超厚料層燒結(jié)條件下的鋼泥預(yù)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(lián)合特鋼有限公司，天津301500；2.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083）

0 引言

轉(zhuǎn)爐除塵廢水經(jīng)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(jià)值。在國內(nèi)長(zhǎng)流程煉鋼工序中，每噸鋼可產(chǎn)生8～20kg塵泥[1]，因而，鋼泥的高效回收利用也是非?？捎^的效益來源。當(dāng)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(jié)吸收、制作冷凝劑等[2-5]。

燒結(jié)礦是我國高爐最主要的含鐵爐料，且燒結(jié)工序具有吸收工業(yè)固廢物料的優(yōu)點(diǎn)，因此燒結(jié)工序?qū)︿撃嗟奈照紦?jù)了主導(dǎo)的地位。但是鋼泥通常容易結(jié)成大塊，直接進(jìn)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(yán)重影響燒結(jié)料層的透氣性。此外，還會(huì)影響料層中的換熱，導(dǎo)致熱量損失，難以形成充足的液相，礦石難以礦化，直接導(dǎo)致燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)惡化。

圖1 鋼泥的主要回收利用途徑

天鋼聯(lián)合特鋼采用超厚料層燒結(jié)，超厚料層燒結(jié)在節(jié)能的同時(shí)，對(duì)透氣性的控制要求格外嚴(yán)格。針對(duì)使用鋼泥可能帶來的不良影響，天鋼聯(lián)合特鋼采用了鋼泥和高爐返礦預(yù)混合工藝，通過對(duì)鋼泥的預(yù)處理，改善了燒結(jié)料制粒性能，確保了超厚料層實(shí)施過程料層透氣性的穩(wěn)定，同時(shí)也保障了燒結(jié)良好的產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)。1 鋼泥制粒特性

在工藝應(yīng)用之前，首先對(duì)天鋼聯(lián)合特鋼燒結(jié)中所配加的鋼泥進(jìn)行理化性能的檢測(cè)，并通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究了鋼泥對(duì)礦粉制粒特性的影響，以更好地掌握對(duì)鋼泥在燒結(jié)混合過程中的制粒行為。

1.1 鋼泥特性

天鋼聯(lián)合特鋼的鋼泥外觀呈暗灰色，不規(guī)則結(jié)塊狀。其化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果如表1所示。從表中可以看出，鋼泥的主要鐵品位達(dá)到58.27%，與一般鐵礦石品位相當(dāng)，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(lián)合特鋼鋼泥化學(xué)成分（wt/%）

1.2 鋼泥對(duì)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(xì)力實(shí)現(xiàn)粘結(jié)潤(rùn)濕[6]。鋼泥由于其獨(dú)特理化物性，在混合過程中加水后會(huì)對(duì)礦粉的濕容量產(chǎn)生影響，從而可能對(duì)混合料的制粒產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)采圓柱形開孔模型測(cè)量濕容量試方法，示意圖如圖2所示。

圖2 礦粉濕容量測(cè)試裝置

計(jì)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(yàn)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(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄最大數(shù)值，即礦粉的最大吸水量。通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)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(xiàn)下降的趨勢(shì)，顯然鋼泥會(huì)使含鐵料的潤(rùn)濕性變差，影響制粒效果，此外還會(huì)增大燒結(jié)混合料的阻力，可能對(duì)抽風(fēng)產(chǎn)生不利影響。

2 鋼泥預(yù)處理工藝

2.1 工藝流程

圖3為天鋼聯(lián)合特鋼鋼泥在燒結(jié)工序中的預(yù)處理過程?？梢钥吹?，在封閉料場(chǎng)內(nèi)，鋼泥料堆和高返料堆兩種物料提前進(jìn)行預(yù)混合，混合后料經(jīng)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(jīng)傳送皮帶送往配料室料倉，即完成了鋼泥與高返的預(yù)混合處理。

圖3 天鋼聯(lián)合特鋼鋼泥預(yù)處理工藝流程圖

2.2 實(shí)施效果

實(shí)施鋼泥與高返預(yù)混合處理工藝之后原料場(chǎng)預(yù)混合和過篩圖見圖4。鋼泥與高爐返礦的預(yù)混合工藝實(shí)施之后，保證了進(jìn)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(duì)制粒過程和燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)造成的不良影響。此外，保證了鋼泥和高爐返礦粒級(jí)的穩(wěn)定，這對(duì)混合料制粒性能、燒結(jié)礦性能穩(wěn)定有著重要的意義。

圖4 原料場(chǎng)鋼泥預(yù)混合、過篩現(xiàn)場(chǎng)圖

取鋼泥預(yù)處理實(shí)施前后兩個(gè)月的混合料粒度數(shù)據(jù)見圖5?？梢钥吹?，在天鋼聯(lián)合特鋼實(shí)施鋼泥預(yù)混合工藝之后，混合料粒度中＜3 mm的粒度比例出現(xiàn)明顯的下降。通常來說，燒結(jié)工序應(yīng)盡可能減少混合料中的-3 mm粒級(jí)比例，對(duì)于實(shí)施超厚料層燒結(jié)的天鋼聯(lián)合特鋼來說，-3 mm粒級(jí)比例的控制就應(yīng)該更為嚴(yán)格，否則厚料層燒結(jié)的缺點(diǎn)會(huì)通過料層透氣性被放大，從而破壞燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)。

圖5 鋼泥預(yù)混合實(shí)施前后混勻料粒度數(shù)據(jù)

表3給出了實(shí)施鋼泥預(yù)混合工藝前后的混合料粒度數(shù)據(jù)具體分析值。從分析值中可以看出，實(shí)施前后兩個(gè)月的混合料粒度-3mm粒級(jí)比例的平均值相差非常明顯，分別為46.49%和39.22%。從實(shí)施前后混合料粒度的數(shù)據(jù)方差上可以看出，實(shí)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(wěn)定性得到了大幅提升，粒度數(shù)據(jù)方差從4.4358降低到1.4496，且最大值和最小值之間的波動(dòng)也變小，制粒效果穩(wěn)定性總體得到很大提升。

表3 鋼泥預(yù)處理工藝實(shí)施前后混合料3 mm粒級(jí)分析

3 結(jié)語

鋼泥作為鋼鐵工業(yè)的固廢產(chǎn)物，已經(jīng)普遍被燒結(jié)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(zhì)量、高效益的生產(chǎn)所不容忽視的。厚料層燒結(jié)是近些年流行的燒結(jié)新工藝，在國內(nèi)燒結(jié)廠早已普遍實(shí)行，其在提高產(chǎn)量、減少固體燃耗上的作用顯著，但是厚料層燒結(jié)對(duì)燒結(jié)制粒、料層透氣性的要求更高、更嚴(yán)格。實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明鋼泥的配加對(duì)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(jié)中合理使用。

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