秦延華　周永平

(安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼高鋅瓦斯泥綜合利用試驗(yàn)研究

秦延華周永平

(安陽鋼鐵股份有限公司)

摘要安鋼高爐瓦斯泥由于含有較高的Zn元素，給高爐操作和生產(chǎn)運(yùn)行帶來了一些不利影響。針對(duì)如何經(jīng)濟(jì)、合理地利用這些數(shù)量可觀的高鋅含鐵廢棄物，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究，在推行清潔生產(chǎn)方面做了一些有益的嘗試。

關(guān)鍵詞高爐瓦斯泥高鋅含量造球試驗(yàn)綜合利用

EXPERIMENTAL STUDY ON COMPREHENSIVE UTILIZATION OF HIGH ZINC GAS MUD IN ANYANG STEEL

Qin YanhuaZhou Yongping

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd)

ABSTRACTBecause of the high Zn element, the blast furnace gas mud has brought some negative effects to the blast furnace operation and production operation. In view of how the economic and rational use of such a considerable amount of high zinc iron containing waste, a series of experimental research are carried out in order to realize the waste to treasure. Some beneficial attempts have been made in the implementation of cleaner production.

KEY WORDSblast furnace gas mudhigher zinc contentpelletizing testcomprehensive utilization

0前言

隨著安鋼鋼鐵產(chǎn)能的提高，其冶金渣、塵泥廢棄物的產(chǎn)出量也逐年增多，若不能很好地加以利用，將會(huì)帶來資源浪費(fèi)和環(huán)保問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，安鋼每年在燒結(jié)煉鐵系統(tǒng)回收利用的含鐵廢棄物就有幾十萬噸，但仍有部分塵泥沒有達(dá)到最合理利用，僅煉鐵高爐瓦斯泥的排放量就達(dá)幾萬噸。如何經(jīng)濟(jì)、合理地利用這些數(shù)量可觀的含鐵資源，不僅是關(guān)系到保護(hù)環(huán)境、減少堆放場(chǎng)地的問題，而且還可以有效地利用其中的Fe、C、CaO等有用資源，減少原生資源的消耗，對(duì)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

高爐瓦斯泥有兩種，一次除塵泥和二次除塵泥。對(duì)于一次除塵泥，由于其含鋅量較低，大多數(shù)廠礦采取往燒結(jié)中添加的方法加以利用。對(duì)于含Zn量較高的二次塵泥(含Zn量高于1%)，如果返回?zé)Y(jié)生產(chǎn)就會(huì)造成鋅在高爐內(nèi)揮發(fā)結(jié)瘤，影響高爐的穩(wěn)定和順行。一般高爐鋅負(fù)荷要求小于0.2 kg / tFe，返回?zé)Y(jié)礦的塵泥含鋅量必須小于1%。所以高爐二次除塵泥是很難直接在燒結(jié)過程中加以利用的。目前，安鋼高爐瓦斯泥的Zn含量高時(shí)可達(dá)5%～6%以上，由于安鋼高爐瓦斯泥含有較高的Zn元素，除部分外賣，大部分都是露天堆放，不僅占用了場(chǎng)地，而且直接給環(huán)境帶來污染。所以如何經(jīng)濟(jì)、合理地利用這些數(shù)量可觀的高鋅含鐵廢棄物，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，推行清潔生產(chǎn)，對(duì)安鋼既有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益，也有巨大的社會(huì)效益。

1鋅對(duì)高爐的影響

鋅通常以氧化物或硫化物形態(tài)進(jìn)入高爐。鋅的化合物在高爐內(nèi)易被還原，并在高溫下氣化進(jìn)入煤氣而隨之上升。一部分鋅蒸氣則在高爐上部低溫區(qū)氧化后沉積，與爐料一起下降，如此周而復(fù)始地形成了高爐內(nèi)鋅的循環(huán)積累。由于大部分鋅蒸氣隨煤氣進(jìn)入煤氣清洗系統(tǒng)，其中的大部分鋅進(jìn)入了污泥，若污泥在燒結(jié)回收再利用，因?yàn)樵跓Y(jié)過程中鋅難以被脫除，于是鋅就會(huì)重新進(jìn)入高爐進(jìn)行再循環(huán)[1]。

另外，爐內(nèi)富集的鋅蒸汽會(huì)滲入爐墻并與爐襯結(jié)合，形成低熔點(diǎn)化合物而軟化爐襯，使?fàn)t襯的侵蝕速度加快。鋅蒸汽在上升過程中，氧化鋅還會(huì)冷凝粘結(jié)在上升管、下降管、爐喉及爐身上部磚襯上或上料系統(tǒng)內(nèi)表面，在這些部位形成高鋅塵垢，在條件具備時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咪\爐瘤。它不僅會(huì)破壞爐料和煤氣的正常分布，導(dǎo)致爐況失常，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使煤氣管道等設(shè)備受到損壞[2]。

2國(guó)內(nèi)高鋅瓦斯泥處理現(xiàn)狀

近年來，隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源的減少和日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，許多鋼鐵企業(yè)和科研部門開展了一些高鋅高爐瓦斯泥的回收利用研究工作，有的已付諸生產(chǎn)實(shí)踐。目前，我國(guó)鋼鐵企業(yè)對(duì)高鋅高爐瓦斯泥的利用主要有以下幾種情況:有些鋼鐵企業(yè)直接用作燒結(jié)配料或制作球團(tuán)；有些鋼企則因產(chǎn)量小，作廢棄物排棄，既污染了環(huán)境又浪費(fèi)了資源；廣東韶鋼和廣西柳鋼高爐瓦斯泥中鋅含量較高，其主要是采用火法工藝回收其中的鋅。另外，寶鋼等一些大型鋼鐵企業(yè)，則在試驗(yàn)室用浮選一磁選、磁選一浮選或重選一浮選一磁選聯(lián)合工藝處理高爐粉塵等含鐵廢棄物，可獲產(chǎn)率50%、含鐵60%的鐵精礦，同時(shí)回收產(chǎn)率16%、含碳67%的炭精粉，對(duì)單獨(dú)分離出的含鋅等塵泥再另行處理?？傊F(xiàn)階段我國(guó)對(duì)高鋅瓦斯泥的綜合利用研究工藝尚不成熟，方法也不夠完善，有待于進(jìn)一步研究，且投資較大，動(dòng)輒就數(shù)百萬元到數(shù)億元。在當(dāng)前情況下，對(duì)安鋼來說資金壓力不容小覷，用過大的投入一勞永逸地解決問題也是不現(xiàn)實(shí)的。

3安鋼高鋅瓦斯泥綜合利用試驗(yàn)

根據(jù)安鋼目前實(shí)際狀況和國(guó)內(nèi)其它企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，再綜合考慮投資問題，安鋼在高鋅高爐瓦斯泥壓制成球及應(yīng)用方面開展了一些試驗(yàn)研究。其目的主要如下：

(1)使高爐瓦斯泥中的鋅等有害元素不再進(jìn)入高爐系統(tǒng)循環(huán)富集，減輕高爐冶煉過程中鋅等有害元素的不良影響；

(2)以較少的投入達(dá)到廢棄物合理利用，綠色環(huán)保的目的。

3.1安鋼高鋅瓦斯泥的成分

安鋼高鋅瓦斯泥及煉鋼除塵灰成分化學(xué)分析，見表1。

其它一些鋼鐵企業(yè)瓦斯泥的化學(xué)成分見表2。

表1　安鋼高鋅瓦斯泥、除塵灰化學(xué)成分 　 / %

表2　國(guó)內(nèi)某些鋼鐵企業(yè)瓦斯泥的化學(xué)成分 　 / %

從表1、表2可以看出，安鋼2000 m3級(jí)高爐的瓦斯泥含鋅量為6.16%，450 m3級(jí)高爐瓦斯泥的含鋅量為5.24%，這種高鋅含量的瓦斯泥是不能被燒結(jié)直接利用的。與其它鋼企的瓦斯泥成分相比較，安鋼無論 450 m3級(jí)高爐系統(tǒng)，還是 2000 m3級(jí)高爐系統(tǒng)，高爐瓦斯泥都具有較高的鋅含量，瓦斯泥的碳含量盡管在20%左右，但也處于較 高狀態(tài)。

3.2造球焙燒試驗(yàn)及分析

目前很多鋼企利用瓦斯泥生產(chǎn)球團(tuán)，作為煉鋼所用的冷卻劑。安鋼也決定采用此工藝路線，并采用表3配比，添加一定的粘結(jié)劑，在一定壓力下壓制成球。成球后在一定溫度下進(jìn)行24 h干燥焙燒，然后化驗(yàn)其成分及檢測(cè)抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表4、表5。

表3　試樣配比　 / %

表4　試樣的化學(xué)成分　 / %

表5　試樣的抗壓強(qiáng)度　 N / 個(gè)

從表4可以看出，試樣具有較高的TFe和一定數(shù)量的SiO2、CaO和MgO，從化學(xué)成分看，試樣完全可以代替塊礦作為冷卻劑，同時(shí)又具有良好的造渣功能。但從表5抗壓強(qiáng)度可知，1#、2#和3#試樣的抗壓強(qiáng)度均難以滿足強(qiáng)度要求。從燒成球的內(nèi)部情況看，球呈未燒透現(xiàn)象，僅有表面形成了薄薄的一燒透層，具有較好的強(qiáng)度。隨后又在較高的溫度環(huán)境下對(duì)生球進(jìn)行焙燒，焙燒后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在球的表面出現(xiàn)了一定厚度的高空隙層，在球的內(nèi)部出現(xiàn)了一定的金屬鐵，但球的強(qiáng)度仍然較差。

上述試驗(yàn)表明：在目前高爐瓦斯泥含碳20%左右的情況下，利用高鋅瓦斯泥造球并高溫焙燒是很難生產(chǎn)出較高強(qiáng)度成球的。在高溫時(shí)，球表層的碳與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氣體逸出，所以表層呈蜂窩狀，在內(nèi)部碳則與三氧化二鐵發(fā)生反應(yīng)，生成了金屬鐵和氣體，同樣造成球內(nèi)部疏松，也導(dǎo)致強(qiáng)度不足?？梢姼郀t瓦斯泥成球高溫焙燒也不能滿足煉鋼添加工藝要求。

3.3冷固壓球試驗(yàn)

考慮到安鋼高鋅瓦斯泥含碳量較高、瓦斯泥球在高溫焙燒的不可行性，安鋼又在高爐瓦斯泥及其它含鐵廢棄物冷固壓球成型方面做了一些試驗(yàn)。經(jīng)過一系列試驗(yàn)及不斷優(yōu)化，最終獲得的了良好的試驗(yàn)效果。高鋅瓦斯泥成球化學(xué)成分符合煉鋼工藝要求，抗壓強(qiáng)度可達(dá)500 N/個(gè)以上，也滿足試驗(yàn)要求。具體方案如下：

(1)方案一：瓦斯泥30% +氧化鐵皮70%，外加粘結(jié)劑2%～3%，常溫干燥；

(2)方案二：瓦斯泥50% +氧化鐵皮50%，外加粘結(jié)劑3%～3.5%，常溫干燥；

(3)方案三：瓦斯泥70% +氧化鐵皮30%，外加粘結(jié)劑3.5%～4%，常溫干燥。

由于受煉鐵原燃料和高爐實(shí)際生產(chǎn)的影響，瓦斯泥成分波動(dòng)也比較大，所以瓦斯泥球的成分也會(huì)有所波動(dòng)，但根據(jù)安鋼高鋅瓦斯泥的取樣分析，其基本范圍如下：Zn >5.5%，TFe >35%，C >13%，其余成分為CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。

4高鋅瓦斯泥球的工業(yè)應(yīng)用嘗試

鑒于高爐瓦斯泥球良好的造渣性能，考慮在煉鋼過程中加以應(yīng)用。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中不僅可促進(jìn)化渣，還可充分利用其含碳量較大的發(fā)熱價(jià)值。瓦斯泥球中的碳可降低渣中TFe%含量，提高金屬收得率，碳與氧反應(yīng)放熱，可提高鋼水溫度降低鐵水比，加大廢鋼用量，有利于緩解因鐵水不足導(dǎo)致的增鋼增效難題。隨后按方案一在第二煉鋼廠3#35 t轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了十爐次高鋅瓦斯泥球入爐冶煉試驗(yàn)。添加量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體冶煉造渣情況而定，大致范圍初定為200 kg/爐次～300 kg/爐次。試驗(yàn)?zāi)康氖菍?duì)比當(dāng)前原料條件下高爐瓦斯泥球?qū)σ睙捁ば虻倪m應(yīng)性，同時(shí)分析高爐瓦斯泥球中的鋅對(duì)轉(zhuǎn)爐煙道的影響。高爐瓦斯泥球的化學(xué)成分見表6。

表6　高爐瓦斯泥球的化學(xué)成分　 / %

本次試驗(yàn)在3#轉(zhuǎn)爐Q235B鋼種進(jìn)行，同時(shí)在1#轉(zhuǎn)爐HRB335鋼種上作對(duì)比試驗(yàn)，高爐瓦斯泥球和1#轉(zhuǎn)爐污泥球在吹煉前由廢鋼斗加入，3#轉(zhuǎn)爐燒結(jié)礦由料倉(cāng)加入。鐵水、廢鋼、石灰等原材料為同期進(jìn)廠產(chǎn)品，以確保在成分基本相同的情況下對(duì)比加入高爐瓦斯泥球后在冶煉工藝、終渣成分和鋼種成分等方面的影響。

在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)爐次和對(duì)比爐次冶煉過程平穩(wěn)，均未出現(xiàn)大的噴濺，也未因高爐瓦斯泥含碳出現(xiàn)化渣不良和返干現(xiàn)象，未對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉產(chǎn)生任何不良影響。在轉(zhuǎn)爐瓦斯泥球加入量35.99 kg/t鋼的情況下，出鋼溫度滿足終點(diǎn)要求。如果減少燒結(jié)礦的用量，從渣料結(jié)構(gòu)和出鋼溫度看還可以加大高爐瓦斯泥球用量。同時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示使用高爐瓦斯泥球?qū)D(zhuǎn)爐脫P(yáng)、S影響不大，在送檢鋼樣中也沒有發(fā)現(xiàn)Pb、Zn富集的現(xiàn)象。

5結(jié)論

(1)試驗(yàn)研究表明，安鋼高鋅瓦斯泥球化學(xué)成分及抗壓強(qiáng)度能滿足煉鋼工藝要求，且煉鋼加入后，能提高鋼水溫度降低鐵水比，可加大廢鋼用量。

(2)在試驗(yàn)條件下，添加高爐瓦斯泥球?qū)D(zhuǎn)爐脫P(yáng)、S影響不大，瓦斯泥球用量還可加大。

(3)轉(zhuǎn)爐煙塵回收利用后可能會(huì)出現(xiàn)Zn的循環(huán)富集現(xiàn)象，其對(duì)轉(zhuǎn)爐煙道的影響有待進(jìn)一步研究和探索。

(4)該工藝可使安鋼高爐高鋅瓦斯泥中的鋅等有害元素不再進(jìn)入高爐系統(tǒng)循環(huán)富集，從而減輕高爐冶煉過程中鋅等有害元素對(duì)高爐冶煉的不良影響，同時(shí)以較少的投入達(dá)到廢棄物合理利用，綠色環(huán)保的目的。

6參考文獻(xiàn)

[1]王筱留.鋼鐵冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社, 1994:127-129.

[2]周巖,劉夢(mèng)華,陳偉華.淺析鋅對(duì)高爐冶煉的影響[J].通鋼科技,2003(3):22-23.

收稿日期聯(lián)系人：秦延華,高級(jí)工程師,河南.安陽(455004),安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心;：2015—8—5