轉爐除塵灰生產冷壓塊工藝技術實踐

劉敬東,孫 瑩

(安陽鋼鐵集團有限責任公司,河南 安陽 455004)

轉爐煉鋼過程中會產生大量煙塵,先經過蒸發冷卻器將顆粒較粗的部分收集,剩余部分再經過靜電除塵器收集,可以得到粒度細小且含鐵料高的轉爐除塵灰[1]。原來許多企業把轉爐除塵灰返燒結配料,回收利用除塵灰中TFe、C、CaO、MgO等[2],但其中所含的Zn、K、Na等有害成分對高爐系統、燒結系統帶來諸多影響,會形成堿金屬富集,造成燒結“糊篦條”,引起燒結礦產量、質量降低[3-4],增加工序能耗,有害元素在高爐內循環富集影響高爐順行。隨著高爐冶煉技術的發展,K、Na和Zn對高爐生產的危害性越來越受到重視[5-6],很多鋼廠禁止將含有害元素較多的除塵灰在高爐系統內循環使用,造成除塵灰外排或在廠區堆積。

發改環資〔2021〕381號文《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》中明確提出,創新大宗固廢綜合利用模式,在鋼鐵冶金行業推廣“固廢不出廠”。加強除塵灰固廢資源全量化利用是鋼鐵冶金企業必須解決的難題。

為解決轉爐除塵灰內部處置和資源化利用問題,中部某鋼鐵企業2022年建設了15萬噸轉爐除塵灰冷壓塊生產線,把轉爐除塵灰壓成53×55×60 mm的冷壓塊,烘干后返轉爐煉鋼循環利用,達到預期效果。

1 轉爐除塵灰的主要成分

該企業轉爐全部采用干法除塵系統。轉爐煙氣通過汽化冷卻煙道進入蒸發冷卻器,蒸發冷卻器通過噴水,先將 800～1000 ℃的煙氣降至 250～300 ℃ ,并對煙氣進行粗除塵,粗除塵后的煙氣進入靜電除塵器進一步精除塵,收集的粉塵通過輸灰裝置排出,送至灰倉,年產生除塵灰約11萬噸。主要分為轉爐一次、二次、脫硫、精煉、混鐵爐等除塵灰,主要成分見表1,粒級分布見表2。

表1 轉爐除塵灰主要成分 單位:%

表2 轉爐除塵灰粒級分布統計表 單位:%

通過表1可以看出,轉爐灰中一次灰鐵含量較高、雜質含量低,精煉灰中的K2O、Na2O含量高,脫硫灰和混鐵爐灰中主要成分是鐵和鈣。其中 Fe最高達到69.9%,主要以 FeO、Fe2O3和 Fe3O4的形式存在;有害元素中K2O最高達到3.78%,Na2O最高達到1.79%;Zn最高達到2.09%,主要以 ZnO 和 ZnFe2O4的形式存在[7],大多來源于轉爐使用的含鋅廢鋼。通過表2可以看出,轉爐灰粒徑分布在140目以下的達到95%。

2 主要原料構成和產品方案

2.1 主要原料

包括轉爐系統除塵灰以及連鑄、軋鋼系統產生的沉淀污泥,配加部分氧化鐵皮作為骨料和增加成品鐵含量,輔助原料是粘結劑,主要原料組成見表3。

表3 主要原料組成表

2.1.1 為了便于原料儲存,根據除塵灰原料特征進行分類合并,共分為三類。轉爐一次灰作為第一類;混鐵爐和2#、3#轉爐除塵灰作為第二類;2#、3#精煉爐除塵灰,1#轉爐、精煉爐,脫硫除塵灰作為第三類;三類灰分倉存儲。

2.1.2 為增加壓塊鐵品位,向除塵灰里配加氧化鐵皮、軋鋼污泥。氧化鐵皮來自煉軋廠生產車間,軋鋼污泥來自煉軋廠沉淀池,均采用汽車運輸,卸到本系統粉料裝卸間,分類存放后參與配料,氧化鐵皮的含水率控制在小于10%,軋鋼污泥含水率控制在小于20%。

2.1.3 外購生物質干粉粘結劑和罐裝液體粘結劑,由汽車運輸至車間,使用液體泵將液體粘結劑輸到罐體儲存。

2.2 產品方案

主要產品為除塵灰冷壓塊,其化學成分、物理性能見表4所示。

表4 冷壓塊化學成分、物理性能指標表

3 轉爐灰壓塊工藝

轉爐除塵灰冷壓塊生產工藝流程主要包括原料接收、消解、混合配料、高壓壓塊、成品烘干、成品存儲發運及輔助設施等。除塵灰運輸到灰倉,加濕后到消解間消解,再與氧化鐵皮等按比例混合,配加粘結劑后進行強力攪拌,通過帶式運輸機送至砌塊成型機,壓制出冷壓塊經過升板機、子母車送入烘干系統烘干養護,再經子母車、降板機、推磚機、皮帶機到成品倉。

圖1 冷壓塊生產工藝流程簡圖

3.1 原料接收、消解

原料除塵灰來自煉鋼工序各個除塵器,由吸排罐車輸送入特定原料倉中,每個倉下設有雙軸螺旋加濕機,各種除塵灰按配比加濕攪拌后由斗提機送入消解間,消解8～12h,消解后的原料由自動連橋式刮板取料機、皮帶運輸機轉運到埋刮板機。

氧化鐵皮由汽車運至地倉,然后經振動給料機、斗提機、振動篩進入氧化鐵皮倉儲存,經帶式定量給料機按需定量進入埋刮板機。

3.2 混合配料

消解后的除塵灰和氧化鐵皮、污泥按比例混合后由埋刮板機送至緩沖倉中,交替供料;緩沖倉下設電動閘板閥,將混合料放入倉下埋刮板機,送至強力混合機中。

在原料中加入粘結劑,粘結劑分干粉狀和液態兩種,兩種共用效果更好,干粉粘結劑有2個倉,倉下有稱量斗,每次定量供給到強力混合機;液態粘結劑設有儲存罐體,通過計量泵供給到強力混合機。

設置兩臺4500 L臥式強力混合機,強力混合機是冷壓塊系統的核心設備之一,它的性能直接影響到壓塊的效率和質量。

混合碾壓后的原料經皮帶機、斗提機送至埋刮板機,進入壓塊工序。

3.3 壓塊成型

選用2臺JYM1280壓磚機,混合后的原料經埋刮板機分別送至高壓壓塊機上面的預備倉,倉下設電動插板閥,再進入高壓壓塊機進行壓塊,一次可壓制冷壓塊228塊,作業周期15～25s。壓制成型的壓塊進入托板機送進下道工序。

3.4 烘干

從壓塊機出來的壓塊,經過升板機、子母車轉運至烘干養護間,共設置15個養護間,經換熱后的150 ℃左右熱空氣通過管道送入養護間,通過管道的開孔,將熱風均勻送入養護間下部。依靠熱空氣的運動脫除含水半成品塊中的水分。

蒸汽空氣換熱器利用1.2 MPa飽和蒸汽預熱冷空氣,蒸汽經過換熱器冷凝后,進入現有循環水池。

成品烘干后再經子母車、降板機、推磚機、皮帶機到成品倉。經過篩分(篩孔8 mm),篩上物經過皮帶轉運進入儲料倉,通過汽車運輸到煉鋼爐料上料系統。篩下粉料進入返料倉重新進入配料系統。

3.5 系統控制

系統整體采用機電一體化設備,設自動和手動控制方式。手動操作就地實現,自動方式由設備成套PLC柜控制。對原料區、混合料區、壓塊區域等工況進行檢測、顯示、控制;所有現場儀表溫度、壓力、流量、物位、稱量等過程檢測、控制信號進入冷壓塊中央控制系統,中控一級機畫面顯示。

4 環境治理

生產線主要揚塵點為灰倉頂部、烘干倉煙氣、成品線物料轉運點以及返礦線物料轉運點,根據生產工藝和揚塵點位置,設置C-1除塵系統、C-2除塵系統和C-3除塵系統共三套除塵系統,排放顆粒物≤10 mg/Nm3。 C-1除塵系統包括原料灰倉,每個倉頂設正壓除塵器一臺;C-2除塵系統包括原料線物料轉運點、消解區密閉倉以及攪拌區物料轉運點等濕度較大揚塵點,設一套濕法除塵系統;C-3除塵系統包括成品線物料轉運點,設一套低壓脈沖布袋除塵器。

5 工藝效果

5.1 項目建設完成后,制定了《轉爐除塵灰冷壓塊工藝168小時性能測試方案》,生產部門按方案組織生產,質量檢測部門按方案要求進行取樣質檢化驗。共計生產成品冷壓塊3041噸,日均434.47噸,產品平均粉化率為6.7%,平均含水率為3.98%,平均落下強度為93.9%,平均抗壓強度為5207 N 。

5.2 存在的問題為壓塊含水率指標有波動,個別批次檢測含水率偏高,主要原因在原料預處理環節,對水量的控制需要更精細化,在烘干環節所需熱風的溫度和風量要保證達標。

5.3 轉爐冶煉前期熔池溫度低,加入轉爐除塵灰冷壓塊后,因壓塊中含有Fe2O3、FeO、CaO 等,可增加渣中FeO含量,降低爐渣黏度,促進前期石灰的融化。

6 結語

6.1 把轉爐除塵灰造冷壓塊返回轉爐煉鋼系統作為造渣劑使用,回收除塵灰中的鐵、鈣等有益成分,目前轉爐可以消化冷壓塊20 kg/噸鋼,基本實現除塵灰產生和消納的平衡。

6.2 返轉爐使用過程中必須控制好成品冷壓塊的強度、水分和含粉率等,確保加入轉爐時不產生大量煙塵,不因水分偏高而造成轉爐噴濺事故。

6.3 實現轉爐除塵灰在轉爐冶煉系統內部循環使用,避免在燒結、高爐工序循環,既降低了有害元素對燒結、高爐工序的危害,還可以實現系統降低能耗。

6.4 有效解決了轉爐除塵灰的處置問題,避免了外排和在廠區堆積,符合鋼鐵行業“固廢不出廠”的產業政策,具有經濟效益、環境效益和社會效益。