2500m 3高爐布袋除塵灰鐵水熱融化回收試驗

王博

（寶鋼集團八鋼公司煉鐵分公司）

1 前言

高爐布袋除塵灰是高爐煤氣除塵過程中產生的含鐵粉塵，其中有害元素Zn含量高達3%以上，因Zn元素對高爐內襯有很大的侵蝕作用，影響到高爐生產的穩定運行。高爐布袋除塵灰直接配入燒結原料進行回收利用并不是最好的方法。高爐布袋灰直接外排處理，又會嚴重環境污染[1]。為充分利用鋼鐵廠的含鐵物料，減少工業廢棄物的排放，實現煉鐵工序資源的綜合利用，對八鋼2500 m3高爐的布袋灰的利用途徑進行了探索。

2 八鋼高爐布袋除塵灰回收的方式

2.1 八鋼布袋灰的成分和生產量

2012年八鋼三座2500 m3高爐年平均布袋灰比13.42kg/t，全年布袋灰總量為7.07萬t。2013年八鋼三座2500 m3高爐全年布袋灰量7.448萬t，按作業時間357天計算，每天將產生布袋灰量為74480÷357=210t/d。每月新區三座高爐布袋灰量為210×30=6300t。2014年A爐產布袋除塵灰見表1，2500m3高爐布袋除塵灰化學成分見表2。

表1 2014年八鋼A爐布袋除塵灰1～12月的產量

表2 八鋼2500m3高爐布袋除塵灰元素含量 %

2.2 八鋼高爐布袋除塵灰回收的方式

鋼鐵廠對固體含鐵廢料盡可能回收利用，通常將高爐布袋除塵灰送至燒結作為含鐵料回收使用，但燒結礦中Zn、K、Na等元素容易在高爐內富集循環，危害高爐爐況。八鋼3#、4#430m3高爐就出現因Zn、K、Na金屬元素富集而發生高爐爐涼事故。2009年八鋼曾嘗試將布袋灰配入鑄鐵機脫模劑，試驗證明脫模劑粘模效果不理想，高爐布袋除塵灰未能起到減少鑄鐵粘模的作用。

布袋灰主要加入燒結配料中進行大量回收和利用，由于布袋灰內有害元素對爐況的影響，高爐仍謹慎使用。通常，為減少對高爐的危害，將有害元素富集在燒結機頭的除塵灰定期開路出來，每月約有4000t單獨堆放無法利用。

隨著八鋼鋼鐵產能的逐年提高，產生的布袋除塵灰越來越多，帶來的資源浪費和環保壓力越來越大。目前，八鋼高爐布袋灰利用的主要途徑仍然是通過加入燒結中進行回收，對高爐的穩定運行有不同程度的影響，因此，還需進一步探索高爐除塵灰綜合利用的途徑。

3 高爐布袋除塵灰在出鐵出渣中的回收試驗

為尋找高爐除塵灰回收的其它途徑，嘗試在出鐵出渣過程中投入除塵灰，使除塵灰塊隨高爐渣排出，做為高爐渣回收利用。

最初采取的布袋灰熔化試驗是將布袋灰儲存在罐體內，以壓縮空氣為載體，以氧氣為助燃劑，通過噴嘴噴入鐵水主溝內，使布袋除塵灰和鐵水充分混合反應后，形成液態高爐渣，借助撇渣器在出鐵過程中實現渣鐵分離（如圖1所示）。

圖1 布袋除塵灰熔化噴入攪拌裝置

在現場操作中發現，鐵口出鐵過程中有噴濺風險，噴入除塵灰漂浮在鐵水表面，無法充分混合，甚至被側吸除塵系統抽走，給鐵口除塵系統帶來壓力。為解決這個問題，將除塵灰造塊再投放。

3.1 除塵灰造塊方法

為驗證布袋灰造塊的尺寸對融化試驗的效果，制作50mm×50mm×50mm的方格模具;將布袋灰與粘土按10：1的比例混和，加水攪拌，加入方格模具中，待凝固快干時倒出；將造塊好的布袋灰塊用煤氣或放置在主溝蓋板上烘烤16h，然后運至爐前主溝處，在出鐵來渣過程中用挖機扒入主溝或人工鏟入。

3.2 除塵與造塊投放時間的確定

新區2500 m3高爐出鐵的鐵流量和測溫變化情況（見表3），分析并確定投放時間和投放量。

表3 鐵水流量和溫度變化

根據出鐵特點，確定在鐵口打開5分鐘后，大量渣未來之前，鐵水溫度和鐵流量適宜投放。到出鐵后期，除塵管道溫度高，除塵效果差，不適宜于投放。

3.3 投放布袋灰熔化試驗

2013年9月4日在A高爐模擬保溫碳化稻殼投放方式，現場制作熔化試驗。9月4日將造塊后烘干的除塵灰塊運至主溝，以50mm×50mm×50mm的團塊為主，含少量運輸過程中的破損碎塊，主溝見渣后（出鐵40min）投入渣中，約12.5min即可化完，部分破碎過程中產生的碎末鏟入主溝隨渣流漂走，基本不影響爐前出鐵的正常作業。對鐵水溫度和生鐵成分影響不大（溫降3℃）。

高爐布袋灰顆粒較細，且含有43.97%的焦粉及鋅、鉛等堿金屬，布袋除塵灰塊的熱熔化過程由灰塵燃燒和鋅高溫蒸發后氧化兩個部分組成。A高爐9月4日現場投放試驗，投入0～5min，懸浮于鐵水表面的除塵塊高溫氧化，除塵塊受熱后碎裂，發生劇烈碳燃燒反應，火和煙塵大，伴隨著鋅、鉛堿金屬的氧化揮發。隨著燃燒持續，碳粉燃燒、氧化，堿金屬等氧化后揮發產生的白煙塵持續10min。一次投放量少于1t，PT＞1470℃，Si＜0.60%，渣鐵流動性良好。出鐵時間超過30min見渣，在出渣過程中溶化的除塵塊隨渣沖走。

3.4 試驗前后成分比較

通過對現場跟蹤取樣，鐵水及熔渣化驗成分見表4，表5。

根據表4、表5分析數據可以看出：投放除塵灰塊后，高爐布袋除塵灰中的碳元素完全燃燒，不影響高爐出鐵過程，投放前后鐵水成分及爐渣成分變化不大。

3.5 現場投放注意事項

熔化中必須保證除塵灰塊干燥，且在主溝來渣后投放較安全。熔化過程中煙塵大，為防止煙塵外排，必須保證除塵能力足夠大。通過多次的融化試驗發現，布袋除塵灰直接熔化在出鐵見渣后投放較安全。一次投放1t以下對鐵水和爐渣成分以及出鐵出渣影響不大。

通過試驗計算：按每次出鐵消耗1t除塵灰計算，每月三座高爐通過該方式可消耗約1000t布袋除塵灰。試驗證明，通過該方式可以將單獨堆放富集了有害元素的除塵灰回收利用，且不影響高爐的生產穩定運行。

4 結束語

在八鋼新區2500 m3高爐進行的將布袋除塵灰造塊投入高爐出鐵出渣中進行熔化回收的試驗，是利用出鐵中熔渣鐵水物理熱燃燒來熔化除塵塊，不需要額外的燃料消耗，通過減少除塵灰的排放，減少對環境的污染。試驗結果表明，這種回收方式對高爐出鐵出渣不會造成影響，并能產生一定的經濟效益，為高爐除塵灰的利用提供了新思路。

［1］王傲松.高爐布袋除塵灰的基礎性能與應用研究.P19，山東大學碩士學位論文.20090420.

［2］佘雪峰等.冶金粉塵中鋅、鉛及堿金脫除行為.第十六屆反應工程學會議論文集.