曾慶煒 張永旭

(通鋼股份有限公司 吉林通化 134003)

0 引言

隨著新環(huán)保法的實(shí)施，環(huán)保治理力度加大，鋼鐵行業(yè)的利潤持續(xù)下降，冶金固體廢物資源綜合利用是我國鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、降本增效、提高鋼企競爭力的有效途徑。轉(zhuǎn)爐塵泥具有粒度細(xì)(5～74.6 μm)、含鐵量高(TFe約50%)的特點(diǎn)，是寶貴的二次資源，對其進(jìn)行有效的回收利用，可以消除環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)的低排放環(huán)保要求[1]。通鋼年產(chǎn)生約10余萬t鋼廠粉塵(主要為OG泥、煉鋼除塵灰、煉鋼氧化鐵皮等)，目前處理污泥采用長流程模式，因煉鋼污泥含鐵量較高，經(jīng)擠壓脫除部分水分后加到燒結(jié)配料中使用。但OG泥在運(yùn)輸時(shí)污水容易流到道路上，煉鋼除塵灰運(yùn)輸時(shí)容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，使鋼廠環(huán)境受到污染。煉鋼OG泥含水高，煉鋼除塵灰粒度細(xì)，在燒結(jié)配料中會使燒結(jié)料透氣性變差，降低通過料層的有效風(fēng)量，影響垂直燒結(jié)速度，降低燒結(jié)礦品質(zhì)。隨著污泥脫水技術(shù)的發(fā)展，將煉鋼污泥配加添加劑制作成冷壓球，返還給煉鋼做轉(zhuǎn)爐化渣劑和冷卻劑使用的技術(shù)已日趨成熟。

1 冷壓球化渣理論基礎(chǔ)

1.1 吹煉初期加入冷壓球化渣脫磷

(1)加快成渣。因冷壓球中含鐵量較高，在轉(zhuǎn)爐吹煉初期加入冷壓球就增加了初期渣中的FeO含量。由于渣中FeO含量高，渣的流動(dòng)性好，F(xiàn)eO與能與石灰形成鐵酸鈣低熔點(diǎn)化合物，使石灰熔解。并且能阻礙石灰與渣中SiO2生成難熔解2CaO·SiO2，也有利于石灰熔解。再加上冷壓球團(tuán)帶入的一部分CaO，降低石灰的消耗量，加快成渣速度。

(2)提高吹煉初期的脫磷效果。轉(zhuǎn)爐脫磷主要是在吹煉初期，主要條件有3個(gè):高堿度(R)、高氧化性(高FeO)、低溫。在轉(zhuǎn)爐吹煉初期爐內(nèi)溫度較低，滿足低溫條件。冷壓球的加入增加了渣中的FeO含量，滿足了爐渣高氧化性條件。加速了石灰(CaO)的熔解，滿足了爐渣高堿度條件。轉(zhuǎn)爐脫磷的3個(gè)主要條件都滿足，促進(jìn)了脫磷的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。脫磷的化學(xué)反應(yīng)式為

2P+5FeO+4CaO→4CaO·P205+5Fe

1.2 吹煉中期加入冷壓球化渣

在轉(zhuǎn)爐吹煉的中期加入冷壓球，能增加渣中的FeO含量，能有效地促進(jìn)爐渣的熔化，減少利用調(diào)節(jié)槍位來生成FeO的負(fù)擔(dān)，能夠彌補(bǔ)由于吹煉中期碳氧反應(yīng)激烈消耗大量的FeO，而導(dǎo)致渣中FeO不足的問題。使用冷壓球以后，能保證渣中的氧化鐵滿足冶煉的需要。這樣能夠有效地減少被氧氣氧化生成的氧化鐵的鐵水量，減少鐵水的吹損，降低金屬料消耗。

1.3 吹煉后期加入冷壓球防止回磷

在轉(zhuǎn)爐吹煉后期加入冷壓球能增加渣中的FeO含量，同時(shí)冷壓球能作為冷卻劑降低爐內(nèi)溫度，促使脫磷反應(yīng)向正向進(jìn)行，防止高溫回磷現(xiàn)象的發(fā)生。

2 通鋼冷壓球原料及條件

煉鋼冷壓球?yàn)閼?yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的副原料，其成分的要求主要體現(xiàn)在滿足冶煉工藝的需要，滿足生產(chǎn)工藝的配比，對比礦石使用效果相當(dāng)或者類似。針對煉鋼冷壓球的原料特性，主要體現(xiàn)在鐵含量、雜質(zhì)元素及成渣物質(zhì)等方面，要求在其使用中具有一定的鐵含量、較低的雜質(zhì)元素和一定的造渣能力。生產(chǎn)工藝的配比對冷壓球的要求，主要體現(xiàn)在達(dá)到資源利用最大化，具有一定的堿度，利于冶煉反應(yīng)和化渣。

將通鋼煉鋼轉(zhuǎn)爐泥(OG泥)、煉鋼氧化鐵皮、煉鋼二次除塵干灰、水處理油泥混合并添加軋鋼氧化鐵皮，提高鐵含量，經(jīng)過配料后的含鐵量達(dá)50%，可作為冷壓球的原料。選擇冷壓球技術(shù)，將冷壓球作為轉(zhuǎn)爐冷卻劑和化渣劑使用，同時(shí)滿足在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程，噸鋼添加20 kg冷壓球的條件。通鋼冷壓球塵泥具體成分見表1。

表1 通鋼冷壓球塵泥成分 %

通鋼煉鋼轉(zhuǎn)爐泥(OG泥)、煉鋼除塵灰、煉鋼氧化鐵皮、軋鋼氧化鐵皮、水處理油泥每年產(chǎn)量約10.39萬t(濕基)，建設(shè)一條10萬t/a含鐵塵泥制備冷壓球團(tuán)生產(chǎn)線。通鋼冷壓球塵泥年產(chǎn)量見表2。

表2 通鋼冷壓球塵泥年產(chǎn)量 t(濕基)

3 通鋼冷壓球工藝流程

3.1 冷壓球工藝流程

將煉鋼工序經(jīng)壓濾過的OG泥和水處理油泥運(yùn)至廠區(qū)的晾曬場地晾曬，晾曬至含水率<15%，經(jīng)過混合后通過滾筒干燥脫水處理；煉鋼二次除塵干灰通過密閉罐車運(yùn)至塵泥冷壓塊原料區(qū)，通過氣泵輸送至原料倉內(nèi)；煉鋼氧化鐵皮和粗顆粒通過自卸車運(yùn)至冷壓塊原料區(qū)料倉內(nèi)。干燥后的OG泥、水處理油泥和煉鋼除塵灰、煉鋼氧化鐵皮、粗顆粒按照一定比例分別通過螺旋稱重機(jī)稱重配料后，與粘結(jié)劑進(jìn)入輪碾機(jī)壓實(shí)混勻，然后進(jìn)入壓密機(jī)進(jìn)一步壓實(shí)，最后再經(jīng)對輥壓球機(jī)壓塊、篩分，得到合格的球團(tuán)，篩下粉料返回緩沖料倉再次進(jìn)行壓球。合格的球團(tuán)送入烘干機(jī)進(jìn)行干燥，使生球含水率降到2%以下后即為成品，再由皮帶機(jī)送至成品堆場，根據(jù)需要通過汽車送至煉鋼爐料區(qū)。

粘結(jié)劑由專用的粘結(jié)劑系統(tǒng)進(jìn)行配制和添加，整套冷壓塊系統(tǒng)除了各種原料晾曬和進(jìn)入料倉的過程需要人工干預(yù)外，其余部分從含鐵除塵灰配料到混合、壓球、烘干全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在正常生產(chǎn)中只需進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控即可。冷壓球工藝流程見圖1。

圖1 冷壓球工藝流程

3.2 冷壓球的性能

(1)粒度。在轉(zhuǎn)爐的冶煉過程中，熔池中的碳氧反應(yīng)生成大量的CO氣體，從轉(zhuǎn)爐的爐口流向煙罩進(jìn)入轉(zhuǎn)爐一次除塵，冷壓球如果粒度太小就會隨爐氣帶走。冷壓球的粒度在30～50 mm，才能進(jìn)入熔池，滿足煉鋼生產(chǎn)的需要。

(2)強(qiáng)度。如果煉鋼冷壓球的強(qiáng)度不足，在添加過程中會破碎成小顆粒直接被爐氣帶走，增加除塵系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，對環(huán)境造成污染。在配料里加入淀粉做粘結(jié)劑，形成固相粘結(jié)力，使冷壓球具有一定的強(qiáng)度。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，通鋼冷壓球的抗壓強(qiáng)度≥800 N，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度≥60%，完全能滿足要求。

(3) 密度。冷壓球的密度在(2.29～2.56)×103kg/m3，與轉(zhuǎn)爐爐渣密度水平接近，爐渣密度在(2.2～2.6)×103kg/m3，礦石密度在(4.8～5.3)×103kg/m3，與礦石相比，冷壓球更有利于在轉(zhuǎn)爐實(shí)際冶煉中參與渣鋼界面反應(yīng)，獲得更好的脫磷效果。

3.3 系統(tǒng)組成

(1)原料烘干系統(tǒng)。晾曬后的OG泥和水處理油泥含水率約15%，需要進(jìn)一步脫水至2%以下。采用滾筒烘干機(jī)烘干，熱源采用鋼廠凈化轉(zhuǎn)爐煤氣。

(2)配料系統(tǒng)。物料由氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)入各自料倉，其中細(xì)料下部通過平板閥接計(jì)量螺旋，冷卻水同時(shí)也加入計(jì)量螺旋，細(xì)料通過計(jì)量螺旋送至下部的輸送螺旋輸送機(jī)里，其余物料通過平板閥和星型卸灰閥進(jìn)入下部的輸送螺旋。物料分別通過計(jì)量螺旋和葉輪給料機(jī)實(shí)現(xiàn)配料，由下部的螺旋輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)給料。

(3)壓球系統(tǒng)。消化后的物料和必要的粘結(jié)劑經(jīng)過混合碾壓作業(yè)進(jìn)行充分混碾，混合后的物料進(jìn)入該設(shè)備后進(jìn)行壓塊。壓球設(shè)備是該工藝系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，由該設(shè)備最終完成壓球功能，即制取合格產(chǎn)品。該環(huán)節(jié)主要由壓密機(jī)、對輥壓球機(jī)、固定篩、返料系統(tǒng)等組成。

(4)成品球烘干系統(tǒng)。將壓好的生球均勻地平鋪在網(wǎng)帶上，被送入干燥機(jī)。生球在干燥機(jī)內(nèi)往返移動(dòng)，同時(shí)吹入熱風(fēng)，水蒸氣被排出，使生球含水率降到2%以下。

(5)除塵系統(tǒng)。除塵采用旋風(fēng)與脈沖布袋除塵相結(jié)合的方式，主要收集原料烘干系統(tǒng)和成品球烘干系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣粉塵。旋風(fēng)除塵器下部設(shè)排灰裝置，灰返回原料系統(tǒng)后循環(huán)利用。經(jīng)凈化后排放氣體的質(zhì)量濃度<20 mg/Nm3，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 實(shí)施效果

4.1綜合能耗降低

本工程主要消耗的能源種類有電、水、轉(zhuǎn)爐煤氣等。噸球單耗指標(biāo)見表3。

表3 通鋼冷壓球團(tuán)能耗

可折算出 1 t球團(tuán)耗能為37.33 kgce，相比燒結(jié)礦的平均能耗55 kgce，降低了17.67 kgce，年產(chǎn)10萬t冷壓球團(tuán)生產(chǎn)線可降低能耗1 767 tce/a。

4.2 綠色環(huán)保

(1)含鐵塵泥制備冷壓球團(tuán)的配料、混勻、壓球工序均為常溫運(yùn)作，生產(chǎn)過程無SO2和NOx產(chǎn)生。在冷壓球及原料的干燥過程中，采用凈化處理后的轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒的熱風(fēng)作為干燥熱源。轉(zhuǎn)爐煤氣基本不含SO2和NOx，本工程干燥溫度為250～300 ℃，采用低溫、低氧燒嘴燃燒，遠(yuǎn)低于NOx的生成溫度1 500 ℃。因此，該粉塵冷固結(jié)球團(tuán)生產(chǎn)線排放氣體中的SO2，NOx符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

(2)在混碾過程中采用淀粉作粘合劑，不含硫、磷等有害成分，綠色環(huán)保。

(3)生產(chǎn)流程中所有干粉進(jìn)廠采用密閉罐車將各種鋼廠干粉輸送到各自料倉,避免了二次揚(yáng)塵現(xiàn)象。

(4)車間、車輛沖洗水進(jìn)入廠區(qū)濁水循環(huán)系統(tǒng)，通過沉淀、澄清重復(fù)利用；塵泥定期清理，進(jìn)入晾曬場原料系統(tǒng)回收利用；生產(chǎn)水重復(fù)利用率達(dá)95%，減少對環(huán)境污染。

4.3 生產(chǎn)成本降低

通鋼平均年產(chǎn)鋼400萬t，燒結(jié)礦成本約690元/t，消耗燒結(jié)礦平均20 kg/噸鋼。冷壓球成本按530元/t進(jìn)行計(jì)算，用冷壓球完全代替燒結(jié)礦，年可降低成本400×0.02×(690-530)=1 280萬元。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目利用鋼廠轉(zhuǎn)爐含鐵塵泥制備冷壓球，生產(chǎn)工藝合理，設(shè)備簡單，節(jié)能減排設(shè)施完善，使含鐵固廢資源得到了較好的回收利用，符合我國鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。