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,、無煙煤進行嚴格的控制，尤其是對SiO2,、CaO更應(yīng)該嚴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成分、鐵屑和無煙煤（焦碳）都有一定的技術(shù)質(zhì)量指標 ,。
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)自己來嚴格控制了,。由于鋁礬土資源的日趨緊張，細土面混入的鋁礬土熟料中可能將會愈加嚴重,，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格的控制。由于SiO2,、CaO過量混入,，就導致棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)耗電、耗原料使之制造成本升高,，更重要的是導致產(chǎn)品質(zhì)量嚴重失控而使用性能受限,，尋找既經(jīng)濟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,，所以必需嚴格控制原料（鋁礬土、無煙煤,、鐵屑）中CaO的進入量,，并設(shè)計出合理的、與之相適應(yīng)的工藝技術(shù)方案,，有目標地對其進行分流與控制,。
（二）工序控制
1、對準備購進原料來源進行分類控制,，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)購進鋁礬土中夾帶的細土面子進行篩分（或進行粉塵回收）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、鐵屑在配料前要進行嚴格挑揀,，還要對入爐主原料鋁礬土的化學成分和粒度大小進行合理設(shè)計并加以嚴格控制,，分別設(shè)計出冶煉前期、中期,、后期用料的合理配比,，同時嚴格控制入爐料的粒度范圍，以確保冶煉過程的順利進行,。
5,、對回收的細粉料進行合理設(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、促進劑等原料,，通過加工成球狀或有一定塊度的復合料,，再行冶煉，綜合效益更好,，這樣不僅經(jīng)濟合理,、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?shù)囊睙挌夥�,，使礬土與還原劑（無煙煤或焦粒）,、澄清劑（鐵屑）在高溫狀態(tài)下進行氧化還原反應(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）將爐料進行目標化設(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,，達到優(yōu)化入爐料設(shè)計，從而得到良好的冶煉指標,。
2）爐內(nèi)主要化學反應(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進入低Fe—Si合金中,，余下的TiO2以有價成分進入剛玉塊中,，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)量指標要求,，適當控制冶煉還原程度，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,，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?shù)某ɑ∨艢�,，讓SiO2,、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)濟指標,，冶煉過程要隨著物料的變化程度進行必要的工藝技術(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爐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)物料化學組元確定,，進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)濟效果：
1.有利于冶煉工藝操作的順利進行，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度，降低單耗,，縮短冶煉時間,。
3.可有效的提高或?qū)崿F(xiàn)強化冶煉作業(yè)、強化冶煉速率,，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,。
