陈先利，王 南，姜振强，杨俊锋，陈卫强，唐丽霞
（安阳钢铁集团有限责任公司，河南 安阳 455000）
摘 要：电炉炼钢除尘灰含有 Fe、FeO、CaO 等有益成分，通过对除尘灰进行冷固压球的办法，制备高强度、高品位球团用于转炉炼钢造渣剂使用，改善炉渣性能，加速石灰溶化，降低氧气、金属和石灰消耗，在转炉炼钢中取得良好的冶炼效果，探索出一种循环经济模式。
关键词：炼钢；电炉；除尘灰；冷固球团；循环经济
随着国内外钢铁行业环保与可持续发展的明确要求，钢铁企业将在生产过程中的国体废弃物进行再生利用，探索企业内部特征废物工序协同处置技术路径，即在循环经济中，资源不是枯竭，而是重复使用，产品的最终归宿不是浪费，而是进一步的产品。某公司积极响应国家号召，率先在国内推广先进的循环经济工艺技术，建立固态废弃物循环利用产业链。特别是第一炼轧厂100 t 电炉复产后，产能达到 85 万 t/a 以上，在冶炼生产过程中将会产生约 1.1 万 t/a 的干法除尘灰，数量巨大，循环利用经济建设迫在眉睫。
目前，国内钢企大多采取返回原料场或烧结工序利用电炉除尘灰，大循环处置不仅增加工序能耗，还增加了企业生产运行成本，环保方面也面临较大的压力。若按照危废处置，随着环保管控力度的加大，危废处置的标准也大大提高，高达3 500 元/t，占电炉吨钢生产成 本约 （40 ～50）元，处理工艺为无害化处理后填埋，未能使除尘灰中的铁、锌等元素实现资源循环利用。同时，由于电炉除尘灰中 Zn、K、Na 等有害成分含量较高，用于烧结配料对系统运行影响较大。在此情况下，为保证电炉炼钢生产的顺行，电炉除尘灰只得采取在厂区内部存放，带来储存场地有限及物料发热自燃等问题。为有效解决当前电炉除尘灰存在的问题，采取对除尘灰进行冷固压球的办法，制备高强度、高品位球团用于转炉炼钢造渣剂使用，走小循环道路，减少工序，及时内部消化产生的除尘灰，并可回收除尘灰中的 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，在转炉炼钢中取得良好的冶炼效果。
基于以上情况，参照国内外为数不多的电炉除尘灰现有处理技术方法[1-5]，开发电炉除尘灰冷固球团技术，以在较短时间内解决电炉除尘灰内部循环利用、实现环保无害化处置为根本目的，解决除尘灰储运过程中的环境问题，促进氧化铁皮等含铁原料的内部使用，同时有效地降低除尘灰外排处置成本，提高企业经济效益。
1 电炉除尘灰的概况
100 t 电炉复产后，所产生的除尘灰包括布袋除尘灰和沉降室除尘灰两部分，其中电炉布袋除尘灰量约 14 kg/t 钢，沉降室灰约 6 kg/t 钢。按年产 85 万 t 钢 （加部分铁水） 计算，每年约有 1.1万 t 布袋除尘灰，0.5 万 t 沉降室灰。电炉除尘灰的主要成分见表 1 所示。
2 电炉除尘灰冷固球团技术
2.1 原料
以电炉除尘灰、氧化铁皮为主要原料，配加粘结剂为辅助材料。主要原料情况为表 2 所示。
2.2 工艺技术参数
处理物料量：约 3 万 t/a （干基）；
年作业时间：7 200 h/a；作业率：82.2%；
产品方案：冷固球团约 3 万 t/a；
成品规格及成份：TFe 50%～60％，CaO 5%～ 10％，SiO2 1.5%～2.5％；
成品球外形尺寸： （准40～准50） mm （椭圆球形）；
单球强度：≥800 N。
转炉消耗量：按照目前相关技术资料介绍[6-13]，冷固球团转炉消化量可以达到 （22～25） kg/t 钢，考虑到转炉炼钢对冷固球团应用技术的推广、适应、消化情况，最低消化量应当不低于 （8～10） kg/t 钢。按 60 万 t/月钢产量，以吨钢消耗 10 kg 球团计算，冷固球团使用量为 6 000 t/月，年使用量7.2 万 t，所产生的冷固球团可以得到全部消化。
2.3 工艺原理
按比例将氧化铁皮、除尘灰等原料通过添加粘结剂混合均匀，采用冷压粘结固化成型工艺，经过压球机生产冷固球，然后筛分、烘干或晾干，即成为成分均匀、粒度均匀、强度好的冷固球团。
3 生产工艺流程及设施
电炉除尘灰冷固球团生产工艺流程为：原料接收、配料、混合、压球、烘干、成品存储发运等，主要工艺流程见图 1 所示。
根据流程的特点，从工艺上可划分为以下几个系统：
1） 原料系统：原料系统包含原料的接收、存储、配料。所需除尘灰通过吸排车送至接收仓，接收仓顶设粉尘接收装置。所需氧化铁皮通过自卸车运至车间现场，经筛分后，筛下物进入氧化铁皮配料仓，筛上物作为废钢原料返炼钢。选择适用的粘结剂，设置粘结剂存储仓。除尘灰、氧化铁皮等原料仓下设配料计量胶带输送至原料集合刮板机，通过刮板机输送至轮碾机，粘结剂也通过称量皮带卸至集合刮板机，与除尘灰、氧化铁皮一道进入轮碾机加水混合；
2） 混合压球系统：混合压球系统包括原料的混合、轮碾和高压压球。原料经配料送至车间内的混合料缓冲仓，通过星型给料器给入轮碾机，经轮碾机混合均匀后卸料，输送至压球缓冲仓，定量给入高压压球机成球。本系统配置 1 台轮碾机和 1 台压球机。压制成球后经过筛分机，筛上半成品进入干燥环节，筛下物返回压球系统重新压制；
3） 半成品烘干系统：对压制成型的半成品球进行烘干处理，缩短干燥时间，提高成品球强度。根据现场情况，采用球团立式干燥机或网带式烘干机，烘干热源从节能的方面考虑，使用煤气、烧结机等周边炉窑的余热烟气等。烘干温度控制在 300 ℃左右，烘干后成品球含水量＜5%；
4） 成品存储外运系统：物料压制成球烘干后，首先经筛分环节，筛下物返回轮碾机混合后再次进入压球系统，筛上成品经胶带机送至辊筛，筛分后通过皮带输送机将成品球均匀卸至成品料仓内，直接装车运输至转炉炼钢原料区域；
5） 环保系统：为有效捕集工艺生产过程中散发出的粉尘和烟气粉尘，根据工艺设置，分别设置环境除尘、通风和空调设施。
环境除尘设施 刮板机及胶带机进出料位置设置除尘设施。环境除尘及成品仓干燥系统为负压式，环境除尘采用低压脉冲袋式除尘器，除尘风机采用离心式风机。除尘风机室外布置。系统流程均为：含尘气体经吸风罩、抽风管道，进入除尘器作净化处理，然后通过风机送入消声器作消声处理，再经排气烟囱排入大气。排放气体的含尘浓度≤10 mg/m3 （标态）。除尘系统的除尘器灰斗下设置输灰机，把除尘灰输送至原料仓下刮板机，进入系统循环利用。除尘风机出口设置消声器，风机外壳包覆隔声材料，系统噪声满足国家规范要求。
通风空调设施：配电及其它有通风换气要求的辅助房，均设置轴流风机进行通风换气。有消防监控要求的站房，通风设备与消防监控系统联锁。为在夏季消除控制室、电气室及其它有空调要求的室内设备散发的余热，各房间分别设置冷风空调机进行空气调节；
6） 自动化控制系统：系统整体采用机电一体化设备，设自动和手动控制方式。手动操作在就地实现，自动方式由设备成套 PLC 柜控制。除尘设备设就地和远程两地操作控制；
7） 主要设备。主要设备情况见表 3。
4 能源介质需求参数
冷固球团生产的主要能耗为电能。将工艺布置做到流程顺畅，尽量减少物料的转运环节，可以减少提升运输设备，降低电耗。实施“零排放” 用水方案，节约用水，保护水质。
该项目使用的能源动力介质需求情况见表 4。
5关键技术创新
1） 科学设计格栅尺寸。氧化铁皮是经过格栅、斗提提升机、仓顶振动筛处理后进入氧化铁皮料仓，所以氧化铁皮含水、含油，极易造成格栅堵料、下料不顺。科学设计格栅大小，加强氧化铁皮原料管理，既解决堵料问题，又能防止氧化铁皮大量进入斗式提升机而造成提升机压死；
2） 阀门的选型计算及控制。电炉除尘灰通过星型给料器、螺旋配料器计量，通过埋刮板输送机、斗式提升机进入轮辗机。星型给料器上方设有阀门，控制除尘灰进入星型给料器速度。合理选择阀门大小及开启控制，既能防止物料大量进入给料器，造成给料器压死，还能满足正常下灰量的需求；
3） 振动电机的选型。因物料有粘性，会造成缓冲仓粘料，需配备使用振动电机。电机过大，会使物料大量砰出；电机过小，效果差，经常出现下料口堵现象，人工检查处理极为困难。通过数字建模计算，选择合适振动电机，有效规避以上难题；
4） 压缩空气自动排水设计。定期对压缩空气管道进行放水，防止水分通过压缩空气进入灰仓，造成下灰困难。
6 实施效果
1） 转炉加快成渣，改善渣料结构。吹炼初期转炉炉内温度较低时配加除尘灰冷固球团，一方面可增加出渣中的 FeO 含量，提高 CaO 的溶解速度，有效降低炉渣黏度，利于 FeO 向石灰晶格内迁移，生成低熔点物质，有效防止石灰表面层 2CaO·SiO2 的生成。另一方面前期较高的 FeO可快速在钢渣界面生成乳化渣，促进脱磷反应。
同时冷固球团加入转炉，石灰熔化率提高，加上除尘灰冷固球团携带的一部分 CaO 又可减少石灰消耗[14]；
2） 冷固球团有冷却效果，可替代部分铁矿石。冷却吸热包括物理冷却吸热、化学冷却吸热两种。物理冷却吸热方面，电炉除尘灰冷固球团与铁矿石的组成相近 （主要含 TFe），两者物理冷却吸热原理相同。化学冷却吸热方面，虽然铁矿石中的 TFe 比电炉除尘灰冷固球团约高 5%左右，但是在铁水成分、出钢温度相近范围内，实验验证电炉除尘灰冷固球团冷却效果与铁矿石冷却效果基本相近。
3） 简化炉前操作、降低转炉护炉成本、提高金属所得率。除尘灰冷固球团有较好的起渣、化 渣效果，替代了矿石，简化了炉前操作。转炉吹炼前期加入除尘灰球团不仅能均衡吹炼前期升温速率，还可避免冶炼中期金属“返干”和脱磷率低，也降低了钢铁料消耗。转炉配加冷固球团可使冶炼初期炉渣碱度提高，MgO 在渣中溶解度降 低，有效减少冶炼初期炉衬侵蚀，还有利于转炉 耐材的寿命延长，降低转炉的护炉成本。冷固球 团中 TFe 含量在 50%～55%，使电炉除尘灰中的金 属得到有效回收，经济效益显著。
7 效益分析
1） 原材料及能源价格：各类除尘灰原料不做 计价；氧化铁皮 （TFe≥65%） 价格按 600 元/t；结 合剂加入量按 5%，折合价格 180 元/t；电价按照0.5 元/度；水价按 4 元/m3。生产 1t 成品冷压球的 综合成本约 400 元/t 成品球；
2） 经济效益
年生产冷固球团 3 万 t。产品成本为 400 元/t， 替代转炉铁矿石 （含铁量 62%）、减少氧气、石灰消耗，一年可创造经济效益 550 万元/a 以上；
2） 社会效益 减少资源浪费，保护环境，发展循环经济， 推进企业可持续发展。
8 结 语
1） 除尘灰冷固球团技术生产的冷固球团，改 善炉渣性能，加速石灰溶化，降低氧气、金属和石灰消耗，探索出一条应用于转炉炼钢的途径；
2） 解决了钢铁固废除尘灰再利用难题，电炉 除尘灰内部循环利用，实现了企业环保、可持续发展；
3） 回收除尘灰中的 Fe、FeO、CaO 等有益成分，促进氧化铁皮等含铁原料的内部使用，替代 转炉铁矿石，提高了企业经济效益。 总之，电炉除尘灰冷固球团技术及应用，不仅解决环保、安全问题，确保了生产经营的需要，而且带来了社会效益和经济效益的同步提升。
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