陈达双1 赵卫东2
（1玉溪新兴钢铁有限公司； 2昆钢技术中心）
摘要：为了解决玉钢在近段时间，炼钢转炉使用冷料不足的问题，通过对玉钢二次资源（如污泥、除尘灰、氧化渣等）分析，结合转炉炼钢造渣制度，使用玉钢炼钢产生的二次资源进行回收，经过一系列工艺进行处理，将二次资源制球用作炼钢冷却剂和造渣剂，不仅可减少排放，而且更有利于降低炼钢生产成本。
关键词：二次资源；造渣；制球
1 前言
炼钢生产过程中不可避免地产生含铁废料（如粉尘、污泥、除尘灰、氧化渣等），全国每年产生这种含铁的尘泥可在千万吨以上，如何处理这些具有经济价值的含铁废料，将成为所有钢铁企业都要面临的问题。同时，随着环境立法的要求越来越严，对钢铁企业环境适应性的要求也在不断提高。因此，各厂家对降低能源消耗及废弃物回收再利用都给予较大关注，并取得了一定的进展。废弃物的回收利用主要形式有：粘结成形、造球、压块、制砖等工艺方法，其共同点都是混匀加工，日本广烟和神户钢厂在混匀过程中加入煤粉、粘接剂在环形炉中加热还原废弃物中铁和锌，铁和锌的还原率达到90%和94%，取得了较好的效果。
2 玉钢炼钢厂二次资源及使用情况
2.1 玉钢炼钢厂二次资源的种类及特点
炼钢生产过程中产生的含金属二次资源种类有：120t提钒转炉一次、二次除尘灰，50t炼钢转炉二次除尘；水处理产生的氧化渣、粗颗粒、板块污泥，具体情况如表1：
表1 玉钢炼钢厂二次资源种类、成分
|
项目 |
成分 wt/% |
2015年每月产生重量/t |
|||||
|
TFe |
SiO2 |
CaO |
MgO |
V2O5 |
H2O |
||
|
50t转炉二次除尘灰 |
12.23 |
11.53 |
34.14 |
8.86 |
0.094 |
0.80 |
65 |
|
提钒炉初灰 |
66.97 |
2.48 |
1.52 |
0.52 |
0.368 |
9.63 |
429 |
|
提钒炉一次除尘灰 |
63.66 |
1.67 |
0.9 |
0.20 |
0.189 |
0.08 |
|
|
提钒炉二次除尘灰 |
56.14 |
3.24 |
2.59 |
1.63 |
0.145 |
0.24 |
|
|
粗颗粒 |
68.07 |
3.65 |
18.81 |
2.79 |
0.001 |
5.82 |
973 |
|
氧化渣 |
66.37 |
3.57 |
1.95 |
0.35 |
0.024 |
10.9 |
192 |
|
板块污泥 |
49.22 |
6.98 |
20.68 |
3.95 |
0.127 |
24.7 |
1385 |
从表1来看，表中的二次资源除50t转炉二次除尘灰的TFe含量相对偏低，其他二次资源均具有TFe含量较高、颗粒细小、粉尘较大、含水量较高的特点，同时含有部分非金属氧化物,不适合于直接入炉。这些二次资源中均含有较高量的TFe，若经过处理之后加入炼钢转炉，可解决在半钢冶炼时，前期化渣困难的问题，并且可将低部分钢铁料消耗；也可在废钢资源供应不足时，加入一部分代替废钢，调整转炉热平衡，改善冶炼效果。
2.2 玉钢二次资源利用情况
目前玉钢这些二次资源都是运送到烧结料场堆存，少部分充当配矿料使用，大部分作闲置处理，既浪费资源又污染环境。同时，作为配矿料使用的部分在经过烧结、炼铁转化为铁水后运送至炼钢，过程工序复杂，成本较高。这些资源若能直接在炼钢使用，将对公司降低生产成本、节能环保、资源的循环再利用上将产生较大的效益。
3 二次资源回收利用研究
为达到有效利用二次资源的目的，需对转炉冶炼造渣制度及各厂二次资源回收利用的实践情况进行研究。
3.1 玉钢转炉造渣制度
转炉冶炼造渣主要使用造渣材料和化渣材料两种。从炼钢使用化渣材料的情况看，各种化渣剂主要以含FeO、萤石、SiO2、MnO为主。目前，玉钢使用的造渣材料有石灰、轻烧、菱镁球、生白云石；化渣材料主要以半钢造渣剂和铁矿石为主，且价格较高。。
3.2 二次资源常见处理方法
为了有效利用钢铁企业含铁粉尘资源、减轻环保压力、减少排放，各国钢铁企业都在努力探索，寻求含铁资源的处理方法。其中包括直接还原法、熔融还原法、压块制球等。
直接还原法是将含铁氧化物通过还原转变成金属铁，并回收粉尘中的其它有用元素的处理方法，直接生产的还原铁供电炉炼钢使用。但是这种方法存在投资大、生产成本高等问题，并且昆钢公司也还没有电炉。熔融还原法以直接处理含铁氧化物作为目标，工艺开发技术难度大、成本高。相比之下，二次资源直接冷固成球或压制成块的处理方法有工艺简单、灵活、成熟、投资成本低、处理量大的特点，现已被许多企业所采用，是一种较好的处理方法。
3.3 玉钢二次资源的利用研究
结合玉钢二次资源的成份特点、转炉冶炼造渣制度及二次资源处理办法，将炼钢厂产生的除尘灰、粗颗粒、污泥及氧化渣等二次资源经过处理后制成冷却用球团和化渣用球团，可以进一步提高二次资源的整合利用效率，
其中，冷却球主要在转炉提钒、铁水冶炼废钢资源紧缺时使用；化渣球主要用于半钢冶炼、铁水冶炼过程化渣、废钢资源充足时使用。若要满足可在转炉使用，其产品技术指标要达到如表2中的要求：
表2 产品技术要求
|
成分 种类 |
TFe |
CaO |
碱度R |
抗压强度 |
制球粒度 |
粉末率 |
水分 |
|
冷却球 |
60-70% |
≤4% |
/ |
800-1000N/个 |
30mm×25mm×20mm |
≤5% |
≤0.5% |
|
化渣球 |
50-60% |
≤10% |
≤2 |
800-1000N/个 |
30mm×25mm×20mm |
≤5% |
≤0.5% |
3.4 使用量计算
2015年炼钢厂化渣材料（半钢造渣剂、铁矿石）的使用情况：全年共使用半钢造渣剂9305.9吨，吨钢用量6.22kg；铁矿石7615.27.54吨，吨钢用量5.09kg。根据2015年生产及使用情况，使用冷却球和化渣球替代目前使用的铁矿石和半钢造渣剂的用量估算如表3所示
表3 冷却球、化渣球用量估算表
|
提钒比例（%） |
0 |
50 |
70 |
90 |
2015年73.55 |
|
冷却球用量（kg/t） |
5.65 |
3.46 |
4.84 |
6.23 |
5.09 |
|
化渣球用量（kg/t） |
5.65 |
4.23 |
5.92 |
7.61 |
6.22 |
|
合计 |
11.31 |
7.69 |
10.76 |
13.84 |
11.31 |
说明：提钒比例为0时的用量按2015年全年用量估算，冷却剂、化渣剂各占一半。表三冷却剂、化渣剂最大用量为13.84kg/t，每月按钢产量10万吨计算，每月需冷却剂、化渣剂1384吨，为炼钢厂二次资源量的一半，完全能够满足生产。为预防后续废钢资源紧缺，冷却剂、化渣剂的用量增加的情况，制球设备的月生产量不得低于2000吨。
4 经济效益及社会效益估算
4.1按二次资源制球要求制作后，该球完全可以全部替代原半钢造渣剂和铁矿石。可减少化渣剂用量6.22kg/t，铁矿石5.09kg/t，若全部使用二次资源回收制作的冷却球和化渣球代替，降低造渣剂和矿石成本（2015年炼钢使用的半钢造渣剂和铁矿石的价格分别为569元/吨和359元/吨）
569元/吨（造渣剂价格）×6.22kg/t+359元/吨（矿石价格）×5.09kg/t= 5.37元/吨；
根据其他厂家制球经验，该冷却球及化渣球的加工成本为190元/吨左右，制球成本为
190元/t×（6.22kg/t+5.09kg/t）=2.15元/吨。
因此，二次资源制球后可直接降低渣料成本为
5.37元/吨-2.15元/吨=3.22元/吨。
4.2 二次资源制球后金属铁及氧化铁部分还原进入钢水后，可增加钢水量，回收铁含量按加入量的50%计，则加入11.31kg/t的球后可降低钢铁料消耗为
11.31kg/t×60%（球中铁含量）×50%（回收铁含量）=3.39kg/t。
按2015年钢铁料成本1.7元/kg计，则可降低钢铁料成本为
1.7元/kg×3.39kg/t=5.76元/吨。
由上面的计算可得出，使用二次资源制成的冷却球和化渣球之后，可产生的效益为
3.22+5.76=8.98元/吨
5 结论
1、二次资源制作冷却球、降温球后，用于转炉可减少转炉冶炼化渣材料使用，并可在废钢资源紧缺的情况代替一部分废钢资源用作冷却剂。
2、二次资源制球后，能够有效减少炼钢厂污染物的排放，有利于钢企环境的改善。
3、转炉冶炼使用冷却球、化渣球替代原使用的半钢造渣剂和铁矿石之后，吨钢可产生 8.98元/吨的效益，降低生产成本。
参考文献
[1] 王社斌,宋秀安等.转炉炼钢生产技术. 北京:化学工业出版社，2007
[2] 郭秀建.钢铁企业含铁尘泥处理与利用工艺[J].环境工程，2011,29（2）
[3] 吕心刚.炼钢转炉尘泥球团应用研究.河南冶金[J].2007,4
[4] 徐兵，孙立民等.宝钢转炉尘泥冷固球团生产及返回转炉应用.宝钢技术[J].2007,5