工藝技術(shù)方案，都必須是技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)過程簡潔方便，否則就不是上佳的生產(chǎn)或技術(shù)方案。
在棕剛玉生產(chǎn)過程中，一般冶煉工藝要求是：前期為保溫期；中期為質(zhì)量控制期；后期（要在盡量縮短冶煉時間的同時）為質(zhì)量、產(chǎn)量雙保期；以此來實現(xiàn)上佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。通過對入爐料的預(yù)處理與工藝技術(shù)方案新的設(shè)計，預(yù)計可實現(xiàn)下述幾方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果：
1.有利于冶煉工藝操作的順利進(jìn)行，減少爐內(nèi)劇烈反應(yīng)，提高生產(chǎn)效率，預(yù)計同等的冶煉作業(yè)期產(chǎn)能可提高5—10%左右。
2.減少或消滅爐內(nèi)因為反應(yīng)而停電時間，可減輕冶煉工勞動強(qiáng)度，降低單耗，縮短冶煉時間。
3.可有效的提高或?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)化冶煉作業(yè)、強(qiáng)化冶煉速率，提高產(chǎn)能，提高企業(yè)的綜合效益，降低成本；
4.可提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)質(zhì)量的有效控制，為提高企業(yè)品牌效益打好基礎(chǔ)，有利于創(chuàng)造市場、贏得市場、提高市場占有率，最終實現(xiàn)企業(yè)良好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。
5.冶煉部分直接減少除塵損失鋁礬土約在2%左右，備配料系統(tǒng)可減少鋁礬土損失3%左右，如果將其這部分礬土粉塵回收利用，就按5%計算，以年產(chǎn)一萬噸剛玉為例，所需要約1.2萬噸鋁礬土計,年可以節(jié)約鋁礬土600噸,按900元/噸計,年創(chuàng)效益在54.萬元.如果以企業(yè)生產(chǎn)十年計算，這將是一個受益不小的數(shù)字。
6.凈化勞動生產(chǎn)環(huán)境，提高員工健康水平。
