對煉鋼除塵灰進行冷固造球生產(chǎn)的探索

王少峰

（安陽鋼鐵集團有限公司）

0 前言

鋼鐵冶煉煉鋼工序中會產(chǎn)生各類除塵灰，目前主要采取返燒結(jié)配料的方式對這些除塵灰加以循環(huán)利用，回收利用除塵灰中的TFe、C、CaO、MgO等有益成分[1-3]。但除塵灰中所含有的Zn、K、Na等有害成分的富集對燒結(jié)配料、高爐順行影響較大，廠區(qū)內(nèi)部堆存同時帶來儲存場地有限、物料發(fā)熱自燃等問題。另外，按照2018 年1 月1 日實施的《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》規(guī)定，企業(yè)外排固體廢棄物應繳納環(huán)境保護稅。

為有效解決這一問題，安鋼某單位于2019 年2-5 月建設除塵灰冷固造球生產(chǎn)線，對部分除塵灰采取冷固造球的方法將其制備成高強度、高品位球團，用作煉鋼工序中的造渣劑，回收除塵灰中的Fe、FeO、CaO 等有益成分，改善爐渣性能，加速石灰溶化，降低氧氣、金屬和石灰消耗[4]，有效緩解除塵灰對生產(chǎn)經(jīng)營的影響。

通過試驗，分析、總結(jié)了影響除塵灰冷固造球的因素，采取一定措施，縮短了生產(chǎn)周期、減少了粘結(jié)劑的使用量、提高了成球率與成球強度。

1 生產(chǎn)工藝簡介

1.1 主要原料

該工藝以除塵灰、氧化鐵皮為主要原料，粘結(jié)劑為輔助材料。其中，除塵灰1.6 萬t/a，氧化鐵皮按20%～25%配比約4 000 t/a，粘結(jié)劑按5%～10%配比約1 000 t/a，合計21 000 t/a。實際按照3 萬t/a 的規(guī)模建設。冷固球團的主要原料和除塵灰成分分別見表1、表2。

表1 冷固球團的主要原料

表2 除塵灰成分

1.2 工藝流程

受環(huán)保管控和場地限制等因素的影響，采用干法直接壓球方式，除塵灰不進行預先消解。冷固球團工藝分為原料接收、配料、混合、壓球、晾曬、成品存儲，工藝流程如圖1 所示。

圖1 冷固球團工藝流程

從圖1 可以看出，除塵灰、氧化鐵皮按照配比稱量后，經(jīng)過埋刮板輸送機、斗式提升機進入輪碾機；水、水玻璃、粘結(jié)劑等經(jīng)過計量稱重后，按照先后順序，依次加入輪碾機；上述物料經(jīng)過輪碾機充分攪拌、混勻后，經(jīng)過皮帶輸送進入緩沖倉；緩沖倉下設皮帶，物料通過皮帶輸送進入預壓機，經(jīng)過預壓機預壓后進入高壓壓球機進行壓球；高壓壓球機后設置振動篩，對壓后產(chǎn)物進行篩分，篩上物通過皮帶進入料槽、晾曬存儲，篩下物通過斗式提升機重新進入緩沖倉進行再次壓球；成品球通過裝載機進行裝車外發(fā)；裝車前對成品球進行再次篩分，篩上物返煉鋼轉(zhuǎn)爐使用，篩下物通過料倉儲存、皮帶輸送重新進入輪碾機，進行再次攪拌、混勻、造球。

1.3 產(chǎn)品質(zhì)量指標

冷固球團產(chǎn)品質(zhì)量指標見表3。

表3 冷固球團產(chǎn)品質(zhì)量指標

該生產(chǎn)線大量采用埋刮板輸送機、斗式提升機等封閉設備進行物料輸送，配合使用80 000 m3/h 風量脈沖布袋除塵器，對物料轉(zhuǎn)運點、卸料點進行除塵處理，外排粉塵濃度小于10 mg/Nm3。整條生產(chǎn)線采用PLC 系統(tǒng)，由主控室集中控制，自動化程度較高。

該生產(chǎn)線沒有設置除塵灰消解環(huán)節(jié)，實際生產(chǎn)中，成品球中氧化鈣含量較高，氧化鈣與空氣中的水分反應后體積膨脹，導致成球率低、成品球強度不高、粉化嚴重。針對此問題，對除塵灰進行了消解實驗[5]。

2 除塵灰消解實驗

2.1 實驗方案

在生產(chǎn)單位的除塵器料倉現(xiàn)場，取兩批除塵灰樣品進行8 組實驗。其中，實驗1—實驗6 采用第1 批除塵灰，實驗7—實驗8 采用第2 批除塵灰。實驗5 和實驗6 為第1 批除塵灰敞口自然堆放48 h 后進行的實驗，實驗用除塵灰的成分見表4。

表4 實驗用除塵灰的成分 %

稱取2 ～4 kg 除塵灰，采用邊噴灑邊攪拌的形式配入一定量的水，均勻攪拌5 ～10 min，將熱電偶放入除塵灰內(nèi)部進行實時測溫，每間隔2 min記錄一次溫度。

8 組實驗的配水量和消解時間見表5，消解溫度與時間之間的變化關系如圖2 所示。

表5 配水量和消解時間

圖2 消解溫度與時間的變化關系

2.2 實驗分析

以配水后溫度達到最高值的時間作為完全消解時間。

（1）實驗1 中，加入水分不足，除塵灰中溫度上升不明顯。

（2）實驗2、3、4 中，除塵灰加水均勻攪拌后自然堆放，在配水7.5%～12%的范圍內(nèi)，消解時間隨著配水量的增加而增加。

（3）實驗5、6 中，除塵灰敞口自然放置48 h 后，消解時間延長，說明除塵灰堆存過程中存在自發(fā)熱現(xiàn)象。

（4）實驗7、8 中，將除塵灰加水減半后壓實進行實驗，消解時間顯著降低。

（5）除塵灰水溶性較差，攪拌過程中有結(jié)塊現(xiàn)象。

（6）由于氧化鈣與水反應會造成除塵灰體積膨脹，實驗中除塵灰體積明顯增大。

2.3 實驗結(jié)論

鑒于除塵灰料倉中物料混合不均勻，實驗取樣中除塵灰中氧化鈣含量有偏差，實驗結(jié)果有一定偏差。但經(jīng)過除塵灰消解實驗，可以定性得出以下結(jié)論：（1）除塵灰中加入適量水會發(fā)生消解反應，溫度升高；（2）消解反應過程中，由于氧化鈣與水反應導致除塵灰體積膨脹，物料體積有明顯增大現(xiàn)象；（3）對物料進行壓實，可減少加入水量、縮短消解時間。

3 生產(chǎn)試驗

3.1 試驗方案

根據(jù)除塵灰消解實驗的結(jié)論，現(xiàn)場組織生產(chǎn)試驗。固定單次進料量（除塵灰600 kg、氧化鐵皮280 kg），通過控制水和粘結(jié)劑的加入量和輪輾時間長短，記錄物料的升溫過程。針對每組方案進行反復多次試驗，及時分析、優(yōu)化方案，最終形成7 組試驗方案。試驗結(jié)果見表6。

表6 生產(chǎn)試驗結(jié)果

3.2 生產(chǎn)試驗分析

（1）試驗1、2 中，不添加水。輪輾過程中物料溫度上升、有冒白煙現(xiàn)象，物料結(jié)塊明顯，沒有壓制成球，且結(jié)塊物料24 h 后粉化嚴重。

（2）試驗3 中，先加入水進行輪輾，物料溫度上升、有冒白煙現(xiàn)象，且出現(xiàn)溫度下降現(xiàn)象；后續(xù)添加水玻璃的過程中，物料溫度再次上升，初始球強度大于100 N，24 h 后成品球粉化嚴重。說明物料中氧化鈣沒有消解完全。

（3）在試驗4 中，加入水玻璃后延長輪輾時間，待物料溫度不再上升后，進行冷固造球。初始球強度大于100 N，24 h后部分成品球強度大于800 N，有粉化現(xiàn)象。說明物料中依然含有部分氧化鈣。

（4）試驗5 中，在加入水玻璃的過程中，物料結(jié)團，未壓制成球。

（5）試驗6 中，適當減少水玻璃的用量。輪輾過程中物料溫度上升后回落、輪輾效果較好；初始球強度大于100 N，24 h 后強度大于800 N，沒有粉化現(xiàn)象。

（6）在試驗6 的基礎上，加入適量水后，對輪輾時間、溫度進行記錄，物料輪輾10 ～15 min 左右，溫度上升至最高后出現(xiàn)回落，且加入水玻璃的過程中溫度不再上升，最終形成試驗7 的方案。

將試驗7 的配比作為除塵灰冷固造球生產(chǎn)的最終配比，根據(jù)氧化鐵皮含水量高低、環(huán)境溫度等因素，適當調(diào)整加入水、水玻璃、粘結(jié)劑的量，成球率高、成球強度高、粉化率低，生產(chǎn)效率大大提高。

4 結(jié)論

（1）對除塵灰進行消解處理，可以有效提高成球率和成球強度。

（2）在除塵灰消解過程中，可以參考溫度變化判斷消解是否完全。

（3）除塵灰消解過程中，對物料進行強力攪拌，讓物料充分接觸、混合，可以有效縮短消解時間、減少粘結(jié)劑的使用量。