煉鋼含鐵廢棄物循環利用實踐

高長益,李 燚,劉立德,劉 欣

(首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司技術中心,貴州六盤水553028)

煉鋼含鐵廢棄物循環利用實踐

高長益,李 燚,劉立德,劉 欣

(首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司技術中心,貴州六盤水553028)

為了充分利用煉鋼含鐵廢棄物,降低鋼鐵料消耗,在水鋼煉鋼廠內和水鋼公司內,建立了煉鋼含鐵廢棄物循環利用工藝流程,研究了污泥球、冷固球、磁選鋼渣等含鐵廢棄物資源對轉爐冶煉的影響,通過利用含鐵廢棄物資源,使煉鋼的鋼鐵料消耗下降到1 045kg/t。

煉鋼廢棄物;含鐵資源;循環利用

1　引言

隨著水鋼煉鋼產能的迅速提高,煉鋼生產過程中產生的固體廢棄物大幅增加,煉鋼固體廢棄物主要包括:由濕法除塵后產生的污泥,含鐵在60%左右;冶煉過程中造渣及噴濺產生的爐渣,含鐵量在40%～50%;紅鑄坯冷卻過程中與空氣中的氧反應,在其表面產生大量氧化鐵皮,含鐵量達到80%。這些固體廢棄物如果不經過回收處理就外排,一方面加重環境污染,另一方面也造成含鐵資源的極大浪費,增加了煉鋼生產成本[1]。因此開展含鐵資源循環利用,必將為企業降低生產成本以及減少環境污染等發揮重要作用,是實現鋼鐵企業可持續發展的重要途徑。水鋼煉鋼廠通過擴建,到2010年,已擁有35t頂吹轉爐3座、100t頂底復吹轉爐3座,形成了年產500萬噸鋼的規模,煉鋼過程中的固體廢棄物總量隨著產能的上升迅速增加。因此,需要充分利用廢棄物含鐵資源,降低鋼鐵料消耗,降低煉鋼生產成本,提高企業經濟效益[2-3]。

2　煉鋼廢棄物含鐵資源循環利用流程

2.1含鐵資源循環系統

為提高含鐵資源循環利用效率,加大含鐵資源回收利用力度,規范含鐵資源回收利用程序,煉鋼廠建立了兩個完善的含鐵資源循環利用閉環系統。

(1)建立煉鋼廠內部含鐵資源循環

該循環主要是針對煉鋼廠內部廢鋼、廢舊金屬料的循環利用,在這個循環中,主要是把生產過程中產生的殘鋼、殘渣、鑄坯切頭、切尾等金屬損耗,以及淘汰的基礎設施、金屬結構件和設備檢修過程中產生的廢棄金屬制品等,按入爐要求切割整理后,作為廢鋼直接回轉爐利用,達到廢棄金屬循環利用的目的,每年內部廢棄金屬利用量達到5萬噸。

(2)建立水鋼公司內部含鐵資源循環

該循環系統涉及到煉鋼廠外部協作單位,主要包括含鐵污泥回收利用、轉爐鋼渣回收利用、氧化鐵回收利用三類。這三類含鐵資源除磁選鐵外,煉鋼廠不能直接回收用于轉爐冶煉,必須進行加工處理,成為再生資源循環利用,主要加工為污泥球、冷固球后才能用于轉爐冶煉。煉鋼廠與從事服務業的水鋼博宏公司固強耐火材料分公司接洽合作,委托其加工高強度污泥球、冷固球,并協同其一起解決高強度污泥球、冷固球生產的技術難題,為回收利用創造了良好的條件。

2.2含鐵資源循環工藝流程

煉鋼過程產生的含鐵循環資源主要指污泥、爐渣、氧化鐵皮[4]。污泥的回收主要是對其加工為污泥球,污泥年產生量約在16萬噸,經過脫水處理后可加工污泥球約9萬噸,月供應轉爐量7 500t左右。爐渣年產生量達50萬噸,經過人工手選、二次磁選處理,回收量達12.6萬噸,顆粒較大的磁選渣直接加入轉爐利用,較細的碎磁選粉與氧化鐵皮加工為冷固球,冷固球月產量達4 500t。氧化鐵皮年產生量1.2萬噸,與磁選粉加工為冷固球回收利用。煉鋼廢棄物含鐵資源回收利用工藝流程見圖1。

圖1　煉鋼廢棄物含鐵資源回收利用工藝流程

3　煉鋼廢棄物含鐵資源對轉爐冶煉的影響

煉鋼廠當前使用的循環資源主要包括污泥球、冷固球、磁選渣、摳罐生鐵、鑄機切頭切尾及質量不合格的廢坯、軋廢等,其中冷固球月產生量4 500t,污泥球月產生量7 500t,渣鋼類月產生量4 300t,因釩鈦鐵水易粘罐而產生的摳罐鐵2 100t/月。在這些冷料中,污泥球、冷固球是經過加工處理后的產品,污泥球主要由污泥加石灰加工而成,冷固球由磁選鐵粉加氧化鐵皮加工而成。煉鋼使用的污泥球的熔點在1 200℃～1 300℃,冷固球熔點則達到1 450℃左右,因此在實際生產中,污泥球作為化渣劑,而冷固球則作為冷卻劑使用。煉鋼過程產生的廢棄物含鐵資源,除含有較高金屬鐵外,還含有大量P、S等有害元素[5]。轉爐在回收利用時要考慮其增P、增S因素,特別是鐵水P、S偏高,或生產高質量的鋼種時,含鐵循環資源中的P、S對冶煉工藝將產生極大影響。使用煉鋼廢棄物含鐵資源對轉爐冶煉的利弊及影響分析如下。

(1)提高了金屬收得率。在冶煉過程中損失在污泥、爐渣、氧化鐵皮中的金屬,通過回收再利用,使之變成合格產品,提高了金屬收得率與資源利用率,降低了生產成本。

(2)有利于冶煉過程化渣。污泥球中含有56%的∑FeO,加入轉爐后可迅速增加渣中FeO含量,有利于促進冶煉前期化渣,可代替礦石作化渣劑、冷卻劑使用。

(3)有利于提高脫磷效果。污泥球團加入后,達到前期快速成渣目標,可形成最有利于脫磷的低溫、高堿度、高FeO含量條件,使脫磷效果提高,而且爐渣中(ΣFeO)和(CaO)含量顯著提高,增加了脫磷反應物的濃度,使終點鋼中[P]相應下降。

(4)減少外購廢鋼數量。用磁選鐵粉與氧化鐵皮制作的冷固球,具有良好的冷卻效應,可代替部分廢鋼作為冷卻劑,可降低社會廢鋼采購量,減少采購資金。

(5)煉鋼用冷固球由磁選渣與氧化鐵皮加工形成,成分主要包括Fe、FeO、Fe2O3等,其熔點較高,如轉爐前期加入量過大,因不能被鐵水熔化,散開浮于鐵水表面形成較厚覆蓋層,對于鋼水液面表面積較小的小轉爐,下槍吹煉時易造成不能點火現象。因此,在冶煉前期,冷固球加入量不宜過多,在中后期,爐內溫度過高時分批加入降溫。

(6)由于污泥球、冷固球中FeO含量高,因此加入污泥球、冷固球的爐次,吹煉槍位控制必須偏下限,可以降低渣中ΣFeO含量,提高金屬收得率,同時也有利于減輕爐渣對爐襯耐火材料的侵蝕,提高爐齡,降低護爐用耐火材料消耗。

(7)污泥球中P、S含量極高,且波動大,如果鐵水P、S含量偏高時,污泥球加入量過大,會造成轉爐冶煉時脫P、S的負荷增大,特別是脫硫超過其負荷時,極易造成大批量廢品。水鋼煉鋼廠轉爐冶煉使用的污泥球、冷固球的成分見表1。從表1中看出,污泥球、冷固球中P含量差別不大,但是污泥球中S含量極高,因為水鋼煉鋼用鐵水未經過脫磷脫硫預處理,煉鋼吹煉過程中產生的除塵灰的P、S含量高,造成污泥球P、S含量極不穩定,污泥球中S含量在0.2%～0.6%,平均為0.25%,最高時達0.6%,因此加入污泥球后會產生轉爐脫硫負荷增大的問題。以平均S含量0.25%為標準,測算出不同加入量的增硫情況見表2。表2是按平均S含量計算,如果污泥球中S含量達到0.6%,噸鋼加入污泥球量20kg計算,最大增S達到0.012%;如鐵水中硫含量在0.05%以上時,加入污泥球增硫后,轉爐脫硫就有相當難度。

表1　100噸轉爐冶煉用污泥球和冷固球的成分(%)

4　煉鋼廢棄物含鐵資源的應用

煉鋼廢棄物含鐵資源應用的重點和難點是如何利用污泥球、冷固球,由于其P、S含量高,且波動大,因此在實際生產中,僅在普通鋼中使用,在生產低P、S的優質鋼時,不使用該類資源。以爐內熱平衡為中心,經過長期實踐,確定了合理的入爐金屬料搭配,確保每爐鋼的污泥球、冷固球和渣鋼的使用量達到4噸以上,入爐金屬料搭配有3個方案可供選擇,見表3。通過熱量調整,使轉爐冶煉達到終點目標:鋼水溫度1620℃～1640℃、鋼水碳含量≥0.15%。

表3　100噸轉爐冶煉的入爐金屬料搭配(t/爐)

水鋼煉鋼廠在2013年至2015年的3年時間里,充分利用煉鋼廢棄物含鐵資源,共回收利用污泥37.81萬噸,磁選渣23.62萬噸,氧化鐵皮2.80萬噸,使鋼鐵料消耗下降到1 045kg/t,產生經濟效益6.72億元。含鐵資源循環利用已經成為水鋼煉鋼廠實現低成本、低消耗生產的重要手段。

5　結論

隨著水鋼煉鋼廠產能的上升,煉鋼廢棄物也隨之增加。煉鋼廠為了充分利用含鐵資源,降低鋼鐵料消耗,建立了煉鋼廠內部含鐵廢棄物循環利用制度,還與公司內部的輔助單位合作,建立了內部含鐵資源循環工藝流程,研究了污泥球、冷固球、磁選渣等廢棄物含鐵資源對轉爐冶煉的影響,通過利用廢棄物含鐵資源,使煉鋼的鋼鐵料消耗下降到1 045kg/t。

[1] 張學民,紀瑞東.煉鋼含鐵廢棄物循環技術研究[J].冶金信息導刊,2014,(1):17-20.

[2] 陳志忠,姜黎安,張道剛,等.煉鋼含鐵固態廢棄物在轉爐上的綜合利用[J].河南冶金, 2010,18(3):43-44.

[3] 李強,元玉輝,胡守忠.固體廢棄物在萊鋼燒結廠循環利用的技術探討與實踐[J].山東冶金,2007,29(4):52-54.

[4] 徐延浩,王宏明,王曉峰,等.含鐵資源轉爐回收利用生產實踐[J].鞍鋼技術,2014,(4):49 -50.

[5] 莊昌凌,劉建華,崔衡,等.煉鋼過程含鐵塵泥的基本物性與綜合利用.北京科技大學學報, 2011,33(增刊):185-191.

Practice on Recycling Use of Ferrous Waste in Steelmaking

GAO Chang-yi,LI Yi,LIU Li-de,LIU Xin
(Technology Center,Shougang Shuicheng Iron&Steel(Group)Co.,Ltd.,Liupanshui 553028,Guizhou,China)

In order to make the most of ferrous waste during steelmaking to reduce consumption of iron and steel material,in the steelmaking plant and Shuigang we built recycling processes of ferrous waste,studied the influence of ferrous waste such as sewage sludge ball and cold setting ball and magnetic separated slag and etc.on BOF steelmaking and make consumption of iron and steel material during steelmaking decrease to 1045 kg/t by using ferrous waste.

waste of steelmaking;ferrous resource;recycling use

1001-5108(2016)02-0076-04

TF741

B

高長益,高級工程師,主要從事鋼鐵冶煉和軋鋼技術等方面的工作。