王少峰

（安陽鋼鐵集團有限公司）

摘要：介紹了煉鋼工序除塵灰冷固造球生產工藝，分析、總結了影響除塵灰冷固造球的因素。生產實踐證明，對除塵灰添加適量水分、強力混合，可以有效縮短除塵灰中氧化鈣的消解時間、降低粘結劑的使用量、提高成球率與成球強度。

關鍵詞：煉鋼；除塵灰；消解；冷固造球

0  前言  

鋼鐵冶煉煉鋼工序中會產生各類除塵灰，目前主要采取返燒結配料的方式對這些除塵灰加以循環使用，回收利用除塵灰中的TFe、C、CaO、MgO等有益成分^[1-3]。但除塵灰中所含有的Zn、K、Na等有害成分的富集對燒結配料、高爐順行影響較大，廠區內部堆存同時帶來儲存場地有限、物料發熱自燃等問題。另外，按照2018年1月1日實施的《中華人民共和國環境保護稅法》規定，企業外排固體廢棄物應繳納環境保護稅。

為有效解決這一問題，安鋼某單位于2019年2－5月建設除塵灰冷固造球生產線，對部分除塵灰采取冷固造球的方法，制備高強度、高品位球團,用于煉鋼工序作為造渣劑使用，回收除塵灰中的Fe、FeO、CaO等有益成分，改善爐渣性能，加速石灰溶化，降低氧氣、金屬和石灰消耗^[4]，有效緩解除塵灰對生產經營的影響。

通過試驗，分析、總結了影響除塵灰冷固造球的因素，采取一定措施，縮短了生產周期、減少了粘結劑的使用量、提高了成球率與成球強度。

1   生產工藝簡介

1.1 主要原料

該工藝以除塵灰、氧化鐵皮為主要原料，配加粘結劑為輔助材料。其中，除塵灰1.6萬t/a、氧化鐵皮按20%～25%配比約4 000 t/a、粘結劑按5%～10%配比約1 000 t/a，合計21 000 t/a。實際按照3萬t/a的規模建設。冷固球團的主要原料和除塵灰成分分別見表1、表2。

表1 冷固球團的主要原料

表2 除塵灰成分

1.2 工藝流程

受制于環保管控和場地有限等因素，采用干法直接壓球方式，除塵灰不進行預先消解。冷固球團工藝分為原料接收、配料、混合、壓球、晾曬、成品存儲，工藝流程如圖1所示。

圖1 冷固球團工藝流程

從圖1可以看出，除塵灰、氧化鐵皮按照配比稱量后，經過埋刮板輸送機、斗式提升機進入輪碾機；水、水玻璃、粘結劑等經過計量稱重后，按照先后順序，依次加入輪碾機；上述物料經過輪碾機充分攪拌、混勻后，經過皮帶輸送進入緩沖倉；緩沖倉下設皮帶，物料通過皮帶輸送進入預壓機，經過預壓機預壓后進入高壓壓球機進行壓球；高壓壓球機后設置振動篩，對壓后產物進行篩分，篩上物通過皮帶進入料槽、晾曬存儲，篩下物通過斗式提升機重新進入緩沖倉進行再次壓球；成品球通過裝載機進行裝車外發；裝車前對成品球進行再次篩分，篩上物返煉鋼轉爐使用，篩下物通過料倉儲存、皮帶輸送重新進入輪碾機，進行再次攪拌、混勻、造球。

1.3 產品質量指標

冷固球團產品質量指標見表3。

表3 冷固球團產品質量指標

該生產線大量采用埋刮板輸送機、斗式提升機等封閉設備進行物料輸送，配合使用80 000 m³/h風量脈沖布袋除塵器，對物料轉運點、卸料點進行除塵處理，外排粉塵濃度小于10 mg/Nm³。整條生產線采用PLC系統，由主控室集中控制，自動化程度較高。

該生產線沒有設置除塵灰消解環節，實際生產中，成品球中氧化鈣含量較高，氧化鈣與空氣中的水分反應后體積膨脹，導致成球率低、成品球強度不高、粉化嚴重。針對此問題，對除塵灰進行了消解實驗^[5]。

2  除塵灰消解實驗

2.1  實驗方案

在生產單位除塵器料倉現場，取兩批除塵灰樣品進行8組實驗。其中實驗1—實驗6采用第1批，實驗7—實驗8采用第2批。實驗5和實驗6為第1批除塵灰敞口自然堆放48 h后進行實驗，除塵灰成分見表4。

表4 實驗用除塵灰成分                                     %

稱取2～4 kg除塵灰，采用邊噴灑邊攪拌的形式配入一定水量，均勻攪拌5～10 min，用熱電偶放入除塵灰內部進行實時測溫，每間隔2 min記錄一次溫度。8組實驗的配水量和消解時間見表5，消解溫度隨時間變化關系見圖2。

表5 配水量和消解時間

圖2 消解溫度隨時間變化關系

2.2 實驗分析

以配水后溫度達到最高值的時間作為完全消解時間。

（1）實驗1中，加入水分不足，除塵灰中溫度上升不明顯。

（2）實驗2、3、4中，除塵灰加水均勻攪拌后自然堆放，在配水7.5%～12%的范圍內，消解時間隨著配水量的增加而增加。

（3）實驗5、6中，除塵灰敞口自然放置48 h后，消解時間延長，說明除塵灰堆存過程中存在自發熱現象。

（4）實驗7、8中，將除塵灰加水減半后壓實進行實驗，消解時間顯著降低。

（5）除塵灰水溶性較差，攪拌過程中有結塊現象。

（6）由于氧化鈣與水反應會造成除塵灰體積膨脹，實驗中除塵灰體積明顯增大。

2.3 實驗結論

鑒于除塵灰料倉中物料混合不均勻，實驗取樣中除塵灰中氧化鈣含量有偏差，實驗結果有一定偏差。但經過除塵灰消解實驗，可以定性得出以下結論：（1）除塵灰中加入適量水會發生消解反應，溫度升高；（2）消解反應過程中，由于氧化鈣與水反應導致除塵灰體積膨脹，物料體積有明顯增大現象；（3）對物料進行壓實，可減少加入水量、縮短消解時間。

3   生產試驗

3.1   試驗方案

根據除塵灰消解實驗的結論，現場組織生產試驗。固定單次進料量，采用每組進料除塵灰600 kg、氧化鐵皮280 kg，通過控制水和粘結劑的加入量和輪輾時間長短，記錄物料升溫過程。針對每組方案進行反復多次試驗，及時分析、優化方案，最終形成7組試驗方案。試驗結果見表6。

表6 生產試驗結果

3.2 生產試驗分析

（1）試驗1、2中，不添加水。輪輾過程中物料溫度上升、有冒白煙現象，物料結塊明顯，沒有壓制成球，且結塊物料24 h后粉化嚴重。

（2）試驗3中，先加入水進行輪輾，物料溫度上升、有冒白煙現象，且出現溫度下降現象；后續添加水玻璃的過程中，物料溫度再次上升，初始球強度大于100 N，24 h后成品球粉化嚴重。說明物料中氧化鈣沒有消解完全。

（3）在試驗4中，加入水玻璃后延長輪輾時間，待物料溫度不再上升后，進行冷固造球。初始球強度大于100 N，24 h后部分成品球強度大于800 N，有粉化現象。說明物料中依然含有部分氧化鈣。

（4）試驗5中，在加入水玻璃的過程中，物料結團，未壓制成球。

（5）試驗6中，適當減少水玻璃的用量。輪輾過程中物料溫度上升后回落、輪輾效果較好；初始球強度大于100 N，24 h后強度大于800 N，沒有粉化現象。

（6）在試驗6的基礎上，加入適量水后，對輪輾時間、溫度進行記錄，物料輪輾10～15 min左右，溫度上升至最高后出現回落，且加入水玻璃的過程中溫度不再上升，最終形成試驗7的方案。

將試驗7的配比作為除塵灰冷固造球生產的最終配比，根據氧化鐵皮含水量高低、環境溫度等因素，適當調整加入水、水玻璃、粘結劑的量，成球率高、成球強度高、粉化率低，生產效率大大提高。

4  結論

（1）對除塵灰進行消解處理，可以有效提高成球率、成球強度。

（2）除塵灰消解過程中，可以參考溫度變化判斷消解是否完全。

（3）除塵灰消解過程中，對物料進行強力攪拌，讓物料充分接觸、混合，可以有效縮短消解時間、減少粘結劑的使用量。

參考文獻

[1]  張一敏.球團礦生產技術[M].北京:冶金工業出版社.2005:42-43.

[2]  張向偉,廖洪強,包向軍,等.除塵灰泥集中處理及資源化利用技術[J].冶金環境保護,2007(5):32-34.

[3]  蔣新民.鋼鐵廠機頭電除塵灰綜合利用[D].湘潭:湘潭大學,2010.

[4]  王瑋，孟令和.除塵灰綜合利用技術的開發與應用[J].中國資源綜合利用,2011,29(2):23-26.

[5]  楊大兵,王永剛,喻容高,等.程潮鐵礦球團配加粘結劑試驗研究[J].武漢科技大學學報,2011,34(5):334-338.