粉塵固廢高效利用技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

程筱云

（天津天鐵冶金集團(tuán)煉鐵廠，河北涉縣056404）

粉塵固廢高效利用技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

程筱云

（天津天鐵冶金集團(tuán)煉鐵廠，河北涉縣056404）

天鐵集團(tuán)將燒結(jié)不能直接配用的各種粉塵物料進(jìn)行開發(fā)。采用鏈箅機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)自熔性球團(tuán)，并將自熔性球團(tuán)用于高爐、轉(zhuǎn)爐中。通過一系列技術(shù)措施，實現(xiàn)了各種粉塵物料的閉路循環(huán)和高效利用，降低了成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

粉塵固廢；循環(huán)利用；自熔性球團(tuán)；高爐；轉(zhuǎn)爐

1 引言

聯(lián)合鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐等工序通過各類除塵設(shè)施收集到大量粉塵固廢，約占鋼產(chǎn)量的10%。因含鐵量較高具有一定回收價值，一部分直接返回?zé)Y(jié)配用，另一部分因有害元素高，采用外排處理，造成資源浪費和環(huán)境污染。隨著鋼鐵產(chǎn)能的急劇擴張和市場競爭壓力的空前加劇，高品質(zhì)鐵礦資源越來越少，經(jīng)濟(jì)料在生產(chǎn)中的使用比例越來越高，造成煉鐵物料中有害元素含量逐步升高，粉塵中的鋅、堿、鉛等有害元素含量顯著提高。由于粉塵粒度細(xì)、成分雜，不但帶來燒結(jié)流程粉塵污染加劇，燒結(jié)機篦條嚴(yán)重糊堵，燒結(jié)料層透氣性大幅降低，影響燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量，燒結(jié)排放不達(dá)標(biāo)，對環(huán)境造成污染，而且燒結(jié)礦中有害元素的提高，會造成高爐入爐鋅、堿、鉛等有害元素負(fù)荷升高，進(jìn)而對高爐長壽和指標(biāo)提升產(chǎn)生較大影響。

為了實現(xiàn)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，天鐵集團(tuán)從2011年開始對燒結(jié)不能使用的粉塵物料，包括轉(zhuǎn)爐除塵灰進(jìn)行技術(shù)研究和攻關(guān)，開發(fā)出將除塵灰用于生產(chǎn)自熔性球團(tuán)礦的技術(shù)以及將自熔性球團(tuán)礦用于高爐、轉(zhuǎn)爐使用的技術(shù)。目前該成套技術(shù)已經(jīng)成熟，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 現(xiàn)狀分析

燒結(jié)粉塵中鐵含量一般為45%左右，主要包括原料除塵、成品除塵、機頭除塵和機尾除塵，其中原料除塵、成品除塵和機尾除塵灰屬于低鋅灰，堿金屬及鉛含量略高，可以作為燒結(jié)物料循環(huán)使用。機頭除塵灰堿金屬、鋅及鉛含量最高，不適合燒結(jié)物料循環(huán)使用。高爐除塵灰分為重力除塵灰、干除塵布袋灰、爐前除塵灰和環(huán)境除塵灰，其中干除塵布袋灰含堿金屬、鋅較高，也不適合燒結(jié)使用。轉(zhuǎn)爐除塵灰分為一次除塵灰和二次除塵灰，是轉(zhuǎn)爐煉鋼除鋼渣外最多的副產(chǎn)品，干灰產(chǎn)量約為25 kg/t，含鐵50%以上、活性氧化鈣15%～20%和吹煉過程損失的微量合金等，回收的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

3 技術(shù)原理

將燒結(jié)機頭除塵灰、高爐灰、煉鋼除塵灰等循環(huán)物料進(jìn)行濕潤后，按照預(yù)先設(shè)定的比例，通過計算機自動控制給料量，與精粉、膨潤土進(jìn)行合理配比成混合料，經(jīng)圓盤造球機造球，最終生球粒徑控制在8～16 mm。造好的生球采用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行焙燒出合格的自熔性球團(tuán)。在回轉(zhuǎn)窯里，生球液相形成的過程中，部分鉀、鈉、鉛、砷等有害元素被還原，在高溫中汽化，隨廢氣排出，降低自熔性球團(tuán)中鉀、鈉、鉛、砷等有害元素含量，降低高爐有害元素入爐負(fù)荷。配加循環(huán)物料的自熔性球團(tuán)具有還原度高、膨脹率低、低溫還原粉化率低等優(yōu)點?？梢源鏌Y(jié)礦入爐，配加量達(dá)到2．5%～5%。

4 技術(shù)措施和改進(jìn)內(nèi)容

4．1 自熔性球團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)

粉塵物料（見表1）的特點，除堿金屬、鋅、鉛等有害元素含量較高外，其粒度細(xì)小，基本不含水且親水性較差，其中CaO含量較高，用循環(huán)物料生產(chǎn)的自熔性球團(tuán)堿度在1．25左右。通過自熔性球團(tuán)氣相富集試驗表明，自熔性球團(tuán)富鉀、鈉、鋅后，平均抗壓強度下降。但從不同富鉀、鈉、鋅倍數(shù)的自熔性球團(tuán)的平均抗壓強度來看，自熔性球團(tuán)的平均抗壓強度隨著富鉀倍數(shù)的增加，變化不大，可認(rèn)為沒有影響。由于在氣相富集的過程中，一部分鉀、鈉蒸汽可能附著在自熔性球團(tuán)的表面，一部分則隨著表面的微小氣孔進(jìn)入到自熔性球團(tuán)中。隨著壓力升高，很容易加速自熔性球團(tuán)氣孔裂紋處的應(yīng)力集中，使得自熔性球團(tuán)的平均抗壓強度明顯下降。因此，在自熔性球團(tuán)生產(chǎn)過程中，有其自己的特點。

表1 除塵灰成分 /%

4．1．1 控制合理的水分

由于循環(huán)物料基本不含水且親水性較差，粒度很細(xì)，在1 500～2 000 cm2/g，在配入混合料之前，首先要對循環(huán)物料進(jìn)行潤濕，為了保證循環(huán)物料的水分存在形態(tài)多為吸附水、薄膜水、毛細(xì)水，少為重力水，在浸潤時先霧化噴淋，攪拌混勻，然后進(jìn)行24 h以上的自然浸潤，以保證循環(huán)物料中水分的充分均勻。

在精礦、循環(huán)物料和添加劑按配比進(jìn)行混勻工序時，要求混合料水分穩(wěn)定在（12±1）%，以保證球團(tuán)的制粒效果，以及烘干后的成球率。

4．1．2 選擇合理的混合料配比

膨潤土是造球物料最有效的添加劑，被廣泛使用。由于循環(huán)物料中CaO含量較多的特點，添加劑只能選擇膨潤土。由于它的結(jié)構(gòu)特點，比表面積大，具有很高的分散性，親水性強，吸水后體積大大膨脹。因此，配入膨潤土于造球物料中，可顯著改善其成球性，提高生球強度，特別是提高生球干燥時的爆裂溫度。這樣，可加速生球的干燥速度，縮短干燥時間，提高自熔性球團(tuán)的產(chǎn)量和質(zhì)量。每增加1%膨潤土，自熔性球團(tuán)品位降低0．5%，因此也不能添加過多，否則會降低自熔性球團(tuán)品位，增加高爐冶煉的渣量。通過試驗，選擇配加3%左右的鈉基膨潤土（成分及性能見表2、表3）作為粘結(jié)劑。

表2 膨潤土成分 /%

表3 膨潤土性能

在多次試驗生產(chǎn)過程中，常出現(xiàn)生球在鏈篦機中爆裂或呈現(xiàn)一個整體，由于循環(huán)物料中堿金屬及其他有害元素含量較高，生球在干燥、預(yù)熱過程中，堿金屬等有害元素的揮發(fā)，造成生球爆裂。目前，混合料中精粉、循環(huán)物料、皂土最佳配比為60～65：32～37：3。此配比的生球強度較高，成球性好。

4．1．3 控制適宜的干燥速度

生產(chǎn)自熔性球團(tuán)時，滾動成型獲得的生球必須經(jīng)過干燥和固結(jié)，生球的干燥發(fā)生在過程的開始階段，對焙燒過程有直接影響。配加循環(huán)物料的生球在干燥時由于循環(huán)物料含有低熔點堿金屬、鋅、鉛等化合物，在達(dá)到相應(yīng)溫度時會汽化，與水蒸氣同時作用，會大大增加生球的爆裂性。因此，配加循環(huán)物料的生球經(jīng)過不同試驗，其干燥制度采用三段式，即兩段抽風(fēng)干燥和一段抽風(fēng)預(yù)熱。干燥一段溫度控制在300℃以下，干燥二段溫度控制上限在550℃左右。通過此干燥制度，生球的爆裂大大減少，強度不斷提高。

4．1．4 鏈篦機爐罩內(nèi)襯采用整體澆注方式

由于循環(huán)物料中堿金屬及其他有害元素含量較高，在使用豎爐生產(chǎn)自熔性球團(tuán)過程中，出現(xiàn)了所有自熔性球團(tuán)板結(jié)成塊，不能正常使用的情況，最后改用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯技術(shù)，但在生產(chǎn)過程中，鏈篦機爐罩磚襯經(jīng)常脫落，一般每周需要清理一次。這是由于堿金屬及其他有害元素蒸汽進(jìn)入鏈篦機爐罩磚襯縫隙中，冷凝后膨脹，造成磚襯開裂甚至脫落。為了減少停機時間和節(jié)省鏈篦機爐罩耐火材料，使用專用的澆注耐火材料（見表4）。整體澆注鏈篦機爐罩內(nèi)襯，確保每兩年換一次。同時，使用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯，部分有害元素?fù)]發(fā)進(jìn)入廢氣，冷凝后回收用于鉀鈉鉛鋅等元素提煉的原料，從而有效降低自熔性球團(tuán)的有害元素含量到高爐接受的程度。

4．2 自熔性球團(tuán)在高爐中的使用

酸性球團(tuán)的軟熔起始溫度低、軟熔區(qū)間寬，與高堿度燒結(jié)礦搭配入爐，由于軟熔性能不一樣，導(dǎo)致軟熔帶加寬，焦比增加。自熔性球團(tuán)具有還原度高、膨脹率低、低溫還原粉化率低等優(yōu)點。

表4 澆注料理化性能指標(biāo)

用循環(huán)物料生產(chǎn)的自熔性球團(tuán)堿度在1．25左右（具體成分見表5），與燒結(jié)礦相比，品位和堿度低于燒結(jié)礦，Al2O3較低，含鋅量和堿金屬在焙燒過程中已經(jīng)去除大部分，但仍略高于燒結(jié)礦。其抗壓強度在900～1 000 N/個，相當(dāng)于燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度的70%，基本滿足了700 m3高爐的生產(chǎn)。由于其強度低、含鋅量和堿金屬偏高的特點，高爐操作人員逐步摸索，選擇合理的操作制度，配加量由少到多，最終確定高爐能夠接受的程度。

表5 燒結(jié)礦和自熔性球團(tuán)成分 /%

4．2．1 優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)

由于自熔性球團(tuán)強度低于燒結(jié)礦強度，經(jīng)過長時間生產(chǎn)實踐，確定在高爐爐料結(jié)構(gòu)中自熔性球團(tuán)配加比例為2．5%～3．0%，最高達(dá)到5．0%。在管理上，要求高爐不得隨意更改自熔性球團(tuán)配加比例，保持爐料結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，確保爐況順行。

4．2．2 優(yōu)化布料，保持合理煤氣流

在上部調(diào)劑中，以控制中心和邊緣兩條氣流的合理分布為基礎(chǔ)，根據(jù)自熔性球團(tuán)強度低的特點，為了避免其入爐后的粉化對爐況產(chǎn)生影響，盡可能避免將其布到邊緣或中心。因天鐵4座700 m3高爐均為料車上料，在槽下料車裝料時先裝燒結(jié)礦，后裝自熔性球團(tuán)，最后裝塊礦或酸性球團(tuán)，保證在爐頂料面布料時自熔性球團(tuán)處于邊緣和中心之間的位置。

4．2．3 嚴(yán)格控制堿金屬和鋅對高爐的危害

鑒于自熔性球團(tuán)含鋅和堿金屬，與燒結(jié)礦相比相對偏高的特點，天鐵采取了以下控制措施：

（1）控制自熔性球團(tuán)配比為2．5%～3．0%，最高不超過5．0%。

（2）嚴(yán)把原料質(zhì)量關(guān)，燒結(jié)含鐵料鋅含量嚴(yán)格控制在0．02%以下，燒結(jié)礦鋅含量要求在0．03%以內(nèi)，確保入爐鋅負(fù)荷小于0．5 kg/t。

（3）低爐溫、低堿度操作。高爐操作以控制爐溫和爐渣堿度為主要技術(shù)手段，以提高爐渣排堿能力。通過降低爐渣堿度，增大TiO2和SiO2的活度，抑制堿金屬硅鈦酸鹽的高溫還原，提高爐渣的溶堿能力，以MgO替代CaO造渣，也有利于促進(jìn)爐渣排堿。同時，在爐料中加入硅石，可以改善堿金屬和SiO2的反應(yīng)條件，生成比較穩(wěn)定且容易進(jìn)渣的堿金屬硅酸鹽，使更多的堿金屬被爐渣帶走。

4．3 自熔性球團(tuán)在轉(zhuǎn)爐中的使用

鋼鐵料消耗是煉鋼工序的關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其水平高低直接反映出煉鋼技術(shù)和管理水平。為了降低熱扎轉(zhuǎn)爐鋼鐵料消耗，除了使用塊礦、燒結(jié)礦代替部分廢鋼外，還使用自熔性球團(tuán)來代替部分廢鋼。但綜合考慮自熔性球團(tuán)冷卻強度高、熔池溫度波動大、降溫不均勻等特點，在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中其加入量和加入時機會直接影響化渣效果，甚至造成噴濺。針對自熔性球團(tuán)以上特點，結(jié)合轉(zhuǎn)爐吹煉進(jìn)程，采取了針對性舉措。

轉(zhuǎn)爐吹煉前期是Si、Mn、P的氧化期，熔池溫度控制在1 200～1 400℃，形成鐵質(zhì)渣系及FeO-SiO2-CaO渣系，該渣系脫P效果顯著。為了盡可能形成該渣系，同時盡可能長時間保持該渣系，在首批料中配加一定數(shù)量的自熔性球團(tuán)，可以降低前期升溫速度，延遲C-O反應(yīng)時間，保證鐵質(zhì)渣系持續(xù)時間，達(dá)到深脫P的效果。

吹煉中期是碳高速氧化期，熔池溫度控制在1 450～1 600℃，主要任務(wù)是脫碳。這一時期加入部分自熔性球團(tuán)可以起到調(diào)節(jié)熔池溫度的作用，減少熔渣向鋼水中返P；同時可以緩解熔池“返干”現(xiàn)象，避免噴濺或粘槍事故的發(fā)生；自熔性球團(tuán)還可以被分解還原，生成單質(zhì)鐵，提高鋼水收得率，同時降低氧氣消耗量，縮短吹煉周期。

在轉(zhuǎn)爐吹煉后期，不宜加入大量的自熔性球團(tuán)，因為加入自熔性球團(tuán)后熔池溫度降低，會影響轉(zhuǎn)爐終點溫度，其次由于熔渣堿度較高，流動性相對較差，降低自熔性球團(tuán)分解產(chǎn)物成渣速率，影響轉(zhuǎn)爐終點控制和濺渣效果。

經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐，制定出合理的自熔性球團(tuán)配加控制工藝，使天鐵熱軋轉(zhuǎn)爐使用自熔性球團(tuán)以來，工藝技術(shù)日臻完善，操槍工的操作技能和熟練程度迅速提高。除了使用部分塊礦和燒結(jié)礦外，自熔性球團(tuán)用量達(dá)到15 kg/t，有效提高了轉(zhuǎn)爐渣鋼之間的分配系數(shù)，達(dá)到了與溫度兩者協(xié)調(diào)控制的水平和降低鋼鐵料消耗的目的。

5 實施效果

目前，燒結(jié)機頭除塵灰、煉鐵干除塵布袋灰和轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵灰都用于生產(chǎn)自熔性球團(tuán)，每天自熔性球團(tuán)產(chǎn)量在700 t左右，全部用于高爐和轉(zhuǎn)爐中，實現(xiàn)了循環(huán)物料的閉路循環(huán)和高效利用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

該技術(shù)實施后，堿金屬和鋅含量較高的循環(huán)物料用于生產(chǎn)自熔性球團(tuán)，減少了燒結(jié)原料堿金屬和鋅的投入量，減少了燒結(jié)機篦條的糊堵，全年更換篦條由15 000根下降到11 000根。

該技術(shù)實施后，降低了燒結(jié)煙氣中NOx、SO2和粉塵含量，NOx平均在250 mg/Nm3以下，SO2平均在60 g/Nm3以下，粉塵含量在20 g/Nm3以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，NOx、SO2和粉塵含量年排放量分別減少635 t、726 t和1 135 t。

高爐爐料中自熔性球團(tuán)配加比例為2．5%～5%，由于自熔性球團(tuán)具有還原度高、膨脹率低、低溫還原粉化率低等優(yōu)點，代替燒結(jié)礦入爐后，高爐各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)仍然保持了較高水平，見表6。

表6 不同自熔性球團(tuán)入爐比例的高爐指標(biāo)

用循環(huán)物料生產(chǎn)的自熔性球團(tuán)，其成本較燒結(jié)礦降低34．67元/t，從而降低了生鐵成本。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，每噸鋼添加15 kg的自熔性球團(tuán)代替部分廢鋼后，有效提高了轉(zhuǎn)爐渣鋼之間的分配系數(shù)，并達(dá)到了與溫度兩者協(xié)調(diào)控制的水平，降低鋼鐵料消耗，煉鋼成本明顯。

6 結(jié)束語

天鐵集團(tuán)自主研發(fā)的循環(huán)物料高效利用技術(shù)，實現(xiàn)了資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，開辟了粉塵固廢循環(huán)利用新途徑，為高爐、轉(zhuǎn)爐提供新的入爐料，促進(jìn)了指標(biāo)提升，成本降低，取得了顯著效果。該技術(shù)是一套比較成熟和完善的循環(huán)物料使用技術(shù)，具有獨創(chuàng)性，行業(yè)地位領(lǐng)先。

目前自熔性球團(tuán)的抗壓強度在900～1 000 N/個，抗壓強度不高，不能供大高爐使用。全鐵54．44%，品位較低，對煉鐵生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)的提升還具有一定差距。下一步將對自熔性球團(tuán)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造和優(yōu)化，提高其品位和抗壓強度，在2 800 m3高爐進(jìn)行自熔性球團(tuán)入爐工業(yè)試驗，進(jìn)一步拓展自熔性球團(tuán)的使用渠道，提升煉鐵生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。

[1]賈艷，李文興．高爐煉鐵基礎(chǔ)知識[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2006．

Development and Application of High Efficient Utilization Technology of Solid Waste of Dust

CHENG Xiao-yun
(Iron-making Plant,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

Tiantie group carried out the process technology development of various sintering dust material which could not be blended directly．The process of grate kiln was adopted for producing self fluxed pellet, which was used for blast furnace and converter．A series of technical measures was executed to realize the closed circuit circulation and high efficient utilization of all kinds of dust material．A new way of recycling the solid waste of dust was opened up．New burden was provided for blast furnace and converter．Technical indicators were improved and cost was lowered．Good economic benefits had achieved．

solid waste of dust;recycling;self fluxed pellet;blast furnace;converter

10．3969/j．issn．1006-110X．2016．06．016

2016-08-28

2016-09-16

程筱云（1977—），女，主要從事生產(chǎn)技術(shù)方面的研究工作。