轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵灰的產(chǎn)生與利用

艾曉琴

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司 二鋼軋廠，河北 宣化075100）

轉(zhuǎn)爐除塵灰是煉鋼過程中產(chǎn)生的廢棄物料，散落生產(chǎn)現(xiàn)場，不僅污染環(huán)境，而且損害職工的身體健康。隨著國家環(huán)保力度的不斷加強(qiáng)，相繼出臺全方位的環(huán)保政策和地方行政法規(guī)，加強(qiáng)環(huán)保管理，規(guī)范企業(yè)的環(huán)保行為，環(huán)保投入不斷加大，企業(yè)干部職工的環(huán)保意識不斷增強(qiáng)。煉鋼除塵灰的治理與利用勢在必行，采用先進(jìn)的技術(shù)與方法，收集、處理、利用煉鋼過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐除塵灰，變廢為寶，降低污染，同時增加了企業(yè)收益。

1 宣鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰產(chǎn)生概況

宣鋼150 t爐區(qū)采用了干法除塵系統(tǒng)的工藝，在煉鋼冶煉生產(chǎn)的過程中，由于激激的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生CO等氣體，由于轉(zhuǎn)爐冶煉加入熔劑和合金加料，在此過程中以CO氣體為主的除塵氣體夾雜著加料等產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵灰。根據(jù)宣鋼冶煉實(shí)際，噸鋼除塵灰冶煉產(chǎn)生量在15～20 kg之間[1]。干式除塵系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵粉塵灰，通過蒸發(fā)冷卻器的時候?yàn)闊掍摯址蹓m，經(jīng)過靜電除塵器之后，將大顆粒的粉塵吸附之后轉(zhuǎn)變?yōu)闊掍摷?xì)顆粒粉塵，也就是所說的轉(zhuǎn)爐除塵灰。

轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的技術(shù)在我國已經(jīng)被熟練應(yīng)用。在爐內(nèi)1 350℃左右的高溫條件下，通過預(yù)熱段和還原段之后，含碳球團(tuán)受到熱量還原，l6～21 min完成金屬化過程，這些熱量來自燃料燃燒產(chǎn)生的熱輻射，于此同時，在爐內(nèi)通過還原，生成的鋅也在高溫條件下氣化。金屬化球團(tuán)進(jìn)行生產(chǎn)時，先在轉(zhuǎn)底爐旋轉(zhuǎn)一圈，并且還要經(jīng)過螺旋出料機(jī)排出爐外，之后，由于需要降低溫度，還要在冷卻機(jī)下冷卻到100℃以下，最后將其送入成品倉。煤氣可以作為轉(zhuǎn)爐底的燃料，并且將高溫廢氣通過煙道排出去。其流程是先通過余熱鍋爐，在這里生產(chǎn)出大量的蒸汽，之后再用換熱器裝置，讓空氣在其中進(jìn)行燃燒，這時候廢氣在烘干生球，一切都完成后，這些廢氣被排入大氣中。還可以對除塵灰和泥進(jìn)行預(yù)處理。這是由于它們的含鐵量相對較低，利用率不高，并且它們中含有的有害雜質(zhì)較高，預(yù)處理后可以減少這兩個方面的問題，使高爐更加高效。

我國轉(zhuǎn)底爐直接還原處理除塵灰、泥這一先進(jìn)項(xiàng)目，發(fā)展較緩慢，目前，萊鋼和北科大合作，對這一項(xiàng)目的研究有所突破，還需要進(jìn)一步去研發(fā)利用。

2 除塵灰的產(chǎn)生

除塵灰的產(chǎn)生與燒結(jié)礦石各元素含量密不可分。燒結(jié)礦由多種礦物組成。其液相組成是決定燒結(jié)礦礦物組成的重要因素。因?yàn)橐合嗟慕M成和數(shù)量，首先取決于原材料的性質(zhì)，例如，礦物的類型，化學(xué)組成，粒度組成等。其次，它取決于燒結(jié)工藝條件，例如，碳含量、堿度、溫度、氣氛、材料層滲透性等。各種燒結(jié)礦的礦物基本相同，因?yàn)樗軆蓚€條件（原材料條件和燒結(jié)過程）的影響。燒結(jié)礦有兩種類型，即熔劑燒結(jié)礦和自熔劑燒結(jié)礦。兩種礦物的成分不同。它們主要由鐵酸鈣，磁鐵礦和鈣鈦礦組成，并含有少量其他物質(zhì)，例如石英，玻璃等。

可以在顯微鏡下觀察燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)，主要是觀察其礦物組成的各種物理性質(zhì)，例如尺寸和位置關(guān)系。這些早期燒結(jié)礦與技術(shù)的發(fā)展和條件的變化沒有明顯的區(qū)別。

根據(jù)近年來通過觀察獲得的普通燒結(jié)礦的微觀結(jié)構(gòu)，可以分為五種類型，這些結(jié)構(gòu)是侵蝕結(jié)構(gòu)、斑點(diǎn)結(jié)構(gòu)、骨架結(jié)構(gòu)、單點(diǎn)共晶結(jié)構(gòu)和顆粒結(jié)構(gòu)。在此類別中，某些磁鐵礦在顯微鏡下為噬菌斑狀晶體，并與相對較細(xì)的顆粒結(jié)合，形成噬菌斑結(jié)構(gòu)。觀察到的高堿度燒結(jié)礦，具有非常小的晶粒和圓度，其形狀被鐵酸鈣侵蝕，然后緊密連接。它們具有較大的接觸面積，并且摩擦力較大，使其結(jié)合的更緊密，更牢固，因此強(qiáng)度也非常大。最顯著的特點(diǎn)是高堿度燒結(jié)礦的侵蝕結(jié)構(gòu)，在燒結(jié)的早期，通過冷卻和結(jié)晶獲得磁鐵礦晶體，它們不會隨著其他礦物質(zhì)的進(jìn)入而改變自身結(jié)構(gòu)，它們?nèi)员３制湓嫉木w形狀，即骨架結(jié)構(gòu)。通過觀察橄欖石晶體和硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其形成過程，存在一定的差異，對應(yīng)于磁鐵礦呈點(diǎn)狀和赤鐵礦點(diǎn)狀晶體，前者由Fe3O4和CaO形成。Fe2O3SiO2體系是共晶體，但后者的共晶是通過氧化產(chǎn)生的，兩者之間有較大差異。除上述條件外，磁鐵礦在燒結(jié)過程中形成晶體。該產(chǎn)品產(chǎn)生各種形狀的晶粒，該組成為粒狀結(jié)構(gòu)。

3 除塵灰的附加值分析

3.1 噸鋼粉回收統(tǒng)計

宣鋼以轉(zhuǎn)爐干法工藝產(chǎn)生的除塵灰為研究對象，開展了轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵灰的高附加值利用效果的分析研究。

轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生的粉塵分為粗除塵灰和細(xì)除塵灰。粗除塵灰來自蒸發(fā)冷卻器除塵之后的底部，細(xì)灰是煉鋼過程中產(chǎn)生的細(xì)顆粒的煙塵。整個2019年，宣鋼煉鋼粉塵的生產(chǎn)，積累和回收將達(dá)到19～23 kg/t鋼（見圖1）。

圖1 2019年噸鋼回收除塵回收量

3.2 轉(zhuǎn)爐粉塵的化學(xué)成分（見表1）

表1 轉(zhuǎn)爐除塵灰的化學(xué)成分 %

煉鋼除塵灰的特特性：

宣鋼煉鋼產(chǎn)生的除塵灰的細(xì)粒度≤0.07 mm，其中主要成分為FeO和Fe2O3，均為鐵級。w（TFe）為45%～60%，平均值大約49%左右；其中次要成分為堿性氧化物。酸性氧化物w（SiO2）≤2.9%；Ka2O為轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵灰呈灰黑色細(xì)顆粒。轉(zhuǎn)爐粉塵的細(xì)塵為紅棕色，粒度呈現(xiàn)的更加細(xì)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69%左右。轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生的粉塵中的氧化鐵含量特別高，可以做為制備以鐵為基的防腐絕熱材料的良好原料。

4 宣鋼除塵灰粉塵利用分析

4.1 除塵灰熱壓成塊技術(shù)

熱壓成塊技術(shù)是根據(jù)除塵粉塵可燃性性的原來，利用高溫加熱使其產(chǎn)生塑性變化，經(jīng)過高壓熱壓成塊，經(jīng)過氮冷成型，到轉(zhuǎn)爐以替換冷料。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要附近其他物料，灰塵團(tuán)塊的強(qiáng)度特別的高。它可以直接用作轉(zhuǎn)爐中的冷卻材料。它是目前最廣泛使用的LT粉塵處理方法。然而，熱壓塊的生產(chǎn)需要在高溫和空氣隔離的條件下進(jìn)行，這需要較高的設(shè)備和過程控制，大量的一次性投資，苛刻的過程條件以及較高的設(shè)備故障率，這很難實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)生很長一段時間[2]。

4.2 除塵灰冷壓成塊技術(shù)

宣鋼探索利用粉煤灰和污泥中添加一些添加劑，并通過冷固化過程使轉(zhuǎn)爐渣制造劑團(tuán)塊化的冷壓成塊技術(shù)，用于轉(zhuǎn)爐渣的制造。達(dá)到增強(qiáng)爐渣的形成，提高脫磷效果，并增加脫磷率，而且其結(jié)渣效果抑制飛濺作用十分明顯。

4.3 除塵灰返礦燒結(jié)技術(shù)

宣鋼采用除塵灰返礦燒結(jié)技術(shù)，將轉(zhuǎn)爐除塵灰的利用方法加入到燒結(jié)后的混合物中，然后燒結(jié)到煉鐵高爐中進(jìn)行循環(huán)。盡管此方法不需要額外的設(shè)備，但干粉除塵灰太細(xì)且能夠自燃，不利于燒結(jié)礦的質(zhì)量控制和熱量平衡。粉塵含有有害雜質(zhì)，并且在燒結(jié)過程中難以有效地除去這些雜質(zhì)，從而使燒結(jié)添加和穩(wěn)定操作變得困難。進(jìn)入高爐后，會影響高爐的正常運(yùn)行和爐襯壽命；它的化學(xué)成分，粒徑和濕度都有很大差異。有利于燒結(jié)礦的生產(chǎn)質(zhì)量；這種方法只能回收部分含鐵粉塵。從某種意義上說，這些有價值的輔助資源還沒有得到真正地回收。因此，將粉煤灰添加到燒結(jié)成分中以進(jìn)行再循環(huán)是非常不科學(xué)的，所以宣鋼公司公司主要采用長流程法通過燒結(jié)配料回收利用實(shí)現(xiàn)廢物再利用，提升資源利用水平，提升環(huán)保效果。

4.4 附加除塵灰制備球團(tuán)技術(shù)

宣鋼經(jīng)過近10個月的附加除塵灰制備球團(tuán)技術(shù)的探索和改進(jìn)，通過添加用于煉鋼的細(xì)粉塵，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的生產(chǎn)并確保了穩(wěn)定的質(zhì)量。將轉(zhuǎn)爐干法除塵灰用于豎爐顆粒的生產(chǎn)是可行的。用量在6%以內(nèi)，可以減少對燒結(jié)生產(chǎn)的影響。然而，還存在諸如煉鋼除塵灰的質(zhì)量不穩(wěn)定，成分波動大以及在反向運(yùn)輸過程中二次灰塵過多的問題。

4.5 附加除塵灰制備燒結(jié)礦技術(shù)

宣鋼附加除塵灰制備燒結(jié)礦技術(shù)，用煉鋼散料除塵灰代替部分生石灰配燒結(jié)礦。其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)是，煉鋼散料除塵灰代替部分生石灰和石灰石配燒結(jié)礦，不影響燒結(jié)礦質(zhì)量。將散料灰代替部分石灰石，在保證燒結(jié)礦指標(biāo)的情況下，減排一定量的CO2，同時避免了廢棄的煉鋼散料灰對環(huán)境的污染。宣鋼將煉鋼散料灰配入燒結(jié)礦，實(shí)現(xiàn)煉鋼除塵灰資源化利用取得了很好的效果。

5 結(jié)語

煉鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰這一煉鋼過程中產(chǎn)生的廢棄物，可根據(jù)煉鋼工藝生產(chǎn)特點(diǎn)和除塵灰的特性，按照環(huán)保政策要求，采取科學(xué)的方法，進(jìn)行處理、回收、利用，變廢為寶，不僅改善環(huán)境質(zhì)量條件，保護(hù)職工身體健康，而且增加企業(yè)收益，達(dá)到除塵灰有效利用之目的。