陳先利,王 南,姜振強(qiáng),楊俊鋒,陳衛(wèi)強(qiáng),唐麗霞
(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 安陽 455000)
摘 要:電爐煉鋼除塵灰含有 Fe、FeO、CaO 等有益成分,通過對除塵灰進(jìn)行冷固壓球的辦法,制備高強(qiáng)度、高品位球團(tuán)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣劑使用,改善爐渣性能,加速石灰溶化,降低氧氣、金屬和石灰消耗,在轉(zhuǎn)爐煉鋼中取得良好的冶煉效果,探索出一種循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。
關(guān)鍵詞:煉鋼;電爐;除塵灰;冷固球團(tuán);循環(huán)經(jīng)濟(jì)
隨著國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的明確要求,鋼鐵企業(yè)將在生產(chǎn)過程中的國體廢棄物進(jìn)行再生利用,探索企業(yè)內(nèi)部特征廢物工序協(xié)同處置技術(shù)路徑,即在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中,資源不是枯竭,而是重復(fù)使用,產(chǎn)品的最終歸宿不是浪費(fèi),而是進(jìn)一步的產(chǎn)品。某公司積極響應(yīng)國家號召,率先在國內(nèi)推廣先進(jìn)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)工藝技術(shù),建立固態(tài)廢棄物循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)鏈。特別是第一煉軋廠100 t 電爐復(fù)產(chǎn)后,產(chǎn)能達(dá)到 85 萬 t/a 以上,在冶煉生產(chǎn)過程中將會產(chǎn)生約 1.1 萬 t/a 的干法除塵灰,數(shù)量巨大,循環(huán)利用經(jīng)濟(jì)建設(shè)迫在眉睫。
目前,國內(nèi)鋼企大多采取返回原料場或燒結(jié)工序利用電爐除塵灰,大循環(huán)處置不僅增加工序能耗,還增加了企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行成本,環(huán)保方面也面臨較大的壓力。若按照危廢處置,隨著環(huán)保管控力度的加大,危廢處置的標(biāo)準(zhǔn)也大大提高,高達(dá)3 500 元/t,占電爐噸鋼生產(chǎn)成 本約 (40 ~50)元,處理工藝為無害化處理后填埋,未能使除塵灰中的鐵、鋅等元素實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用。同時(shí),由于電爐除塵灰中 Zn、K、Na 等有害成分含量較高,用于燒結(jié)配料對系統(tǒng)運(yùn)行影響較大。在此情況下,為保證電爐煉鋼生產(chǎn)的順行,電爐除塵灰只得采取在廠區(qū)內(nèi)部存放,帶來儲存場地有限及物料發(fā)熱自燃等問題。為有效解決當(dāng)前電爐除塵灰存在的問題,采取對除塵灰進(jìn)行冷固壓球的辦法,制備高強(qiáng)度、高品位球團(tuán)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣劑使用,走小循環(huán)道路,減少工序,及時(shí)內(nèi)部消化產(chǎn)生的除塵灰,并可回收除塵灰中的 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,在轉(zhuǎn)爐煉鋼中取得良好的冶煉效果。
基于以上情況,參照國內(nèi)外為數(shù)不多的電爐除塵灰現(xiàn)有處理技術(shù)方法[1-5],開發(fā)電爐除塵灰冷固球團(tuán)技術(shù),以在較短時(shí)間內(nèi)解決電爐除塵灰內(nèi)部循環(huán)利用、實(shí)現(xiàn)環(huán)保無害化處置為根本目的,解決除塵灰儲運(yùn)過程中的環(huán)境問題,促進(jìn)氧化鐵皮等含鐵原料的內(nèi)部使用,同時(shí)有效地降低除塵灰外排處置成本,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
1 電爐除塵灰的概況
100 t 電爐復(fù)產(chǎn)后,所產(chǎn)生的除塵灰包括布袋除塵灰和沉降室除塵灰兩部分,其中電爐布袋除塵灰量約 14 kg/t 鋼,沉降室灰約 6 kg/t 鋼。按年產(chǎn) 85 萬 t 鋼 (加部分鐵水) 計(jì)算,每年約有 1.1萬 t 布袋除塵灰,0.5 萬 t 沉降室灰。電爐除塵灰的主要成分見表 1 所示。
2 電爐除塵灰冷固球團(tuán)技術(shù)
2.1 原料
以電爐除塵灰、氧化鐵皮為主要原料,配加粘結(jié)劑為輔助材料。主要原料情況為表 2 所示。
2.2 工藝技術(shù)參數(shù)
處理物料量:約 3 萬 t/a (干基);
年作業(yè)時(shí)間:7 200 h/a;作業(yè)率:82.2%;
產(chǎn)品方案:冷固球團(tuán)約 3 萬 t/a;
成品規(guī)格及成份:TFe 50%~60%,CaO 5%~ 10%,SiO2 1.5%~2.5%;
成品球外形尺寸: (準(zhǔn)40~準(zhǔn)50) mm (橢圓球形);
單球強(qiáng)度:≥800 N。
轉(zhuǎn)爐消耗量:按照目前相關(guān)技術(shù)資料介紹[6-13],冷固球團(tuán)轉(zhuǎn)爐消化量可以達(dá)到 (22~25) kg/t 鋼,考慮到轉(zhuǎn)爐煉鋼對冷固球團(tuán)應(yīng)用技術(shù)的推廣、適應(yīng)、消化情況,最低消化量應(yīng)當(dāng)不低于 (8~10) kg/t 鋼。按 60 萬 t/月鋼產(chǎn)量,以噸鋼消耗 10 kg 球團(tuán)計(jì)算,冷固球團(tuán)使用量為 6 000 t/月,年使用量7.2 萬 t,所產(chǎn)生的冷固球團(tuán)可以得到全部消化。
2.3 工藝原理
按比例將氧化鐵皮、除塵灰等原料通過添加粘結(jié)劑混合均勻,采用冷壓粘結(jié)固化成型工藝,經(jīng)過壓球機(jī)生產(chǎn)冷固球,然后篩分、烘干或晾干,即成為成分均勻、粒度均勻、強(qiáng)度好的冷固球團(tuán)。
3 生產(chǎn)工藝流程及設(shè)施
電爐除塵灰冷固球團(tuán)生產(chǎn)工藝流程為:原料接收、配料、混合、壓球、烘干、成品存儲發(fā)運(yùn)等,主要工藝流程見圖 1 所示。
根據(jù)流程的特點(diǎn),從工藝上可劃分為以下幾個(gè)系統(tǒng):
1) 原料系統(tǒng):原料系統(tǒng)包含原料的接收、存儲、配料。所需除塵灰通過吸排車送至接收倉,接收倉頂設(shè)粉塵接收裝置。所需氧化鐵皮通過自卸車運(yùn)至車間現(xiàn)場,經(jīng)篩分后,篩下物進(jìn)入氧化鐵皮配料倉,篩上物作為廢鋼原料返煉鋼。選擇適用的粘結(jié)劑,設(shè)置粘結(jié)劑存儲倉。除塵灰、氧化鐵皮等原料倉下設(shè)配料計(jì)量膠帶輸送至原料集合刮板機(jī),通過刮板機(jī)輸送至輪碾機(jī),粘結(jié)劑也通過稱量皮帶卸至集合刮板機(jī),與除塵灰、氧化鐵皮一道進(jìn)入輪碾機(jī)加水混合;
2) 混合壓球系統(tǒng):混合壓球系統(tǒng)包括原料的混合、輪碾和高壓壓球。原料經(jīng)配料送至車間內(nèi)的混合料緩沖倉,通過星型給料器給入輪碾機(jī),經(jīng)輪碾機(jī)混合均勻后卸料,輸送至壓球緩沖倉,定量給入高壓壓球機(jī)成球。本系統(tǒng)配置 1 臺輪碾機(jī)和 1 臺壓球機(jī)。壓制成球后經(jīng)過篩分機(jī),篩上半成品進(jìn)入干燥環(huán)節(jié),篩下物返回壓球系統(tǒng)重新壓制;
3) 半成品烘干系統(tǒng):對壓制成型的半成品球進(jìn)行烘干處理,縮短干燥時(shí)間,提高成品球強(qiáng)度。根據(jù)現(xiàn)場情況,采用球團(tuán)立式干燥機(jī)或網(wǎng)帶式烘干機(jī),烘干熱源從節(jié)能的方面考慮,使用煤氣、燒結(jié)機(jī)等周邊爐窯的余熱煙氣等。烘干溫度控制在 300 ℃左右,烘干后成品球含水量<5%;
4) 成品存儲外運(yùn)系統(tǒng):物料壓制成球烘干后,首先經(jīng)篩分環(huán)節(jié),篩下物返回輪碾機(jī)混合后再次進(jìn)入壓球系統(tǒng),篩上成品經(jīng)膠帶機(jī)送至輥篩,篩分后通過皮帶輸送機(jī)將成品球均勻卸至成品料倉內(nèi),直接裝車運(yùn)輸至轉(zhuǎn)爐煉鋼原料區(qū)域;
5) 環(huán)保系統(tǒng):為有效捕集工藝生產(chǎn)過程中散發(fā)出的粉塵和煙氣粉塵,根據(jù)工藝設(shè)置,分別設(shè)置環(huán)境除塵、通風(fēng)和空調(diào)設(shè)施。
環(huán)境除塵設(shè)施 刮板機(jī)及膠帶機(jī)進(jìn)出料位置設(shè)置除塵設(shè)施。環(huán)境除塵及成品倉干燥系統(tǒng)為負(fù)壓式,環(huán)境除塵采用低壓脈沖袋式除塵器,除塵風(fēng)機(jī)采用離心式風(fēng)機(jī)。除塵風(fēng)機(jī)室外布置。系統(tǒng)流程均為:含塵氣體經(jīng)吸風(fēng)罩、抽風(fēng)管道,進(jìn)入除塵器作凈化處理,然后通過風(fēng)機(jī)送入消聲器作消聲處理,再經(jīng)排氣煙囪排入大氣。排放氣體的含塵濃度≤10 mg/m3 (標(biāo)態(tài))。除塵系統(tǒng)的除塵器灰斗下設(shè)置輸灰機(jī),把除塵灰輸送至原料倉下刮板機(jī),進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)利用。除塵風(fēng)機(jī)出口設(shè)置消聲器,風(fēng)機(jī)外殼包覆隔聲材料,系統(tǒng)噪聲滿足國家規(guī)范要求。
通風(fēng)空調(diào)設(shè)施:配電及其它有通風(fēng)換氣要求的輔助房,均設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣。有消防監(jiān)控要求的站房,通風(fēng)設(shè)備與消防監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)鎖。為在夏季消除控制室、電氣室及其它有空調(diào)要求的室內(nèi)設(shè)備散發(fā)的余熱,各房間分別設(shè)置冷風(fēng)空調(diào)機(jī)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié);
6) 自動(dòng)化控制系統(tǒng):系統(tǒng)整體采用機(jī)電一體化設(shè)備,設(shè)自動(dòng)和手動(dòng)控制方式。手動(dòng)操作在就地實(shí)現(xiàn),自動(dòng)方式由設(shè)備成套 PLC 柜控制。除塵設(shè)備設(shè)就地和遠(yuǎn)程兩地操作控制;
7) 主要設(shè)備。主要設(shè)備情況見表 3。
4 能源介質(zhì)需求參數(shù)
冷固球團(tuán)生產(chǎn)的主要能耗為電能。將工藝布置做到流程順暢,盡量減少物料的轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié),可以減少提升運(yùn)輸設(shè)備,降低電耗。實(shí)施“零排放” 用水方案,節(jié)約用水,保護(hù)水質(zhì)。
該項(xiàng)目使用的能源動(dòng)力介質(zhì)需求情況見表 4。
5關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新
1) 科學(xué)設(shè)計(jì)格柵尺寸。氧化鐵皮是經(jīng)過格柵、斗提提升機(jī)、倉頂振動(dòng)篩處理后進(jìn)入氧化鐵皮料倉,所以氧化鐵皮含水、含油,極易造成格柵堵料、下料不順。科學(xué)設(shè)計(jì)格柵大小,加強(qiáng)氧化鐵皮原料管理,既解決堵料問題,又能防止氧化鐵皮大量進(jìn)入斗式提升機(jī)而造成提升機(jī)壓死;
2) 閥門的選型計(jì)算及控制。電爐除塵灰通過星型給料器、螺旋配料器計(jì)量,通過埋刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)進(jìn)入輪輾機(jī)。星型給料器上方設(shè)有閥門,控制除塵灰進(jìn)入星型給料器速度。合理選擇閥門大小及開啟控制,既能防止物料大量進(jìn)入給料器,造成給料器壓死,還能滿足正常下灰量的需求;
3) 振動(dòng)電機(jī)的選型。因物料有粘性,會造成緩沖倉粘料,需配備使用振動(dòng)電機(jī)。電機(jī)過大,會使物料大量砰出;電機(jī)過小,效果差,經(jīng)常出現(xiàn)下料口堵現(xiàn)象,人工檢查處理極為困難。通過數(shù)字建模計(jì)算,選擇合適振動(dòng)電機(jī),有效規(guī)避以上難題;
4) 壓縮空氣自動(dòng)排水設(shè)計(jì)。定期對壓縮空氣管道進(jìn)行放水,防止水分通過壓縮空氣進(jìn)入灰倉,造成下灰困難。
6 實(shí)施效果
1) 轉(zhuǎn)爐加快成渣,改善渣料結(jié)構(gòu)。吹煉初期轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)溫度較低時(shí)配加除塵灰冷固球團(tuán),一方面可增加出渣中的 FeO 含量,提高 CaO 的溶解速度,有效降低爐渣黏度,利于 FeO 向石灰晶格內(nèi)遷移,生成低熔點(diǎn)物質(zhì),有效防止石灰表面層 2CaO·SiO2 的生成。另一方面前期較高的 FeO可快速在鋼渣界面生成乳化渣,促進(jìn)脫磷反應(yīng)。
同時(shí)冷固球團(tuán)加入轉(zhuǎn)爐,石灰熔化率提高,加上除塵灰冷固球團(tuán)攜帶的一部分 CaO 又可減少石灰消耗[14];
2) 冷固球團(tuán)有冷卻效果,可替代部分鐵礦石。冷卻吸熱包括物理冷卻吸熱、化學(xué)冷卻吸熱兩種。物理冷卻吸熱方面,電爐除塵灰冷固球團(tuán)與鐵礦石的組成相近 (主要含 TFe),兩者物理冷卻吸熱原理相同。化學(xué)冷卻吸熱方面,雖然鐵礦石中的 TFe 比電爐除塵灰冷固球團(tuán)約高 5%左右,但是在鐵水成分、出鋼溫度相近范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電爐除塵灰冷固球團(tuán)冷卻效果與鐵礦石冷卻效果基本相近。
3) 簡化爐前操作、降低轉(zhuǎn)爐護(hù)爐成本、提高金屬所得率。除塵灰冷固球團(tuán)有較好的起渣、化 渣效果,替代了礦石,簡化了爐前操作。轉(zhuǎn)爐吹煉前期加入除塵灰球團(tuán)不僅能均衡吹煉前期升溫速率,還可避免冶煉中期金屬“返干”和脫磷率低,也降低了鋼鐵料消耗。轉(zhuǎn)爐配加冷固球團(tuán)可使冶煉初期爐渣堿度提高,MgO 在渣中溶解度降 低,有效減少冶煉初期爐襯侵蝕,還有利于轉(zhuǎn)爐 耐材的壽命延長,降低轉(zhuǎn)爐的護(hù)爐成本。冷固球 團(tuán)中 TFe 含量在 50%~55%,使電爐除塵灰中的金 屬得到有效回收,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
7 效益分析
1) 原材料及能源價(jià)格:各類除塵灰原料不做 計(jì)價(jià);氧化鐵皮 (TFe≥65%) 價(jià)格按 600 元/t;結(jié) 合劑加入量按 5%,折合價(jià)格 180 元/t;電價(jià)按照0.5 元/度;水價(jià)按 4 元/m3。生產(chǎn) 1t 成品冷壓球的 綜合成本約 400 元/t 成品球;
2) 經(jīng)濟(jì)效益
年生產(chǎn)冷固球團(tuán) 3 萬 t。產(chǎn)品成本為 400 元/t, 替代轉(zhuǎn)爐鐵礦石 (含鐵量 62%)、減少氧氣、石灰消耗,一年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益 550 萬元/a 以上;
2) 社會效益 減少資源浪費(fèi),保護(hù)環(huán)境,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì), 推進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
8 結(jié) 語
1) 除塵灰冷固球團(tuán)技術(shù)生產(chǎn)的冷固球團(tuán),改 善爐渣性能,加速石灰溶化,降低氧氣、金屬和石灰消耗,探索出一條應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼的途徑;
2) 解決了鋼鐵固廢除塵灰再利用難題,電爐 除塵灰內(nèi)部循環(huán)利用,實(shí)現(xiàn)了企業(yè)環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展;
3) 回收除塵灰中的 Fe、FeO、CaO 等有益成分,促進(jìn)氧化鐵皮等含鐵原料的內(nèi)部使用,替代 轉(zhuǎn)爐鐵礦石,提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。 總之,電爐除塵灰冷固球團(tuán)技術(shù)及應(yīng)用,不僅解決環(huán)保、安全問題,確保了生產(chǎn)經(jīng)營的需要,而且?guī)砹松鐣б婧徒?jīng)濟(jì)效益的同步提升。
參考文獻(xiàn):
[1] 麻林偉,閆國震,周楠,等. 電爐鐵合金除塵灰的研發(fā)及應(yīng)用[J]. 冶金叢刊,2011 (6):30-31.
[2] 段建平,張永亮,李宏,等. 電爐直接利用 Cr-Ni 不銹鋼除 塵灰的試驗(yàn)分析[J]. 鋼鐵,2009 (5):76-80.
[3] 梁存慧. 高爐瓦斯泥、除塵灰、電爐除塵灰試驗(yàn)研究[J]. 新 疆有色金屬,2007 (S1):88-90.
[4] 徐雪峰,田玉洪. 電爐除塵灰作為鐵質(zhì)原料在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 鋼鐵,1998 (6):63-66.
[5] 沈中芳,池和冰,鄭皓宇. 鐵素體不銹鋼除塵灰在電爐發(fā)泡 造渣工藝中的應(yīng)用研究[J]. 煉鋼,2016 (2):64-68.
[6] 文小弟. 電爐除塵灰作為鐵質(zhì)原料在水泥生產(chǎn)中的運(yùn)用分析. 第 26 屆全國鐵合金學(xué)術(shù)研討會論文集 (下冊)[C]. 北 京:中國金屬學(xué)會,2018.
[7] 唐鳳初. 錳系電爐除塵灰中的重金屬治理初探 [C]. 綠色環(huán) 保·自動(dòng)化———2018 中國·烏蘭察布鐵合金大會論文集[C].北京:北京鋼研柏苑出版有限責(zé)任公司,2018.
[8] 曹岸春,段佳圣,尚飛. 電爐冶煉除塵灰球團(tuán)化回收利用研 究[J]. 冶金管理,2020 (19):140-141.
[9] 臧疆文,李濤,關(guān)翔,等. 八鋼電爐除塵灰造球循環(huán)利用研 究[J]. 新疆鋼鐵,2008 (3):22-24.
[10] 王少峰. 對煉鋼除塵灰進(jìn)行冷固造球生產(chǎn)的探索[J]. 河南冶 金,2020 (1):26-29.
[11] Charles J Labee. update on Electric Arc Furnace Dust Treat-ment[J]. Iron and Steel Engineer,1992,69 (5):48-50.
[12] Sven O Santen. 從煉鋼粉塵中回收金屬[J]. 冶金環(huán)保情報(bào),1995 (1):85-95.
[13] Lightfoot R 戴維. Hi-Plas 法處理電爐粉塵[J]. 冶金環(huán)保情 報(bào),1995 (1):106-112.
[14] 王鵬. 太鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰冷固球團(tuán)技術(shù)及應(yīng)用[J]. 冶金能源,2018 (3):45-46.