新型氧化鐵皮壓球試驗(yàn)總結(jié)

馬 川， 田朋軍， 沈鐵成， 劉春平

（陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 陜西 西安 710032）

目前鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過程中，在鋼材的鍛造和熱軋加工時(shí)，由于鋼鐵和空氣中氧的反應(yīng)，常會(huì)形成大量氧化鐵皮造成堆積，浪費(fèi)資源；在轉(zhuǎn)爐濕法除塵的過程中會(huì)產(chǎn)生大量OG泥；在煉鐵生產(chǎn)中高爐煤氣的除塵系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的高爐重力灰；這些固體廢棄物的充分再利用，既可以降低生產(chǎn)成本，同時(shí)可以起到環(huán)保節(jié)能作用，加強(qiáng)企業(yè)的節(jié)能減排效果[1]。

本次試驗(yàn)的目的，就是為了鋼鐵企業(yè)的固廢利用創(chuàng)造新的技術(shù)方案及路線。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 原料準(zhǔn)備和工藝狀況

試驗(yàn)原料為：碳鋼系統(tǒng)氧化鐵皮、OG泥、高爐重力灰、水和黏結(jié)劑。基礎(chǔ)料的成分見表1。黏結(jié)劑為：有機(jī)黏結(jié)劑和白黏土，有機(jī)黏結(jié)劑成分未知，白黏土成分見表2。

1.2 基礎(chǔ)料混料和水分檢測

表1 含鐵基礎(chǔ)物料基本成分 %

表2 白黏土理化指標(biāo)

根據(jù)物料堆密度檢測結(jié)果，基礎(chǔ)物料氧化鐵皮、OG泥和重力灰按照相同體積混合泵夠保證5∶3∶2的質(zhì)量比。試驗(yàn)前先通知壓球單位提前按氧化鐵皮、OG泥和重力灰各7鏟斗的量將基礎(chǔ)料混合好備用；基礎(chǔ)料混合好后經(jīng)濟(jì)所人員用電爐+鐵盤加熱法檢測水分含量，為過程配水和黏結(jié)劑的加入量提供依據(jù)。混合料水分檢測結(jié)果，科利爾球水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%，新建榮球水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%[2]。

1.3 理化指標(biāo)檢測方法和具體要求（見表3）

表3 氧化鐵皮壓球指標(biāo)檢測方法和指標(biāo)要求

2 試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)時(shí)間和數(shù)量

時(shí)間為2017年11月17日在科利爾加工廠試驗(yàn)，11月18日在新建榮加工廠試驗(yàn)。共試驗(yàn)壓球80 t，科利爾壓球 60 t，新建榮壓球 20 t。

2.2 物料配比壓球（見表4）

表4 試驗(yàn)物料配比指導(dǎo)表

2.3 基于現(xiàn)場條件的上料量控制和黏結(jié)劑添加依據(jù)

1）事先準(zhǔn)備方形規(guī)則容器一個(gè)，用2 kg量程電子秤分別稱取氧化鐵皮、OG泥粉料和重力灰，混好料500 g倒入容器中鋪平。混合物的質(zhì)量為M。

2）測量容器的長、寬以及料面到達(dá)高度，計(jì)算出物料體積V。按照ρ=M/V的公式計(jì)算出混合料的密度為1850 kg/m3。

3）測量棱臺體上料斗的三維尺寸（高度以一般上料線處的高度為準(zhǔn)），計(jì)算其體積V0，按照M0=ρV0即可計(jì)算出上料量。據(jù)計(jì)算科利爾每斗料1620 kg，干基重量1620×93%=1507 kg，應(yīng)配有機(jī)黏結(jié)劑1507×2%=30.14 kg，試驗(yàn)時(shí)按照 30（±1）kg 控制；應(yīng)配黏土1507×1.5%=22.6 kg，試驗(yàn)時(shí)按照22（±1）kg控制。根據(jù)計(jì)算新建榮每斗料1080 kg，干基重量1080×90%=972 kg，應(yīng)配有機(jī)黏結(jié)劑972×2%=19.44 kg，試驗(yàn)時(shí)按照19（±1）kg控制；應(yīng)配黏土972×1.5%=14.58kg，試驗(yàn)時(shí)按照 15（±1）kg控制[3-4]。

4）其他工藝參數(shù)控制：水的添加量根據(jù)出球強(qiáng)度和粉碎情況調(diào)節(jié)，攪拌時(shí)間要求大于5 min，要求成品場地的通風(fēng)和排水條件良好。

3 數(shù)據(jù)采集與分析

3.1 數(shù)據(jù)采集

在自然晾曬3日后分別在科利爾和新建榮加工廠取樣，每個(gè)料堆分5點(diǎn)取樣10 kg以上，于取樣10日后分別送檢化學(xué)成分以及物理指標(biāo)。

3.1.1 強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)（見表5、表6、表7）

表5 壓球落下強(qiáng)度對比表

表6 壓球抗碎裂性（摔打5次后8 mm顆粒占比）

表7 壓球的抗壓強(qiáng)度 N

3.1.2 理化指標(biāo)匯總（見下頁表8）

3.2 數(shù)據(jù)分析

3.2.1 一次成球率和粉末率

科利爾一次成球率90%，比新建榮高出20%以上。科利爾新型球的一次成球率與正常球基本相當(dāng)，而新建榮一次成球率比科利爾正常成球率低20%。從剛出來的濕球情況來看，新建榮的粉末率顯著高于科利爾。

3.2.2 落下強(qiáng)度和抗碎裂性

從落下強(qiáng)度（主要考核指標(biāo)）來看，不論是科利爾還是新建榮，其生產(chǎn)的新型球直到碎裂時(shí)的平均次數(shù)都接近3次，顯著高于科利爾的正常球，證明落下強(qiáng)度方面新型球有優(yōu)勢。新建榮和科利爾的落下強(qiáng)度指標(biāo)基本持平。從抗碎裂性指標(biāo)（參考指標(biāo)）來看，新建榮和科利爾生產(chǎn)的新型球分別達(dá)到77%和64%，顯著高于科利爾正常球的56%，證明抗碎裂性方面新型球比正常球有優(yōu)勢。由于新建榮的球較小，落地受到?jīng)_擊較小，雖然表面上其抗碎裂性指標(biāo)較科利爾優(yōu)異，但尚不能說明其抗碎裂性就優(yōu)于科利爾，需做等體積要求試驗(yàn)方可確定。對于落下強(qiáng)度和抗碎裂性，兩種球都達(dá)到了指標(biāo)壓球，總體上新建榮新型球的落下強(qiáng)度更好些[5]。

表8 新型壓球和正常壓球的理化指標(biāo)匯總對比表

3.2.3 抗壓強(qiáng)度

不論是新建榮還是科利爾的新型壓球，其抗壓強(qiáng)度指標(biāo)均優(yōu)于科利爾正常球，而科利爾新型球的抗壓強(qiáng)度高于新建榮。總體上，兩種球的抗壓強(qiáng)度都達(dá)到了強(qiáng)度指標(biāo)要求。與上次強(qiáng)度檢測結(jié)果來看，球的強(qiáng)度略有降低。

特別說明：正常球能夠滿足轉(zhuǎn)爐對強(qiáng)度的要求，此次新型球的強(qiáng)度是高于正常球的，保證轉(zhuǎn)爐需求應(yīng)不成問題。而且，目前生產(chǎn)和供貨模式是提前生產(chǎn)并供給堆存1月以上的球，在晾曬周期延長的情況下，球的強(qiáng)度還會(huì)增加，因此季節(jié)因素造成的強(qiáng)度波動(dòng)不會(huì)影響轉(zhuǎn)爐使用。此外，轉(zhuǎn)爐用料的特點(diǎn)是入爐即化，不要求較高的抗壓強(qiáng)度，但需經(jīng)歷多次倒運(yùn)和上下料環(huán)節(jié)，要求較好的落下強(qiáng)度，這一點(diǎn)與高爐“高抗壓、高落下強(qiáng)度”的要求有所不同。綜合分析以上因素，盡管季節(jié)變化造成球的強(qiáng)度變化，但能滿足轉(zhuǎn)爐需求[6]。

3.2.4 濕球的抗轉(zhuǎn)場能力

從現(xiàn)場觀察來看，不論是新建榮還是科利爾，轉(zhuǎn)場至大堆后的新型球的粉末率均高于正常球。新型球的抗轉(zhuǎn)場能力不如正常球。科利爾的粉末率小于新建榮，抗轉(zhuǎn)場能力相對較強(qiáng)。

3.2.5 化學(xué)成分

正常氧化鐵皮的成分是隨機(jī)取樣結(jié)果，從化學(xué)成分來看，試驗(yàn)批次的新型球的鐵品位略高于正常壓球。查閱以往的儲運(yùn)抽檢記錄，正常球的氧化鐵皮鐵品位大致在50%～60%之間波動(dòng)，故可以認(rèn)為新球的鐵品位與正常球大體持平，首先達(dá)到了鐵品位不降低的要求。SiO2和Al2O3等酸性物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于正常球，以科利爾壓球?yàn)槔謩e從11.89%和2.68%降低至4.62%和1.14%，綜合從14%以上降低至6%以內(nèi)，球內(nèi)二元堿度從0.5增加到1.3。以上指標(biāo)都達(dá)到了化學(xué)成分的要求。查閱儲運(yùn)以往的抽檢結(jié)果，正常球的酸性物質(zhì)含量與表中隨機(jī)取樣結(jié)果接近，其含量也是顯著高于試驗(yàn)的新型球。因此成分的優(yōu)化為轉(zhuǎn)爐輔材的降低和渣量的減少創(chuàng)造了條件。

從化學(xué)成分來看，兩家壓球單位的球壓成分有一定的差異，尤其以鐵品位的差異為最大。原因分析：新建榮和科利爾料場的物料屬于不同批次，其氧化鐵皮、OG泥和重力灰的成分都不同；另外，由于壓球單位均沒有稱量設(shè)備，靠鏟運(yùn)機(jī)混堆配料，雖然配料之前規(guī)定了不同物料的鏟數(shù)，但每鏟的裝滿程度都不同，因此不可能完全精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)5∶3∶2的質(zhì)量配比，誤差在所難免。即便如此，這種問題也不會(huì)影響壓球生產(chǎn)，后續(xù)隨著計(jì)量設(shè)施的安裝使用，以上成分差異會(huì)縮小[7]。

3.2.6 混合料的水分配比和大致合理配水范圍確定

1）從濕球的表觀狀況、雙球?qū)汉褪指衼砜矗评麪柕那蛟谄涮赜械墓に嚄l件下配水適中。按照上述同樣的方式判斷，新建榮的球配水偏高。

2）大致合理配水范圍的確定：氧化鐵皮、OG泥中含有生產(chǎn)過程的油污，采用烘干法檢測水分含量時(shí)，水分檢測結(jié)果受油品揮發(fā)的影響，其值會(huì)偏大。油品含量的測定尚無合適方法，混合料的含水量暫不能取得精確值。但從科利爾試驗(yàn)得到的濕球情況、轉(zhuǎn)場情況和強(qiáng)度檢測來看，初步確定合理的綜合水含量區(qū)間應(yīng)在5%～10%。至于最合適的含水量還需后續(xù)批量壓球生產(chǎn)時(shí)通過摸索確定。

[1]朱賀民.馬鋼轉(zhuǎn)爐OG泥綜合利用技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J].中國冶金，2006（6）：50-53.

[2]于淑娟.含鐵塵泥球團(tuán)自還原試驗(yàn)研究[J].鞍鋼技術(shù)，2012（4）：13.

[3]郭壽鵬.軋鋼鐵鱗的綜合利用技術(shù)[J].山東冶金，2013（5）：71.

[4]李琛.轉(zhuǎn)爐污泥資源化利用研究進(jìn)展[J].工業(yè)爐，2013（1）：17.

[5]郭秀鍵.鋼鐵企業(yè)含鐵塵泥處理與利用工藝[J].環(huán)境工程，2011（2）：96.

[6]田穎.熱軋氧化鐵皮綜合利用的發(fā)展[J].冶金能源，2010（5）：54.

[7]李安東.不銹鋼除塵灰及其綜合利用[J].世界鋼鐵，2011（6）：32.