王博
(寶鋼集團(tuán)八鋼公司煉鐵分公司)
高爐布袋除塵灰是高爐煤氣除塵過程中產(chǎn)生的含鐵粉塵,其中有害元素Zn含量高達(dá)3%以上,因Zn元素對(duì)高爐內(nèi)襯有很大的侵蝕作用,影響到高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。高爐布袋除塵灰直接配入燒結(jié)原料進(jìn)行回收利用并不是最好的方法。高爐布袋灰直接外排處理,又會(huì)嚴(yán)重環(huán)境污染[1]。為充分利用鋼鐵廠的含鐵物料,減少工業(yè)廢棄物的排放,實(shí)現(xiàn)煉鐵工序資源的綜合利用,對(duì)八鋼2500 m3高爐的布袋灰的利用途徑進(jìn)行了探索。
2012年八鋼三座2500 m3高爐年平均布袋灰比13.42kg/t,全年布袋灰總量為7.07萬t。2013年八鋼三座2500 m3高爐全年布袋灰量7.448萬t,按作業(yè)時(shí)間357天計(jì)算,每天將產(chǎn)生布袋灰量為74480÷357=210t/d。每月新區(qū)三座高爐布袋灰量為210×30=6300t。2014年A爐產(chǎn)布袋除塵灰見表1,2500m3高爐布袋除塵灰化學(xué)成分見表2。
表1 2014年八鋼A爐布袋除塵灰1~12月的產(chǎn)量
表2 八鋼2500m3高爐布袋除塵灰元素含量 %
鋼鐵廠對(duì)固體含鐵廢料盡可能回收利用,通常將高爐布袋除塵灰送至燒結(jié)作為含鐵料回收使用,但燒結(jié)礦中Zn、K、Na等元素容易在高爐內(nèi)富集循環(huán),危害高爐爐況。八鋼3#、4#430m3高爐就出現(xiàn)因Zn、K、Na金屬元素富集而發(fā)生高爐爐涼事故。2009年八鋼曾嘗試將布袋灰配入鑄鐵機(jī)脫模劑,試驗(yàn)證明脫模劑粘模效果不理想,高爐布袋除塵灰未能起到減少鑄鐵粘模的作用。
布袋灰主要加入燒結(jié)配料中進(jìn)行大量回收和利用,由于布袋灰內(nèi)有害元素對(duì)爐況的影響,高爐仍謹(jǐn)慎使用。通常,為減少對(duì)高爐的危害,將有害元素富集在燒結(jié)機(jī)頭的除塵灰定期開路出來,每月約有4000t單獨(dú)堆放無法利用。
隨著八鋼鋼鐵產(chǎn)能的逐年提高,產(chǎn)生的布袋除塵灰越來越多,帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)保壓力越來越大。目前,八鋼高爐布袋灰利用的主要途徑仍然是通過加入燒結(jié)中進(jìn)行回收,對(duì)高爐的穩(wěn)定運(yùn)行有不同程度的影響,因此,還需進(jìn)一步探索高爐除塵灰綜合利用的途徑。
為尋找高爐除塵灰回收的其它途徑,嘗試在出鐵出渣過程中投入除塵灰,使除塵灰塊隨高爐渣排出,做為高爐渣回收利用。
最初采取的布袋灰熔化試驗(yàn)是將布袋灰儲(chǔ)存在罐體內(nèi),以壓縮空氣為載體,以氧氣為助燃劑,通過噴嘴噴入鐵水主溝內(nèi),使布袋除塵灰和鐵水充分混合反應(yīng)后,形成液態(tài)高爐渣,借助撇渣器在出鐵過程中實(shí)現(xiàn)渣鐵分離(如圖1所示)。
圖1 布袋除塵灰熔化噴入攪拌裝置
在現(xiàn)場(chǎng)操作中發(fā)現(xiàn),鐵口出鐵過程中有噴濺風(fēng)險(xiǎn),噴入除塵灰漂浮在鐵水表面,無法充分混合,甚至被側(cè)吸除塵系統(tǒng)抽走,給鐵口除塵系統(tǒng)帶來壓力。為解決這個(gè)問題,將除塵灰造塊再投放。
為驗(yàn)證布袋灰造塊的尺寸對(duì)融化試驗(yàn)的效果,制作50mm×50mm×50mm的方格模具;將布袋灰與粘土按10:1的比例混和,加水?dāng)嚢瑁尤敕礁衲>咧?,待凝固快干時(shí)倒出;將造塊好的布袋灰塊用煤氣或放置在主溝蓋板上烘烤16h,然后運(yùn)至爐前主溝處,在出鐵來渣過程中用挖機(jī)扒入主溝或人工鏟入。
新區(qū)2500 m3高爐出鐵的鐵流量和測(cè)溫變化情況(見表3),分析并確定投放時(shí)間和投放量。
表3 鐵水流量和溫度變化
根據(jù)出鐵特點(diǎn),確定在鐵口打開5分鐘后,大量渣未來之前,鐵水溫度和鐵流量適宜投放。到出鐵后期,除塵管道溫度高,除塵效果差,不適宜于投放。
2013年9月4日在A高爐模擬保溫碳化稻殼投放方式,現(xiàn)場(chǎng)制作熔化試驗(yàn)。9月4日將造塊后烘干的除塵灰塊運(yùn)至主溝,以50mm×50mm×50mm的團(tuán)塊為主,含少量運(yùn)輸過程中的破損碎塊,主溝見渣后(出鐵40min)投入渣中,約12.5min即可化完,部分破碎過程中產(chǎn)生的碎末鏟入主溝隨渣流漂走,基本不影響爐前出鐵的正常作業(yè)。對(duì)鐵水溫度和生鐵成分影響不大(溫降3℃)。
高爐布袋灰顆粒較細(xì),且含有43.97%的焦粉及鋅、鉛等堿金屬,布袋除塵灰塊的熱熔化過程由灰塵燃燒和鋅高溫蒸發(fā)后氧化兩個(gè)部分組成。A高爐9月4日現(xiàn)場(chǎng)投放試驗(yàn),投入0~5min,懸浮于鐵水表面的除塵塊高溫氧化,除塵塊受熱后碎裂,發(fā)生劇烈碳燃燒反應(yīng),火和煙塵大,伴隨著鋅、鉛堿金屬的氧化揮發(fā)。隨著燃燒持續(xù),碳粉燃燒、氧化,堿金屬等氧化后揮發(fā)產(chǎn)生的白煙塵持續(xù)10min。一次投放量少于1t,PT>1470℃,Si<0.60%,渣鐵流動(dòng)性良好。出鐵時(shí)間超過30min見渣,在出渣過程中溶化的除塵塊隨渣沖走。
通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤取樣,鐵水及熔渣化驗(yàn)成分見表4,表5。
根據(jù)表4、表5分析數(shù)據(jù)可以看出:投放除塵灰塊后,高爐布袋除塵灰中的碳元素完全燃燒,不影響高爐出鐵過程,投放前后鐵水成分及爐渣成分變化不大。
熔化中必須保證除塵灰塊干燥,且在主溝來渣后投放較安全。熔化過程中煙塵大,為防止煙塵外排,必須保證除塵能力足夠大。通過多次的融化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),布袋除塵灰直接熔化在出鐵見渣后投放較安全。一次投放1t以下對(duì)鐵水和爐渣成分以及出鐵出渣影響不大。
通過試驗(yàn)計(jì)算:按每次出鐵消耗1t除塵灰計(jì)算,每月三座高爐通過該方式可消耗約1000t布袋除塵灰。試驗(yàn)證明,通過該方式可以將單獨(dú)堆放富集了有害元素的除塵灰回收利用,且不影響高爐的生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。
在八鋼新區(qū)2500 m3高爐進(jìn)行的將布袋除塵灰造塊投入高爐出鐵出渣中進(jìn)行熔化回收的試驗(yàn),是利用出鐵中熔渣鐵水物理熱燃燒來熔化除塵塊,不需要額外的燃料消耗,通過減少除塵灰的排放,減少對(duì)環(huán)境的污染。試驗(yàn)結(jié)果表明,這種回收方式對(duì)高爐出鐵出渣不會(huì)造成影響,并能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益,為高爐除塵灰的利用提供了新思路。
[1]王傲松.高爐布袋除塵灰的基礎(chǔ)性能與應(yīng)用研究.P19,山東大學(xué)碩士學(xué)位論文.20090420.
[2]佘雪峰等.冶金粉塵中鋅、鉛及堿金脫除行為.第十六屆反應(yīng)工程學(xué)會(huì)議論文集.