转炉炼钢除尘灰的产生与利用

2020-09-17艾晓琴

山西冶金 2020年4期

艾晓琴

（河钢集团宣钢公司二钢轧厂，河北宣化075100）

转炉除尘灰是炼钢过程中产生的废弃物料，散落生产现场，不仅污染环境，而且损害职工的身体健康。随着国家环保力度的不断加强，相继出台全方位的环保政策和地方行政法规，加强环保管理，规范企业的环保行为，环保投入不断加大，企业干部职工的环保意识不断增强。炼钢除尘灰的治理与利用势在必行，采用先进的技术与方法，收集、处理、利用炼钢过程中产生的转炉除尘灰，变废为宝，降低污染，同时增加了企业收益。

1 宣钢转炉除尘灰产生概况

宣钢150 t炉区采用了干法除尘系统的工艺，在炼钢冶炼生产的过程中，由于激激的氧化还原反应，产生CO等气体，由于转炉冶炼加入熔剂和合金加料，在此过程中以CO气体为主的除尘气体夹杂着加料等产生转炉炼钢除尘灰。根据宣钢冶炼实际，吨钢除尘灰冶炼产生量在15～20 kg之间[1]。干式除尘系统产生的粉尘粉尘灰，通过蒸发冷却器的时候为炼钢粗粉尘，经过静电除尘器之后，将大颗粒的粉尘吸附之后转变为炼钢细颗粒粉尘，也就是所说的转炉除尘灰。

转底炉生产金属化球团的技术在我国已经被熟练应用。在炉内1 350℃左右的高温条件下，通过预热段和还原段之后，含碳球团受到热量还原，l6～21 min完成金属化过程，这些热量来自燃料燃烧产生的热辐射，于此同时，在炉内通过还原，生成的锌也在高温条件下气化。金属化球团进行生产时，先在转底炉旋转一圈，并且还要经过螺旋出料机排出炉外，之后，由于需要降低温度，还要在冷却机下冷却到100℃以下，最后将其送入成品仓。煤气可以作为转炉底的燃料，并且将高温废气通过烟道排出去。其流程是先通过余热锅炉，在这里生产出大量的蒸汽，之后再用换热器装置，让空气在其中进行燃烧，这时候废气在烘干生球，一切都完成后，这些废气被排入大气中。还可以对除尘灰和泥进行预处理。这是由于它们的含铁量相对较低，利用率不高，并且它们中含有的有害杂质较高，预处理后可以减少这两个方面的问题，使高炉更加高效。

我国转底炉直接还原处理除尘灰、泥这一先进项目，发展较缓慢，目前，莱钢和北科大合作，对这一项目的研究有所突破，还需要进一步去研发利用。

2 除尘灰的产生

除尘灰的产生与烧结矿石各元素含量密不可分。烧结矿由多种矿物组成。其液相组成是决定烧结矿矿物组成的重要因素。因为液相的组成和数量，首先取决于原材料的性质，例如，矿物的类型，化学组成，粒度组成等。其次，它取决于烧结工艺条件，例如，碳含量、碱度、温度、气氛、材料层渗透性等。各种烧结矿的矿物基本相同，因为它受两个条件（原材料条件和烧结过程）的影响。烧结矿有两种类型，即熔剂烧结矿和自熔剂烧结矿。两种矿物的成分不同。它们主要由铁酸钙，磁铁矿和钙钛矿组成，并含有少量其他物质，例如石英，玻璃等。

可以在显微镜下观察烧结矿的结构，主要是观察其矿物组成的各种物理性质，例如尺寸和位置关系。这些早期烧结矿与技术的发展和条件的变化没有明显的区别。

根据近年来通过观察获得的普通烧结矿的微观结构，可以分为五种类型，这些结构是侵蚀结构、斑点结构、骨架结构、单点共晶结构和颗粒结构。在此类别中，某些磁铁矿在显微镜下为噬菌斑状晶体，并与相对较细的颗粒结合，形成噬菌斑结构。观察到的高碱度烧结矿，具有非常小的晶粒和圆度，其形状被铁酸钙侵蚀，然后紧密连接。它们具有较大的接触面积，并且摩擦力较大，使其结合的更紧密，更牢固，因此强度也非常大。最显著的特点是高碱度烧结矿的侵蚀结构，在烧结的早期，通过冷却和结晶获得磁铁矿晶体，它们不会随着其他矿物质的进入而改变自身结构，它们仍保持其原始的晶体形状，即骨架结构。通过观察橄榄石晶体和硅酸盐晶体的结构，发现其形成过程，存在一定的差异，对应于磁铁矿呈点状和赤铁矿点状晶体，前者由Fe3O4和CaO形成。Fe2O3SiO2体系是共晶体，但后者的共晶是通过氧化产生的，两者之间有较大差异。除上述条件外，磁铁矿在烧结过程中形成晶体。该产品产生各种形状的晶粒，该组成为粒状结构。

3 除尘灰的附加值分析

3.1 吨钢粉回收统计

宣钢以转炉干法工艺产生的除尘灰为研究对象，开展了转炉炼钢除尘灰的高附加值利用效果的分析研究。

转炉炼钢产生的粉尘分为粗除尘灰和细除尘灰。粗除尘灰来自蒸发冷却器除尘之后的底部，细灰是炼钢过程中产生的细颗粒的烟尘。整个2019年，宣钢炼钢粉尘的生产，积累和回收将达到19～23 kg/t钢（见图1）。

图1 2019年吨钢回收除尘回收量

3.2 转炉粉尘的化学成分（见表1）

表1 转炉除尘灰的化学成分 %

炼钢除尘灰的特特性：

宣钢炼钢产生的除尘灰的细粒度≤0.07 mm，其中主要成分为FeO和Fe2O3，均为铁级。w（TFe）为45%～60%，平均值大约49%左右；其中次要成分为碱性氧化物。酸性氧化物w（SiO2）≤2.9%；Ka2O为转炉炼钢除尘灰呈灰黑色细颗粒。转炉粉尘的细尘为红棕色，粒度呈现的更加细，质量分数为69%左右。转炉炼钢产生的粉尘中的氧化铁含量特别高，可以做为制备以铁为基的防腐绝热材料的良好原料。

4 宣钢除尘灰粉尘利用分析

4.1 除尘灰热压成块技术

热压成块技术是根据除尘粉尘可燃性性的原来，利用高温加热使其产生塑性变化，经过高压热压成块，经过氮冷成型，到转炉以替换冷料。该方法的优点是不需要附近其他物料，灰尘团块的强度特别的高。它可以直接用作转炉中的冷却材料。它是目前最广泛使用的LT粉尘处理方法。然而，热压块的生产需要在高温和空气隔离的条件下进行，这需要较高的设备和过程控制，大量的一次性投资，苛刻的过程条件以及较高的设备故障率，这很难实现。产生很长一段时间[2]。

4.2 除尘灰冷压成块技术

宣钢探索利用粉煤灰和污泥中添加一些添加剂，并通过冷固化过程使转炉渣制造剂团块化的冷压成块技术，用于转炉渣的制造。达到增强炉渣的形成，提高脱磷效果，并增加脱磷率，而且其结渣效果抑制飞溅作用十分明显。

4.3 除尘灰返矿烧结技术

宣钢采用除尘灰返矿烧结技术，将转炉除尘灰的利用方法加入到烧结后的混合物中，然后烧结到炼铁高炉中进行循环。尽管此方法不需要额外的设备，但干粉除尘灰太细且能够自燃，不利于烧结矿的质量控制和热量平衡。粉尘含有有害杂质，并且在烧结过程中难以有效地除去这些杂质，从而使烧结添加和稳定操作变得困难。进入高炉后，会影响高炉的正常运行和炉衬寿命；它的化学成分，粒径和湿度都有很大差异。有利于烧结矿的生产质量；这种方法只能回收部分含铁粉尘。从某种意义上说，这些有价值的辅助资源还没有得到真正地回收。因此，将粉煤灰添加到烧结成分中以进行再循环是非常不科学的，所以宣钢公司公司主要采用长流程法通过烧结配料回收利用实现废物再利用，提升资源利用水平，提升环保效果。

4.4 附加除尘灰制备球团技术

宣钢经过近10个月的附加除尘灰制备球团技术的探索和改进，通过添加用于炼钢的细粉尘，实现了稳定的生产并确保了稳定的质量。将转炉干法除尘灰用于竖炉颗粒的生产是可行的。用量在6%以内，可以减少对烧结生产的影响。然而，还存在诸如炼钢除尘灰的质量不稳定，成分波动大以及在反向运输过程中二次灰尘过多的问题。

4.5 附加除尘灰制备烧结矿技术

宣钢附加除尘灰制备烧结矿技术，用炼钢散料除尘灰代替部分生石灰配烧结矿。其主要经济技术指标是，炼钢散料除尘灰代替部分生石灰和石灰石配烧结矿，不影响烧结矿质量。将散料灰代替部分石灰石，在保证烧结矿指标的情况下，减排一定量的CO2，同时避免了废弃的炼钢散料灰对环境的污染。宣钢将炼钢散料灰配入烧结矿，实现炼钢除尘灰资源化利用取得了很好的效果。