以除塵灰、返礦為鋪底料，以脫硫石膏代替生石灰作溶劑的燒結工藝在龍鋼400m2燒結機上的試驗研究

林祥娃

摘 要：文章結合龍鋼公司燒結廠的特點，提出了以除塵灰、返礦為燒結鋪底料，以脫硫石膏代替生石灰作溶劑的燒結工藝在龍鋼400平方米燒結機上的實驗研究，盡管未能進行工業化的實驗，但是此工藝涉及到的理論創新以及將脫硫石膏變廢為寶的思路很重要，值得同行研究和進一步探索。

關鍵詞：除塵灰；返礦；鋪底料；脫硫石膏；生石灰；熔劑

前言

隨著2014年對標工作和降本增效工作的實施和考核，作為一名技術員深感約成本的重要意義，雖然創效困難程度很大，但是如何能夠大幅度的降低成本，除了管理到位，我堅信依靠改變工藝和原材料將是最佳途徑，作為一名老燒結技術員，當看到除塵灰在運輸生產過程中、下料堵倉過程中產生的諸多不利因素和造成現場環境的二次污染以及給崗位工造成的巨大勞動強度后，我想到了型煤工藝，結合其他廠家的先進設備，我想將除塵灰、燒結礦返礦再粉碎后再慘加一些如焦沫、無煙煤等物質后，讓其在一定的型煤設備上高壓下就能造出直徑30-40毫米左右的球狀體，大家知道除塵灰、返礦在一定程度上是燒熟了的小粒度燒結礦，若將其做為鋪底料，對生成的燒結礦成品質量影響不大，但是產量肯定是增加的，所以想采用除塵灰、返礦做鋪底料工藝；另一方面，自從2013年我們龍鋼燒結廠有了脫硫工藝后，每日就能產出200-300噸的脫硫石膏，而這些脫硫石膏被當作垃圾處理給環保公司，每車還需付裝運費150元。根據自己多年的經驗，我知道石膏的成分主要是二水硫酸鈣，而二水硫酸鈣在1400℃下加熱就會產生出氧化鈣和二氧化硫，在燒結工藝條件下，大約1250℃石膏就會分解成氧化鈣和二氧化硫，大家知道：二氧化硫有95%被燃燒釋放變成三氧化硫，隨煙氣排出，剩下的氧化鈣就是我們理想的熔劑生石灰的主要成分。

一個大膽的設想用石膏替代生石灰的工藝就在我的腦子里成型，經過自己多次的私下制作的簡易實驗裝備，用我們現用的混勻礦，加入一定的石膏配比，再經過制?；靹颍K于在臺車上燒制出了堿度為1.97的54.5%的全鐵品位燒結礦。雖然粒度組成中大于16毫米以上的比例較少僅占56-42%，轉鼓強度僅達到58-75%，今后還需要繼續探求更高燒結礦工藝技術指標。

1 理論、實踐依據

大家知道：壓球機主要用于有色和黑色金屬礦粉的制球造塊，使其直接進爐冶煉，提高附加值。凡是冶金行業廢料，輔料需上爐的，都需要用壓球機來完成。例如：鄭州威力特機械設備有限公司研發生產的型煤壓球機、干粉壓球機、脫硫石膏壓球機等壓球機系列產品技術先進、質量可靠、一機多用。同時具有成型壓力大、主機轉數可調、結構緊湊、便于維修、配有螺旋送料裝置特點。適合大、中、小型企業建立具有一定生產規模的生產線。

成功案例：冶金企業把粉狀物料壓成球團，回爐冶煉，擴大了物料的使用范圍；耐火材料企業把粉料壓成球團，煅燒后提高了物料的純度；化肥企業利用粉煤壓成球團制造氣型煤，達到降耗增收；這些都是各類企業利用球團技術的范例。樣品球如圖1。

結論：綜上所述，可見將除塵灰、返礦壓制成20-40mm球狀體是可行的。

2 將脫硫石膏燒制成生石灰的理論研究

2.1 脫硫石膏介紹

脫硫石膏是煙氣脫硫中石灰石粉末與二氧化硫反應產生的工業副產物，主要成分是二水硫酸鈣，其特點是：純度高、成分穩定、粒度小、粉狀、游離水約12-17%，顆粒大小、粒徑分布均勻，級配較差，標稠用水量大，含有一定量的碳酸鈣和較多的水溶性鹽，根據燃燒的煤種和煙氣除塵效果的不同，脫硫石膏從外觀上呈現不同的顏色，一般我們視角看到的都是灰黃色或灰白色，質量優良的脫硫石膏是純白顏色。但實際呈現的是灰色、黃色、灰褐色、紅褐色等。

粉狀脫硫石膏在運輸和生產中有諸多不便，由于其含水分比較大，運輸成本高，其次也是最主要問題，濕基脫硫石膏粘結性強，直接生產線上應用很容易粘堵輸送裝置、料斗、球磨機，無法正常生產。若能把濕基脫硫石膏成球、烘干就可以解決以上問題。

2.2 將脫硫石膏制成球狀體不成問題

2.2.1 脫硫石膏壓球機簡介

根據石膏性能，鞏義市曙光機械廠已開發出新型高效節能壓球機，產量在5～30噸/時，脫硫石膏壓球機能將脫硫石膏粉末一次性壓制成球，產量大、成球率高。該設備能將脫硫石膏粉末，在不需要添加任何粘合劑情況下一次性壓制成球，且成球率在95%以上，壓出來的球硬度很強，搬運裝卸不宜破碎。

2.2.2 脫硫石膏壓球機工作原理

脫硫石膏壓球機成型機的主要機型是對輥成型機（人們常說的壓球機），它有一對軸線相互平行、直徑相同、彼此間有一定間隙的圓柱形型輪，型輪上有許多形狀和大小相同、排列規則的半球窩，型輪是成型機主部件。在電動機的驅動下，兩個型輪以相同速度、相反方向轉動，當物料落人兩型輪之間在結合處開始受壓，此時原料在相應兩球窩之間產生體積壓縮；型輪連續轉動，球窩逐漸閉合，成型壓力逐漸增大當轉動到兩個球窩距離最小時成型壓力達到最大。然后型輪轉動使球窩逐漸分離，成型壓力隨著迅速減小。當成型壓力減至零之前，壓制成的脫硫石膏就開始膨脹脫離。

2.2.3 脫硫石膏在生產上的應用可能性

龍鋼有155m3石灰豎窯5座，如果將脫硫石膏當做30-40mm的石灰石放在

155m3石灰豎窯上進行煅燒（窯體設計上需要增加一套煙氣脫硫設施、溫度需要提高到石膏分解溫度范圍內），這樣一來，用石膏完全可以生產出替代品石膏灰，成分含量理論上應差別不大?？紤]到脫硫石膏負成本，那么用石膏灰替代生石灰（300元/噸），其理論效益相當可觀。

3 從專家、教授發表的學術論文看石膏加熱分解成生石灰氧化鈣也是可行的

3.1 上海華東理工大學著名教授高玲、唐黎華等教授聯名發表過論文《不同氣氛下硫酸鈣高溫分解熱力學分析》，在此文中明顯指出在氧化氣氛下，溫度達到1700℃，硫酸鈣很難分解，但在石墨弱還原氣氛下、氫氣氣氛下硫酸鈣的起始溫度均低于1000℃。特別是在氫氣氣氛下，硫酸鈣完全分解的最高溫度不超過1300℃，再加壓條件下44分鐘后就可100%轉化分解。endprint

3.2 教授盧平、章靜在論文《脫硫石膏還原分解特性的實驗研究》中提出了850-1050℃硫酸鈣分解的可行性。

3.3 教授韓翔宇、陳浩侃、李保慶聯名在論文《硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究》中指出在氫氣氣氛下、加壓條件下1000℃以前，硫酸鈣分解出的產物主要是硫化鈣，1000℃以后，硫酸鈣和硫化鈣之間發生固相反應會生成氧化鈣。

4 作者的實驗過程

總結以上所述，在理論上和實踐上，前輩們都給我們指明了方向，經過多次努力，做了實驗如下：

4.1 將石膏用一定的簡易設備加壓將其壓制成型為20-40毫米的石膏半球-球體（此設備及工藝已經成熟應用在河南、山東等地）；

4.2 將其放在實驗室的馬弗爐中進行燒灰實驗，經過多次的溫度控制和加入一定的催化劑氣體，最終在適當的溫度下終于燒成了氧化鈣含量為40%的熟石灰（其成分和生石灰的基本一樣）。

4.3 用現場的含鐵混勻礦垛料，加上多次設置的配比制成燒結混合樣，在經過人工混勻制粒后，將其200kg放到400m2臺車上布料、調溫，經過多次操作終于在臺車上燒制出了堿度為1.97的全鐵品位為54.5%的燒結礦（其他成分基本符合要求，除過硫含量3.0%）。這樣從理論到實踐上證明了所想的工藝的可行性。興奮之余，作者將想法告訴現任的上級技術領導：科長、調度長、技術廠長，希望得到他們的支持和進行下一步較大規模的實踐，卻被他們以不成熟擱淺了，實踐到此為止。

4.4 思考

4.4.1 實驗做出的含硫3.0%的燒結礦成品樣，對煉鐵生產來講是不符合生產需要的，在實驗條件下，其燒結礦中的硫還未能完全分解掉，在化驗室中燒成的氧化鈣只有40%這一點可以證明還未燒透，或者還只是半成品硫化鈣，只有當氧化鈣含量化驗數據在80%左右時才算試驗成功。故還需要做進一步的實驗研究；

4.4.2 當采用石膏大量替代生石灰后，龍鋼燒結煙氣脫硫系統中的二氧化硫含量將不再是1500-2000mg/m3，有可能增加到3000-5000mg/m3，這將會增加脫硫設備的負貨。

5 結束語

（1）用除塵灰、返礦制作成20-40mm的鋪底料這一工藝，本身就是一大膽創新，完善它并將其應用于燒結工藝中很有現實意義：增加產量、變粉為塊，增強燒 結透氣性、降低成本，這一點領導是認同的，但需要增加新設備投資，然而在可行性操作實驗上，分廠領導不支持，使得計劃只得停留。

（2）用石膏部分代替或全部代替生石灰工藝更是一次革命：因為石膏沒成本、粒度滿足混合料要求、且水分適中。而生石灰的市場價在300元以上。按每月消耗現在665m2燒結機產能需要生石灰84000噸計算，年節約在3億余元以上；從環保角度講，變廢為寶，還能減少生石灰的制造、拉運方面的人、財、物的投資消耗，其社會效益將會更加巨大；石膏替代生石灰在燒結工藝中還可減少給配料環境造成的污染。由于我廠還未能將石膏沫狀變成球狀體、在石灰窯上燒制出石膏灰的現實，加上我廠領導還擔心混合料的溫度有所下降以及用此新工藝不成熟有風險。雖然我堅持解釋到：生石灰理論上能提高料溫10-15℃，實際上能提高10℃左右 ，就按10℃的熱量我們完全可以用增加焦沫配比1-2%來徹底解決料溫問題，再綜合計算成本，燒結礦的成本還可再降50元以上，其效益也是相當可觀的；

（3）考慮到此工藝若能夠被推廣或普及到全社會，這將是一次工業化革命，其意義將不可估量。非常期待看到或得到全社會各行專家教授關于此工藝方面的更工業化的實驗研究結果，更希望同行們對分析研究給予批評指正和提出寶貴意見。

參考文獻

[1]高玲，唐黎華，等.不同氣氛下硫酸鈣高溫分解熱力學分析[A].上海市化學化工學會2010年度學術年會論文集[C].2010.

[2]盧平，章靜.脫硫石膏還原分解特性的試驗研究[J].動力工程學報，2012（3）.

[3]韓翔宇，陳浩侃，李保慶. 硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究[J].煤炭轉化，2000，23（2）.endprint

3.2 教授盧平、章靜在論文《脫硫石膏還原分解特性的實驗研究》中提出了850-1050℃硫酸鈣分解的可行性。

3.3 教授韓翔宇、陳浩侃、李保慶聯名在論文《硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究》中指出在氫氣氣氛下、加壓條件下1000℃以前，硫酸鈣分解出的產物主要是硫化鈣，1000℃以后，硫酸鈣和硫化鈣之間發生固相反應會生成氧化鈣。

4 作者的實驗過程

總結以上所述，在理論上和實踐上，前輩們都給我們指明了方向，經過多次努力，做了實驗如下：

4.1 將石膏用一定的簡易設備加壓將其壓制成型為20-40毫米的石膏半球-球體（此設備及工藝已經成熟應用在河南、山東等地）；

4.2 將其放在實驗室的馬弗爐中進行燒灰實驗，經過多次的溫度控制和加入一定的催化劑氣體，最終在適當的溫度下終于燒成了氧化鈣含量為40%的熟石灰（其成分和生石灰的基本一樣）。

4.3 用現場的含鐵混勻礦垛料，加上多次設置的配比制成燒結混合樣，在經過人工混勻制粒后，將其200kg放到400m2臺車上布料、調溫，經過多次操作終于在臺車上燒制出了堿度為1.97的全鐵品位為54.5%的燒結礦（其他成分基本符合要求，除過硫含量3.0%）。這樣從理論到實踐上證明了所想的工藝的可行性。興奮之余，作者將想法告訴現任的上級技術領導：科長、調度長、技術廠長，希望得到他們的支持和進行下一步較大規模的實踐，卻被他們以不成熟擱淺了，實踐到此為止。

4.4 思考

4.4.1 實驗做出的含硫3.0%的燒結礦成品樣，對煉鐵生產來講是不符合生產需要的，在實驗條件下，其燒結礦中的硫還未能完全分解掉，在化驗室中燒成的氧化鈣只有40%這一點可以證明還未燒透，或者還只是半成品硫化鈣，只有當氧化鈣含量化驗數據在80%左右時才算試驗成功。故還需要做進一步的實驗研究；

4.4.2 當采用石膏大量替代生石灰后，龍鋼燒結煙氣脫硫系統中的二氧化硫含量將不再是1500-2000mg/m3，有可能增加到3000-5000mg/m3，這將會增加脫硫設備的負貨。

5 結束語

（1）用除塵灰、返礦制作成20-40mm的鋪底料這一工藝，本身就是一大膽創新，完善它并將其應用于燒結工藝中很有現實意義：增加產量、變粉為塊，增強燒 結透氣性、降低成本，這一點領導是認同的，但需要增加新設備投資，然而在可行性操作實驗上，分廠領導不支持，使得計劃只得停留。

（2）用石膏部分代替或全部代替生石灰工藝更是一次革命：因為石膏沒成本、粒度滿足混合料要求、且水分適中。而生石灰的市場價在300元以上。按每月消耗現在665m2燒結機產能需要生石灰84000噸計算，年節約在3億余元以上；從環保角度講，變廢為寶，還能減少生石灰的制造、拉運方面的人、財、物的投資消耗，其社會效益將會更加巨大；石膏替代生石灰在燒結工藝中還可減少給配料環境造成的污染。由于我廠還未能將石膏沫狀變成球狀體、在石灰窯上燒制出石膏灰的現實，加上我廠領導還擔心混合料的溫度有所下降以及用此新工藝不成熟有風險。雖然我堅持解釋到：生石灰理論上能提高料溫10-15℃，實際上能提高10℃左右 ，就按10℃的熱量我們完全可以用增加焦沫配比1-2%來徹底解決料溫問題，再綜合計算成本，燒結礦的成本還可再降50元以上，其效益也是相當可觀的；

（3）考慮到此工藝若能夠被推廣或普及到全社會，這將是一次工業化革命，其意義將不可估量。非常期待看到或得到全社會各行專家教授關于此工藝方面的更工業化的實驗研究結果，更希望同行們對分析研究給予批評指正和提出寶貴意見。

參考文獻

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[3]韓翔宇，陳浩侃，李保慶. 硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究[J].煤炭轉化，2000，23（2）.endprint

3.2 教授盧平、章靜在論文《脫硫石膏還原分解特性的實驗研究》中提出了850-1050℃硫酸鈣分解的可行性。

3.3 教授韓翔宇、陳浩侃、李保慶聯名在論文《硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究》中指出在氫氣氣氛下、加壓條件下1000℃以前，硫酸鈣分解出的產物主要是硫化鈣，1000℃以后，硫酸鈣和硫化鈣之間發生固相反應會生成氧化鈣。

4 作者的實驗過程

總結以上所述，在理論上和實踐上，前輩們都給我們指明了方向，經過多次努力，做了實驗如下：

4.1 將石膏用一定的簡易設備加壓將其壓制成型為20-40毫米的石膏半球-球體（此設備及工藝已經成熟應用在河南、山東等地）；

4.2 將其放在實驗室的馬弗爐中進行燒灰實驗，經過多次的溫度控制和加入一定的催化劑氣體，最終在適當的溫度下終于燒成了氧化鈣含量為40%的熟石灰（其成分和生石灰的基本一樣）。

4.3 用現場的含鐵混勻礦垛料，加上多次設置的配比制成燒結混合樣，在經過人工混勻制粒后，將其200kg放到400m2臺車上布料、調溫，經過多次操作終于在臺車上燒制出了堿度為1.97的全鐵品位為54.5%的燒結礦（其他成分基本符合要求，除過硫含量3.0%）。這樣從理論到實踐上證明了所想的工藝的可行性。興奮之余，作者將想法告訴現任的上級技術領導：科長、調度長、技術廠長，希望得到他們的支持和進行下一步較大規模的實踐，卻被他們以不成熟擱淺了，實踐到此為止。

4.4 思考

4.4.1 實驗做出的含硫3.0%的燒結礦成品樣，對煉鐵生產來講是不符合生產需要的，在實驗條件下，其燒結礦中的硫還未能完全分解掉，在化驗室中燒成的氧化鈣只有40%這一點可以證明還未燒透，或者還只是半成品硫化鈣，只有當氧化鈣含量化驗數據在80%左右時才算試驗成功。故還需要做進一步的實驗研究；

4.4.2 當采用石膏大量替代生石灰后，龍鋼燒結煙氣脫硫系統中的二氧化硫含量將不再是1500-2000mg/m3，有可能增加到3000-5000mg/m3，這將會增加脫硫設備的負貨。

5 結束語

（1）用除塵灰、返礦制作成20-40mm的鋪底料這一工藝，本身就是一大膽創新，完善它并將其應用于燒結工藝中很有現實意義：增加產量、變粉為塊，增強燒 結透氣性、降低成本，這一點領導是認同的，但需要增加新設備投資，然而在可行性操作實驗上，分廠領導不支持，使得計劃只得停留。

（2）用石膏部分代替或全部代替生石灰工藝更是一次革命：因為石膏沒成本、粒度滿足混合料要求、且水分適中。而生石灰的市場價在300元以上。按每月消耗現在665m2燒結機產能需要生石灰84000噸計算，年節約在3億余元以上；從環保角度講，變廢為寶，還能減少生石灰的制造、拉運方面的人、財、物的投資消耗，其社會效益將會更加巨大；石膏替代生石灰在燒結工藝中還可減少給配料環境造成的污染。由于我廠還未能將石膏沫狀變成球狀體、在石灰窯上燒制出石膏灰的現實，加上我廠領導還擔心混合料的溫度有所下降以及用此新工藝不成熟有風險。雖然我堅持解釋到：生石灰理論上能提高料溫10-15℃，實際上能提高10℃左右 ，就按10℃的熱量我們完全可以用增加焦沫配比1-2%來徹底解決料溫問題，再綜合計算成本，燒結礦的成本還可再降50元以上，其效益也是相當可觀的；

（3）考慮到此工藝若能夠被推廣或普及到全社會，這將是一次工業化革命，其意義將不可估量。非常期待看到或得到全社會各行專家教授關于此工藝方面的更工業化的實驗研究結果，更希望同行們對分析研究給予批評指正和提出寶貴意見。

參考文獻

[1]高玲，唐黎華，等.不同氣氛下硫酸鈣高溫分解熱力學分析[A].上海市化學化工學會2010年度學術年會論文集[C].2010.

[2]盧平，章靜.脫硫石膏還原分解特性的試驗研究[J].動力工程學報，2012（3）.

[3]韓翔宇，陳浩侃，李保慶. 硫酸鈣氫氣氣氛下的熱重研究[J].煤炭轉化，2000，23（2）.endprint