采用回轉窯生產電焊條用還原鈦鐵礦工藝探索

徐建忠

（四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川 成都 610000）

我國自改革開放以來，工業高速發展，電焊條作為工業基礎性材料，得到了前所未有的大發展，為國家的各項基礎設施建設提供了強有力的材料保障，尤其是普通焊條作為最基礎的焊接材料，它適應性廣，用量大，為國民經濟建設做出了不可磨滅的貢獻。根據第23屆北京?埃森焊接與切割展覽會展會綜合技術報告2017年國內焊接材料總量達407萬噸，其中半自動、自動化高效焊接材料結構比例有近60%，據此估算國內普通焊條規模目前至少在160萬噸/年以上，而還原鈦鐵礦主要就是用于普通焊條，根據各生產廠家配方的差異性，還原鈦的用量占成品焊條的比例大概在15%左右，因此國內還原鈦用量應該在24萬噸/年以上。還原鈦鐵礦主要成分為鈦氧化物和鐵及其氧化物，其優點：1.在焊條中替代金紅石，成本低；2.改善電弧穩定性及再引弧性能；3.改善熔渣流動性及焊縫成形；4.減小飛濺；5.提高焊條熔敷效率。

還原鈦主要生產原料——鈦鐵礦在我國儲量豐富，且國外資源豐富，成本相對低廉，因此無資源困擾，故還原鈦鐵礦目前已成為普通鈦鈣型及高鈦型焊條藥皮的主要原材料。傳統還原鈦鐵礦生產工藝按其生產設備可分為隧道窯工藝及“饅頭”窯工藝，其基本原理是將天然鈦精礦與還原劑、脫硫劑按一定比例分層置于專用陶罐內，通過外加熱使罐內物料升溫至1150左右發生氧化還原及脫硫等系列反應，將鈦精礦中的Fe203及FeO轉化成Fe，冷卻后經破碎、篩分及磁選分離即為還原鈦鐵礦。由于“饅頭”窯工藝生產產量低、質量不易穩定，且不符合環保要求，目前基本已淘汰。國內現已采用回轉窯直接生產電焊條用還原鈦鐵礦，但各家生產工藝有差異，質量控制參差不齊，我們公司經過多年實踐及探索，成功開發了電焊條用還原鈦鐵礦回轉窯生產新工藝并做到了質量、成本、環保的三者統一。

一、基本工藝流程

天然鈦鐵礦作為基本原材料，加上脫硫劑Ca（OH）2，二者經輸送帶進入窯尾，同時煤顆粒經窯頭由煤槍高速噴入，隨著窯體按一定的窯速運轉，窯體內燃煤加熱，物料通過一系列的氧化還原反應，最終從冷卻窯輸出，通過粗篩——細篩——磁選——二次磁選——40目細篩——成品

二、主要工藝裝備

皮帶傳送機、上料機構（斗提）、回轉窯、冷卻窯、自動篩分機、磁選機、自動控制裝備。

三、工藝原理及重點環節控制

根據近幾年的實踐探索，我們對生產還原鈦的原輔材料制定了標準:

1.原材料鈦鐵礦成分指標控制：TiO2≥50%，P≤0.04%，S≤0.04%，15%≤FeO≤20%，25%≤TFe≤35%，Fe2O3≥20%，粒度30里全通過。

2.煤：采用國內神木優質25無煙煤，發熱量≥6000卡，它具有雜質少，含硫量低，發熱量大等特點。

3.工藝原理簡述：還原鈦鐵礦回轉窯生產工藝是以鈦鐵礦為主要原料、無煙煤為還原劑、Ca(OH)2為脫硫劑，物料按一定配比進入窯內，以燃煤加熱物料，窯內空氣（氧氣）輸入量通過窯體上的風門的開合度及風機控制，在有效工作溫度1050-1200℃還原，還原料經冷卻、除碳等處理后即為還原鈦鐵礦。具體工藝流程見圖1

其氧化還原反應：

C+CO2=2CO2C+O2=2COCO+Fe2O3=2FeO+CO2CO+FeO=Fe+CO2

在回轉窯內，鈦鐵礦密度大顆粒細，料層在回轉窯內運動時，鈦鐵礦及細還原劑顆粒處于料層下面，料層上面則被一層顆粒相對較粗的還原劑覆蓋。由于窯內為弱還原性氣氛，加之表層粗顆粒還原劑的保護作用，在料層下會形成質量濃度較高的、動態的、與礦粒充分接觸的一氧化碳還原氣氛，加之回轉窯高溫帶一般穩定維持在1050—12000C之間，因而還原反應速度較快；脫硫反應鈦鐵礦原礦硫含量很低，還原鈦鐵礦中高出鈦鐵礦硫含量的硫來源于還原劑及燃料，因此控制還原鈦鐵礦中硫含量，實際上是要防止窯內氣氛向鈦鐵礦滲硫。控制窯內氣氛中SO2的質量濃度并加入具有孔洞狀結構的熟石灰顆粒脫硫，可收到良好的防硫滲透效果。采用上述方法可以使還原鈦鐵礦中S控制在0.03%以內；碳在還原鈦鐵礦中以兩種形式存在：一是以游離碳形式存在于海綿狀結構的礦粒表面及海綿孔隙中；二是以化合態的Fe形式存在。由于原礦與還原劑直接接觸加之還原速度相對較快，回轉窯生產的還原鈦鐵礦中游離碳含量較高，通過控制原材料質量及還原窯操作、采用特殊除碳工藝及設備可去除附著的絕大部分游離碳，使還原鈦鐵礦中C含量控制在0.2%以下。

在實際操作過程中，要達到穩定的產品內在質量要求，即符合焊條用原材料標準：C≤0.2%，FeO≤7.0%，原材料的單位加入量、窯體風門開合度、單位噴煤量、窯體轉速、返煤加入量這幾者的關系非常關鍵。通過我們不斷摸索實驗，目前我們的加入比例：

鈦鐵礦︰煤︰細煤顆粒=1.26︰0.48︰0.2

目前，我們上述物料的加入是通過皮帶傳送、自動稱重、羅斯風機噴煤實現了自動按比例輸送控制；窯體風門的開合度，在維持其他條件不變的情況下，保證窯體內低溫段在750-8500C，中溫段850-10500C，高溫段1050-12000C。風門開合的作用主要是控制窯體內氣氛中的含氧量，以間接控制窯溫，當含氧量高時，在單位時間內，窯內燃燒不足以消耗掉多余氧氣，勢必造成氧化反應，從而FeO含量上升；反之，如果過小，含氧量不夠，則窯內溫度下降，碳燃燒不充分，還原不充分，無法降碳，因此成品C含量升高，故風門開合度很關鍵，它必須使窯內單位時間的進氧量和消耗量達到動態平衡；作為窯速來講，首先保證窯內不結窯為前提，其次加大物料的投入量，加大風門的開合度，可有效提高生產效率。在實際生產過程中，由于各種工藝參數的波動，會造成成品中C含量或FeO含量波動，這兩個指標一般是蹺蹺板效應，此消彼長，這就需要在生產過程中對半成品每隔兩小時進行化驗檢測，以及時對原料鈦礦或煤的加入量做一些微調，使成品中的C或FeO始終處于合格狀態，合格率能達80%以上。經高溫煅燒后的半成品，里面混合有還原鈦、煤顆粒、雜質等混合物，進入冷卻窯旋轉冷卻，經粗篩、細篩、磁選、二次磁選、40目細篩，至成品包裝。

在整個生產過程中，各種物料加入比例、溫度控制、風門開合度、窯速匹配這幾個工藝參數的控制是關鍵，它直接關系到成品中C及FeO的百分含量。現在，我們還在不斷的收集各種工藝數據，相信在不遠的將來，我們將運用電腦來實現自動控制，這將使合格率達到95%以上，優化物料間比例，成本也將進一步降低。

4.細煤顆粒回收利用。過去在篩分環節產生的細煤顆粒，由于顆粒細小，大小不勻，不能滿足煤噴槍使用要求，因此低價處理給下游廠家，對企業成本不利。經過大量實驗驗證，目前采取把產生的細煤顆粒按一定量混合在原礦中從窯尾二次輸送至窯內參與氧化還原反應，這樣可大大降低原煤的使用量，降低了成本，每年可節省40萬元以上，且產品質量不受影響。

四、環保處理

回轉窯生產還原鈦過程中，會產生大量的SO2煙氣和粉塵，對于窯內產生的粉塵煙氣處理，我們通過管道輸送至環保工作站，通過沉降、工業布袋除塵器收集處理，收集后的細煤粉可處理給下游廠家，避免了固廢；除塵后的煙氣富含大量的SO2，把這部分煙氣輸送至脫硫塔，經噴淋脫硫后直排，且完全符合國家環保排放要求。