王少峰
（安陽鋼鐵集團(tuán)有限公司）
摘要：介紹了煉鋼工序除塵灰冷固造球生產(chǎn)工藝，分析、總結(jié)了影響除塵灰冷固造球的因素。生產(chǎn)實踐證明，對除塵灰添加適量水分、強(qiáng)力混合，可以有效縮短除塵灰中氧化鈣的消解時間、降低粘結(jié)劑的使用量、提高成球率與成球強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：煉鋼；除塵灰；消解；冷固造球
0 前言
鋼鐵冶煉煉鋼工序中會產(chǎn)生各類除塵灰，目前主要采取返燒結(jié)配料的方式對這些除塵灰加以循環(huán)使用，回收利用除塵灰中的TFe、C、CaO、MgO等有益成分[1-3]。但除塵灰中所含有的Zn、K、Na等有害成分的富集對燒結(jié)配料、高爐順行影響較大，廠區(qū)內(nèi)部堆存同時帶來儲存場地有限、物料發(fā)熱自燃等問題。另外，按照2018年1月1日實施的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)稅法》規(guī)定，企業(yè)外排固體廢棄物應(yīng)繳納環(huán)境保護(hù)稅。
為有效解決這一問題，安鋼某單位于2019年2－5月建設(shè)除塵灰冷固造球生產(chǎn)線，對部分除塵灰采取冷固造球的方法，制備高強(qiáng)度、高品位球團(tuán),用于煉鋼工序作為造渣劑使用，回收除塵灰中的Fe、FeO、CaO等有益成分，改善爐渣性能，加速石灰溶化，降低氧氣、金屬和石灰消耗[4]，有效緩解除塵灰對生產(chǎn)經(jīng)營的影響。
通過試驗，分析、總結(jié)了影響除塵灰冷固造球的因素，采取一定措施，縮短了生產(chǎn)周期、減少了粘結(jié)劑的使用量、提高了成球率與成球強(qiáng)度。
1 生產(chǎn)工藝簡介
1.1 主要原料
該工藝以除塵灰、氧化鐵皮為主要原料，配加粘結(jié)劑為輔助材料。其中，除塵灰1.6萬t/a、氧化鐵皮按20%～25%配比約4 000 t/a、粘結(jié)劑按5%～10%配比約1 000 t/a，合計21 000 t/a。實際按照3萬t/a的規(guī)模建設(shè)。冷固球團(tuán)的主要原料和除塵灰成分分別見表1、表2。
表1 冷固球團(tuán)的主要原料
|
種類 |
日產(chǎn)量/ t |
年產(chǎn)量/ t |
TFe/ % |
密度/ (t·m-3) |
粒度/ μm |
|
除塵灰 |
50 |
16 000 |
31~32 |
0.66 |
0～78 |
|
氧化鐵皮 |
12 |
4 000 |
70 |
2.40 |
|
表2 除塵灰成分
|
種類 |
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 工藝流程
受制于環(huán)保管控和場地有限等因素，采用干法直接壓球方式，除塵灰不進(jìn)行預(yù)先消解。冷固球團(tuán)工藝分為原料接收、配料、混合、壓球、晾曬、成品存儲，工藝流程如圖1所示。
圖1 冷固球團(tuán)工藝流程
從圖1可以看出，除塵灰、氧化鐵皮按照配比稱量后，經(jīng)過埋刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)進(jìn)入輪碾機(jī)；水、水玻璃、粘結(jié)劑等經(jīng)過計量稱重后，按照先后順序，依次加入輪碾機(jī)；上述物料經(jīng)過輪碾機(jī)充分?jǐn)嚢?、混勻后，?jīng)過皮帶輸送進(jìn)入緩沖倉；緩沖倉下設(shè)皮帶，物料通過皮帶輸送進(jìn)入預(yù)壓機(jī)，經(jīng)過預(yù)壓機(jī)預(yù)壓后進(jìn)入高壓壓球機(jī)進(jìn)行壓球；高壓壓球機(jī)后設(shè)置振動篩，對壓后產(chǎn)物進(jìn)行篩分，篩上物通過皮帶進(jìn)入料槽、晾曬存儲，篩下物通過斗式提升機(jī)重新進(jìn)入緩沖倉進(jìn)行再次壓球；成品球通過裝載機(jī)進(jìn)行裝車外發(fā)；裝車前對成品球進(jìn)行再次篩分，篩上物返煉鋼轉(zhuǎn)爐使用，篩下物通過料倉儲存、皮帶輸送重新進(jìn)入輪碾機(jī)，進(jìn)行再次攪拌、混勻、造球。
1.3 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)
冷固球團(tuán)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見表3。
表3 冷固球團(tuán)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)
|
項目 |
指標(biāo) |
|
|
主要成分 |
TFe(%) |
50～60％ |
|
外形尺寸 |
Ф40 mm～Ф50 mm （橢圓球） |
≥85% |
|
成品強(qiáng)度 |
抗壓強(qiáng)度（N/個球） |
≥800 |
該生產(chǎn)線大量采用埋刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)等封閉設(shè)備進(jìn)行物料輸送，配合使用80 000 m3/h風(fēng)量脈沖布袋除塵器，對物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、卸料點(diǎn)進(jìn)行除塵處理，外排粉塵濃度小于10 mg/Nm3。整條生產(chǎn)線采用PLC系統(tǒng)，由主控室集中控制，自動化程度較高。
該生產(chǎn)線沒有設(shè)置除塵灰消解環(huán)節(jié)，實際生產(chǎn)中，成品球中氧化鈣含量較高，氧化鈣與空氣中的水分反應(yīng)后體積膨脹，導(dǎo)致成球率低、成品球強(qiáng)度不高、粉化嚴(yán)重。針對此問題，對除塵灰進(jìn)行了消解實驗[5]。
2 除塵灰消解實驗
2.1 實驗方案
在生產(chǎn)單位除塵器料倉現(xiàn)場，取兩批除塵灰樣品進(jìn)行8組實驗。其中實驗1—實驗6采用第1批，實驗7—實驗8采用第2批。實驗5和實驗6為第1批除塵灰敞口自然堆放48 h后進(jìn)行實驗，除塵灰成分見表4。
表4 實驗用除塵灰成分 %
|
項目 |
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 |
稱取2～4 kg除塵灰，采用邊噴灑邊攪拌的形式配入一定水量，均勻攪拌5～10 min，用熱電偶放入除塵灰內(nèi)部進(jìn)行實時測溫，每間隔2 min記錄一次溫度。8組實驗的配水量和消解時間見表5，消解溫度隨時間變化關(guān)系見圖2。
表5 配水量和消解時間
|
項目 |
灰量/g |
水量/g |
配水量/% |
消解時間/min |
|
實驗1 |
3 053.4 |
129.2 |
4.06% |
— |
|
實驗2 |
3 165.7 |
255.1 |
7.46% |
38 |
|
實驗3 |
3 912.6 |
437.7 |
10.06% |
46 |
|
實驗4 |
2 855.4 |
397.6 |
12.22% |
74 |
|
實驗5 |
3 160.8 |
165.7 |
4.98% |
64 |
|
實驗6 |
2 796.7 |
119.4 |
4.09% |
82 |
|
實驗7 |
3 469.4 |
231.8 |
6.26% |
34 |
|
實驗8 |
3 372.8 |
306.8 |
8.34% |
32 |
圖2 消解溫度隨時間變化關(guān)系
2.2 實驗分析
以配水后溫度達(dá)到最高值的時間作為完全消解時間。
（1）實驗1中，加入水分不足，除塵灰中溫度上升不明顯。
（2）實驗2、3、4中，除塵灰加水均勻攪拌后自然堆放，在配水7.5%～12%的范圍內(nèi)，消解時間隨著配水量的增加而增加。
（3）實驗5、6中，除塵灰敞口自然放置48 h后，消解時間延長，說明除塵灰堆存過程中存在自發(fā)熱現(xiàn)象。
（4）實驗7、8中，將除塵灰加水減半后壓實進(jìn)行實驗，消解時間顯著降低。
（5）除塵灰水溶性較差，攪拌過程中有結(jié)塊現(xiàn)象。
（6）由于氧化鈣與水反應(yīng)會造成除塵灰體積膨脹，實驗中除塵灰體積明顯增大。
2.3 實驗結(jié)論
鑒于除塵灰料倉中物料混合不均勻，實驗取樣中除塵灰中氧化鈣含量有偏差，實驗結(jié)果有一定偏差。但經(jīng)過除塵灰消解實驗，可以定性得出以下結(jié)論：（1）除塵灰中加入適量水會發(fā)生消解反應(yīng)，溫度升高；（2）消解反應(yīng)過程中，由于氧化鈣與水反應(yīng)導(dǎo)致除塵灰體積膨脹，物料體積有明顯增大現(xiàn)象；（3）對物料進(jìn)行壓實，可減少加入水量、縮短消解時間。
3 生產(chǎn)試驗
3.1 試驗方案
根據(jù)除塵灰消解實驗的結(jié)論，現(xiàn)場組織生產(chǎn)試驗。固定單次進(jìn)料量，采用每組進(jìn)料除塵灰600 kg、氧化鐵皮280 kg，通過控制水和粘結(jié)劑的加入量和輪輾時間長短，記錄物料升溫過程。針對每組方案進(jìn)行反復(fù)多次試驗，及時分析、優(yōu)化方案，最終形成7組試驗方案。試驗結(jié)果見表6。
表6 生產(chǎn)試驗結(jié)果
|
方案 |
原料 |
水/ kg |
水玻璃/ kg |
粘結(jié)劑/ kg |
輪輾時間/ min |
最高溫度/ ℃ |
初始強(qiáng)度/ N |
24小時強(qiáng)度/ N |
是否粉化 |
|
|
1 |
600 kg除塵灰+280 kg氧化鐵皮 |
— |
150 |
100 |
5 |
75 |
— |
— |
是 |
|
|
2 |
600 kg除塵灰+280 kg氧化鐵皮 |
— |
150 |
100 |
10 |
76 |
— |
— |
是 |
|
|
3 |
600 kg除塵灰+280 kg氧化鐵皮 |
35 |
100 |
100 |
5 |
74 |
>100 |
— |
是 |
|
|
4 |
600 kg除塵灰+280 kg氧化鐵皮 |
35 |
100 |
100 |
30 |
76 |
>100 |
>800 |
部分 |
|
|
5 |
600 kg除塵灰+280 kg氧化鐵皮 |
70 |
100 |
100 |
30 |
75 |
— |
— |
— |
|
|
6 |
600 kg除塵灰+280 kg氧化鐵皮 |
70 |
80 |
100 |
30 |
77 |
>100 |
>800 |
否 |
|
|
7 |
600 kg除塵灰+280 kg氧化鐵皮 |
70 |
50 |
50 |
15 |
76 |
>100 |
>800 |
否 |
|
3.2 生產(chǎn)試驗分析
（1）試驗1、2中，不添加水。輪輾過程中物料溫度上升、有冒白煙現(xiàn)象，物料結(jié)塊明顯，沒有壓制成球，且結(jié)塊物料24 h后粉化嚴(yán)重。
（2）試驗3中，先加入水進(jìn)行輪輾，物料溫度上升、有冒白煙現(xiàn)象，且出現(xiàn)溫度下降現(xiàn)象；后續(xù)添加水玻璃的過程中，物料溫度再次上升，初始球強(qiáng)度大于100 N，24 h后成品球粉化嚴(yán)重。說明物料中氧化鈣沒有消解完全。
（3）在試驗4中，加入水玻璃后延長輪輾時間，待物料溫度不再上升后，進(jìn)行冷固造球。初始球強(qiáng)度大于100 N，24 h后部分成品球強(qiáng)度大于800 N，有粉化現(xiàn)象。說明物料中依然含有部分氧化鈣。
（4）試驗5中，在加入水玻璃的過程中，物料結(jié)團(tuán)，未壓制成球。
（5）試驗6中，適當(dāng)減少水玻璃的用量。輪輾過程中物料溫度上升后回落、輪輾效果較好；初始球強(qiáng)度大于100 N，24 h后強(qiáng)度大于800 N，沒有粉化現(xiàn)象。
（6）在試驗6的基礎(chǔ)上，加入適量水后，對輪輾時間、溫度進(jìn)行記錄，物料輪輾10～15 min左右，溫度上升至最高后出現(xiàn)回落，且加入水玻璃的過程中溫度不再上升，最終形成試驗7的方案。
將試驗7的配比作為除塵灰冷固造球生產(chǎn)的最終配比，根據(jù)氧化鐵皮含水量高低、環(huán)境溫度等因素，適當(dāng)調(diào)整加入水、水玻璃、粘結(jié)劑的量，成球率高、成球強(qiáng)度高、粉化率低，生產(chǎn)效率大大提高。
4 結(jié)論
（1）對除塵灰進(jìn)行消解處理，可以有效提高成球率、成球強(qiáng)度。
（2）除塵灰消解過程中，可以參考溫度變化判斷消解是否完全。
（3）除塵灰消解過程中，對物料進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，讓物料充分接觸、混合，可以有效縮短消解時間、減少粘結(jié)劑的使用量。
參考文獻(xiàn)
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