陳先利，王 南，姜振強，楊俊鋒，陳衛強，唐麗霞
（安陽鋼鐵集團有限責任公司，河南 安陽 455000）
摘 要：電爐煉鋼除塵灰含有 Fe、FeO、CaO 等有益成分，通過對除塵灰進行冷固壓球的辦法，制備高強度、高品位球團用于轉爐煉鋼造渣劑使用，改善爐渣性能，加速石灰溶化，降低氧氣、金屬和石灰消耗，在轉爐煉鋼中取得良好的冶煉效果，探索出一種循環經濟模式。
關鍵詞：煉鋼；電爐；除塵灰；冷固球團；循環經濟
隨著國內外鋼鐵行業環保與可持續發展的明確要求，鋼鐵企業將在生產過程中的國體廢棄物進行再生利用，探索企業內部特征廢物工序協同處置技術路徑，即在循環經濟中，資源不是枯竭，而是重復使用，產品的最終歸宿不是浪費，而是進一步的產品。某公司積極響應國家號召，率先在國內推廣先進的循環經濟工藝技術，建立固態廢棄物循環利用產業鏈。特別是第一煉軋廠100 t 電爐復產后，產能達到 85 萬 t/a 以上，在冶煉生產過程中將會產生約 1.1 萬 t/a 的干法除塵灰，數量巨大，循環利用經濟建設迫在眉睫。
目前，國內鋼企大多采取返回原料場或燒結工序利用電爐除塵灰，大循環處置不僅增加工序能耗，還增加了企業生產運行成本，環保方面也面臨較大的壓力。若按照危廢處置，隨著環保管控力度的加大，危廢處置的標準也大大提高，高達3 500 元/t，占電爐噸鋼生產成 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、鋅等元素實現資源循環利用。同時，由于電爐除塵灰中 Zn、K、Na 等有害成分含量較高，用于燒結配料對系統運行影響較大。在此情況下，為保證電爐煉鋼生產的順行，電爐除塵灰只得采取在廠區內部存放，帶來儲存場地有限及物料發熱自燃等問題。為有效解決當前電爐除塵灰存在的問題，采取對除塵灰進行冷固壓球的辦法，制備高強度、高品位球團用于轉爐煉鋼造渣劑使用，走小循環道路，減少工序，及時內部消化產生的除塵灰，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，在轉爐煉鋼中取得良好的冶煉效果。
基于以上情況，參照國內外為數不多的電爐除塵灰現有處理技術方法[1-5]，開發電爐除塵灰冷固球團技術，以在較短時間內解決電爐除塵灰內部循環利用、實現環保無害化處置為根本目的，解決除塵灰儲運過程中的環境問題，促進氧化鐵皮等含鐵原料的內部使用，同時有效地降低除塵灰外排處置成本，提高企業經濟效益。
1 電爐除塵灰的概況
100 t 電爐復產后，所產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 85 萬 t 鋼 （加部分鐵水） 計算，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技術
2.1 原料
以電爐除塵灰、氧化鐵皮為主要原料，配加粘結劑為輔助材料。主要原料情況為表 2 所示。
2.2 工藝技術參數
處理物料量：約 3 萬 t/a （干基）；
年作業時間：7 200 h/a；作業率：82.2%；
產品方案：冷固球團約 3 萬 t/a；
成品規格及成份：TFe 50%～60％，CaO 5%～ 10％，SiO2 1.5%～2.5％；
成品球外形尺寸： （準40～準50） mm （橢圓球形）；
單球強度：≥800 N。
轉爐消耗量：按照目前相關技術資料介紹[6-13]，冷固球團轉爐消化量可以達到 （22～25） kg/t 鋼，考慮到轉爐煉鋼對冷固球團應用技術的推廣、適應、消化情況，最低消化量應當不低于 （8～10） kg/t 鋼。按 60 萬 t/月鋼產量，以噸鋼消耗 10 kg 球團計算，冷固球團使用量為 6 000 t/月，年使用量7.2 萬 t，所產生的冷固球團可以得到全部消化。
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劑混合均勻，采用冷壓粘結固化成型工藝，經過壓球機生產冷固球，然后篩分、烘干或晾干，即成為成分均勻、粒度均勻、強度好的冷固球團。
3 生產工藝流程及設施
電爐除塵灰冷固球團生產工藝流程為：原料接收、配料、混合、壓球、烘干、成品存儲發運等，主要工藝流程見圖 1 所示。
根據流程的特點，從工藝上可劃分為以下幾個系統：
1） 原料系統：原料系統包含原料的接收、存儲、配料。所需除塵灰通過吸排車送至接收倉，接收倉頂設粉塵接收裝置。所需氧化鐵皮通過自卸車運至車間現場，經篩分后，篩下物進入氧化鐵皮配料倉，篩上物作為廢鋼原料返煉鋼。選擇適用的粘結劑，設置粘結劑存儲倉。除塵灰、氧化鐵皮等原料倉下設配料計量膠帶輸送至原料集合刮板機，通過刮板機輸送至輪碾機，粘結劑也通過稱量皮帶卸至集合刮板機，與除塵灰、氧化鐵皮一道進入輪碾機加水混合；
2） 混合壓球系統：混合壓球系統包括原料的混合、輪碾和高壓壓球。原料經配料送至車間內的混合料緩沖倉，通過星型給料器給入輪碾機，經輪碾機混合均勻后卸料，輸送至壓球緩沖倉，定量給入高壓壓球機成球。本系統配置 1 臺輪碾機和 1 臺壓球機。壓制成球后經過篩分機，篩上半成品進入干燥環節，篩下物返回壓球系統重新壓制；
3） 半成品烘干系統：對壓制成型的半成品球進行烘干處理，縮短干燥時間，提高成品球強度。根據現場情況，采用球團立式干燥機或網帶式烘干機，烘干熱源從節能的方面考慮，使用煤氣、燒結機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） 成品存儲外運系統：物料壓制成球烘干后，首先經篩分環節，篩下物返回輪碾機混合后再次進入壓球系統，篩上成品經膠帶機送至輥篩，篩分后通過皮帶輸送機將成品球均勻卸至成品料倉內，直接裝車運輸至轉爐煉鋼原料區域；
5） 環保系統：為有效捕集工藝生產過程中散發出的粉塵和煙氣粉塵，根據工藝設置，分別設置環境除塵、通風和空調設施。
環境除塵設施 刮板機及膠帶機進出料位置設置除塵設施。環境除塵及成品倉干燥系統為負壓式，環境除塵采用低壓脈沖袋式除塵器，除塵風機采用離心式風機。除塵風機室外布置。系統流程均為：含塵氣體經吸風罩、抽風管道，進入除塵器作凈化處理，然后通過風機送入消聲器作消聲處理，再經排氣煙囪排入大氣。排放氣體的含塵濃度≤10 mg/m3 （標態）。除塵系統的除塵器灰斗下設置輸灰機，把除塵灰輸送至原料倉下刮板機，進入系統循環利用。除塵風機出口設置消聲器，風機外殼包覆隔聲材料，系統噪聲滿足國家規范要求。
通風空調設施：配電及其它有通風換氣要求的輔助房，均設置軸流風機進行通風換氣。有消防監控要求的站房，通風設備與消防監控系統聯鎖。為在夏季消除控制室、電氣室及其它有空調要求的室內設備散發的余熱，各房間分別設置冷風空調機進行空氣調節；
6） 自動化控制系統：系統整體采用機電一體化設備，設自動和手動控制方式。手動操作在就地實現，自動方式由設備成套 PLC 柜控制。除塵設備設就地和遠程兩地操作控制；
7） 主要設備。主要設備情況見表 3。
4 能源介質需求參數
冷固球團生產的主要能耗為電能。將工藝布置做到流程順暢，盡量減少物料的轉運環節，可以減少提升運輸設備，降低電耗。實施“零排放” 用水方案，節約用水，保護水質。
該項目使用的能源動力介質需求情況見表 4。
5關鍵技術創新
1） 科學設計格柵尺寸。氧化鐵皮是經過格柵、斗提提升機、倉頂振動篩處理后進入氧化鐵皮料倉，所以氧化鐵皮含水、含油，極易造成格柵堵料、下料不順。科學設計格柵大小，加強氧化鐵皮原料管理，既解決堵料問題，又能防止氧化鐵皮大量進入斗式提升機而造成提升機壓死；
2） 閥門的選型計算及控制。電爐除塵灰通過星型給料器、螺旋配料器計量，通過埋刮板輸送機、斗式提升機進入輪輾機。星型給料器上方設有閥門，控制除塵灰進入星型給料器速度。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） 振動電機的選型。因物料有粘性，會造成緩沖倉粘料，需配備使用振動電機。電機過大，會使物料大量砰出；電機過小，效果差，經常出現下料口堵現象，人工檢查處理極為困難。通過數字建模計算，選擇合適振動電機，有效規避以上難題；
4） 壓縮空氣自動排水設計。定期對壓縮空氣管道進行放水，防止水分通過壓縮空氣進入灰倉，造成下灰困難。
6 實施效果
1） 轉爐加快成渣，改善渣料結構。吹煉初期轉爐爐內溫度較低時配加除塵灰冷固球團，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 向石灰晶格內遷移，生成低熔點物質，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，促進脫磷反應。
同時冷固球團加入轉爐，石灰熔化率提高，加上除塵灰冷固球團攜帶的一部分 CaO 又可減少石灰消耗[14]；
2） 冷固球團有冷卻效果，可替代部分鐵礦石。冷卻吸熱包括物理冷卻吸熱、化學冷卻吸熱兩種。物理冷卻吸熱方面，電爐除塵灰冷固球團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?；瘜W冷卻吸熱方面，雖然鐵礦石中的 TFe 比電爐除塵灰冷固球團約高 5%左右，但是在鐵水成分、出鋼溫度相近范圍內，實驗驗證電爐除塵灰冷固球團冷卻效果與鐵礦石冷卻效果基本相近。
3） 簡化爐前操作、降低轉爐護爐成本、提高金屬所得率。除塵灰冷固球團有較好的起渣、化 渣效果，替代了礦石，簡化了爐前操作。轉爐吹煉前期加入除塵灰球團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。轉爐配加冷固球團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，還有利于轉爐 耐材的壽命延長，降低轉爐的護爐成本。冷固球 團中 TFe 含量在 50%～55%，使電爐除塵灰中的金 屬得到有效回收，經濟效益顯著。
7 效益分析
1） 原材料及能源價格：各類除塵灰原料不做 計價；氧化鐵皮 （TFe≥65%） 價格按 600 元/t；結 合劑加入量按 5%，折合價格 180 元/t；電價按照0.5 元/度；水價按 4 元/m3。生產 1t 成品冷壓球的 綜合成本約 400 元/t 成品球；
2） 經濟效益
年生產冷固球團 3 萬 t。產品成本為 400 元/t， 替代轉爐鐵礦石 （含鐵量 62%）、減少氧氣、石灰消耗，一年可創造經濟效益 550 萬元/a 以上；
2） 社會效益 減少資源浪費，保護環境，發展循環經濟， 推進企業可持續發展。
8 結 語
1） 除塵灰冷固球團技術生產的冷固球團，改 善爐渣性能，加速石灰溶化，降低氧氣、金屬和石灰消耗，探索出一條應用于轉爐煉鋼的途徑；
2） 解決了鋼鐵固廢除塵灰再利用難題，電爐 除塵灰內部循環利用，實現了企業環保、可持續發展；
3） 回收除塵灰中的 Fe、FeO、CaO 等有益成分，促進氧化鐵皮等含鐵原料的內部使用，替代 轉爐鐵礦石，提高了企業經濟效益。 總之，電爐除塵灰冷固球團技術及應用，不僅解決環保、安全問題，確保了生產經營的需要，而且帶來了社會效益和經濟效益的同步提升。
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