楊大兵，江 劍，徐佳鑫，敖萬忠

（1.武漢科技大學(xué)冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430081；2.首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司技術(shù)中心，貴州 六盤水，553028）

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量除塵灰［1］，除含有Cr、Zn等多種有害重金屬元素外，還含有較高的鐵或碳等成分，如能合理開發(fā)利用，不僅可以減少環(huán)境污染［2］，而且還能節(jié)約大量寶貴資源［3－4］。對(duì)此，國內(nèi)外相關(guān)部門已引起了的高度重視，日本、美國等組織了專門的化工廠對(duì)除塵灰進(jìn)行處理。對(duì)除塵灰的利用，包括將金屬回收用離子交換樹脂系統(tǒng)制備純度極高的氧化鐵等［5］。

本文以首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司在燒結(jié)原料中添加除塵灰項(xiàng)目為研究對(duì)象，研究除塵灰配比對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)過程原料造粒、料層透氣性、燒結(jié)礦質(zhì)量、燃料消耗以及設(shè)備利用系數(shù)等的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

主要原料及其化學(xué)成分如表1所示。所用燃料為煤粉和焦粉，其成分分析結(jié)果如表2所示。部分原料的粒度分布和堆積密度如表3所示。除塵灰的粒度分布如表4所示。

表1 原料化學(xué)成分Table1 Chemical compositions of raw materials

表2 燃料成分分析結(jié)果Table2 Analysis results of fuels

表3 原料粒度分布和堆積密度Table3 Size composition and bulk density of raw materials

表4 除塵灰粒度分布（wB／%）Table4 Size composition of dust

1.2 試驗(yàn)方法

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，原料中，混勻料占56%，高爐返礦占7%，內(nèi)返礦占21%，煤粉和焦粉各占2.5%，石灰石占4%，生石灰占3%，白云石占4%，除塵灰添加量分別為原料總量的0、1%、2%、3%和4%。將原料通過人工和機(jī)混的方式混勻，測混合料的水分和粒度；將混合料裝入燒結(jié)杯，在1050℃下點(diǎn)火2min，控制點(diǎn)火負(fù)壓和燒結(jié)負(fù)壓分別為6.6kPa和9kPa，對(duì)達(dá)到燒結(jié)終點(diǎn)的燒結(jié)礦，依次經(jīng)單輥破碎、4次落下和多層篩分，通過記錄燒結(jié)混合料的粒度、燒結(jié)料層收縮率、燒結(jié)速度、燒結(jié)礦ISO轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、成品率、落下強(qiáng)度、FeO含量以及設(shè)備利用系數(shù)等指標(biāo)來評(píng)價(jià)添加除塵灰對(duì)燒結(jié)過程的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)原料制粒效果的影響

燒結(jié)原料制粒后的粒度分布如表5所示。從表5中可看出，隨除塵灰添加量的增加，小于3 mm的顆粒分布呈先下降后上升趨勢。原因是，粒度小、比表面積大的除塵灰經(jīng)一次混合、二次混合被水浸濕后，大多粘結(jié)于大顆粒的返礦等物料表面，因而混合料中3mm以下的顆粒分布減少；此外，除塵灰中含有的大量親水性較強(qiáng)的CaO，使得其在混勻制粒過程中的親水性增強(qiáng)，這也是混合料中3mm以下的顆粒分布減少的原因。

除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)原料制粒效果的影響如圖1所示。從圖1可以看出，隨除塵灰添加量的增加，混合料中大于3mm粒級(jí)的比例先增加后減小。這是由于粒度細(xì)小的除塵灰有較好的造粒效果，其以粗顆粒的返礦等物料為造粒核心，隨水分的添加和混合料的滾動(dòng)不斷長大；當(dāng)除塵灰添加量超過一定比例后，粗顆粒返礦等制粒核心相對(duì)不足，大量小顆粒除塵灰失去與粗顆粒返礦表面充分粘結(jié)的機(jī)會(huì)，結(jié)果形成除塵灰相互粘結(jié)，混合物料中小顆粒數(shù)量增多、大于3mm粒級(jí)的比例減少。除塵灰添加量為2%時(shí)，燒結(jié)原料中大于3mm的粒級(jí)分布達(dá)到57.8%。

表5 燒結(jié)原料制粒后的粒度分布Table5 Size composition of pelleting material

圖1 除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)原料制粒效果的影響Fig.1 Effect of dust content on granulating of raw material

2.2 除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)原料透氣性的影響

除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)速度和料層收縮率的影響如圖2所示。由圖2中可以看出，隨著除塵灰添加量的增加，燒結(jié)速度和料層收縮率均呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢。原因是隨著除塵灰添加量的增加，混勻料的造粒效果增強(qiáng)，透氣性變好，燒結(jié)燃料燃燒充分，熱量傳遞加快，從而使燒結(jié)速度加快，燒結(jié)礦結(jié)晶效果更好。除塵灰添加量超過一定比例后，粒度組成中小于3mm粒級(jí)增多，燒結(jié)原料的透氣性變差，由大量粒度細(xì)小的除塵灰所造小球，在不斷升高的燒結(jié)環(huán)境溫度下發(fā)生爆裂或粉化，粉化的除塵灰在被抽風(fēng)氣流帶走的同時(shí)也耗損了熱量，其結(jié)果惡化了燒結(jié)環(huán)境，減慢了燒結(jié)速度。除塵灰的添加量為2%時(shí)，垂直燒結(jié)速度達(dá)到最大值，為26.32mm／min，料層收縮率為14%。

圖2 除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)速度和料層收縮率的影響Fig.2 Effect of dust content on sintering speed and material shrinkage

2.3 除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和FeO含量的影響

除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和FeO含量的影響如圖3所示。由圖3可見，隨著除塵灰添加量的增加，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)先增大后減小，F(xiàn)eO含量則表現(xiàn)較為穩(wěn)定。除塵灰添加量為2%時(shí)，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為70.83%，F(xiàn)eO含量為7.13%。而過多的除塵灰夾雜于燒結(jié)原料中，使燒結(jié)礦的致密性變差，最終降低了燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)；而轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低則導(dǎo)致返礦增多，因而增大了燒結(jié)生產(chǎn)過程能耗和設(shè)備負(fù)荷。

圖3 除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和FeO含量的影響Fig.3 Effect of dust content on drum index and FeO content of sinter

2.4 除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)礦成品率和落下強(qiáng)度的影響

除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)礦成品率和落下強(qiáng)度的影響如圖4所示。由圖4可見，隨著除塵灰添加量的增加，燒結(jié)礦的成品率和落下強(qiáng)度均先增大后減?。划?dāng)除塵灰添加量為2%時(shí)，燒結(jié)礦的成品率和落下強(qiáng)度均達(dá)到最大值，分別為86.88%和67.68%。由于除塵灰粒度小、比表面積大，其適量添加能夠起到增強(qiáng)原料的制粒效果、改善燒結(jié)料粒度組成的作用；但由于除塵灰的堿度（1.998）略低于燒結(jié)原料的堿度（2.03），其過量添加會(huì)降低燒結(jié)原料的堿度值，導(dǎo)致CaO·Fe2O3等液相量不足，結(jié)果使燒結(jié)礦強(qiáng)度降低；此外過量除塵灰在燒結(jié)過程產(chǎn)生的大量燒損，以及其中部分成分的高溫分解，使燒結(jié)礦產(chǎn)生大量氣孔，加上混合料中造好的小球在燒結(jié)過程爆裂產(chǎn)生的大量碎料，其結(jié)果影響了料層的透氣性和燒結(jié)礦落下強(qiáng)度，致使返礦量增加，成品率下降。

圖4 除塵灰添加量對(duì)燒結(jié)礦成品率和落下強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of dust content on yield and drop strength of sinter

2.5 除塵灰添加量對(duì)燃料消耗及設(shè)備利用系數(shù)的影響

除塵灰添加量對(duì)燃料消耗及設(shè)備利用系數(shù)的影響如圖5所示。從圖5中可看出，隨著除塵灰添加量的增加，燃料消耗量呈先減小后增大的趨勢。這是由于除塵灰的加入，充分利用了除塵灰中的鐵（含量達(dá)46.68%），使得生產(chǎn)單位質(zhì)量的燒結(jié)礦燃料消耗相對(duì)降低，同時(shí)，加入適量的除塵灰一定程度上改善了料層的透氣性，使得燒結(jié)生產(chǎn)能夠順行；然而過多添加除塵灰會(huì)降低燒結(jié)原料中的Fe品位，其粉狀除塵灰包裹在燒結(jié)原料表面形成一層“隔離層”，在較大程度上阻止了空氣的傳入及熱量的傳出，因此不利于節(jié)能降耗。除塵灰添加量為2%時(shí)，燃料消耗為80.8kg／t，設(shè)備利用系數(shù)為1.93t／（m2·h）。

圖5 除塵灰添加量對(duì)燃料消耗及設(shè)備利用系數(shù)的影響Fig.5 Effect of dust content on fuel consumption and the coefficient of equipment utilization

3 結(jié)論

除塵灰添加量為2%時(shí)，燒結(jié)原料中大于3 mm的粒級(jí)分布達(dá)到57.8%，燒結(jié)礦落下強(qiáng)度為67.68%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為70.83%，F(xiàn)eO含量為7.13%，成品率為86.88%，燃料消耗為80.8kg／t，設(shè)備利用系數(shù)為1.93t／m2·h。按此配比，能獲得原料的造粒、料層透氣性、燒結(jié)礦質(zhì)量、燃料消耗以及設(shè)備利用系數(shù)的較佳效果。

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［3］沈臘珍，譚俊茹.利用鋼廠除塵灰制備鐵系顏料等的方法及現(xiàn)狀［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2003（3）：18－20.

［4］溫麗霞，李新兵.永通公司低成本燒結(jié)的實(shí)踐［J］.河北冶金，2010（2）：24－26.

［5］Sven O Santen.從煉鋼粉塵中回收金屬［J］.冶金環(huán)保情報(bào)，1995（1）：85－95.