王少峰
（安阳钢铁集团有限公司）
摘要：介绍了炼钢工序除尘灰冷固造球生产工艺，分析、总结了影响除尘灰冷固造球的因素。生产实践证明，对除尘灰添加适量水分、强力混合，可以有效缩短除尘灰中氧化钙的消解时间、降低粘结剂的使用量、提高成球率与成球强度。
关键词：炼钢；除尘灰；消解；冷固造球
0 前言
钢铁冶炼炼钢工序中会产生各类除尘灰，目前主要采取返烧结配料的方式对这些除尘灰加以循环使用，回收利用除尘灰中的TFe、C、CaO、MgO等有益成分[1-3]。但除尘灰中所含有的Zn、K、Na等有害成分的富集对烧结配料、高炉顺行影响较大，厂区内部堆存同时带来储存场地有限、物料发热自燃等问题。另外，按照2018年1月1日实施的《中华人民共和国环境保护税法》规定，企业外排固体废弃物应缴纳环境保护税。
为有效解决这一问题，安钢某单位于2019年2－5月建设除尘灰冷固造球生产线，对部分除尘灰采取冷固造球的方法，制备高强度、高品位球团,用于炼钢工序作为造渣剂使用，回收除尘灰中的Fe、FeO、CaO等有益成分，改善炉渣性能，加速石灰溶化，降低氧气、金属和石灰消耗[4]，有效缓解除尘灰对生产经营的影响。
通过试验，分析、总结了影响除尘灰冷固造球的因素，采取一定措施，缩短了生产周期、减少了粘结剂的使用量、提高了成球率与成球强度。
1 生产工艺简介
1.1 主要原料
该工艺以除尘灰、氧化铁皮为主要原料，配加粘结剂为辅助材料。其中，除尘灰1.6万t/a、氧化铁皮按20%～25%配比约4 000 t/a、粘结剂按5%～10%配比约1 000 t/a，合计21 000 t/a。实际按照3万t/a的规模建设。冷固球团的主要原料和除尘灰成分分别见表1、表2。
表1 冷固球团的主要原料
|
种类 |
日产量/ t |
年产量/ t |
TFe/ % |
密度/ (t·m-3) |
粒度/ μm |
|
除尘灰 |
50 |
16 000 |
31~32 |
0.66 |
0～78 |
|
氧化铁皮 |
12 |
4 000 |
70 |
2.40 |
|
表2 除尘灰成分
|
种类 |
成分/% |
||||||||||
|
TFe |
SiO2 |
CaO |
MgO |
S |
K2O |
Na2O |
Zn |
Pb |
C |
Al2O3 |
|
|
1 |
31.02 |
4.89 |
22.81 |
1.16 |
0.54 |
0.09 |
0.49 |
0.59 |
0.12 |
1.20 |
1.61 |
|
2 |
31.37 |
1.58 |
15.69 |
0.92 |
0.87 |
1.96 |
1.75 |
0.82 |
0.45 |
2.01 |
0.31 |
1.2 工艺流程
受制于环保管控和场地有限等因素，采用干法直接压球方式，除尘灰不进行预先消解。冷固球团工艺分为原料接收、配料、混合、压球、晾晒、成品存储，工艺流程如图1所示。
图1 冷固球团工艺流程
从图1可以看出，除尘灰、氧化铁皮按照配比称量后，经过埋刮板输送机、斗式提升机进入轮碾机；水、水玻璃、粘结剂等经过计量称重后，按照先后顺序，依次加入轮碾机；上述物料经过轮碾机充分搅拌、混匀后，经过皮带输送进入缓冲仓；缓冲仓下设皮带，物料通过皮带输送进入预压机，经过预压机预压后进入高压压球机进行压球；高压压球机后设置振动筛，对压后产物进行筛分，筛上物通过皮带进入料槽、晾晒存储，筛下物通过斗式提升机重新进入缓冲仓进行再次压球；成品球通过装载机进行装车外发；装车前对成品球进行再次筛分，筛上物返炼钢转炉使用，筛下物通过料仓储存、皮带输送重新进入轮碾机，进行再次搅拌、混匀、造球。
1.3 产品质量指标
冷固球团产品质量指标见表3。
表3 冷固球团产品质量指标
|
项目 |
指标 |
|
|
主要成分 |
TFe(%) |
50～60％ |
|
外形尺寸 |
Ф40 mm～Ф50 mm （椭圆球） |
≥85% |
|
成品强度 |
抗压强度（N/个球） |
≥800 |
该生产线大量采用埋刮板输送机、斗式提升机等封闭设备进行物料输送，配合使用80 000 m3/h风量脉冲布袋除尘器，对物料转运点、卸料点进行除尘处理，外排粉尘浓度小于10 mg/Nm3。整条生产线采用PLC系统，由主控室集中控制，自动化程度较高。
该生产线没有设置除尘灰消解环节，实际生产中，成品球中氧化钙含量较高，氧化钙与空气中的水分反应后体积膨胀，导致成球率低、成品球强度不高、粉化严重。针对此问题，对除尘灰进行了消解实验[5]。
2 除尘灰消解实验
2.1 实验方案
在生产单位除尘器料仓现场，取两批除尘灰样品进行8组实验。其中实验1—实验6采用第1批，实验7—实验8采用第2批。实验5和实验6为第1批除尘灰敞口自然堆放48 h后进行实验，除尘灰成分见表4。
表4 实验用除尘灰成分 %
|
项目 |
TFe |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
P |
MnO |
S |
TiO2 |
K2O |
Na2O |
Zn |
Pb |
|
第1批 |
32.08 |
0.62 |
0.2 |
17.14 |
0.94 |
0.065 |
1.46 |
0.58 |
0.02 |
2.05 |
1.68 |
0.60 |
0.28 |
|
第2批 |
32.41 |
0.62 |
0.2 |
17.2 |
1.04 |
0.049 |
1.22 |
0.49 |
0.02 |
1.74 |
1.60 |
0.81 |
0.29 |
称取2～4 kg除尘灰，采用边喷洒边搅拌的形式配入一定水量，均匀搅拌5～10 min，用热电偶放入除尘灰内部进行实时测温，每间隔2 min记录一次温度。8组实验的配水量和消解时间见表5，消解温度随时间变化关系见图2。
表5 配水量和消解时间
|
项目 |
灰量/g |
水量/g |
配水量/% |
消解时间/min |
|
实验1 |
3 053.4 |
129.2 |
4.06% |
— |
|
实验2 |
3 165.7 |
255.1 |
7.46% |
38 |
|
实验3 |
3 912.6 |
437.7 |
10.06% |
46 |
|
实验4 |
2 855.4 |
397.6 |
12.22% |
74 |
|
实验5 |
3 160.8 |
165.7 |
4.98% |
64 |
|
实验6 |
2 796.7 |
119.4 |
4.09% |
82 |
|
实验7 |
3 469.4 |
231.8 |
6.26% |
34 |
|
实验8 |
3 372.8 |
306.8 |
8.34% |
32 |
图2 消解温度随时间变化关系
2.2 实验分析
以配水后温度达到最高值的时间作为完全消解时间。
（1）实验1中，加入水分不足，除尘灰中温度上升不明显。
（2）实验2、3、4中，除尘灰加水均匀搅拌后自然堆放，在配水7.5%～12%的范围内，消解时间随着配水量的增加而增加。
（3）实验5、6中，除尘灰敞口自然放置48 h后，消解时间延长，说明除尘灰堆存过程中存在自发热现象。
（4）实验7、8中，将除尘灰加水减半后压实进行实验，消解时间显著降低。
（5）除尘灰水溶性较差，搅拌过程中有结块现象。
（6）由于氧化钙与水反应会造成除尘灰体积膨胀，实验中除尘灰体积明显增大。
2.3 实验结论
鉴于除尘灰料仓中物料混合不均匀，实验取样中除尘灰中氧化钙含量有偏差，实验结果有一定偏差。但经过除尘灰消解实验，可以定性得出以下结论：（1）除尘灰中加入适量水会发生消解反应，温度升高；（2）消解反应过程中，由于氧化钙与水反应导致除尘灰体积膨胀，物料体积有明显增大现象；（3）对物料进行压实，可减少加入水量、缩短消解时间。
3 生产试验
3.1 试验方案
根据除尘灰消解实验的结论，现场组织生产试验。固定单次进料量，采用每组进料除尘灰600 kg、氧化铁皮280 kg，通过控制水和粘结剂的加入量和轮辗时间长短，记录物料升温过程。针对每组方案进行反复多次试验，及时分析、优化方案，最终形成7组试验方案。试验结果见表6。
表6 生产试验结果
|
方案 |
原料 |
水/ kg |
水玻璃/ kg |
粘结剂/ kg |
轮辗时间/ min |
最高温度/ ℃ |
初始强度/ N |
24小时强度/ N |
是否粉化 |
|
|
1 |
600 kg除尘灰+280 kg氧化铁皮 |
— |
150 |
100 |
5 |
75 |
— |
— |
是 |
|
|
2 |
600 kg除尘灰+280 kg氧化铁皮 |
— |
150 |
100 |
10 |
76 |
— |
— |
是 |
|
|
3 |
600 kg除尘灰+280 kg氧化铁皮 |
35 |
100 |
100 |
5 |
74 |
>100 |
— |
是 |
|
|
4 |
600 kg除尘灰+280 kg氧化铁皮 |
35 |
100 |
100 |
30 |
76 |
>100 |
>800 |
部分 |
|
|
5 |
600 kg除尘灰+280 kg氧化铁皮 |
70 |
100 |
100 |
30 |
75 |
— |
— |
— |
|
|
6 |
600 kg除尘灰+280 kg氧化铁皮 |
70 |
80 |
100 |
30 |
77 |
>100 |
>800 |
否 |
|
|
7 |
600 kg除尘灰+280 kg氧化铁皮 |
70 |
50 |
50 |
15 |
76 |
>100 |
>800 |
否 |
|
3.2 生产试验分析
（1）试验1、2中，不添加水。轮辗过程中物料温度上升、有冒白烟现象，物料结块明显，没有压制成球，且结块物料24 h后粉化严重。
（2）试验3中，先加入水进行轮辗，物料温度上升、有冒白烟现象，且出现温度下降现象；后续添加水玻璃的过程中，物料温度再次上升，初始球强度大于100 N，24 h后成品球粉化严重。说明物料中氧化钙没有消解完全。
（3）在试验4中，加入水玻璃后延长轮辗时间，待物料温度不再上升后，进行冷固造球。初始球强度大于100 N，24 h后部分成品球强度大于800 N，有粉化现象。说明物料中依然含有部分氧化钙。
（4）试验5中，在加入水玻璃的过程中，物料结团，未压制成球。
（5）试验6中，适当减少水玻璃的用量。轮辗过程中物料温度上升后回落、轮辗效果较好；初始球强度大于100 N，24 h后强度大于800 N，没有粉化现象。
（6）在试验6的基础上，加入适量水后，对轮辗时间、温度进行记录，物料轮辗10～15 min左右，温度上升至最高后出现回落，且加入水玻璃的过程中温度不再上升，最终形成试验7的方案。
将试验7的配比作为除尘灰冷固造球生产的最终配比，根据氧化铁皮含水量高低、环境温度等因素，适当调整加入水、水玻璃、粘结剂的量，成球率高、成球强度高、粉化率低，生产效率大大提高。
4 结论
（1）对除尘灰进行消解处理，可以有效提高成球率、成球强度。
（2）除尘灰消解过程中，可以参考温度变化判断消解是否完全。
（3）除尘灰消解过程中，对物料进行强力搅拌，让物料充分接触、混合，可以有效缩短消解时间、减少粘结剂的使用量。
参考文献
[1] 张一敏.球团矿生产技术[M].北京:冶金工业出版社.2005:42-43.
[2] 张向伟,廖洪强,包向军,等.除尘灰泥集中处理及资源化利用技术[J].冶金环境保护,2007(5):32-34.
[3] 蒋新民.钢铁厂机头电除尘灰综合利用[D].湘潭:湘潭大学,2010.
[4] 王玮，孟令和.除尘灰综合利用技术的开发与应用[J].中国资源综合利用,2011,29(2):23-26.
[5] 杨大兵,王永刚,喻容高,等.程潮铁矿球团配加粘结剂试验研究[J].武汉科技大学学报,2011,34(5):334-338.