粉塵固廢高效利用技術開發與應用

程筱云

（天津天鐵冶金集團煉鐵廠，河北涉縣056404）

粉塵固廢高效利用技術開發與應用

程筱云

（天津天鐵冶金集團煉鐵廠，河北涉縣056404）

天鐵集團將燒結不能直接配用的各種粉塵物料進行開發。采用鏈箅機-回轉窯工藝生產自熔性球團，并將自熔性球團用于高爐、轉爐中。通過一系列技術措施，實現了各種粉塵物料的閉路循環和高效利用，降低了成本，取得了較好的經濟效益。

粉塵固廢；循環利用；自熔性球團；高爐；轉爐

1 引言

聯合鋼鐵企業在燒結、高爐、轉爐等工序通過各類除塵設施收集到大量粉塵固廢，約占鋼產量的10%。因含鐵量較高具有一定回收價值，一部分直接返回燒結配用，另一部分因有害元素高，采用外排處理，造成資源浪費和環境污染。隨著鋼鐵產能的急劇擴張和市場競爭壓力的空前加劇，高品質鐵礦資源越來越少，經濟料在生產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、成分雜，不但帶來燒結流程粉塵污染加劇，燒結機篦條嚴重糊堵，燒結料層透氣性大幅降低，影響燒結礦質量和產量，燒結排放不達標，對環境造成污染，而且燒結礦中有害元素的提高，會造成高爐入爐鋅、堿、鉛等有害元素負荷升高，進而對高爐長壽和指標提升產生較大影響。

為了實現資源節約和環境保護，天鐵集團從2011年開始對燒結不能使用的粉塵物料，包括轉爐除塵灰進行技術研究和攻關，開發出將除塵灰用于生產自熔性球團礦的技術以及將自熔性球團礦用于高爐、轉爐使用的技術。目前該成套技術已經成熟，取得了良好的經濟效益和社會效益。

2 現狀分析

燒結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，可以作為燒結物料循環使用。機頭除塵灰堿金屬、鋅及鉛含量最高，不適合燒結物料循環使用。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，也不適合燒結使用。轉爐除塵灰分為一次除塵灰和二次除塵灰，是轉爐煉鋼除鋼渣外最多的副產品，干灰產量約為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，回收的經濟效益和社會效益顯著。

3 技術原理

將燒結機頭除塵灰、高爐灰、煉鋼除塵灰等循環物料進行濕潤后，按照預先設定的比例，通過計算機自動控制給料量，與精粉、膨潤土進行合理配比成混合料，經圓盤造球機造球，最終生球粒徑控制在8～16 mm。造好的生球采用鏈篦機-回轉窯進行焙燒出合格的自熔性球團。在回轉窯里，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，降低自熔性球團中鉀、鈉、鉛、砷等有害元素含量，降低高爐有害元素入爐負荷。配加循環物料的自熔性球團具有還原度高、膨脹率低、低溫還原粉化率低等優點?？梢源鏌Y礦入爐，配加量達到2．5%～5%。

4 技術措施和改進內容

4．1 自熔性球團生產技術

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，其粒度細小，基本不含水且親水性較差，其中CaO含量較高，用循環物料生產的自熔性球團堿度在1．25左右。通過自熔性球團氣相富集試驗表明，自熔性球團富鉀、鈉、鋅后，平均抗壓強度下降。但從不同富鉀、鈉、鋅倍數的自熔性球團的平均抗壓強度來看，自熔性球團的平均抗壓強度隨著富鉀倍數的增加，變化不大，可認為沒有影響。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的表面，一部分則隨著表面的微小氣孔進入到自熔性球團中。隨著壓力升高，很容易加速自熔性球團氣孔裂紋處的應力集中，使得自熔性球團的平均抗壓強度明顯下降。因此，在自熔性球團生產過程中，有其自己的特點。

表1 除塵灰成分 /%

4．1．1 控制合理的水分

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

在精礦、循環物料和添加劑按配比進行混勻工序時，要求混合料水分穩定在（12±1）%，以保證球團的制粒效果，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。由于它的結構特點，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，提高自熔性球團的產量和質量。每增加1%膨潤土，自熔性球團品位降低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）作為粘結劑。

表2 膨潤土成分 /%

表3 膨潤土性能

在多次試驗生產過程中，常出現生球在鏈篦機中爆裂或呈現一個整體，由于循環物料中堿金屬及其他有害元素含量較高，生球在干燥、預熱過程中，堿金屬等有害元素的揮發，造成生球爆裂。目前，混合料中精粉、循環物料、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

生產自熔性球團時，滾動成型獲得的生球必須經過干燥和固結，生球的干燥發生在過程的開始階段，對焙燒過程有直接影響。配加循環物料的生球在干燥時由于循環物料含有低熔點堿金屬、鋅、鉛等化合物，在達到相應溫度時會汽化，與水蒸氣同時作用，會大大增加生球的爆裂性。因此，配加循環物料的生球經過不同試驗，其干燥制度采用三段式，即兩段抽風干燥和一段抽風預熱。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 鏈篦機爐罩內襯采用整體澆注方式

由于循環物料中堿金屬及其他有害元素含量較高，在使用豎爐生產自熔性球團過程中，出現了所有自熔性球團板結成塊，不能正常使用的情況，最后改用鏈篦機-回轉窯技術，但在生產過程中，鏈篦機爐罩磚襯經常脫落，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襯，確保每兩年換一次。同時，使用鏈篦機-回轉窯，部分有害元素揮發進入廢氣，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的有害元素含量到高爐接受的程度。

4．2 自熔性球團在高爐中的使用

酸性球團的軟熔起始溫度低、軟熔區間寬，與高堿度燒結礦搭配入爐，由于軟熔性能不一樣，導致軟熔帶加寬，焦比增加。自熔性球團具有還原度高、膨脹率低、低溫還原粉化率低等優點。

表4 澆注料理化性能指標

用循環物料生產的自熔性球團堿度在1．25左右（具體成分見表5），與燒結礦相比，品位和堿度低于燒結礦，Al2O3較低，含鋅量和堿金屬在焙燒過程中已經去除大部分，但仍略高于燒結礦。其抗壓強度在900～1 000 N/個，相當于燒結礦轉鼓強度的70%，基本滿足了700 m3高爐的生產。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 燒結礦和自熔性球團成分 /%

4．2．1 優化爐料結構

由于自熔性球團強度低于燒結礦強度，經過長時間生產實踐，確定在高爐爐料結構中自熔性球團配加比例為2．5%～3．0%，最高達到5．0%。在管理上，要求高爐不得隨意更改自熔性球團配加比例，保持爐料結構相對穩定，確保爐況順行。

4．2．2 優化布料，保持合理煤氣流

在上部調劑中，以控制中心和邊緣兩條氣流的合理分布為基礎，根據自熔性球團強度低的特點，為了避免其入爐后的粉化對爐況產生影響，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礦，后裝自熔性球團，最后裝塊礦或酸性球團，保證在爐頂料面布料時自熔性球團處于邊緣和中心之間的位置。

4．2．3 嚴格控制堿金屬和鋅對高爐的危害

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

（1）控制自熔性球團配比為2．5%～3．0%，最高不超過5．0%。

（2）嚴把原料質量關，燒結含鐵料鋅含量嚴格控制在0．02%以下，燒結礦鋅含量要求在0．03%以內，確保入爐鋅負荷小于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的反應條件，生成比較穩定且容易進渣的堿金屬硅酸鹽，使更多的堿金屬被爐渣帶走。

4．3 自熔性球團在轉爐中的使用

鋼鐵料消耗是煉鋼工序的關鍵技術經濟指標，其水平高低直接反映出煉鋼技術和管理水平。為了降低熱扎轉爐鋼鐵料消耗，除了使用塊礦、燒結礦代替部分廢鋼外，還使用自熔性球團來代替部分廢鋼。但綜合考慮自熔性球團冷卻強度高、熔池溫度波動大、降溫不均勻等特點，在轉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。針對自熔性球團以上特點，結合轉爐吹煉進程，采取了針對性舉措。

轉爐吹煉前期是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量的自熔性球團，可以降低前期升溫速度，延遲C-O反應時間，保證鐵質渣系持續時間，達到深脫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℃，主要任務是脫碳。這一時期加入部分自熔性球團可以起到調節熔池溫度的作用，減少熔渣向鋼水中返P；同時可以緩解熔池“返干”現象，避免噴濺或粘槍事故的發生；自熔性球團還可以被分解還原，生成單質鐵，提高鋼水收得率，同時降低氧氣消耗量，縮短吹煉周期。

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

經過長期生產實踐，制定出合理的自熔性球團配加控制工藝，使天鐵熱軋轉爐使用自熔性球團以來，工藝技術日臻完善，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礦外，自熔性球團用量達到15 kg/t，有效提高了轉爐渣鋼之間的分配系數，達到了與溫度兩者協調控制的水平和降低鋼鐵料消耗的目的。

5 實施效果

目前，燒結機頭除塵灰、煉鐵干除塵布袋灰和轉爐煉鋼除塵灰都用于生產自熔性球團，每天自熔性球團產量在700 t左右，全部用于高爐和轉爐中，實現了循環物料的閉路循環和高效利用，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

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

該技術實施后，降低了燒結煙氣中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，遠遠低于國家排放標準，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配加比例為2．5%～5%，由于自熔性球團具有還原度高、膨脹率低、低溫還原粉化率低等優點，代替燒結礦入爐后，高爐各項技術經濟指標仍然保持了較高水平，見表6。

表6 不同自熔性球團入爐比例的高爐指標

用循環物料生產的自熔性球團，其成本較燒結礦降低34．67元/t，從而降低了生鐵成本。

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

6 結束語

天鐵集團自主研發的循環物料高效利用技術，實現了資源節約和環境保護，開辟了粉塵固廢循環利用新途徑，為高爐、轉爐提供新的入爐料，促進了指標提升，成本降低，取得了顯著效果。該技術是一套比較成熟和完善的循環物料使用技術，具有獨創性，行業地位領先。

目前自熔性球團的抗壓強度在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，對煉鐵生產技術指標的提升還具有一定差距。下一步將對自熔性球團的生產工藝進行改造和優化，提高其品位和抗壓強度，在2 800 m3高爐進行自熔性球團入爐工業試驗，進一步拓展自熔性球團的使用渠道，提升煉鐵生產技術指標。

[1]賈艷，李文興．高爐煉鐵基礎知識[M]．北京：冶金工業出版社，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，主要從事生產技術方面的研究工作。