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。
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