鋼鐵企業(yè)粉塵綜合利用技術(shù)研究

房金樂， 張朝暉， 王建鵬

（1.西安建筑科技大學(xué)， 陜西 西安 710055； 2.陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西 漢中 724200）

鋼鐵企業(yè)粉塵綜合利用技術(shù)研究

房金樂1，2， 張朝暉1， 王建鵬2

（1.西安建筑科技大學(xué)， 陜西 西安 710055； 2.陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西 漢中 724200）

簡(jiǎn)要分析了鋼鐵企業(yè)粉塵對(duì)生產(chǎn)的影響和目前相對(duì)成熟的除塵灰處理加工方式，并以國(guó)內(nèi)某鋼鐵企業(yè)除塵灰的利用情況為例，研究除塵灰產(chǎn)生數(shù)量、除塵灰成分、除塵灰利用結(jié)果。研究結(jié)果顯示：通過外銷有害元素高的除塵灰以及控制進(jìn)廠爐料有害元素含量，該鋼企燒結(jié)、球團(tuán)的生產(chǎn)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期效果，高爐有害元素負(fù)荷得到了有效的控制。

除塵灰 有害元素 球團(tuán) 燒結(jié)

鋼鐵企業(yè)粉塵的綜合利用一直困擾著眾多企業(yè)，主要原因有：一是粉塵粒度細(xì)、親水性差，有害元素如Pb、Zn、K2O、Na2O高，如果直接在燒結(jié)或球團(tuán)工序配加，對(duì)燒結(jié)、球團(tuán)的正常生產(chǎn)以及新產(chǎn)品質(zhì)量造成一定影響，同時(shí)導(dǎo)致有害元素在鐵前的循環(huán)富集，對(duì)高爐的正常生產(chǎn)及一代爐齡造成一定影響。二是隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，各企業(yè)對(duì)粉塵的再加工利用不斷摸索，慢慢產(chǎn)生了各類粉塵加工再利用的方式，如粉塵加工化渣劑、粉塵小球燒結(jié)法、粉塵分離法、轉(zhuǎn)底爐直接還原脫鋅等工藝。但選取何種粉塵加工方法與企業(yè)原料條件、生產(chǎn)工藝以及企業(yè)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)有關(guān)，粉塵的加工方式各個(gè)企業(yè)不盡相同。

1 除塵灰加工方式

在燒結(jié)工序?qū)η驁F(tuán)直接配加粉塵，由于粉塵粒度細(xì)、親水性差，會(huì)導(dǎo)致混合料混勻效果差、生球強(qiáng)度差，惡化燒結(jié)、球團(tuán)生產(chǎn)，影響燒結(jié)礦、球團(tuán)礦質(zhì)量，大量配加甚至?xí)?dǎo)致粉塵黏結(jié)在爐篦條、球團(tuán)豎爐而結(jié)瘤，可見直接將粉塵配入燒結(jié)、球團(tuán)對(duì)生產(chǎn)、質(zhì)量影響較大。除塵灰中堿金屬及重金屬含量高，在高爐冶煉過程中的危害深遠(yuǎn)。K、Na、Zn進(jìn)入爐內(nèi)首先在高溫區(qū)揮發(fā)，上升后冷凝沉積于爐身上部爐墻以及礦石和焦炭的孔隙中，破壞爐墻內(nèi)襯同時(shí)降低原燃料強(qiáng)度；Pb作為重金屬會(huì)沉積于爐缸，破壞爐底碳磚，引起爐底碳磚上漲。這些都會(huì)破壞高爐順行乃至影響高爐一代爐齡。

因此，各鋼鐵企業(yè)均根據(jù)實(shí)際情況對(duì)粉塵的綜合利用技術(shù)摸索改進(jìn)，多數(shù)將粉塵處理加工后再次投入生產(chǎn)中。目前，國(guó)內(nèi)較為成熟的、使用較多的除塵灰加工方式包括以下幾種。

1.1 粉塵小球燒結(jié)

為了解決粉塵粒度細(xì)、在混合料中混勻效果差的問題，某些鋼鐵企業(yè)研發(fā)了粉塵小球燒結(jié)法，將粉塵制為小球配入到燒結(jié)機(jī)中，可以充分減弱粉塵對(duì)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)指標(biāo)的影響，但是無法減輕粉塵中有害元素在鐵前的富集。

1.2 除塵灰加工轉(zhuǎn)爐化渣劑

含鐵較高的高爐粉塵經(jīng)過多種干料混合后壓球，進(jìn)入爐窯中焙燒，或直接經(jīng)冷壓成型，作為煉鋼造渣劑使用。此技術(shù)改變了將煉鋼除塵灰等進(jìn)入燒結(jié)配料的工藝，減輕了環(huán)境污染，降低了能源消耗（原工藝需經(jīng)燒結(jié)、高爐冶煉等工序，增加了能源消耗），有效地回收了除塵灰中的鐵，還能起到化渣和降溫的作用；同時(shí)避免了除塵灰中堿金屬、重金屬等有害元素對(duì)高爐生產(chǎn)及高爐壽命的影響。

1.3 除塵灰分離法

為防止粉塵中的鋅在高爐循環(huán)富集，對(duì)于中低鋅（w（Zn）=1%～4%）粉塵，部分鋼鐵企業(yè)將含鋅粉塵通過一定的處理脫除部分鋅后，再按一定的比例用于燒結(jié)或球團(tuán)配加。

機(jī)械法和磁性選礦法是此類工藝的代表，由于鋼鐵粉塵中的鐵主要以氧化物形式存在，可采用磁選、重選等方法加以回收。碳主要以焦炭形式存在，密度較小，表面疏水而親油，可采用浮選方法進(jìn)行分離，鋅主要富集于細(xì)粒度和磁性弱的粉塵上。因此，對(duì)于中低鋅（w（Zn）=1%～4%）粉塵，采用不同的選礦工藝分離其中的鐵和碳，從而得到含鋅相對(duì)較低的鐵精礦和碳精礦以及含鋅相對(duì)較高的尾礦。

1.4 火法脫鋅

對(duì)于鋅含量較高的粉塵，一般使用火法脫鋅，我國(guó)多數(shù)為轉(zhuǎn)底爐直接還原脫鋅。轉(zhuǎn)底爐工藝是近30年才興起的直接還原技術(shù)，現(xiàn)已日趨成熟，馬鋼、萊鋼、日照鋼鐵等企業(yè)均使用轉(zhuǎn)底爐脫鋅。

轉(zhuǎn)底爐火法脫鋅是利用鋅熔、沸點(diǎn)較低的特性，將含鋅粉塵、煤粉、黏結(jié)劑混勻后造球，烘干球團(tuán)后平鋪在轉(zhuǎn)底爐環(huán)形臺(tái)車上，爐內(nèi)球團(tuán)在高溫下發(fā)生自還原反應(yīng)，得到金屬化球團(tuán)，用于轉(zhuǎn)爐；同時(shí)還原揮發(fā)的鋅在低溫區(qū)被氧化，隨煙氣進(jìn)入除塵器中被收集起來，用于煉鋅行業(yè)。

1.5 脫鉀

燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中堿金屬含量較高，而我國(guó)嚴(yán)重缺乏鉀鹽，鉀鹽儲(chǔ)量?jī)H占世界儲(chǔ)量的0.002%左右，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)采購燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰，通過浮-重選、化學(xué)反應(yīng)，有效提取了燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中的K元素制備鉀鹽。好多鋼鐵企業(yè)因燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰產(chǎn)生數(shù)量少，一般并不設(shè)鉀鹽生產(chǎn)線。

2 某鋼鐵企業(yè)粉塵綜合利用技術(shù)

國(guó)內(nèi)某鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能為300萬t/年，其除塵系統(tǒng)均采用干法除塵（重力除塵、布袋除塵、電除塵）。

2.1 除塵灰產(chǎn)生數(shù)量（見表1）

表1 除塵灰產(chǎn)生數(shù)量

2.2 除塵灰成分（見下頁表2）

2.2.1 燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰

燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3含量隨著電場(chǎng)收集順序逐漸降低，K2O、Na2O、PbO、C含量隨著電場(chǎng)收集順序逐漸升高，燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中堿金屬及重金屬含量較高，堿金屬含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）高于8%，重金屬含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）高于4%。

2.2.2 高爐煤氣除塵灰

高爐煤氣除塵灰中K2O、Na2O、ZnO、C含量較高，重力除塵灰堿金屬含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）約1%，w（ZnO）約1%、w（C）約46%，布袋除塵灰堿金屬含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）約3%，w（ZnO）約5%、w（C）約36%。

2.2.3 球團(tuán)、煉鋼除塵灰

球團(tuán)、煉鋼除塵灰有害元素含量與燒結(jié)、高爐除塵灰相比較低，但K2O、Na2O、PbO、ZnO含量均高于企業(yè)對(duì)進(jìn)廠原料有害元素的要求。

2.3 除塵灰利用情況

2.3.1 外售除塵灰

因高爐煤氣布袋除塵灰中Zn含量較高，燒結(jié)機(jī)頭電除塵中K2O、Na2O含量高，因此該鋼鐵企業(yè)選擇了外售高爐煤氣除塵灰及燒結(jié)機(jī)機(jī)頭電除塵灰。為杜絕外售除塵灰隨礦粉再次流入，該鋼鐵企業(yè)在除塵灰銷售合作方明確要求為直接生產(chǎn)商，而非貿(mào)易商。

2.3.2 除塵灰加工化渣球

煉鋼除塵灰粒度較細(xì)、親水性較差，為減小這部分除塵灰在燒結(jié)配加時(shí)對(duì)燒結(jié)正常生產(chǎn)的影響，該鋼鐵企業(yè)將煉鋼除塵灰與氧化鐵皮加工為化渣球直接加入轉(zhuǎn)爐使用，這樣不僅減小了對(duì)燒結(jié)正常生產(chǎn)的影響，而且阻斷了煉鋼除塵灰中的有害元素進(jìn)入鐵前循環(huán)富集。

生產(chǎn)的化渣球中的FeO可與CaO產(chǎn)生低熔點(diǎn)的化合物，促進(jìn)石灰熔化，對(duì)阻礙石灰熔解的硅酸二鈣外殼的形成也有顯著效果，從而達(dá)到化渣脫P(yáng)脫S的目的?；蚓哂休^合適的粒度和較大的堆密度，使復(fù)合化渣劑加入爐內(nèi)后能快速進(jìn)入渣層，同爐渣發(fā)生冶金反應(yīng)達(dá)到快速熔化的目的。其生產(chǎn)的化渣球質(zhì)量如下頁表3所示。

2.3.3 合理配加除塵灰

高爐煤氣重力除塵灰中碳含量較高，該鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)混勻礦中配加煤氣重力除塵灰。配加前，經(jīng)加濕機(jī)加濕，將水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在7%左右，在汽車配料槽中穩(wěn)定配加。球團(tuán)靜電除塵灰及環(huán)境除塵灰由球團(tuán)豎爐配加，燒結(jié)區(qū)域除塵灰被統(tǒng)一收集在混合機(jī)前粉塵配加室，經(jīng)加濕機(jī)加濕后配加。

2.4 除塵灰利用效果

通過外銷有害元素含量高的除塵灰以及控制進(jìn)廠爐料有害元素，該鋼鐵企業(yè)燒結(jié)、球團(tuán)的生產(chǎn)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期效果（見表4），高爐有害元素負(fù)荷得到了有效的控制（見表5）。

表2 煙氣除塵灰成分

表3 化渣球質(zhì)量

表4 除塵灰使用優(yōu)化后燒結(jié)機(jī)指標(biāo)

表5 高爐有害元素負(fù)荷 kg/t

3 結(jié)語

粉塵的綜合利用方法眾多，各個(gè)企業(yè)在選取綜合利用方法時(shí)要抓關(guān)鍵點(diǎn)，以不影響生產(chǎn)順行以及高爐有害元素受控為原則，根據(jù)企業(yè)自身實(shí)際情況選擇粉塵的綜合利用方法。

［1］ 佘雪峰，薛慶國(guó)，王靜松，等.鋼鐵廠含鋅粉塵綜合利用及相關(guān)處理工藝比較［J］.煉鐵，2010，29（4）：56-58.

［2］ 胡俊鴿，周文濤，趙小燕.轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝發(fā)展現(xiàn)狀［J］.冶金叢刊，2009（5）：43-46；50

［3］ 王全利.含鐵塵泥的綜合利用［J］.包鋼科技，2002（6）：75-77.

［4］ 佘雪峰，薛慶國(guó)，董杰吉，等.鋼鐵廠典型粉塵的基本物性與利用途徑分析［J］.過程工程學(xué)報(bào)，2009，9（S1）：7-12.

［5］ 陳硯雄，馮萬靜.鋼鐵企業(yè)粉塵的綜合處理與利用［J］.燒結(jié)球團(tuán)，2005（5）：42-46.

（編輯：胡玉香）

Research on Comprehensive Utilization Technology of Dust in Iron and Steel Enterprises

FANG Jinle1，2，ZHANG Zhaohui1，WANG Jianpeng2
（1.Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an Shaanxi 710055；2.Hanzhoung Iron and Steel Co.，Ltd.，Shaanxi Iron and Steel Group，Hanzhong Shaanxi 724200）

This paper briefly analyzes the impact of dust on the production of iron and steel enterprises and dust removal processing method.Taking the utilization of dust removal in domestic iron and steel enterprises as an example，this paper researches on dust quantity，dust composition，and dust utilization results.The results shows through the output of dust removal with harmful elements and control of burden with harmful elements，this enterprise achieves the desired effect of production index of sintering and pellet，and the load of harmful elements in blast furnace is controlled effectively.

dust removal，harmful elements，pellet，sintering

X757

A

1672-1152（2016）05-0053-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.20

2016-08-30

房金樂（1982—），男，西安建筑科技大學(xué)在職碩士研究生，長(zhǎng)年從事冶金企業(yè)粉塵研究、鋼鐵行業(yè)新技術(shù)研究工作，工程師。