轉爐污泥資源化利用的研究及實踐

田曉霞

（安陽鋼鐵集團有限責任公司）

1 前言

轉爐污泥是轉爐煙氣濕法凈化時所產(chǎn)生的廢棄物，含鐵品位高(50%以上），堿性物含量高，是一種利用價值較高的含鐵資源。污泥資源化利用是指將污泥進行適當?shù)奶幚砗?，從廢棄物變?yōu)榭梢岳玫馁Y源。目前主要采用以燒結法、煉鐵法、煉鋼法為代表的常規(guī)綜合利用方法和通過特殊工藝獲取高附加值產(chǎn)品的高附加值綜合利用方法。就目前世界范圍內(nèi)的實際應用以采用常規(guī)綜合利用方法居多。

某鋼鐵公司起初將轉爐污泥用于燒結配料，但因其利用效果不理想，開發(fā)了塵泥冷固造球回用煉鋼造渣工藝。隨著鋼鐵企業(yè)微利時代的到來，降低成本的任務日益迫切，經(jīng)統(tǒng)計該公司2013年1～8月轉爐污泥的總產(chǎn)生量平均在30～40 kg/t鋼，遠大于國內(nèi)同類型轉爐的污泥產(chǎn)生量。通過分析，認為其主要原因是污泥球等含鐵原料含有大量的細粉，在轉爐冶煉過程中這些細粉隨著轉爐爐氣進入除塵系統(tǒng)重新成為轉爐塵泥，造成污泥球的平均吸收率僅為52.5%，比槽下燒結返礦的平均吸收率74.5%更低。為了提高轉爐污泥的吸收率，降低運行成本，需對轉爐污泥資源化利用方式進行研究。

2 轉爐污泥資源化利用現(xiàn)狀分析

2.1 作為燒結或球團礦原料

轉爐污泥含有較高的鐵和CaO，用于燒結或球團礦生產(chǎn)可代替部分含鐵原料和熔劑使用，從而節(jié)約礦產(chǎn)資源，降低生產(chǎn)成本。轉爐污泥用作燒結配料，是鋼鐵企業(yè)污泥綜合治理中投資少、見效快、收益高的項目之一[2]。其主要有四種利用方式，分別為制球法、混合使用法、直接使用法與濃縮噴漿法，這四種方法的工藝流程及其技術特點[3]見表1、表2。

（1)制球法。經(jīng)濃縮脫水處理后，與其他配料混合，進入圓盤造球機造球，再經(jīng)回轉窯工藝得到具有一定機械強度的金屬化球團，較適合高爐冶煉的要求。如唐鋼[4]將煉鋼濕污泥直接裝入料倉，強行加入造球原料作為球團生產(chǎn)原料，參與球團礦生產(chǎn)。該法占用場地大、投資和運行費用高，生產(chǎn)適應性差，污染嚴重，現(xiàn)已較少使用。

（2)混合使用法?；旌戏ㄊ菍掍撐勰嘟?jīng)濃縮、脫水過濾成濾餅后與其他含鐵粉塵等配料混合，再送入燒結廠混合機內(nèi)，作為燒結原料予以利用。如上鋼一廠[4]將煉鋼粗塵泥通過螺旋給料機與鋼渣、高爐灰、燒結灰、軋鋼氧化鐵皮、白云石等按一定比例混合、攪拌后，作為燒結料參與燒結礦生產(chǎn)。該法的優(yōu)點是工藝簡單成熟，易于實現(xiàn)，污泥使用量大；缺點是污泥運輸量大，運行成本較高，容易產(chǎn)生二次污染且造成含鐵污泥的損失。

（3)直接使用法。將煉鋼污泥直接用作燒結配料，如首鋼[4]將濕法除塵泥與生石灰按1∶（0.3～0.7）的配比進行破碎混合，經(jīng)消化后，使其產(chǎn)生松散、無揚塵的散狀物料直接配入燒結拌和料中。該法的優(yōu)點是工藝過程簡單，運輸量小，運行成本低；缺點則是在污泥直接配加方式中易出現(xiàn)粘堵輸送系統(tǒng)、配料不暢、不易與拌和料混勻等問題，同時無法解決二次污染以及運輸過程物料損失問題。

（4）濃縮噴漿法。將污泥泥漿用管道輸送至燒結廠，噴入燒結廠一次混合機。如寶鋼[4]、鞍鋼[4]、柳 鋼[5]、馬鋼[4]、邯鋼[6]、天鋼[7]等將濕塵泥加水稀釋成濃度15%～20%的泥漿，作為燒結配料水在一次混料工序中加入到圓筒混料機的料面上，參與燒結生產(chǎn)。

濃縮噴漿工藝除擁有直接使用法的優(yōu)點外，其動力噴灑工藝使得污泥與其他燒結原料混合更加均勻，從而使得燒結工藝更加穩(wěn)定。同時操作簡便、處理方式靈活，可有效降低勞動強度，其處理過程不產(chǎn)生二次污染。缺點是需對燒結設備進行改造，投資相對較高，項目周期較長；污泥使用量較少，需要汽車運輸或建設遠距離管道運輸線，靈活性較差。

2.2 塵泥冷固造球回用煉鋼造渣

萊鋼[4]、沙鋼[8]等將煉鋼濕污泥與氧化鐵皮、輕燒白云石、石灰粉和結合劑等按一定比例混合后，通過專用設備加工成橢球狀的污泥球，再經(jīng)高溫焙燒后供轉爐作為造渣劑和冷卻劑使用。該公司目前也采用此法，雖然污泥球回用轉爐改善了煉鋼成渣過程，對抑制噴濺和減輕爐渣返干有一定效果，但該法污泥處理量大，含鐵原料利用率低，運行成本高。

2.3 制備高附加值產(chǎn)品

利用轉爐污泥可以制備氧化鐵紅、還原鐵粉、FeCl3、聚合硫酸鐵、水處理劑和粉末冶金制品等高附加值產(chǎn)品，如長沙礦冶總院[2]、馬鞍山礦山研究院[2]、攀鋼[1]等都進行了相關的生產(chǎn)試驗。該工藝提高了對煉鋼污泥的綜合化利用水平，可有效節(jié)約資源、減少污染。

3 轉爐污泥資源化利用方式選擇及其可行性分析

3.1 轉爐污泥資源化利用方式的選擇

本著資源化利用效率高、成本低、對現(xiàn)有工藝和環(huán)境影響小的原則，根據(jù)該公司現(xiàn)有的實際生產(chǎn)工藝與設備現(xiàn)狀，擬定將煉鋼污泥采用混合使用法作為燒結原料使用，而將燒結返礦代替污泥球作為轉爐煉鋼冷卻劑和造渣劑使用。

（1）現(xiàn)用塵泥冷固造球回用煉鋼造渣工藝表現(xiàn)出的主要問題是煉鋼污泥產(chǎn)量大，含鐵原料吸收率低，運行成本高，能耗高，而且存在二次污染和運輸過程物料損失，已不適應現(xiàn)在的低成本運行模式。

（2）濃縮噴漿法和制備高附加值產(chǎn)品需進行二次投資，建設周期長，污泥處理量小，無法完全消化現(xiàn)有轉爐污泥產(chǎn)量。

（3）該公司早先采用過混合使用法，設備投資、技術和生產(chǎn)難度均相對較低，通過近年的試驗研究已能夠解決前期存在的問題。更改工藝后，混合使用法相對直接使用法實施難度低，見效快，能較快實現(xiàn)工藝平穩(wěn)過渡。

該公司原工藝與新工藝的具體流程如圖1所示。

3.2 轉爐污泥資源化利用方式的可行性分析

3.2.1 新工藝下的物料平衡測算

根據(jù)轉爐煉鋼的熱平衡分析，1 t槽下返礦可以替換1.80～1.94 t的污泥球，此處返礦與污泥球的置換比例以1.80 t計算。采用槽下返礦替代污泥球返回轉爐煉鋼的工藝后，新工藝下的預計污泥產(chǎn)生量見表3。

由表3可知，新工藝下返礦總需求量為845 t/天，比原來增加了513 t/天；預計新工藝下污泥產(chǎn)生量為519 t/天，粗顆粒產(chǎn)生量為134 t/天，預計污泥、粗顆?？偖a(chǎn)生量比原來減少304 t/天，約減少31.73%，將大大減輕燒結消化轉爐污泥的壓力和轉爐除塵的壓力，也能降低污泥的運輸費用。

新工藝下將轉爐污泥與燒結除塵灰、返礦的混合物用于燒結，與現(xiàn)有污泥產(chǎn)量（754 t/天）按1∶(1.2～1.5)比例混合需要的返礦量約為905 t/天～1131 t/天，目前槽下返礦產(chǎn)量約2700 t/天，轉爐煉鋼可支配的槽下返礦量約1569 t/天～1795 t/天，完全能夠滿足日常煉鋼需求。目前僅以360 m2燒結機為主消化污泥料(可消化污泥約900 t/天），為了降低污泥料在燒結混勻料中的配比 (一般控制在10%)，將來另外兩臺400 m2和500 m2燒結機也要少量使用(同時配加高品位鐵皮)煉鋼污泥，以完全消化所有污泥。因此，采用新工藝完全能夠達到物料平衡。

3.2.2 新工藝下的效益預估

該公司原有的塵泥冷固造球設備完全能夠滿足混合使用法的要求，基本不需額外投資。

經(jīng)統(tǒng)計，轉爐污泥的運輸、混料等總承包費用為21.30元/t。返礦、粗顆粒、氧化鐵皮等運輸費用為5.82元/t。含鐵塵泥的除塵工序運行費用以50元/t計算。

采用冷固造球工藝時，每噸污泥球包括0.35 t污泥和0.65 t粗顆粒、鐵皮、粘結劑等，其運行費用為70.82元/t。采用新工藝后，同等條件下的運行費用為0.35×21.30＋5.82×0.65=11.24元/t，可節(jié)約費用923×(70.82-11.24)=54992.34元/天。

新工藝比原工藝產(chǎn)生的轉爐污泥量預計減少235 t/天，粗顆粒量減少69 t/天，新增返礦量513 t/天，從而減少運輸費用235×21.30＋69×5.82－513×5.82=2421.42元/天，節(jié)約除塵工序運行費用為：(235＋69)×50=15200元/天。

綜上所述，采用新工藝后，預計全年可節(jié)約運行費用(54992.34＋2421.42＋15200)×365=2650.4022萬元/年，經(jīng)濟效益十分明顯，同時還具有降低轉爐熱損失、降低能耗、提高含鐵原料吸收率、減少二次污染等間接經(jīng)濟效益。

綜合來看，現(xiàn)階段混合使用法比原來的冷固造球回用煉鋼造渣工藝更能適應低成本運行的需要。

4 生產(chǎn)實施效果

自2013年11月開始實施到目前為止，基本形成了穩(wěn)定的操作工藝。轉爐工序的鐵水比、鋼鐵料消耗基本保持原有水平，燒結工序的基本技術數(shù)據(jù)沒有明顯變化。使用返礦后實際污泥產(chǎn)生量平均約為528 t/天，粗顆粒平均產(chǎn)生量為106 t/天，與預計相差不大。根據(jù)現(xiàn)場來看，爐前的煙塵量明顯減少，現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境明顯改善，原來由于使用大量污泥球造成的轉爐除塵系統(tǒng)的生產(chǎn)故障也完全消除了。另外，針對車輛運輸過程的二次污染問題，一方面通過對汽車輪胎進行噴水沖洗，避免了輪胎進出料場時帶出污泥；另一方面對運輸車輛嚴格要求，做好防護，較好地避免了運輸過程的污泥泄漏。

5 結論

為了提高轉爐污泥的吸收率，降低運行成本，從常用污泥資源化利用方式的優(yōu)缺點入手，結合該公司設備工藝現(xiàn)狀，確定了混合使用法的新工藝流程，其物料平衡與經(jīng)濟效益顯著。

（1）采用混合使用法，轉爐污泥和返礦在燒結和煉鋼工序能夠達到物料平衡。

（2）采用混合使用法比冷固造球回用煉鋼造渣，可減少造球、運輸和除塵運行費用等，預計可節(jié)約成本2650萬元/年。

（3）采用混合使用法可減少轉爐污泥產(chǎn)生量，降低轉爐含鐵塵泥循環(huán)過程熱量損失，實現(xiàn)節(jié)能降耗和減少污染。

[1]李琛，劉瑾.轉爐污泥資源化利用研究進展[J].工業(yè)爐，2013，35(1):17～19.

[2]黎燕華.我國轉爐污泥資源化技術研究與進展[J].金屬礦山，2005(增刊):101～106.

[3]申勇，王永挺，張海民，張春.燒結利用煉鋼污泥技術的探討[J].燒結球團,2009,34(2):30～32.

[4]朱賀民,張曉秋.馬鋼綜合利用轉爐煉鋼污泥的技術[J].冶金叢刊,2006(5):45～47.

[5]陳有升,唐博,楊鵬晟.轉爐污泥噴漿對燒結生產(chǎn)的危害及防治對策[J].燒結球團,2009,34(4):48～51.

[6]姚海賓.邯鋼煉鋼污泥送燒結改造工程設計[J].冶金動力，2003(2):61～62.

[7]崔金麗,張建良.天鋼轉爐污泥回收利用的研究與實踐[J].天津冶金，2010(4):48～50.

[8]鄭力寧.沙鋼污泥及除塵灰資源應用實踐[J].江蘇冶金，2008,36(2):51-52.