铜陵有色高配比硫酸渣球团技术的工业化应用

第一篇：铜陵有色高配比硫酸渣球团技术的工业化应用

铜陵有色高配比硫酸渣球团技术的工业化应用 刘树立

(中冶长天国际工程有限责任公司)摘 要：为了大规模利用硫酸渣资源，由中冶长天公司、中南大学、铜陵有色三家合作进行了以硫酸渣作主要原料生产氧化球团的技术研究，并成功地开发出了该技术。2008年9月，一条120万t／a以硫酸渣作为主要原料的氧化球团生产线在铜陵有色公司正式投产。本文介绍了该技术的主要内容及工业应用情况。

关键词

硫酸渣

氧化球团

链篦机．回转窑法

资源利用循环经济 1 前言

随着我国钢铁产量迅猛发展，进口铁矿石量也逐年增加。2008年粗钢产量虽相对下滑，但我国依然进口了4．4亿t铁矿石，对进口矿铁矿石的依存度高达49．5％。因此，拓宽我国炼铁原料来源已刻不容缓。

现在，我国的硫酸渣年产量已超过1000万t，加上长期未得到有效的开发利用，日积月累，现存的硫酸渣储量已达到相当可观的数量。

硫酸渣中含有丰富的铁资源及其他可利用的金属，弃之不用会造成大量的资源浪费。而自然堆存、挖坑掩埋或是弃之湖海，不仅占用大量的土地，还会酸化土地，污染水源，影响动植物生长，对环境造成巨大危害。因此，综合开发利用硫酸渣具有十分重要的意义。

日本、美国、加拿大和罗马尼亚等国都有专门处理硫酸渣，用来作为烧结配料的烧结厂。在我国，硫酸渣也多作为烧结配料来处理。虽然也有用硫酸渣作为造球配料，采用竖炉生产铁矿球团的，但由于其工艺落后，产品质量不稳定，多已停产或拆除。为了开发利用自产铁精砂和硫酸渣，铜陵有色金属集团控股有限公司铜冠冶化分公司(简称铜陵有色，下同)似建设一条氧化球团生产线，以硫酸渣作为主要原料来生产氧化球团。

2005年2月，由中冶长天公司、中南大学、铜陵有色三家合作，开始了以硫酸渣作为主要原料生产氧化球团的技术研究。本研究包括：可行性研究，试验研究；开展工厂的初步设计和主要设备的基本设计；施工图设计和详细设计；编写功能规格书和三电软件设计；组织主要工艺岗位、维修和三电人员培训；开展土建施工，设备采购和设备安装以及单机试车，点火烘窑，联动试车，热负荷试车，生产调试直至投产。

2008年9月，一条年产120万t以硫酸渣作为主要原料的链篦机一回转窑氧化球团生产线在铜陵有色正式投产。作为开发利用硫酸渣的工业化球团厂，这在国内尚属首例。2试验研究

2．1 硫酸渣的化学成分、粒度组成和物理性能

根据中南大学的试验分析，硫酸渣铁品位为61．70％，硫含量为0．93％，其它有害元素如CuO偏高(见表1)。表1硫酸渣的化学成分(％)

硫酸渣中－0．043 mm粒级占到了81．3％，－0．074 mm粒级约95％，在粒度上适合用作球团原料(见表2)，其物理性能见表3。表2硫酸渣的粒度组成及水分(％)表3硫酸渣的物理性能

如图1所示，硫酸渣颗粒表面呈多孔形态，蜂窝状的孔隙在照片中清晰可见。这是硫精矿焙烧时，当硫挥发后，新生的赤铁矿或磁铁矿还未发育完善而形成的孔隙。这一特点也导致其堆密度较小，毛细水和分子水较大。另外，硫酸渣的比表面积较小，由于硫酸渣颗粒表面遍布孔隙，因此相应的外比表面积减小，导致其比表面积减小。图1硫酸渣颗粒形貌 2．2硫酸渣的特性

根据中南大学的试验研究，硫酸渣具有以下特性：

(1)含铁量低，只有61．7％；含硫量高，达到0．93％。

(2)质地疏松、颗粒呈多孔蜂窝状、疏水性强，且堆密度小，比表面积小，决定了其成球性能差，生球水分高。

(3)由于硫酸渣中的部分S以SO42-的形态存在，Fe以Fe2O3的形式存在，故要求焙烧温度较高。

3工业化应用研究 3．1 工艺流程研究

硫酸渣用于生产氧化球团的难点主要有以下方面：

(1)硫酸渣中铁矿物主要以Fe2O3形式存在，具有类似赤铁矿的焙烧特性，只有在较高的温度下(约1 300℃)才能使其晶格中的质点扩散，发生晶粒长大和再结晶固结。因此，在干燥和预热时要增设补热措施，同时在设备规模和材质上作相应保证。

(2)硫酸渣中硫含量较高，达0．93％，其它有害元素如CuO等偏高，因此在制备氧化球团时要充分考虑硫的脱除，使成品球团矿中的硫含量低于0．05％。

(3)硫酸渣有较高的气孔率，存在大量的蜂窝状孔隙，比表面积为678 cm2／g，远低于造球要求的1500～1900 cm2／g，因此需要采取相应措施提高原料比表面积。

(4)硫酸渣极具疏水性，且含水量为0．5％，不能直接用来混合造球，应采取技术措施，改变其成球性能。

(5)硫酸渣质地疏松，成球性指数K为0．505，属于中等成球性物料。但其堆密度为1．069 g／cm3，比重轻，成球性能不好，应采取适度配矿等技术措施，提高其成球性能，确保生球强度。

3．2造球技术的研究

(1)针对硫酸渣质地疏松和极具预润湿和困料的特点，采用中冶长天公司的专用咽料技术，增湿分两次进行，一次增湿后，水分由0．5％提高到10％，二次增湿再提高到12％，睏料时间长达20 h。

(2)针对硫酸渣质地疏松、颗粒呈多孔蜂窝状、且堆密度小，比表面积小的特点，采用二级串联高压辊磨技术，将物料比表面积由878cm2／g提高到1600 cm2／g。

(3)找出生球的适宜水分为13％～13．5％。确保下道工序的生球强度。3．3热工制度的研究

(1)采用鼓风干燥技术，减少过湿层的影响(因生球的水分很高)，同时提高鼓风干燥段的气流温度。

(2)延长生球在鼓风干燥段的停留时间，链篦机增长(约增加10m2)。

(3)提高鼓风干燥段排出的烟气温度，防止结露，以免造成后段设备的粘结。

(4)提高抽风干燥段排出的烟气温度，增加调温热风炉，保证烟气温度大于220℃，以防相关设备产生酸腐蚀。

(5)提高焙烧温度，在链篦机预热段加补热烧嘴，使窑温提高到1300℃以上。3．4装备技术的研究

(1)进行耐腐蚀耐高温篦板的研制，改进篦板的尾端结构，减少热应力，对材质进行特殊的热处理，延长篦板寿命。

(2)采用链篦机动静密封装置，使漏风率低于15％。

(3)链篦机采用端边部铲料板及柔性导轨装置，使卸料区的漏球率≤2％。

(4)改进链轮齿形和链节结构，延长其使用寿命。

(5)设置过渡风箱，避免含硫烟气对工人的伤害。3．5工艺流程布置

工艺流程布置如图2所示。3．6控制系统

(1)控制水平

球团车间的生产控制由PLC完成。整个工艺系统尽量取消二次仪表，在控制室的工业微机上进行显示和操作，计算机系统采用UPS供电方式。

控制主站与变频器之间的通讯采用Profibus—DP网络，其传输速率快，抗干扰能力强。使用工业以太网(Ethernet)，传输速率快，其拓扑结构为环形，可以反向通信，保证系统正常工作，提高可靠性。

图2硫酸渣氧化球团工艺流程图

(2)控制方式

控制方式分为二种：自动方式和机旁手动方式，自动操作是主要操作方式。

(3)控制系统硬件

由控制站、操作站、远程I／O站及冗余网络总线等组成。控制站及操作站装在主控室，通过数据网络总线与各远程I／O站进行数据通讯。

(4)控制系统软件

主要包括：操作系统、组态软件、上位监控软件、通讯软件及办公自动化软件等。

(5)软件功能

包括：矿槽料位监视与管理、配料自动控制、造球给料控制、燃烧控制等。4应用效果及分析

4．1热负荷投料试生产

从2008年8月13日开始低温烘炉，9月27日系统开始连续带料试生产，到10月27日停产进行投料后的设备紧固等规范检修工作，共计两个半月的时间。通过热负荷调试，系统稳定后，成品球质量都达到并超过设计要求(正常生产时，成品球抗压强度都在2 500 N／个左右，最高达到4 300 N／个)。4．2 运行状况

经过4个月的试生产后，从2009年3月下旬开始逐步进入正常运行。自热负荷试车和投产运行近一年以来，取得了理想的结果，成功实现了l 800 h连续运行，总运行时间达6 640 h，并对相关数据进行了检测。设备检修及生产事故处理明显减少，生产系统作业率显著提升，系统已基本达产达标。4．3原料及产品质量分析

从半年多的生产数据来看，产量从4月份开始稳定，生产基本达产，产品质量控制也完全符合市场要求。受原料品位影响，硫酸渣配比波动较大，为保证成品球62％的品位，只得通过调节原料配比来实现。从表4可见，硫酸渣平均配比1月份最高，达35．3％，但与设计的50％还是存在较大差距，只在2月份出现过硫酸渣日配比达47％的情况，为生产以来最高。

表4主要原料使用情况

2009年l～8月共生产球团矿61．27万t，具体情况详见表5。表5 2009年1～8月球团生产情况

从表5可以看出：球团系统经过一季度的磨合期后，生产比较稳定，2009年4～8月球团月平均产量为9．5万t，接近达产水平。

试生产阶段球团产品完全达到行业二级品标准(表6)，即TFe≥62％，抗压强度2500～2800 N／个。

表6球团矿质量标准

球团矿各项技术指标严格按照二级品产品方案进行控制，成品球质量完全满足市场要求，部分指标甚至优于市场要求，产品质量稳定。4．4 自动控制系统状况

自动控制系统对全厂主工艺生产过程进行 监控，具备过程数据的采集、处理、生产过程的 操作和监控、报警、生产管理及报表打印等功能。

控制系统通过网络进行数据通讯，网络分为三级：工业以太网、控制网及设备网。工程煳站、操作站及控制站挂在工业以太网上，其它碉程站挂在控制网上，电气变频器、电子秤二次强挂在设备网上，变频器、电子皮带秤采用Profibus—DP与系统通讯。

自动化控制采用PLC控制系统，其自动化程度高，反应快，完全满足中控室的频繁操作要求。

4．5 能耗分析

2009年1～8月球团生产的能耗指标列于表7，实际能耗与设计指标的比较列于表8。表7 2009年1～8月球团生产能耗

表8单位工序能耗设计值与实际值的比较

由表

7、表8可知，能耗指标中的水、电消耗优于设计指标，燃料消耗指标在设计上是以焦炉煤气为基础计算的，折合成标准煤为39．74kg，将实际消耗的天然气和煤粉折合成标准煤为39．43 kg，因此本项目的实际能耗已达到和优于设计指标。5 经济效益和社会效益分析 5．1球团成本分析

2009年1～8月球团生产的成本预算情况列于表9。表9 2009年1～8月球团成本预算执行情况 5．2经济效益分析

2009年l～8月共销售商品球团矿61万t，平均销售价750元／t。从生产及经营报表上看，目前球团生产各项指标基本达到设计要求。

按每吨球团矿的生产成本为654．09元，以正常年产120万t球团矿计算，则年生产球团矿成本为78 490．8万元；球团矿平均售价按750元／t计算，则：年销售收入为90 000万元；年净利润可达11 509．2万元；企业生产所得税按25％计算，则税后利润可达8 631．9万元／年；全部资产投资回收期约为4年左右。

由于受金融危机影响，目前国内二级球团产品价格在800元／t左右，但本球团生产系统靠自产硫酸渣做原料，走循环经济的模式，实现了变废为宝，不仅经受住了金融危机的考验，还创造了可观的利润。2009年l～8月球团产品利润情况列于表10。表10 2009年1～8月球团产品的销售利润 5．3社会效益分析

1)由于我国铁矿石长期以来以进口为主，随着近几年进口铁矿石价格逐渐攀升，已对我国的铁矿石供应和钢铁企业的经营造成极大的影响。利用硫酸渣生产球团矿可在一定程度上缓解铁矿资源紧张状况，降低炼铁成本，提高矿产资源的综合利用率。

2)硫酸渣生产球团技术可以很好地解决硫酸渣堆积难、严重污染环境的问题，并能大规模生产合格的球团矿产品，实现了硫酸渣的循环利用。

3)带动了铜陵地区相关产业的发展，促进了该地区经济繁荣，为当地提供了更多的就业机会。6结

语

铜陵有色120万t／a高配比硫酸渣氧化球团生产技术的开发成功，并取得良好的经济效益和社会效益，引起了各部门的重视，并得到了高度评价。

我国是生产硫酸和消耗硫酸的大国，80％以上的硫酸生产采用硫铁矿制酸工艺，每生产1 t硫酸约产生0．7～1 t的硫酸渣，硫酸渣年产量已突破1 000万t，目前这些资源尚未得到有效利用。而另一方面，我国每年仍有8 000万t的球团矿缺口。高配比硫酸渣氧化球团生产技术的推广和大规模工业应用，为硫酸渣资源的循环利用找到了一条有效途径，也为我国发展循环经济，促进钢铁行业的健康发展提供了技术支持，其市场潜力巨大。

第二篇：BIM技术在大型工业设计中的应用——马来西亚年产120万吨球团生产项目

BIM技术在大型工业设计中的应用——马来西亚年产

120万吨球团生产项目

摘要：BIM在马来西亚年产120万吨球团生产项目这一工业设计中发挥一定优势，多专业协同设计不仅可以减少设计错误、优化设计、保证设计质量，而快速、准确的设备材料表统计对最终的投资及总承包有重大意义。

一、项目背景

1.项目名称：马来西亚年产120万吨球团生产项目 2.项目设计单位：安徽马钢工程技术有限公司

安徽马钢工程技术有限公司(METC)，原为马钢设计研究院有限责任公司，是马鞍山钢铁股份有限公司控股的投资多元化的工程技术公司，2002年通过安徽省高新技术企业认定，2005年获得全国精神文明工作先进单位的殊荣，2008年、2011年连续荣获第二批、第三批“全国文明单位”荣誉称号，1999年通过质量管理体系认证，2006年10月实施了质量、环境和职业健康与安全“三标一体化”管理。具有国家颁发的冶金、建筑、环境行业的工程设计、工程咨询、工程监理甲级设计资质；市政公用行业（给水、排水）、火力发电工程设计、城市规划、工程造价咨询等乙级资质以及第一、二类压力容器和“GB、GC”压力管道设计等资质。国家商务部颁发的对外经营资格。具有上述资质相应业务范围的工程总承包、项目管理总承包的资质和能力。3.相关软件运用： AutodeskRevitArchitecture AutodeskRevitStructure AutodeskRevitMEP AutodeskNavisworks Autodesk3dsMax AutoCAD

二、正文

马来西亚年产120万吨球团生产项目 BIM技术在大型工业设计中的应用

图1马来西亚年产120万吨球团生产线工程效果图

马来西亚年产120万吨球团生产线项目是马来西亚PSSB（PerwajaSteelSdnBhd）投资建设的，项目由中钢设备有限公司总承包，中钢设备有限公司委托安徽马钢工程技术有限公司进行基本设计和施工图设计，设计年产120万吨球团矿，供直接还原厂使用。安徽马钢工程技术有限公司自2011年8月开始展开项目施工图的设计工作，并在公司内部同步开展三维协同设计，于2012年10月完成该项目的施工图三维设计。在三维设计过程中主要完成了工程量统计、局部碰撞检查、优化设计等，这不仅为工程建设前期的工程材料备料提供了精确可靠的依据，更为后期的施工和设备安装提供了方便，减少了传统施工过程中的很多不必要的返工及重复劳动。

由于业主开始就明确要求使用BIM进行设计，2011年底三维工作室开始组织实施，以烧结工艺为龙头，机运、电控、暖通、结构、燃气等14个专业配合，40多名设计师共同参与，历时1年多完成，如此规模庞大的工业三维协同设计在全国工业勘察设计单位内可谓是屈指可数。

AutodeskRevit系列软件解决了设计师本身有可能产生的设计错误，明显提高了个人的设计质量。

BIM在中国已经推广了多年，尤其在建筑业中表现优异，但冶金工业设计中的BIM应用及推广一直存在诸多问题，其中主要的瓶颈在以下几点：

1、起点高。工业设计不能像建筑业那样，可以先从单个的专业开始，比如建筑专业先开始开展BIM设计，然后再一步步增加到其他专业，逐步推进。而冶金工业设计一般项目都比较大，主体专业及专业协同相对较多，用在少数专业推广上则意义不大。

2、人员要求高。建筑业可以先一两个人会使用BIM设计开始尝试时投入的成本小，又可以见到成果。工厂设计却要求同时十几个专业同时都有即要懂设计又要会三维的人才，人员培训的成本很高，周期长，初期投入也没有利润。大型设计院有这样的底气，中小型设计院很难做到，难以推广。

3、软件的限制。众所周知，AutodeskRevit系列软件主要是针对建筑设计开发的，而在工业设计中，复杂设备模型的缺乏、工业专用族的缺乏都导致三维设计无法顺利展开，必须自己开发，增加了应用难度。

4、三维设计周期比二维长。三维施工图设计目前普遍是二维施工图的1.5倍，工作效率初期比较低。

但是BIM的优势在工业设计中也是显而易见的，多专业协同设计不仅可以减少设计错误、优化设计、保证设计质量，而快速、准确的设备材料表统计对最终的投资及总承包有重大意义。公司领导对BIM优势的充分认知，对推广BIM起了关键性的作用，从战略上制定了一个高效低成本推广BIM设计的计划。

图2环冷机设备及结构模型

图3链箅机室

BIM技术的多专业协同设计不仅可以减少设计错误、优化设计、保证设计质量，而快速、准确的设备材料表统计对最终的投资及总承包有重大意义。

金字塔BIM团队

图4BIM团队结构图

针对马来西亚年产120万吨球团生产线项目，安徽马钢工程技术有限公司建立了一支金字塔形的工作团队，以BIM工作室为核心，在普及性BIM培训过程中，从每个专业中挑选出一位优秀设计师，重点培训指导，使这些设计师成为即懂设计又能熟练使用AutodeskRevit软件的专业BIM工程师，然后由他们指导本专业已具备三维基本应用的工程师团队，这样，仅在马来西亚项目中就有40多位设计师全部使用AutodeskRevit及其他三维软件完成了三维协同设计及施工图设计。

通过一系列典型子项的三维设计探索，各专业设计师逐渐转化为BIM设计师，即懂专业，又懂使用AutodeskRevit软件，也积累了足够多的常用族，并在典型子项的实战中探索出了一条高效率的协同设计流程。这样就解决了起点高和人员要求高这两个问题，这为完成马来西亚这样大型的工业设计项目奠定了基础。

精简复杂的设备模型

工业设计中无法避免各式各样复杂造型的机械设备，设备厂家并不提供这样的三维模型，这就成为多数工厂设计难以使用三维的主要原因之一。三维协同设计中，没有大量的设备族是没法完成多专业协作的，为了解决这一问题，安徽马钢工程技术有限公司的对策是：

1、在各专业按本专业典型项目组织开发专业设备族库。

2、所有采购的设备均简化模型，只留基本外壳，而接口部位要求精细化，精确定位，确保专业间的协同设计能精确进行，并完成设备明细表统计。

如此解决了族库及复杂的设备模型问题，这些都将成为安徽马钢工程技术有限公司的构件库，可以再利用。

用BIM标准化提高工作效率

提高三维设计的工作效率是安徽马钢工程技术有限公司在马来西亚项目中的大胆尝试。对马来西亚项目进行梳理后发现，在结构设计中存在很多十分有共性的设计，于是安徽马钢工程技术有限公司制定了一个可以提高设计效率的方案——制作三维设计施工图标准化模板。

图5皮带通廊施工图模板模型效果图

在结构专业的皮带通廊和转运站中尝试，BIM工作室绘制完模板，结构设计师试用并提出修改意见，最终达到设计师仅通过修改尺寸及简单的复制就可以完成80%工作量的效果，大大提高了三维设计的工作效率。

经过不断的测试对比，三维设计施工图模板确实帮助结构专业提高了工作效率，不仅可以达到二维施工图的绘制速度，同时又完成了材料统计和设计协同，这在结构专业的BIM设计中是一大飞跃，安徽马钢工程技术有限公司已把这个案例细化后形成了公司的系列三维设计标准，并延伸到其他专业推广应用，进一步提高三维设计的工作效率。

综合其他方面，BIM技术还可以提高项目的整体工作效率。·图纸修改时间可以缩短一倍；

·专业之间沟通的时间缩短2倍（不同专业之间看图纸是很浪费时间的事情）； ·审核的时间缩短2.5倍，真正实现屏幕审核。

协同优化设计

在工厂设计中，BIM最大的优势就是协同设计、优化设计，尤其是管线综合的优化设计，不仅可以避免各种管线碰撞，也在后期指导施工中有重大意义。马来西亚项目涉及15个专业，其中给排水、暖通、除尘、燃气、热力、电力、电控、计器等专业都有大量的管道设计，如果没有三维协同设计，这么多专业要做到没有碰撞是几乎不可能的。AutodeskRevit系列软件首先解决了设计师本身有可能产生的设计错误，明显提高了个人的设计质量；局部整合在Revit模型中可以通过链接实现，可以快速找出可能的碰撞，迅速做出调整；多专业大型整合可以在AutodeskNavisworks中进行，随时进行整体碰撞检查，直观明了，方便多专业之间讨论设计优化，在提高设计质量上有极大的优势。

图6各专业管线综合

图7各专业管线综合

实用的材料统计

设备统计表：所有设备都用族的方式绘制，非常便于统计，避免缺漏少项，并为施工采购提供直接的目录。

管线材料表：管线材料统计精确、对指导采购及施工有极大帮助。

钢结构明细表：对应的钢材明细表突破了以往必须靠概预算完成的材料统计，帮助设计师及时了解用钢量，也可验证施工过程中的材料损耗，钢材明细表是本次设计的突破点。

BIM应用的效益

马来西亚项目的BIM成功应用为安徽马钢工程技术有限公司在招投标中争取项目带来了明显的收益，在后期争取到伊朗2个项目投标中再一次展示了BIM技术的魅力。总之，欧特克的BIM系列软件不仅帮助工业设计提高设计质量，同时为业主、设计单位、施工方提供了一个交流平台，更提供了一个可提取、交换数据的信息平台，应用BIM技术已是工业设计未来的发展方向。

*本项目在中勘协与欧特克共同主办的2013年“创新杯”BIM设计大赛中获得最佳工业工程类BIM应用奖三等奖