轉(zhuǎn)爐除塵灰生產(chǎn)冷壓塊工藝技術(shù)實(shí)踐

劉敬東,孫 瑩

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 安陽(yáng) 455004)

轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煙塵,先經(jīng)過(guò)蒸發(fā)冷卻器將顆粒較粗的部分收集,剩余部分再經(jīng)過(guò)靜電除塵器收集,可以得到粒度細(xì)小且含鐵料高的轉(zhuǎn)爐除塵灰[1]。原來(lái)許多企業(yè)把轉(zhuǎn)爐除塵灰返燒結(jié)配料,回收利用除塵灰中TFe、C、CaO、MgO等[2],但其中所含的Zn、K、Na等有害成分對(duì)高爐系統(tǒng)、燒結(jié)系統(tǒng)帶來(lái)諸多影響,會(huì)形成堿金屬富集,造成燒結(jié)“糊篦條”,引起燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量降低[3-4],增加工序能耗,有害元素在高爐內(nèi)循環(huán)富集影響高爐順行。隨著高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展,K、Na和Zn對(duì)高爐生產(chǎn)的危害性越來(lái)越受到重視[5-6],很多鋼廠禁止將含有害元素較多的除塵灰在高爐系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用,造成除塵灰外排或在廠區(qū)堆積。

發(fā)改環(huán)資〔2021〕381號(hào)文《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》中明確提出,創(chuàng)新大宗固廢綜合利用模式,在鋼鐵冶金行業(yè)推廣“固廢不出廠”。加強(qiáng)除塵灰固廢資源全量化利用是鋼鐵冶金企業(yè)必須解決的難題。

為解決轉(zhuǎn)爐除塵灰內(nèi)部處置和資源化利用問題,中部某鋼鐵企業(yè)2022年建設(shè)了15萬(wàn)噸轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊生產(chǎn)線,把轉(zhuǎn)爐除塵灰壓成53×55×60 mm的冷壓塊,烘干后返轉(zhuǎn)爐煉鋼循環(huán)利用,達(dá)到預(yù)期效果。

1 轉(zhuǎn)爐除塵灰的主要成分

該企業(yè)轉(zhuǎn)爐全部采用干法除塵系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐煙氣通過(guò)汽化冷卻煙道進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器,蒸發(fā)冷卻器通過(guò)噴水,先將 800～1000 ℃的煙氣降至 250～300 ℃ ,并對(duì)煙氣進(jìn)行粗除塵,粗除塵后的煙氣進(jìn)入靜電除塵器進(jìn)一步精除塵,收集的粉塵通過(guò)輸灰裝置排出,送至灰倉(cāng),年產(chǎn)生除塵灰約11萬(wàn)噸。主要分為轉(zhuǎn)爐一次、二次、脫硫、精煉、混鐵爐等除塵灰,主要成分見表1,粒級(jí)分布見表2。

表1 轉(zhuǎn)爐除塵灰主要成分 單位:%

表2 轉(zhuǎn)爐除塵灰粒級(jí)分布統(tǒng)計(jì)表 單位:%

通過(guò)表1可以看出,轉(zhuǎn)爐灰中一次灰鐵含量較高、雜質(zhì)含量低,精煉灰中的K2O、Na2O含量高,脫硫灰和混鐵爐灰中主要成分是鐵和鈣。其中 Fe最高達(dá)到69.9%,主要以 FeO、Fe2O3和 Fe3O4的形式存在;有害元素中K2O最高達(dá)到3.78%,Na2O最高達(dá)到1.79%;Zn最高達(dá)到2.09%,主要以 ZnO 和 ZnFe2O4的形式存在[7],大多來(lái)源于轉(zhuǎn)爐使用的含鋅廢鋼。通過(guò)表2可以看出,轉(zhuǎn)爐灰粒徑分布在140目以下的達(dá)到95%。

2 主要原料構(gòu)成和產(chǎn)品方案

2.1 主要原料

包括轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)除塵灰以及連鑄、軋鋼系統(tǒng)產(chǎn)生的沉淀污泥,配加部分氧化鐵皮作為骨料和增加成品鐵含量,輔助原料是粘結(jié)劑,主要原料組成見表3。

表3 主要原料組成表

2.1.1 為了便于原料儲(chǔ)存,根據(jù)除塵灰原料特征進(jìn)行分類合并,共分為三類。轉(zhuǎn)爐一次灰作為第一類;混鐵爐和2#、3#轉(zhuǎn)爐除塵灰作為第二類;2#、3#精煉爐除塵灰,1#轉(zhuǎn)爐、精煉爐,脫硫除塵灰作為第三類;三類灰分倉(cāng)存儲(chǔ)。

2.1.2 為增加壓塊鐵品位,向除塵灰里配加氧化鐵皮、軋鋼污泥。氧化鐵皮來(lái)自煉軋廠生產(chǎn)車間,軋鋼污泥來(lái)自煉軋廠沉淀池,均采用汽車運(yùn)輸,卸到本系統(tǒng)粉料裝卸間,分類存放后參與配料,氧化鐵皮的含水率控制在小于10%,軋鋼污泥含水率控制在小于20%。

2.1.3 外購(gòu)生物質(zhì)干粉粘結(jié)劑和罐裝液體粘結(jié)劑,由汽車運(yùn)輸至車間,使用液體泵將液體粘結(jié)劑輸?shù)焦摅w儲(chǔ)存。

2.2 產(chǎn)品方案

主要產(chǎn)品為除塵灰冷壓塊,其化學(xué)成分、物理性能見表4所示。

表4 冷壓塊化學(xué)成分、物理性能指標(biāo)表

3 轉(zhuǎn)爐灰壓塊工藝

轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊生產(chǎn)工藝流程主要包括原料接收、消解、混合配料、高壓壓塊、成品烘干、成品存儲(chǔ)發(fā)運(yùn)及輔助設(shè)施等。除塵灰運(yùn)輸?shù)交覀}(cāng),加濕后到消解間消解,再與氧化鐵皮等按比例混合,配加粘結(jié)劑后進(jìn)行強(qiáng)力攪拌,通過(guò)帶式運(yùn)輸機(jī)送至砌塊成型機(jī),壓制出冷壓塊經(jīng)過(guò)升板機(jī)、子母車送入烘干系統(tǒng)烘干養(yǎng)護(hù),再經(jīng)子母車、降板機(jī)、推磚機(jī)、皮帶機(jī)到成品倉(cāng)。

圖1 冷壓塊生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖

3.1 原料接收、消解

原料除塵灰來(lái)自煉鋼工序各個(gè)除塵器,由吸排罐車輸送入特定原料倉(cāng)中,每個(gè)倉(cāng)下設(shè)有雙軸螺旋加濕機(jī),各種除塵灰按配比加濕攪拌后由斗提機(jī)送入消解間,消解8～12h,消解后的原料由自動(dòng)連橋式刮板取料機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到埋刮板機(jī)。

氧化鐵皮由汽車運(yùn)至地倉(cāng),然后經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)、斗提機(jī)、振動(dòng)篩進(jìn)入氧化鐵皮倉(cāng)儲(chǔ)存,經(jīng)帶式定量給料機(jī)按需定量進(jìn)入埋刮板機(jī)。

3.2 混合配料

消解后的除塵灰和氧化鐵皮、污泥按比例混合后由埋刮板機(jī)送至緩沖倉(cāng)中,交替供料;緩沖倉(cāng)下設(shè)電動(dòng)閘板閥,將混合料放入倉(cāng)下埋刮板機(jī),送至強(qiáng)力混合機(jī)中。

在原料中加入粘結(jié)劑,粘結(jié)劑分干粉狀和液態(tài)兩種,兩種共用效果更好,干粉粘結(jié)劑有2個(gè)倉(cāng),倉(cāng)下有稱量斗,每次定量供給到強(qiáng)力混合機(jī);液態(tài)粘結(jié)劑設(shè)有儲(chǔ)存罐體,通過(guò)計(jì)量泵供給到強(qiáng)力混合機(jī)。

設(shè)置兩臺(tái)4500 L臥式強(qiáng)力混合機(jī),強(qiáng)力混合機(jī)是冷壓塊系統(tǒng)的核心設(shè)備之一,它的性能直接影響到壓塊的效率和質(zhì)量。

混合碾壓后的原料經(jīng)皮帶機(jī)、斗提機(jī)送至埋刮板機(jī),進(jìn)入壓塊工序。

3.3 壓塊成型

選用2臺(tái)JYM1280壓磚機(jī),混合后的原料經(jīng)埋刮板機(jī)分別送至高壓壓塊機(jī)上面的預(yù)備倉(cāng),倉(cāng)下設(shè)電動(dòng)插板閥,再進(jìn)入高壓壓塊機(jī)進(jìn)行壓塊,一次可壓制冷壓塊228塊,作業(yè)周期15～25s。壓制成型的壓塊進(jìn)入托板機(jī)送進(jìn)下道工序。

3.4 烘干

從壓塊機(jī)出來(lái)的壓塊,經(jīng)過(guò)升板機(jī)、子母車轉(zhuǎn)運(yùn)至烘干養(yǎng)護(hù)間,共設(shè)置15個(gè)養(yǎng)護(hù)間,經(jīng)換熱后的150 ℃左右熱空氣通過(guò)管道送入養(yǎng)護(hù)間,通過(guò)管道的開孔,將熱風(fēng)均勻送入養(yǎng)護(hù)間下部。依靠熱空氣的運(yùn)動(dòng)脫除含水半成品塊中的水分。

蒸汽空氣換熱器利用1.2 MPa飽和蒸汽預(yù)熱冷空氣,蒸汽經(jīng)過(guò)換熱器冷凝后,進(jìn)入現(xiàn)有循環(huán)水池。

成品烘干后再經(jīng)子母車、降板機(jī)、推磚機(jī)、皮帶機(jī)到成品倉(cāng)。經(jīng)過(guò)篩分(篩孔8 mm),篩上物經(jīng)過(guò)皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入儲(chǔ)料倉(cāng),通過(guò)汽車運(yùn)輸?shù)綗掍摖t料上料系統(tǒng)。篩下粉料進(jìn)入返料倉(cāng)重新進(jìn)入配料系統(tǒng)。

3.5 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)整體采用機(jī)電一體化設(shè)備,設(shè)自動(dòng)和手動(dòng)控制方式。手動(dòng)操作就地實(shí)現(xiàn),自動(dòng)方式由設(shè)備成套PLC柜控制。對(duì)原料區(qū)、混合料區(qū)、壓塊區(qū)域等工況進(jìn)行檢測(cè)、顯示、控制;所有現(xiàn)場(chǎng)儀表溫度、壓力、流量、物位、稱量等過(guò)程檢測(cè)、控制信號(hào)進(jìn)入冷壓塊中央控制系統(tǒng),中控一級(jí)機(jī)畫面顯示。

4 環(huán)境治理

生產(chǎn)線主要揚(yáng)塵點(diǎn)為灰倉(cāng)頂部、烘干倉(cāng)煙氣、成品線物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)以及返礦線物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn),根據(jù)生產(chǎn)工藝和揚(yáng)塵點(diǎn)位置,設(shè)置C-1除塵系統(tǒng)、C-2除塵系統(tǒng)和C-3除塵系統(tǒng)共三套除塵系統(tǒng),排放顆粒物≤10 mg/Nm3。 C-1除塵系統(tǒng)包括原料灰倉(cāng),每個(gè)倉(cāng)頂設(shè)正壓除塵器一臺(tái);C-2除塵系統(tǒng)包括原料線物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、消解區(qū)密閉倉(cāng)以及攪拌區(qū)物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)等濕度較大揚(yáng)塵點(diǎn),設(shè)一套濕法除塵系統(tǒng);C-3除塵系統(tǒng)包括成品線物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn),設(shè)一套低壓脈沖布袋除塵器。

5 工藝效果

5.1 項(xiàng)目建設(shè)完成后,制定了《轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊工藝168小時(shí)性能測(cè)試方案》,生產(chǎn)部門按方案組織生產(chǎn),質(zhì)量檢測(cè)部門按方案要求進(jìn)行取樣質(zhì)檢化驗(yàn)。共計(jì)生產(chǎn)成品冷壓塊3041噸,日均434.47噸,產(chǎn)品平均粉化率為6.7%,平均含水率為3.98%,平均落下強(qiáng)度為93.9%,平均抗壓強(qiáng)度為5207 N 。

5.2 存在的問題為壓塊含水率指標(biāo)有波動(dòng),個(gè)別批次檢測(cè)含水率偏高,主要原因在原料預(yù)處理環(huán)節(jié),對(duì)水量的控制需要更精細(xì)化,在烘干環(huán)節(jié)所需熱風(fēng)的溫度和風(fēng)量要保證達(dá)標(biāo)。

5.3 轉(zhuǎn)爐冶煉前期熔池溫度低,加入轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊后,因壓塊中含有Fe2O3、FeO、CaO 等,可增加渣中FeO含量,降低爐渣黏度,促進(jìn)前期石灰的融化。

6 結(jié)語(yǔ)

6.1 把轉(zhuǎn)爐除塵灰造冷壓塊返回轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)作為造渣劑使用,回收除塵灰中的鐵、鈣等有益成分,目前轉(zhuǎn)爐可以消化冷壓塊20 kg/噸鋼,基本實(shí)現(xiàn)除塵灰產(chǎn)生和消納的平衡。

6.2 返轉(zhuǎn)爐使用過(guò)程中必須控制好成品冷壓塊的強(qiáng)度、水分和含粉率等,確保加入轉(zhuǎn)爐時(shí)不產(chǎn)生大量煙塵,不因水分偏高而造成轉(zhuǎn)爐噴濺事故。

6.3 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐除塵灰在轉(zhuǎn)爐冶煉系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)使用,避免在燒結(jié)、高爐工序循環(huán),既降低了有害元素對(duì)燒結(jié)、高爐工序的危害,還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)降低能耗。

6.4 有效解決了轉(zhuǎn)爐除塵灰的處置問題,避免了外排和在廠區(qū)堆積,符合鋼鐵行業(yè)“固廢不出廠”的產(chǎn)業(yè)政策,具有經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。