CN108264071B - 一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的方法 - Google Patents

一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的方法，包括：以入磨碱赤泥浆成分为基准，根据生产需要确定熟料钙比的考核中心值，将磨制生料中的铁和硅含量视为不变量，将磨制生料中的氧化钙视为唯一的变量，反推计算磨制生料需要补入的氧化钙含量和石灰石下料量，最后控制确定送出生料氧化钙百分比值；具体操作按七个步骤进行。本方法通过计算和控制氧化钙含量，改进对低铝硅比、高铁赤泥烧结炉料生料浆配制的方法，比传统方法的控制钙比更直接和简化，操作人员易掌握、易操作，熟料钙比指标的合格率得到大幅度提高；满足了串联烧结法的生产需求，为串联法氧化铝稳定生产奠定了良好基础。

Description

一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的方法
技术领域
本发明属于化工领域，特别涉及一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的新方法。
背景技术
随着工业氧化铝产能的不断扩大，铝矾土资源变得日益紧缺，对铝矾土资源的占有和使用技术控制已经成为国内每个氧化铝生产企业的首要战略目标。掌握独有技术，将有限的矿产资源吃干榨净，达到尽可能的最小矿耗是每个氧化铝生产企业都在不断追求的竞争“法宝”。串联法氧化铝生产技术迎合了这样一个大时代，它弥补了纯拜尔法生产工艺不能对铝土矿“吃干榨净”和纯烧结法生产工艺流程长、工艺复杂、能耗高等等的诸多缺点，但是串联法氧化铝生产技术的前沿性和复杂性不是随便一个氧化铝企业所能掌握控制的。
在烧结法氧化铝生产工艺中，生料浆的配制技术是一项很难掌控的技术性工作，同时也是烧结法最基础性的工作，行业有言：“配料是基础，烧成是关键”。它不仅关系着后续氧化铝生产的稳定与否，还关系着氧化铝生产成本大小的问题。烧结法的炉料(生料)配方，是指生料浆(熟料)中各单体氧化物之间的配合比例，包括：碱比、钙比、铝硅比、铁铝比四项。其中：碱比、钙比是随入磨物料来调控的，铝硅比、铁铝比是在矿石均化时调控的。也就是说，生料浆可调控指标只有碱比、钙比两项；而对铝硅比、铁铝比两项指标只能进行微调。由于生料浆经过高温烧结后，生熟料指标之间会存在一定的差值。要使熟料指标控制在生产所需的范围之内，还要参考送出生料浆的一些主要影响熟料窑热工制度的指标进行调整，也即所谓的校正值；而串联法氧化铝工艺中入炉生料浆中的铝硅比、铁铝比，则是已存在在来料赤泥浆中，前者低、后者高；且变化幅度不大。因此，单纯的烧结法生料浆配制技术不能完全适用于串联烧结法炉料控制的要求。
在串联法中，拜耳法赤泥浆作为烧结炉料的主要物质，是最易融化的一种物料。生料浆易波动的钙比指标控制不好，就烧成作业而言操作难度会更大。这就意味着串联烧结法中的炉料配方钙比指标的计算、调整控制更加苛刻。
钙比，是指生料(或熟料)中氧化钙与二氧化硅及部分氧化铁之和的摩尔比：
传统烧结法计算钙比，利用公式：钙比＝1.0714CaO/SiO2；
串联法计算钙比，利用公式：钙比＝[1.0714CaO-(0.35至0.7)Fe]/SiO2。
传统的石灰石下料量的(钙比)计算方法为，根据入磨碱赤泥浆液的成分，计算出某立方赤泥浆的干料成分，利用钙比公式计算出需要补充的氧化钙，再折算成石灰石下料量。而配料的目的是为了获得高质量的熟料，使熟料配方达到技术规程要求的范围内。因为在熟料烧结过程中，燃料烧成煤灰分中的AL2O3、CaO和SiO2等成分进入熟料，而熟料窑尾气还带走一部分含Na2O、SiO2、AL2O3、CaO等的粉尘，因此熟料配方与对应的生料配方间存在一定的差值，即所谓修正值。生料配方与相对应的熟料配方间存在如下关系：生料钙比＝熟料钙比±K，其中K为修正值。对于熟料钙比，各氧化铝厂技术规程都有不同的要求，要获得符合生产要求的熟料钙比，给熟料窑烧结送出的生料必须符合配方要求，生料配方关键在于对K的预测，只有准确预测修正值K，才能正确确定送出合格生料浆目标钙比的范围。例如：熟料钙比化验分析值：1.86，对应送出的生料浆钙比：1.93，K为0.07；现要求熟料钙比中心值为2.0，则送出生料钙比的确定方法为：送出生料钙比＝熟料钙比中心值±K。即:送出生料钙比＝2.0±0.07；即：送出生料钙比的范围为：1.93-2.07。另外，有时还采用铝硅比、铁铝比、熟料窑窑灰的配入量等的变化来增加一些校正值，使送出生料钙比的范围更加的准确。
以上传统控制方法在串联法烧结配料中存在的问题是：根据入磨碱赤泥浆液的成分，计算出某立方赤泥浆的干料成分，利用钙比公式计算出需要补充的氧化钙，再折算成石灰石下料量。最后检测熟料的钙比，如果熟料钙比值低了，就提高送出生料浆的钙比；高了，就降低送出生料浆的钙比。但由于某些企业串联法中赤泥炉料最突出的特点是氧化铁含量高，一部分Fe要在烧结过程中生成铁酸钙(铁酸一钙和铁酸二钙的混合物)的化合物，因此，它配入的氧化钙也需要计入到钙比计算公式里去，其钙比值为：
[1.0714CaO-(0.35至0.7)Fe]/SiO2
从上式可以看到有三个变量，三个变量中的任何一个变量改变，钙比值就会发生变化。由此可见，钙比控制的变数很大。用铝硅比、铁铝比等的变化作为校正值也即找到其规律，变得更加困难。也正因为如此，长期以来本串联法入炉熟料的钙比指标合格率只有19.8％。而且在实际生产中由于物料储存槽的形状和搅拌方式发生了变化，出现了一些新问题。首先，过去的锥型槽用的是风搅拌，而现在是平底槽用的是机械搅拌，物料的混合均化程度有所变化；其次，当赤泥浆液添加固体物料后，其体积及物料中各成分的百分含量发生变化，故而理论计算值与实际化验分析结果就会产生一定的差值；再次，配方计算式中的变量过多，就是同样体积、质量的下料量也会出现不同的结果。如此多的不确定因素，也即变量太多很难寻找到规律，很难配制出相对稳定的入炉合格料浆。只有减少变量才便于发现规律，稳定配方，提高熟料指标合格率。
发明内容
发明目的：克服传统钙比指标控制方法的缺陷，发明一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的方法。
技术方案：一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的方法，包括：以入磨碱赤泥浆成分为基准，根据生产需要确定熟料钙比的考核中心值，将磨制生料中的铁和硅含量视为不变量，将磨制生料中的氧化钙视为唯一的变量，再反推计算磨制生料所需要补入的氧化钙含量或石灰石下料量，最后控制确定送出生料氧化钙百分比值，具体操作按七个步骤进行：
(一)先根据工艺要求，确定熟料钙比的考核中心值；
(二)根据串联法钙比计算公式：
熟料钙比的考核中心值＝[1.0714CaO-(0.35至0.7)Fe]/SiO2，
计算出磨制生料总体氧化钙含量即CaO；
(三)根据公式：CaO＝CaO赤泥+CaO补入，计算出需要补入的氧化钙含量即CaO补入；
(四)根据公式：需要补入的石灰石下料量＝CaO补入/石灰石有效氧化钙百分比值，计算出需要补入的石灰石下料量；
或者，根据：需要补入的石灰石下料量＝CaO补入/(56/100)，计算需要补入的石灰石下料量；
(五)确定串联法中入磨碱赤泥加入的无烟煤量及需要补入的石灰石下料量，计算磨制生料理论水份百分比值，计算公式如下：
(入磨碱赤泥浆流量×比重×H2O％)/(入磨碱赤泥浆流量×比重+需要补入的石灰石下料量+无烟煤量)＝磨制生料理论水份百分比值；
(六)根据磨制生料预测氧化钙值，计算最终需要补入的石灰石下料量，计算公式如下：
膨胀系数×入磨碱赤泥浆流量×磨制生料预测比重×(1-磨制生料理论水份百分比值)×磨制生料预测氧化钙值＝CaO赤泥+石灰石有效氧化钙百分比值×最终需要补入的石灰石下料量；
(七)送出生料氧化钙百分比值的修正、确定：
根据以下公式：(1)CaO熟料-CaO对应生料＝CaO差值；
(2)送出生料氧化钙百分比值＝CaO熟料中心-CaO差值±K；
确定送出生料氧化钙百分比值；
其中，K为修正值，每个厂家根据自己的生产情况适当调整，一般为0.04左右。
本发明的优点和有益效果：通过计算和控制氧化钙含量，改进对低铝硅比、高铁赤泥烧结炉料生料浆配制的方法，比传统生料浆的钙比控制方法更直接和简化，操作人员易掌握、易操作，熟料钙比指标的合格率得到大幅度提高，满足了串联烧结法的生产需求，为串联法氧化铝稳定生产奠定了良好基础。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的方法，具体操作步骤如下：
(一)先根据工艺要求，确定熟料钙比的考核中心值，本实施例中取值1.86；
(二)根据串联法钙比计算公式：[1.0714CaO-(0.35至0.7)Fe]/SiO2＝1.86,计算出生料中总体氧化钙含量CaO；
本实施例中，赤泥浆液化学成分如下表所示：
Na Al Ca Fe Si Al/Si Na/Al Ca/(Si+Fe) 比重 水分(％)
12.67 20.57 14.85 11.57 15.62 1.317 1.023 0.603 1.51 48.9
设入磨碱赤泥量为130m3/h，则：
碱赤泥干料重量为：130×1.51×(1－48.9％)＝100.3T/h；
碱赤泥干料中CaO的量(CaO赤泥)＝100.3×14.85％＝14.9T/h；
碱赤泥干料中Fe的量(在本行业内代表各种氧化铁含量)＝100.3×11.57％＝11.6T/h；
碱赤泥干料中Si02的量＝100.3×15.62＝15.67T/h；
式中0.35至0.7的系数取值0.45，并将以上各值代入上面的串联法钙比计算公式，可计算得到：CaO＝(1.86×15.67+0.45×11.6)/1.0714＝32.08T/h；
(三)根据：CaO＝CaO赤泥+CaO补入，计算出在生料中需要补入的CaO补入：
CaO补入＝CaO-CaO赤泥＝32.08-14.9＝17.18T/h；
(四)根据：需要补入的石灰石下料量＝CaO补入/石灰石有效氧化钙百分比值，计算出需要补入的石灰石下料量；
给出石灰石具体数值时，根据钙比公式计算出有效氧化钙的含量CaOf：
石灰石成分以Cao：53.1；Si02：1.4；Mgo:0.5计，根据钙比公式计算出石灰石有效氧化钙CaOf：
Figure GDA0002281218420000051
需要补入的石灰石下料量＝17.18/50.5％＝34T/h；
或者，若没有给出石灰石具体数值时，根据：需要补入的石灰石下料量＝CaO补入/(56/100)，计算需要补入的石灰石下料量，式中56/100是氧化钙与碳酸钙的分子量比值，是最理想的有效氧化钙含量。
(五)确定串联法中碱赤泥加入的无烟煤量及需要补入的石灰石下料量，计算磨制生料理论水份百分比值，计算公式如下：
(入磨碱赤泥浆流量×比重×H2O％)/(入磨碱赤泥浆流量×比重+需要补入的石灰石下料量+无烟煤量)＝磨制生料理论水份百分比值；
在串联法串联法生产氧化铝工艺中，无烟煤的配入量一般为干料重的3～5％间，主要作用是排除流程中的硫含量；根据生产经验和实际需要，本实施例确定为每立方碱赤泥量中配入50kg无烟煤就可满足生产的需求；
即：现无烟煤加入量＝入磨每立方碱赤泥量×50kg＝130×50＝6.5T；
由此可计算出磨制生料理论水份百分比值为：
Figure GDA0002281218420000061
(六)根据磨制生料预测氧化钙值，计算最终需要补入的石灰石下料量，计算公式如下：
膨胀系数×入磨碱赤泥浆流量×磨制生料预测比重×(1-磨制生料理论水份百分比值)×磨制生料预测氧化钙值＝CaO赤泥+石灰石有效氧化钙百分比值×最终需要补入的石灰石下料量；
设定磨制生料预测氧化钙值为：24.5％时，根据：1.1×130×1.62×(1-40.5％)×24.5％＝14.9+0.505×最终需要补入的石灰石下料量
得到：最终石灰石下料量＝37.4T/h
式中：1.1为膨胀系数，膨胀系数是生产经验值，与赤泥浆的水分百分比值的大小有关；130为入磨碱赤泥流量，1.62为磨制生料预测比重；
因而，每立方米入磨碱赤泥配入最终石灰石下料量平均量为：37.4T/130＝288Kg。
(七)送出生料氧化钙百分比值的修正、确定：
根据以下公式：(1)CaO熟料-CaO对应生料＝CaO差值；
(2)送出生料氧化钙百分比值＝CaO熟料中心-CaO差值±K；
确定送出生料氧化钙百分比值；
其中，K为修正值，每个厂家根据自己的生产情况适当调整，一般为0.04(％)左右。
通过以上工艺参数的设定和计算，即可根据设定的磨制生料预测氧化钙值(也就是生产工艺需要的生料氧化钙百分比)来确定最终石灰石的下料量，或通过最终石灰石的下料量来计算磨制出的送出生料氧化钙值，在实际应用中得到了验证，成效显著；也可以说生产中需要什么样的生料氧化钙数据结果，就可以通过上述计算得到。
本控制计算方法的实际效果如下：
未改进控制计算指标前的入炉熟料化验结果(2014年)，见下表：
2014年入炉熟料化验结果
月份 CaO范围 钙比范围 钙比合格率
1月 29.25-35.5 1.46-2.16 0％
2月 31.75-35.62 1.82-2.03 0％
3月 31.56-33.94 1.66-2.01 16.67％
4月 31.06-34.94 1.57-1.98 23.68％
5月 32-36.25 1.59-2.00 27.33％
6月 31.88-36.06 1.51-2.08 30.99％
7月 29.25-39.37 1.57-2.35 25.56％
8月 31.75-35.5 1.7-1.99 40.96％
9月 30.75-36 1.54-2.16 21.21％
10月 32.31-39 1.5-2.36 13.29％
11月 27.88-37.38 1.83-2.28 24.20％
12月 27.06-37.19 1.85-2.23 13.68％
平均 19.8％
采用改进后的生料浆指标控制计算方法，熟料化验结果(2015年)，见下表：
2015年入炉熟料化验结果
Figure GDA0002281218420000071
生料浆指标控制技术改进前后对比分析：
新方法实施后，熟料的钙比合格率都得到了大幅度的提升，生产过程中石灰石的加入量根据改进后的计算公式，可以得出一个很直观的理论数据作为参考；新的计算方法简单易操作，操作人员不再无所适从。熟料钙比的合格率也由2014年得19.8％，提高到2015年的62.5％，幅度达到37个百分点之多；采用新的生料浆指标控制技术(计算方法)后，使串联法氧化铝生产趋于稳定取得了良好的经济效益，串联烧结法氧化铝产量由原来的月产2000T氧化铝，提升到月产13500T的水平。熟料窑的运转率也由原来的20％，提高到53％左右。熟料溶出及沉降槽的事故率下降了50％。
生料浆钙比指标控制技术改进后，送出的入炉生料浆有用组分配比满足了串联烧结法的生产需求，为串联法氧化铝稳定生产奠定了良好基础。
通过对低铝硅比、高铁赤泥烧结炉料配方的改进，使生料浆配制工作得到了简化，操作人员易掌握、易操作，熟料钙比指标的合格率得到大幅度提高。实践证明，通过不断地探索和改进已有的技术及方法，才能适应出现的新情况、新问题，持续创新才能推动科学技术的发展。近年来随着控制过程细节的逐步完善，熟料钙比指标合格率也逐步创出新高，使烧结法的产能达到了设计要求，为本企业降本增效奠定了基础。为串联法生产氧化铝工艺在国内的使用开创了路径。

Claims (1)

1.一种控制串联法氧化铝磨制入窑生料浆钙比指标的方法，其特征在于，包括：以入磨碱赤泥浆成分为基准，根据生产需要确定熟料钙比的考核中心值，将磨制生料中的铁和硅含量视为不变量，将磨制生料中的氧化钙视为唯一的变量，反推计算磨制生料需要补入的氧化钙含量和石灰石下料量，最后控制确定送出生料氧化钙百分比值；
具体操作按七个步骤进行：
(一)先根据工艺要求，确定熟料钙比的考核中心值；
(二)根据串联法钙比计算公式：
熟料钙比的考核中心值＝[1.0714CaO-(0.35至0.7)Fe]/SiO2，
计算出磨制生料总体氧化钙含量即CaO；
(三)根据公式：CaO＝CaO赤泥+CaO补入，计算出需要补入的氧化钙含量即CaO补入；
(四)根据公式：需要补入的石灰石下料量＝CaO补入/石灰石有效氧化钙百分比值，计算出需要补入的石灰石下料量；
或者，根据：需要补入的石灰石下料量＝CaO补入/(56/100)，计算需要补入的石灰石下料量；
(五)根据串联法中入磨碱赤泥加入的无烟煤量及需要补入的石灰石下料量，计算磨制生料理论水份百分比值，计算公式如下：
(入磨碱赤泥浆流量×比重×H2O％)/(入磨碱赤泥浆流量×比重+需要补入的石灰石下料量+无烟煤量)＝磨制生料理论水份百分比值；
(六)根据磨制生料预测氧化钙值，计算最终需要补入的石灰石下料量，计算公式如下：
膨胀系数×入磨碱赤泥浆流量×磨制生料预测比重×(1-磨制生料理论水份百分比值)×磨制生料预测氧化钙值＝CaO赤泥+石灰石有效氧化钙百分比值×最终需要补入的石灰石下料量；
(七)送出生料氧化钙百分比值的修正、确定：
根据以下公式：
(1)CaO熟料-CaO对应生料＝CaO差值；
(2)送出生料氧化钙百分比值＝CaO熟料中心-CaO差值±K；
确定送出生料氧化钙百分比值；
其中，K为修正值，为0.04；
在实际生产中，根据以上方法，即可根据设定的磨制生料预测氧化钙值来确定最终石灰石的下料量，或通过最终石灰石的下料量来计算磨制出的送出生料氧化钙值。
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