劉敬東,孫 瑩

(安陽鋼鐵集團有限責任公司,河南 安陽 455004)

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中會產(chǎn)生大量煙塵,先經(jīng)過蒸發(fā)冷卻器將顆粒較粗的部分收集,剩余部分再經(jīng)過靜電除塵器收集,可以得到粒度細小且含鐵料高的轉(zhuǎn)爐除塵灰[1]。原來許多企業(yè)把轉(zhuǎn)爐除塵灰返燒結(jié)配料,回收利用除塵灰中TFe、C、CaO、MgO等[2],但其中所含的Zn、K、Na等有害成分對高爐系統(tǒng)、燒結(jié)系統(tǒng)帶來諸多影響,會形成堿金屬富集,造成燒結(jié)“糊篦條”,引起燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量降低[3-4],增加工序能耗,有害元素在高爐內(nèi)循環(huán)富集影響高爐順行。隨著高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展,K、Na和Zn對高爐生產(chǎn)的危害性越來越受到重視[5-6],很多鋼廠禁止將含有害元素較多的除塵灰在高爐系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用,造成除塵灰外排或在廠區(qū)堆積。

發(fā)改環(huán)資〔2021〕381號文《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》中明確提出,創(chuàng)新大宗固廢綜合利用模式,在鋼鐵冶金行業(yè)推廣“固廢不出廠”。加強除塵灰固廢資源全量化利用是鋼鐵冶金企業(yè)必須解決的難題。

為解決轉(zhuǎn)爐除塵灰內(nèi)部處置和資源化利用問題,中部某鋼鐵企業(yè)2022年建設(shè)了15萬噸轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊生產(chǎn)線,把轉(zhuǎn)爐除塵灰壓成53×55×60 mm的冷壓塊,烘干后返轉(zhuǎn)爐煉鋼循環(huán)利用,達到預(yù)期效果。

1 轉(zhuǎn)爐除塵灰的主要成分

該企業(yè)轉(zhuǎn)爐全部采用干法除塵系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐煙氣通過汽化冷卻煙道進入蒸發(fā)冷卻器,蒸發(fā)冷卻器通過噴水,先將 800～1000 ℃的煙氣降至 250～300 ℃ ,并對煙氣進行粗除塵,粗除塵后的煙氣進入靜電除塵器進一步精除塵,收集的粉塵通過輸灰裝置排出,送至灰倉,年產(chǎn)生除塵灰約11萬噸。主要分為轉(zhuǎn)爐一次、二次、脫硫、精煉、混鐵爐等除塵灰,主要成分見表1,粒級分布見表2。

表1 轉(zhuǎn)爐除塵灰主要成分 單位:%

表2 轉(zhuǎn)爐除塵灰粒級分布統(tǒng)計表 單位:%

通過表1可以看出,轉(zhuǎn)爐灰中一次灰鐵含量較高、雜質(zhì)含量低,精煉灰中的K2O、Na2O含量高,脫硫灰和混鐵爐灰中主要成分是鐵和鈣。其中 Fe最高達到69.9%,主要以 FeO、Fe2O3和 Fe3O4的形式存在;有害元素中K2O最高達到3.78%,Na2O最高達到1.79%;Zn最高達到2.09%,主要以 ZnO 和 ZnFe2O4的形式存在[7],大多來源于轉(zhuǎn)爐使用的含鋅廢鋼。通過表2可以看出,轉(zhuǎn)爐灰粒徑分布在140目以下的達到95%。

2 主要原料構(gòu)成和產(chǎn)品方案

2.1 主要原料

包括轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)除塵灰以及連鑄、軋鋼系統(tǒng)產(chǎn)生的沉淀污泥,配加部分氧化鐵皮作為骨料和增加成品鐵含量,輔助原料是粘結(jié)劑,主要原料組成見表3。

表3 主要原料組成表

2.1.1 為了便于原料儲存,根據(jù)除塵灰原料特征進行分類合并,共分為三類。轉(zhuǎn)爐一次灰作為第一類;混鐵爐和2#、3#轉(zhuǎn)爐除塵灰作為第二類;2#、3#精煉爐除塵灰,1#轉(zhuǎn)爐、精煉爐,脫硫除塵灰作為第三類;三類灰分倉存儲。

2.1.2 為增加壓塊鐵品位,向除塵灰里配加氧化鐵皮、軋鋼污泥。氧化鐵皮來自煉軋廠生產(chǎn)車間,軋鋼污泥來自煉軋廠沉淀池,均采用汽車運輸,卸到本系統(tǒng)粉料裝卸間,分類存放后參與配料,氧化鐵皮的含水率控制在小于10%,軋鋼污泥含水率控制在小于20%。

2.1.3 外購生物質(zhì)干粉粘結(jié)劑和罐裝液體粘結(jié)劑,由汽車運輸至車間,使用液體泵將液體粘結(jié)劑輸?shù)焦摅w儲存。

2.2 產(chǎn)品方案

主要產(chǎn)品為除塵灰冷壓塊,其化學成分、物理性能見表4所示。

表4 冷壓塊化學成分、物理性能指標表

3 轉(zhuǎn)爐灰壓塊工藝

轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊生產(chǎn)工藝流程主要包括原料接收、消解、混合配料、高壓壓塊、成品烘干、成品存儲發(fā)運及輔助設(shè)施等。除塵灰運輸?shù)交覀},加濕后到消解間消解,再與氧化鐵皮等按比例混合,配加粘結(jié)劑后進行強力攪拌,通過帶式運輸機送至砌塊成型機,壓制出冷壓塊經(jīng)過升板機、子母車送入烘干系統(tǒng)烘干養(yǎng)護,再經(jīng)子母車、降板機、推磚機、皮帶機到成品倉。

圖1 冷壓塊生產(chǎn)工藝流程簡圖

3.1 原料接收、消解

原料除塵灰來自煉鋼工序各個除塵器,由吸排罐車輸送入特定原料倉中,每個倉下設(shè)有雙軸螺旋加濕機,各種除塵灰按配比加濕攪拌后由斗提機送入消解間,消解8～12h,消解后的原料由自動連橋式刮板取料機、皮帶運輸機轉(zhuǎn)運到埋刮板機。

氧化鐵皮由汽車運至地倉,然后經(jīng)振動給料機、斗提機、振動篩進入氧化鐵皮倉儲存,經(jīng)帶式定量給料機按需定量進入埋刮板機。

3.2 混合配料

消解后的除塵灰和氧化鐵皮、污泥按比例混合后由埋刮板機送至緩沖倉中,交替供料;緩沖倉下設(shè)電動閘板閥,將混合料放入倉下埋刮板機,送至強力混合機中。

在原料中加入粘結(jié)劑,粘結(jié)劑分干粉狀和液態(tài)兩種,兩種共用效果更好,干粉粘結(jié)劑有2個倉,倉下有稱量斗,每次定量供給到強力混合機;液態(tài)粘結(jié)劑設(shè)有儲存罐體,通過計量泵供給到強力混合機。

設(shè)置兩臺4500 L臥式強力混合機,強力混合機是冷壓塊系統(tǒng)的核心設(shè)備之一,它的性能直接影響到壓塊的效率和質(zhì)量。

混合碾壓后的原料經(jīng)皮帶機、斗提機送至埋刮板機,進入壓塊工序。

3.3 壓塊成型

選用2臺JYM1280壓磚機,混合后的原料經(jīng)埋刮板機分別送至高壓壓塊機上面的預(yù)備倉,倉下設(shè)電動插板閥,再進入高壓壓塊機進行壓塊,一次可壓制冷壓塊228塊,作業(yè)周期15～25s。壓制成型的壓塊進入托板機送進下道工序。

3.4 烘干

從壓塊機出來的壓塊,經(jīng)過升板機、子母車轉(zhuǎn)運至烘干養(yǎng)護間,共設(shè)置15個養(yǎng)護間,經(jīng)換熱后的150 ℃左右熱空氣通過管道送入養(yǎng)護間,通過管道的開孔,將熱風均勻送入養(yǎng)護間下部。依靠熱空氣的運動脫除含水半成品塊中的水分。

蒸汽空氣換熱器利用1.2 MPa飽和蒸汽預(yù)熱冷空氣,蒸汽經(jīng)過換熱器冷凝后,進入現(xiàn)有循環(huán)水池。

成品烘干后再經(jīng)子母車、降板機、推磚機、皮帶機到成品倉。經(jīng)過篩分(篩孔8 mm),篩上物經(jīng)過皮帶轉(zhuǎn)運進入儲料倉,通過汽車運輸?shù)綗掍摖t料上料系統(tǒng)。篩下粉料進入返料倉重新進入配料系統(tǒng)。

3.5 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)整體采用機電一體化設(shè)備,設(shè)自動和手動控制方式。手動操作就地實現(xiàn),自動方式由設(shè)備成套PLC柜控制。對原料區(qū)、混合料區(qū)、壓塊區(qū)域等工況進行檢測、顯示、控制;所有現(xiàn)場儀表溫度、壓力、流量、物位、稱量等過程檢測、控制信號進入冷壓塊中央控制系統(tǒng),中控一級機畫面顯示。

4 環(huán)境治理

生產(chǎn)線主要揚塵點為灰倉頂部、烘干倉煙氣、成品線物料轉(zhuǎn)運點以及返礦線物料轉(zhuǎn)運點,根據(jù)生產(chǎn)工藝和揚塵點位置,設(shè)置C-1除塵系統(tǒng)、C-2除塵系統(tǒng)和C-3除塵系統(tǒng)共三套除塵系統(tǒng),排放顆粒物≤10 mg/Nm3。 C-1除塵系統(tǒng)包括原料灰倉,每個倉頂設(shè)正壓除塵器一臺;C-2除塵系統(tǒng)包括原料線物料轉(zhuǎn)運點、消解區(qū)密閉倉以及攪拌區(qū)物料轉(zhuǎn)運點等濕度較大揚塵點,設(shè)一套濕法除塵系統(tǒng);C-3除塵系統(tǒng)包括成品線物料轉(zhuǎn)運點,設(shè)一套低壓脈沖布袋除塵器。

5 工藝效果

5.1 項目建設(shè)完成后,制定了《轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊工藝168小時性能測試方案》,生產(chǎn)部門按方案組織生產(chǎn),質(zhì)量檢測部門按方案要求進行取樣質(zhì)檢化驗。共計生產(chǎn)成品冷壓塊3041噸,日均434.47噸,產(chǎn)品平均粉化率為6.7%,平均含水率為3.98%,平均落下強度為93.9%,平均抗壓強度為5207 N 。

5.2 存在的問題為壓塊含水率指標有波動,個別批次檢測含水率偏高,主要原因在原料預(yù)處理環(huán)節(jié),對水量的控制需要更精細化,在烘干環(huán)節(jié)所需熱風的溫度和風量要保證達標。

5.3 轉(zhuǎn)爐冶煉前期熔池溫度低,加入轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊后,因壓塊中含有Fe2O3、FeO、CaO 等,可增加渣中FeO含量,降低爐渣黏度,促進前期石灰的融化。

6 結(jié)語

6.1 把轉(zhuǎn)爐除塵灰造冷壓塊返回轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)作為造渣劑使用,回收除塵灰中的鐵、鈣等有益成分,目前轉(zhuǎn)爐可以消化冷壓塊20 kg/噸鋼,基本實現(xiàn)除塵灰產(chǎn)生和消納的平衡。

6.2 返轉(zhuǎn)爐使用過程中必須控制好成品冷壓塊的強度、水分和含粉率等,確保加入轉(zhuǎn)爐時不產(chǎn)生大量煙塵,不因水分偏高而造成轉(zhuǎn)爐噴濺事故。

6.3 實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐除塵灰在轉(zhuǎn)爐冶煉系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)使用,避免在燒結(jié)、高爐工序循環(huán),既降低了有害元素對燒結(jié)、高爐工序的危害,還可以實現(xiàn)系統(tǒng)降低能耗。

6.4 有效解決了轉(zhuǎn)爐除塵灰的處置問題,避免了外排和在廠區(qū)堆積,符合鋼鐵行業(yè)“固廢不出廠”的產(chǎn)業(yè)政策,具有經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。