王瑞良 劉英
（邯鄲鋼鐵集團有限責任公司，邯鄲，056015）
摘 要：轉爐煉鋼過程會產生大量的除塵灰，其粒度細并含較多有害物質，直接外排或堆放會污染環境。當前鋼廠多將其返回燒結配料，回收利用灰中的Fe、Ca等有益成分，但會對燒結混料質量、透氣性、煙氣污染物控制、燒結熱平衡、燒結礦質量和高爐壽命、高爐爐況等產生不利影響。為此針對轉爐除塵灰的合理利用,降低煉鋼成本進行了專項研究，本文重點闡述了除塵灰冷固球團技術創新及應用實踐，通過設備、工藝、物料配比等一系列研究優化，既充分利用除塵灰中鐵、鈣等有價資源，降低冶煉的成本，還能一定程度解決廢料產生的資源浪費和環境污染等現象，創造了顯著的經濟效益和社會效益，推進鋼鐵業的可持續發展。
關鍵詞：轉爐除塵灰；冷固球團；技術創新
1 項目背景
煉鋼除塵灰中鐵品位較高，近年來均作為混勻料返回燒結工序循環利用，但該方法存在流程長、運輸使用不方便等缺點，而且目前國內鋼鐵企業受煉鋼加大配吃廢鋼的影響，除塵灰中的鋅含量偏高，給高爐的順行帶來不利影響。對此，開啟對煉鋼除塵灰再利用的重新思考：一方面，通過冷壓球的方法可以避免煉鋼除塵灰在運輸、使用過程中易揚塵的問題；另一方面，通過煉鋼除塵灰冷壓球再加入轉爐煉鋼利用，大大縮短了循環流程，也避免了煉鋼除塵灰中有害成分對高爐帶來的不利影響。本項目采用技術引進和融合創新相結合的方式開展，項目總體思路是借鑒、引用國內外已有關鍵理論、技術、裝備和控制手段，優化應用除塵灰冷固壓球工藝，在行業形成先進的應用示范。
2 除塵灰冷固球團工藝、設備研究
本項目主要由原料準備及消化、配料及攪拌、壓球及一次篩分、烘干及二次篩分四部分組成。生產工藝流程：除塵密封罐儲存-→除塵灰消解--→加入攪拌系統--→粘結劑配料-→攪拌混勻-→壓球--→球干燥--→成品球入庫-→送交煉鋼，冷壓球項目在工藝生產過程中概括分為卸灰系統、消解系統、配料系統、壓球系統。
冷壓球工藝流程簡圖
2.1 卸灰系統
2.1.1工藝流程
冷壓球主要消化邯寶煉鋼和一煉鋼的一次除塵細灰，除塵細灰由灰罐車運送到冷壓球卸灰點，通過壓縮空氣打到冷壓球儲灰倉。再由儲灰倉經過卸灰閥、雙螺旋稱量輸送機、雙軸加濕攪拌機、拉鏈機、斗提機，將除塵灰卸到儲灰池。
2.1.2主要設備
卸灰系統設備主要包括兩個50立方的儲灰倉，兩臺倉頂單體除塵器，兩個卸灰閥，兩臺雙螺旋稱量輸送機，兩臺雙軸加濕攪拌機，一臺拉鏈機和一臺斗提機。
2.1.3設備的改進研究
成型前的物料攪拌過程需要多次加水，常規的方法是通過攪拌后物料的干濕狀態來確定是否需要補充水量，但舊的操作方法由于操作者個體感覺差異，往往判斷不準確，或者不能隨原料水分波動而實時調整加水量，經常出現物料偏干或過濕現象，直接影響壓球成型率及產品質量。因此，對物料攪拌加水過程進行攻關，開發了攪拌過程自動加水控制系統，該系統包含原料稱量系統、原料水分在線監測系統、自動計量加水系統。該自動控水系統根據計量進料量和實時含水率，計算出需補水量，并根據水管流量精確控制加水量，實現產品質量的穩定提升。
2.2消解系統
2.2.1工藝流程
消解系統建有一個密閉消解間，主要將卸灰系統卸到灰坑里的料由天車經抓斗運送到消解間，進行消解，消解時間為24小時，消解完成后進行壓球配料。消解間配有兩個卸料池，用于接卸氧化鐵皮，由天車抓斗運送到配料倉，參與配料。
2.2.2主要設備為抓斗天車。
2.2.3設備改進研究
除塵灰的消解是冷固球生產的第一個重要環節，消解的好壞程度直接影響成球率以及成品球裂解數量。消解間配合抓斗天車取代消解倉，徹底解決了多內其它生產線無法解決的濕法除塵OG泥的配吃問題，
另外配合抓斗天車對除塵灰加濕后進行攪拌，增加了原料的混勻過程，并使原料中的CaO充分與水反應，保證徹底消解。
2.3 配料系統
2.3.1工藝流程
配料系統主要是將除塵灰、氧化鐵皮、粘結劑按照相應的比例進行混合。三種原料分別通過配料倉、給料機，再通過皮帶機輸送到加濕攪拌機，進行充分混合后，進入到壓球系統。
2.3.2主要設備
配料系統主要包括三個除塵灰配料倉、一個氧化鐵皮料倉、一個粘結劑料倉、皮帶機、2臺斗提機、2臺加濕攪拌機、1臺拉鏈機。
2.3.3設備的改進研究
在攪拌倉入口處加裝原料篩分裝置，篩網為10mm方孔篩，采用15°傾角傾斜布置，同時施加振動裝置防止堵料。該原料篩分裝置可以避免過大粒徑的原料進入攪拌機倉內導致混料效率降低及冷壓球產品成分、性能不均勻等問題。攪拌葉由連續螺旋形改進為間斷螺旋形，缺口設置1cm，同時在攪拌葉面上間隔10cm焊接擋片。通過攪拌葉的改進，物料混合作用更強，尤其對物料中大塊板結物料有較強的分散作用。攪拌葉使用合金鋼材料，安裝方式為螺栓巴結，可拆卸更換，方便檢修操作。
2.4 壓球系統
冷壓球團關鍵設備為壓球機，其工作原理是利用壓輥將粉狀原料壓制成相應大小的球團。
2.4.1工藝流程
壓球系統主要是將配料系統輸送過來的煉鋼細灰、氧化鐵皮及粘合劑的混合料由壓球機進行擠壓處理，壓制成球，最后落地晾干或通過烘干機進行烘干處理，提高成品球的強度并降低水分。
2.4.2主要設備
壓球系統主要包括兩臺壓球機，一條成品皮帶，成品球篩分裝置，皮帶秤。
2.4.3設備的改進研究
2.4.3.1送料溜槽拐角曲線設計優化
為避免將物料卸到送料溜槽后，在轉角處發生物料粘壁聚集最終堵塞溜槽的問題，對送料溜槽拐角曲線進行重新設計，改為大曲率圓弧設計，避免物料轉彎角度突變造成的物料擠壓；同時縮短卸料口與中轉料倉水平距離，最大限度降低物料水平移動距離。改進后生產連續性獲得大幅提升。
2.4.3.2中轉料倉布料均勻化
單側布料溜槽設置造成中轉料倉內物料偏析，靠近溜槽口一側物料較細且密實，遠離溜槽口一側物料相對較粗且疏松，導致預壓螺旋的壓力傳遞不均勻，遠離溜槽口一側物料僅靠自重被壓球對輥咬合，造成生球密實度參差不齊。開發了雙側布料溜槽，與對輥軸線垂直布置，減輕中轉料倉內物料偏析，預壓螺旋的壓力得到更均勻的傳遞。
2.4.3.3預壓螺旋喂料機優化升級
采用雙傾斜式螺旋喂料機，使倉內物料受壓更趨均勻，保證生球質量均勻。并配備變頻調速電機，依據主機電機電流實現速度調整，具備PLC系統自動調整和手動調整功能以實時改變進料量。易磨損位置全部堆焊高壽命耐磨合金層，全部為組合件，采用螺栓連接，易于更換。
2.4.3.4球碗表面改良
針對壓球完成后脫模率不高的問題，分析問題產生的原因。一方面，由于物料分布不均勻導致的成型壓力不夠，球的強度就不夠，壓制完成后生球沒有發生彈性形變，彈性恢復力作為主要脫模力就不夠，再加之球強度低，多表現為半球粘結在球碗中不脫落；另一方面，由于球碗內表面經長期磨損后出現劃痕、缺損等，導致生球和球碗間結合力增強，脫模膨脹阻力增大，從而不利于脫模。對此，將球碗內壁統一更換為光滑且高耐磨合金材料，生球脫模率接近98%。
2.4.3.5壓球設備密閉性改造
采用全密封方式，增設過度設施與下游設備無縫連接，避免粉塵外溢。
2.4.3.6輥皮耐磨化與裝配式設計
輥皮采用9Cr2Mo合金鍛造，經特殊熱處理收硬度達到280度以上，熱處理后的壓輥需經過噴砂處理，提高球窩表面光潔度。輥皮采用組合裝配，磨損后更換更加方便快捷。
3 除塵灰冷固球團技術實施效果
3.1 加快成渣
在轉爐吹煉初期爐內溫度較低時加入除塵灰球團，由于熔點較低的除塵灰球團富含 Fe2O3，增加了出渣中的FeO含量，加速CaO的溶解速度，顯著降低爐渣黏度，有利于 FeO 向石灰晶格內遷移并生成低熔點物質，防止石灰表面2CaO·SiO2 的生成。同時前期較高的 FeO 能快速在鋼渣界面形成乳化渣，加速脫磷反應。
3.2 冷卻效果較好、改善渣料結構
冷卻吸熱包含物理冷卻吸熱和化學冷卻吸熱兩方面。物理冷卻吸熱方面，除塵灰球團與鐵礦石的組成相似 (主要含TFe) ，二者的物理吸熱原理相同。化學冷卻吸熱方面，冷壓球以分解還原反應吸熱為主，發生的主要吸熱反應為 Fe2O3、FeO與 CO 間的吸熱反應，但鐵礦石中的 TFe 較除塵灰球團略高3%- 8%，所以鐵礦石的化學冷卻吸熱好于除塵灰球團。在相近鐵水成分、出鋼溫度范圍內，針對除塵灰球團與鐵礦石的冷卻效果進行對比，驗證除塵灰球團的冷卻效果與鐵礦石的冷卻效果基本相近。由于渣中分批加入冷固球團，其溶解吸熱可相應減少其它渣料的投入。冷固球團加入轉爐后，石灰熔化率的提高加上冷固球團帶入的一部分CaO可減少石灰的消耗。
3.3 簡化爐前操作
因冷固球團良好的起渣、化渣效果，代替了礦石，大大簡化了爐前操作。吹煉前期配加除塵灰球團能均衡冶煉前期升溫速率，遏制吹煉前期因化學元素氧化期短而造成的前期渣還未化好已開始進入C－O反應期，進而避免了吹煉中期金屬“返干”和脫磷率低的情況，同時降低了轉爐鋼鐵料消耗。
3.4 降低轉爐護爐成本
目前轉爐護爐主要依靠吹煉過程增加爐渣堿度、MgO 含量來減少轉爐吹煉過程對爐襯的侵蝕; 使用補爐料對出鋼面和出渣面進行適當的補爐。但加入冷固球團可使轉爐煉鋼初期爐渣的堿度提高，使 MgO 在渣中的溶解度降低，減少轉爐冶煉前期爐襯的侵蝕，有利于延長轉爐耐材的壽命，進而降低轉爐的護爐成本。
3.5 提高金屬收得率
冷固球團中 TFe 含量在50%-55%，使轉爐除塵灰中的金屬得到有效回收。通過轉爐使用冷固球團的大量數據對比分析得出， 在其他冶煉條件相同時， 使用冷固球團的鋼鐵料消耗比未使用降低6.35kg/t，經濟效益非常顯著。
4 總體評價
除塵灰冷固球團項目實施后，通過設備、工藝、物料配比等一系列研究優化，為轉爐冶煉創造了條件，實現了短流程廢舊金屬循環綜合利用，既充分利用除塵灰中鐵、鈣等有價資源，降低冶煉的成本，還能一定程度解決廢料產生的資源浪費和環境污染等現象，創造了顯著的經濟效益和社會效益，推進鋼鐵業的可持續發展。