循環(huán)物料綜合利用工藝探討研究

張樹(shù)剛，馬建軍，孫 浩，王 浩，朱順華，董 蓓，師 平，豐興國(guó)

（天津鐵廠有限公司，河北056404）

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展進(jìn)程，地球的礦產(chǎn)資源不斷地開(kāi)采和利用，高品位的含鐵礦產(chǎn)越來(lái)越少，同時(shí)也產(chǎn)生了越來(lái)越多的冶金含鐵固廢，其中鐵含量可達(dá)到一些普通鐵礦中的含量標(biāo)準(zhǔn)。 因此，冶金含鐵固廢如何有效回收利用是解決冶金行業(yè)環(huán)境問(wèn)題和綠色發(fā)展問(wèn)題的關(guān)鍵。

目前天鐵公司煉鐵、煉鋼、熱軋等工序每天會(huì)產(chǎn)生大量的各類除塵灰、微粒渣鋼、瓦斯灰等含鐵固廢（下面統(tǒng)稱“ 循環(huán)物料”），這些循環(huán)物料的含鐵量在30～50%，若不回收有效利用，會(huì)造成巨大的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)對(duì)環(huán)境造成惡劣的影響。 針對(duì)這一情況，天鐵公司開(kāi)展了循環(huán)物料綜合回收利用工藝試驗(yàn)研究，探討使用燒結(jié)系統(tǒng)處理這些循環(huán)物料的工藝技術(shù)，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，平穩(wěn)、有序消耗這些循環(huán)物料，使燒結(jié)生產(chǎn)消耗循環(huán)物料的量與各生產(chǎn)工序產(chǎn)生量達(dá)到平衡的狀態(tài)。

1 循環(huán)物料的綜合利用

天鐵公司燒結(jié)生產(chǎn)一直在穩(wěn)定的消耗著煉鐵的除塵灰，擁有豐富的配用經(jīng)驗(yàn)，但要對(duì)這些多品種循環(huán)物料進(jìn)行綜合消耗，還是存在很多難題。 各種循環(huán)物料含鐵品位差異、 微量元素差異很大，且含量不穩(wěn)定； 另外各種除塵灰中有害元素含量高、粒級(jí)過(guò)細(xì)、不易溶于水、不易混勻造球，若盲目大量使用勢(shì)必會(huì)造成燒結(jié)礦產(chǎn)量及質(zhì)量下降，而少量使用又無(wú)法解決循環(huán)物料過(guò)剩的困境。 若想最大限度持續(xù)、穩(wěn)定消耗循環(huán)物料，必需要根據(jù)各品種循環(huán)物料含鐵量進(jìn)行分類，通過(guò)工藝改進(jìn)將這些循環(huán)物料含鐵量進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，使燒結(jié)混合料達(dá)到成分穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，滿足燒結(jié)成分需求。

1.1 料場(chǎng)機(jī)械混勻配加

若場(chǎng)地有限，同時(shí)不想投入過(guò)多成本，可以通過(guò)汽車運(yùn)輸除塵灰，在單一品種料堆場(chǎng)地用鏟車進(jìn)行機(jī)械混勻，然后直接通過(guò)料場(chǎng)皮帶運(yùn)輸?shù)搅蟼}(cāng)，通過(guò)控制配比，小配比（3～5%）用量使用，每天可額外消耗200～500 噸除塵灰或其他循環(huán)物料。

優(yōu)勢(shì)是：在降低燒結(jié)成本的同時(shí)，能增加含鐵固廢的消耗。

不足是：只能單一消耗一種循環(huán)物料，且由于成分波動(dòng)影響配用量，配用量一旦增加，燒結(jié)礦質(zhì)量難以保證。

1.2 混合機(jī)混勻配加

天鐵公司在2019 年底使用已停產(chǎn)的崇鋼燒結(jié)混配系統(tǒng)，對(duì)多品種循環(huán)物料通過(guò)配料圓盤(pán)、電子皮帶秤及混合機(jī)進(jìn)行混勻，形成單一的循環(huán)物料送往料場(chǎng)供一燒配料使用。

優(yōu)勢(shì)是： 可以即時(shí)調(diào)整配比和增加含鐵固廢品種，同時(shí)經(jīng)過(guò)混合機(jī)混勻后，成分更加穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)更加合理，可增加燒結(jié)使用崇鋼混合粉的配比，有利于加快消耗全公司含鐵固廢。 崇鋼混合粉配比見(jiàn)表1。

不足是：崇鋼距離天鐵料場(chǎng)有一段距離，用汽車往返運(yùn)輸成本較高，且在崇鋼對(duì)循環(huán)物料混勻加工成本也不低，對(duì)于燒結(jié)成本較為不利，且受公路運(yùn)輸限制。 由于加大使用量，造成全力運(yùn)輸僅僅能滿足一燒使用，出現(xiàn)堵車卸料不及時(shí)、車輛不足時(shí)會(huì)造成無(wú)法滿足燒結(jié)用量需求。

1.3 料場(chǎng)混勻配加

表1 崇鋼混合粉配比（2019.12.21）

天鐵公司二料場(chǎng)配有混勻料場(chǎng)，料場(chǎng)經(jīng)過(guò)重新科學(xué)布局調(diào)整，充分利用混勻料場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，二料場(chǎng)已具備為四燒堆料的同時(shí)為一燒混堆循環(huán)物料混合料。 這樣在保證前述優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，節(jié)省了大量崇鋼混合料的加工和運(yùn)輸費(fèi)用，在少投入的同時(shí)，可以根據(jù)一燒原料結(jié)構(gòu)增加多種含鐵料品種配加適量的循環(huán)物料，更好的降低燒結(jié)礦成本。 通過(guò)不斷調(diào)整一燒混勻料堆配比結(jié)構(gòu)，不斷消耗循環(huán)物料，使循環(huán)物料與燒結(jié)生產(chǎn)外采含鐵料消耗達(dá)到穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。 這樣就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的配比，滿足循環(huán)物料穩(wěn)定、科學(xué)消耗，為增加低成本含鐵料種類，降低燒結(jié)成本有效拓展了空間。 一燒使用混勻粉配比如表2 所示。

1.4 鋼泥配加系統(tǒng)

表2 一燒使用混勻粉配比

天鐵公司成功開(kāi)發(fā)了燒結(jié)混勻制粒系統(tǒng)配加鋼泥工藝，通過(guò)多級(jí)泵站與管道輸送相結(jié)合的技術(shù)，將煉鋼區(qū)鋼泥輸送至燒結(jié)混勻制粒系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)鋼泥由煉鋼到燒結(jié)區(qū)域的連續(xù)、 穩(wěn)定的供給。這項(xiàng)技術(shù)的綜合運(yùn)用，在保證了燒結(jié)混合料水分穩(wěn)定性同時(shí)，充分利用了鋼泥良好的粘結(jié)性，提高了混合料成球率和生球強(qiáng)度。 鋼泥回收、輸送、配加與燒結(jié)本身的生產(chǎn)系統(tǒng)的有效銜接，不影響原燒結(jié)系統(tǒng)正常生產(chǎn)。

2 工藝配套技術(shù)改造

2.1 提升燒結(jié)垂直燃燒速度

隨著循環(huán)物料逐步增加，對(duì)燒結(jié)工藝生產(chǎn)勢(shì)必會(huì)造成一定的負(fù)面影響，由于循環(huán)物料中有害元素（尤其是除塵灰）較多、粒級(jí)過(guò)細(xì)、不易溶于水、不易混勻造球，在含鐵料混勻制粒過(guò)程中，需要適當(dāng)提高混勻料水分保證成球率。 當(dāng)燒結(jié)混合料通過(guò)點(diǎn)火器后，料層上部物料中的水分遇熱蒸發(fā)，達(dá)到燒結(jié)料層下部低于露點(diǎn)溫度時(shí)凝結(jié)，使下部物料含水量過(guò)高而形成過(guò)濕層，又由于循環(huán)物料含量過(guò)高，混合料小球易破碎，最終導(dǎo)致燒結(jié)料層透氣性惡化。燒結(jié)透氣性能變差，直接影響燒結(jié)垂直燃燒速度，從而影響燒結(jié)產(chǎn)能。

針對(duì)這一情況，可以通過(guò)一定的技術(shù)改造提升燒結(jié)垂直燃燒速度，例如增設(shè)松料器、平料網(wǎng)、料面壓孔裝置等等。 天鐵通過(guò)多種改造相結(jié)合的方式，重點(diǎn)研究了自旋式料面錐形壓孔裝置的應(yīng)用，在松料器和布料器之后，安裝一種自旋式料面錐形壓孔裝置。 通過(guò)對(duì)成型的燒結(jié)料面打孔，提高燒結(jié)透氣性，從而加快燒結(jié)垂直燃燒速度，提高燒結(jié)機(jī)機(jī)速，提升燒結(jié)產(chǎn)能。

其工作原理為：通過(guò)燒結(jié)機(jī)運(yùn)行，料面移動(dòng)帶動(dòng)圓輥旋轉(zhuǎn)，圓輥旋轉(zhuǎn)使錐形狼牙插入燒結(jié)料面，形成適宜的透氣孔。 混合料在逐步向下進(jìn)行燒結(jié)過(guò)程，可針對(duì)料面透氣性不同壓出不同的透氣孔，使混合料的透氣性提高且均勻，從而加快燒結(jié)垂直燃燒速度，縮短燒結(jié)時(shí)間。

2.2 提升燒結(jié)混合料溫度

燒結(jié)工序配加鋼泥以后，由于鋼泥的特性，使其配入混合料后容易造成混合料粒度兩級(jí)分化，直接影響料層中的換熱，導(dǎo)致熱量損失過(guò)大，難以形成足夠的液相，致使燒結(jié)產(chǎn)量指標(biāo)惡化。目前國(guó)內(nèi)燒結(jié)廠主要是通過(guò)提高混合料溫度來(lái)解決熱量損失造成的燃耗升高的難題，一般大都在混合機(jī)通蒸汽、提高配水溫度等措施來(lái)提升混合料溫度，可提升料溫到50～55 ℃之間。 此工藝雖然可以提升料溫，但未能達(dá)到燒結(jié)最佳需求料溫，還有很大的提升空間。

理論上，在混合料預(yù)熱的位置越接近燒結(jié)機(jī)，需求的熱量就越少，同時(shí)預(yù)熱效果也越明顯。 因此燒結(jié)廠在一混加高溫?zé)崴投旒诱羝耐瑫r(shí)，又在燒結(jié)機(jī)混合料礦倉(cāng)安裝了三段式提高料溫蒸汽加熱裝置。 其工作原理為：通過(guò)汽液分離器分離后的干蒸汽進(jìn)入礦槽頂部，通過(guò)三段式提高料溫蒸汽加熱裝置進(jìn)入礦槽底部，再通過(guò)蒸汽噴射口對(duì)燒結(jié)混合料進(jìn)行蒸汽預(yù)熱。 該技術(shù)對(duì)燒結(jié)提產(chǎn)降耗有很好的促進(jìn)作用。

（1）通過(guò)汽液分離器脫水的干蒸汽，從蒸汽噴射口噴出，形成高速蒸汽流，對(duì)混合料進(jìn)行預(yù)熱；蒸汽通過(guò)布料圓輥逐步向下，與混合料對(duì)流傳熱，將熱量傳給燒結(jié)混合料；由于熱交換位置位于混合料中心部位，蒸汽能充分與混合料接觸，熱交換效果好，熱利用率可達(dá)95%以上，混合料溫度可提高到80～85 ℃（見(jiàn)表3）。

表3 各階段混合料升溫技改內(nèi)容及效果

（2）由于混合料預(yù)熱后直接進(jìn)入燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)工序，降低了預(yù)熱混合料的需求熱量，同時(shí)又減少了皮帶運(yùn)輸過(guò)程中混合料的熱量損失，節(jié)省了燒結(jié)燃料消耗。

（3）這項(xiàng)改造不但提溫效果好、熱利用率高、提產(chǎn)效果明顯，而且安全可靠，操作方便，維修和更換快速便捷。

3 實(shí)施效果

天鐵公司燒結(jié)廠自開(kāi)展循環(huán)物料綜合回收利用工藝試驗(yàn)研究以來(lái)，共計(jì)消耗除塵灰4.3 萬(wàn)噸，微粒渣鋼9.1 萬(wàn)噸，氧化鐵皮15.9 萬(wàn)噸，瓦斯灰5.7 萬(wàn)噸，鋼泥1.6 萬(wàn)噸。 在燒結(jié)礦質(zhì)量略有提升（見(jiàn)圖1）和生產(chǎn)順行的前提下，大量的消耗了循環(huán)物料，解決了前期循環(huán)物料過(guò)剩的難題，同時(shí)又降低了燒結(jié)礦成本，16 個(gè)月為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益15463.92 萬(wàn)元。

圖1 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)調(diào)指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)循環(huán)物料綜合利用工藝課題的重點(diǎn)攻關(guān)，成功的消耗了天鐵公司長(zhǎng)期積存的循環(huán)物料，并使其達(dá)到穩(wěn)定、均衡的消耗。 在降低循環(huán)物料對(duì)燒結(jié)造成的不利影響同時(shí)，有效的降低了燒結(jié)礦生產(chǎn)的原、燃料消耗，即改善了企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，又為企業(yè)創(chuàng)造了效益。

目前我國(guó)冶金固廢綜合回收利用還處于起步發(fā)展階段，冶金固廢資源化利用的途徑會(huì)越來(lái)越多，隨著政策的推動(dòng)和技術(shù)的進(jìn)步，天鐵的冶金固廢資源化利用程度將不斷提高，真正實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。