超厚料層燒結條件下的鋼泥預處理工藝

闞永海 ，張建良，劉征建 ，鄒宗來 ，牛樂樂

（1.天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500；2.北京科技大學冶金與生態工程學院，北京100083）

0 引言

轉爐除塵廢水經過沉淀處理后沉積下來的污泥通常稱為鋼泥，較高的含鐵品位和特殊的性能賦予了鋼泥非常高的回收利用價值。在國內長流程煉鋼工序中，每噸鋼可產生8～20kg塵泥[1]，因而，鋼泥的高效回收利用也是非常可觀的效益來源。當前，回收利用鋼泥的主要途徑如圖1所示，主要包含煉鋼吸收、燒結吸收、制作冷凝劑等[2-5]。

燒結礦是我國高爐最主要的含鐵爐料，且燒結工序具有吸收工業固廢物料的優點，因此燒結工序對鋼泥的吸收占據了主導的地位。但是鋼泥通常容易結成大塊，直接進入混合配料工序后本身難以制粒，且影響其他物料顆粒的接觸，使得混合料粒度容易兩極分化，布料后嚴重影響燒結料層的透氣性。此外，還會影響料層中的換熱，導致熱量損失，難以形成充足的液相，礦石難以礦化，直接導致燒結產質量指標惡化。

圖1 鋼泥的主要回收利用途徑

天鋼聯合特鋼采用超厚料層燒結，超厚料層燒結在節能的同時，對透氣性的控制要求格外嚴格。針對使用鋼泥可能帶來的不良影響，天鋼聯合特鋼采用了鋼泥和高爐返礦預混合工藝，通過對鋼泥的預處理，改善了燒結料制粒性能，確保了超厚料層實施過程料層透氣性的穩定，同時也保障了燒結良好的產質量指標。1 鋼泥制粒特性

在工藝應用之前，首先對天鋼聯合特鋼燒結中所配加的鋼泥進行理化性能的檢測，并通過實驗室實驗研究了鋼泥對礦粉制粒特性的影響，以更好地掌握對鋼泥在燒結混合過程中的制粒行為。

1.1 鋼泥特性

天鋼聯合特鋼的鋼泥外觀呈暗灰色，不規則結塊狀。其化學成分檢測結果如表1所示。從表中可以看出，鋼泥的主要鐵品位達到58.27%，與一般鐵礦石品位相當，此外，CaO含量較高，為11.54%，整體呈堿性。鋼泥也有著一定量的MgO和SiO2，C含量為1.64%，微量元素中Mn和Zn含量稍高。

表1 天鋼聯合特鋼鋼泥化學成分（wt/%）

1.2 鋼泥對鐵礦粉濕容量的影響

含鐵原料的濕容量代表著其在混合過程中的吸水能力，通過原料與水之間的毛細力實現粘結潤濕[6]。鋼泥由于其獨特理化物性，在混合過程中加水后會對礦粉的濕容量產生影響，從而可能對混合料的制粒產生影響。實驗采圓柱形開孔模型測量濕容量試方法，示意圖如圖2所示。

圖2 礦粉濕容量測試裝置

計算方法見公式1[7]。

式中，Ms為鐵礦粉吸水飽和后的重量，g；M是干燥鐵礦粉的重量，g。

每次試驗稱取30 g礦粉樣品，先將底部為濾紙的礦粉容器掛上電子天平，使濾紙吸水飽和，再裝料，記錄總重量后，將天平清零。再將礦粉容器浸入水下，待天平數據穩定后記錄最大數值，即礦粉的最大吸水量。通過實驗可以看出在水中加入不同濃度的鋼泥后礦粉濕容量的變化，鋼泥濃度分別為0、20%、40%、60%、80%、100%，實驗結果如表2所示。

表2 不同鋼泥配比下的礦粉最大濕容量 /%

由結果可知，隨著鋼泥配比的增加，三種礦粉的最大濕容量都呈現下降的趨勢，顯然鋼泥會使含鐵料的潤濕性變差，影響制粒效果，此外還會增大燒結混合料的阻力，可能對抽風產生不利影響。

2 鋼泥預處理工藝

2.1 工藝流程

圖3為天鋼聯合特鋼鋼泥在燒結工序中的預處理過程。可以看到，在封閉料場內，鋼泥料堆和高返料堆兩種物料提前進行預混合，混合后料經皮帶送上5 mm篩，大于5 mm的部分重新返回兩種物料的混合料堆，再次混合后上傳送皮帶再過篩，小于5 mm的部分經傳送皮帶送往配料室料倉，即完成了鋼泥與高返的預混合處理。

圖3 天鋼聯合特鋼鋼泥預處理工藝流程圖

2.2 實施效果

實施鋼泥與高返預混合處理工藝之后原料場預混合和過篩圖見圖4。鋼泥與高爐返礦的預混合工藝實施之后，保證了進入配料倉的物料粒徑都小于5 mm，從而消除了大塊的鋼泥可能對制粒過程和燒結產質量指標造成的不良影響。此外，保證了鋼泥和高爐返礦粒級的穩定，這對混合料制粒性能、燒結礦性能穩定有著重要的意義。

圖4 原料場鋼泥預混合、過篩現場圖

取鋼泥預處理實施前后兩個月的混合料粒度數據見圖5。可以看到，在天鋼聯合特鋼實施鋼泥預混合工藝之后，混合料粒度中＜3 mm的粒度比例出現明顯的下降。通常來說，燒結工序應盡可能減少混合料中的-3 mm粒級比例，對于實施超厚料層燒結的天鋼聯合特鋼來說，-3 mm粒級比例的控制就應該更為嚴格，否則厚料層燒結的缺點會通過料層透氣性被放大，從而破壞燒結產質量指標。

圖5 鋼泥預混合實施前后混勻料粒度數據

表3給出了實施鋼泥預混合工藝前后的混合料粒度數據具體分析值。從分析值中可以看出，實施前后兩個月的混合料粒度-3mm粒級比例的平均值相差非常明顯，分別為46.49%和39.22%。從實施前后混合料粒度的數據方差上可以看出，實施后由于鋼泥和高返的粒度全部控制在5mm以下配加，粒度穩定性得到了大幅提升，粒度數據方差從4.4358降低到1.4496，且最大值和最小值之間的波動也變小，制粒效果穩定性總體得到很大提升。

表3 鋼泥預處理工藝實施前后混合料3 mm粒級分析

3 結語

鋼泥作為鋼鐵工業的固廢產物，已經普遍被燒結廠吸收消化，但是鋼泥在制粒上帶來的不良影響是追求高質量、高效益的生產所不容忽視的。厚料層燒結是近些年流行的燒結新工藝，在國內燒結廠早已普遍實行，其在提高產量、減少固體燃耗上的作用顯著，但是厚料層燒結對燒結制粒、料層透氣性的要求更高、更嚴格。實驗室的實驗結果證明鋼泥的配加對礦粉的濕容量和制粒性能有著一定的消極影響，因此更需要重視鋼泥在燒結中合理使用。

天鋼聯合特鋼采用超厚料層燒結，十分重視燒結混合料的制粒效果，在配加鋼泥的實踐中總結開發出了鋼泥與高爐返礦預混合處理的工藝。該工藝將鋼泥與高爐返礦在原料場進行預先混合并過篩，以使所有鋼泥和高返以小于5 mm的粒級進入配料混合工序。實施之后，混合料粒度得到了顯著的改善，小于3 mm粒級部分比例明顯減少，此外，由于鋼泥和高返配料粒度穩定在5 mm以下，混合料中小于3 mm粒級比例的穩定性也得到顯著改善，總體燒結制粒效果得到改善。