對(duì)煉鋼除塵灰進(jìn)行冷固造球生產(chǎn)的探索

王少峰

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限公司）

0 前言

鋼鐵冶煉煉鋼工序中會(huì)產(chǎn)生各類除塵灰，目前主要采取返燒結(jié)配料的方式對(duì)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(duì)燒結(jié)配料、高爐順行影響較大，廠區(qū)內(nèi)部堆存同時(shí)帶來(lái)儲(chǔ)存場(chǎng)地有限、物料發(fā)熱自燃等問(wèn)題。另外，按照2018 年1 月1 日實(shí)施的《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)稅法》規(guī)定，企業(yè)外排固體廢棄物應(yīng)繳納環(huán)境保護(hù)稅。

為有效解決這一問(wèn)題，安鋼某單位于2019 年2-5 月建設(shè)除塵灰冷固造球生產(chǎn)線，對(duì)部分除塵灰采取冷固造球的方法將其制備成高強(qiáng)度、高品位球團(tuán)，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(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的影響。

通過(guò)試驗(yàn)，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(qiáng)度。

1 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)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(wàn)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(jì)21 000 t/a。實(shí)際按照3 萬(wàn)t/a 的規(guī)模建設(shè)。冷固球團(tuán)的主要原料和除塵灰成分分別見(jiàn)表1、表2。

表1 冷固球團(tuán)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(chǎng)地限制等因素的影響，采用干法直接壓球方式，除塵灰不進(jìn)行預(yù)先消解。冷固球團(tuán)工藝分為原料接收、配料、混合、壓球、晾曬、成品存儲(chǔ)，工藝流程如圖1 所示。

圖1 冷固球團(tuán)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(guò)埋刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)進(jìn)入輪碾機(jī)；水、水玻璃、粘結(jié)劑等經(jīng)過(guò)計(jì)量稱重后，按照先后順序，依次加入輪碾機(jī)；上述物料經(jīng)過(guò)輪碾機(jī)充分?jǐn)嚢琛⒒靹蚝?，?jīng)過(guò)皮帶輸送進(jìn)入緩沖倉(cāng)；緩沖倉(cāng)下設(shè)皮帶，物料通過(guò)皮帶輸送進(jìn)入預(yù)壓機(jī)，經(jīng)過(guò)預(yù)壓機(jī)預(yù)壓后進(jìn)入高壓壓球機(jī)進(jìn)行壓球；高壓壓球機(jī)后設(shè)置振動(dòng)篩，對(duì)壓后產(chǎn)物進(jìn)行篩分，篩上物通過(guò)皮帶進(jìn)入料槽、晾曬存儲(chǔ)，篩下物通過(guò)斗式提升機(jī)重新進(jìn)入緩沖倉(cāng)進(jìn)行再次壓球；成品球通過(guò)裝載機(jī)進(jìn)行裝車(chē)外發(fā)；裝車(chē)前對(duì)成品球進(jìn)行再次篩分，篩上物返煉鋼轉(zhuǎn)爐使用，篩下物通過(guò)料倉(cāng)儲(chǔ)存、皮帶輸送重新進(jìn)入輪碾機(jī)，進(jìn)行再次攪拌、混勻、造球。

1.3 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

冷固球團(tuán)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 冷固球團(tuán)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

該生產(chǎn)線大量采用埋刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)等封閉設(shè)備進(jìn)行物料輸送，配合使用80 000 m3/h 風(fēng)量脈沖布袋除塵器，對(duì)物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、卸料點(diǎn)進(jìn)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(dòng)化程度較高。

該生產(chǎn)線沒(méi)有設(shè)置除塵灰消解環(huán)節(jié)，實(shí)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(yīng)后體積膨脹，導(dǎo)致成球率低、成品球強(qiáng)度不高、粉化嚴(yán)重。針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)除塵灰進(jìn)行了消解實(shí)驗(yàn)[5]。

2 除塵灰消解實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

在生產(chǎn)單位的除塵器料倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)，取兩批除塵灰樣品進(jìn)行8 組實(shí)驗(yàn)。其中，實(shí)驗(yàn)1—實(shí)驗(yàn)6 采用第1 批除塵灰，實(shí)驗(yàn)7—實(shí)驗(yàn)8 采用第2 批除塵灰。實(shí)驗(yàn)5 和實(shí)驗(yàn)6 為第1 批除塵灰敞口自然堆放48 h 后進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)用除塵灰的成分見(jiàn)表4。

表4 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫，每間隔2 min記錄一次溫度。

8 組實(shí)驗(yàn)的配水量和消解時(shí)間見(jiàn)表5，消解溫度與時(shí)間之間的變化關(guān)系如圖2 所示。

表5 配水量和消解時(shí)間

圖2 消解溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

2.2 實(shí)驗(yàn)分析

以配水后溫度達(dá)到最高值的時(shí)間作為完全消解時(shí)間。

（1）實(shí)驗(yàn)1 中，加入水分不足，除塵灰中溫度上升不明顯。

（2）實(shí)驗(yàn)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(shí)間隨著配水量的增加而增加。

（3）實(shí)驗(yàn)5、6 中，除塵灰敞口自然放置48 h 后，消解時(shí)間延長(zhǎng)，說(shuō)明除塵灰堆存過(guò)程中存在自發(fā)熱現(xiàn)象。

（4）實(shí)驗(yàn)7、8 中，將除塵灰加水減半后壓實(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，消解時(shí)間顯著降低。

（5）除塵灰水溶性較差，攪拌過(guò)程中有結(jié)塊現(xiàn)象。

（6）由于氧化鈣與水反應(yīng)會(huì)造成除塵灰體積膨脹，實(shí)驗(yàn)中除塵灰體積明顯增大。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

鑒于除塵灰料倉(cāng)中物料混合不均勻，實(shí)驗(yàn)取樣中除塵灰中氧化鈣含量有偏差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定偏差。但經(jīng)過(guò)除塵灰消解實(shí)驗(yàn)，可以定性得出以下結(jié)論：（1）除塵灰中加入適量水會(huì)發(fā)生消解反應(yīng)，溫度升高；（2）消解反應(yīng)過(guò)程中，由于氧化鈣與水反應(yīng)導(dǎo)致除塵灰體積膨脹，物料體積有明顯增大現(xiàn)象；（3）對(duì)物料進(jìn)行壓實(shí)，可減少加入水量、縮短消解時(shí)間。

3 生產(chǎn)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)除塵灰消解實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，現(xiàn)場(chǎng)組織生產(chǎn)試驗(yàn)。固定單次進(jìn)料量（除塵灰600 kg、氧化鐵皮280 kg），通過(guò)控制水和粘結(jié)劑的加入量和輪輾時(shí)間長(zhǎng)短，記錄物料的升溫過(guò)程。針對(duì)每組方案進(jìn)行反復(fù)多次試驗(yàn)，及時(shí)分析、優(yōu)化方案，最終形成7 組試驗(yàn)方案。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果

3.2 生產(chǎn)試驗(yàn)分析

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

（2）試驗(yàn)3 中，先加入水進(jìn)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(guò)程中，物料溫度再次上升，初始球強(qiáng)度大于100 N，24 h 后成品球粉化嚴(yán)重。說(shuō)明物料中氧化鈣沒(méi)有消解完全。

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

（4）試驗(yàn)5 中，在加入水玻璃的過(guò)程中，物料結(jié)團(tuán)，未壓制成球。

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

（6）在試驗(yàn)6 的基礎(chǔ)上，加入適量水后，對(duì)輪輾時(shí)間、溫度進(jìn)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(guò)程中溫度不再上升，最終形成試驗(yàn)7 的方案。

將試驗(yàn)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(dāng)調(diào)整加入水、水玻璃、粘結(jié)劑的量，成球率高、成球強(qiáng)度高、粉化率低，生產(chǎn)效率大大提高。

4 結(jié)論

（1）對(duì)除塵灰進(jìn)行消解處理，可以有效提高成球率和成球強(qiáng)度。

（2）在除塵灰消解過(guò)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(guò)程中，對(duì)物料進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，讓物料充分接觸、混合，可以有效縮短消解時(shí)間、減少粘結(jié)劑的使用量。