袁 潔，姚嘉斌，朱偉中，魏振鵬

(酒鋼集團 甘肅潤源環(huán)境資源科技有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

摘 要: 為實現(xiàn)鋼渣多途徑利用，達到減少資源浪費和環(huán)境污染的目的。根據(jù)酒鋼燒結(jié)原料及鋼渣特性在實驗室進行不同鋼渣配比的燒結(jié)杯實驗，并對燒結(jié)礦的冶金性能進行了測定研究。結(jié)果表明: 鋼渣對燒結(jié)溫度、垂直燒結(jié)速度和燒結(jié)利用系數(shù)有明顯的改善作用; 隨著鋼渣配比的增加，燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強度均出現(xiàn)了先增大后下降的趨勢; 燒結(jié)礦的還原率隨鋼渣配比的增加呈現(xiàn)不同程度的下降，而燒結(jié)礦的粉化性能得到大大改善; 鋼渣加入量每增加 1%，燒結(jié)礦 TFe 將降低 0．3%，P 含量將升高 0．00375%。

關(guān)鍵字: 轉(zhuǎn)爐鋼渣; 燒結(jié); 冶金性能

1 引言

鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其產(chǎn)量為粗鋼產(chǎn)量的 10% ～20%^［1］ 。我國是產(chǎn)鋼大國，每年都會產(chǎn)生大量的鋼渣，但鋼渣利用率只有 30% ～40%^［2］ 。大量的鋼渣在選鐵后被堆棄，不僅占用大量的土地，污染了環(huán)境，還造成了資源的浪費。隨著鐵礦石價格的上漲，鋼材需求增幅減緩，使鋼鐵企業(yè)處于產(chǎn)量大而效益不高的尷尬局面。因此，實現(xiàn)鋼廠二次資源的綜合利用是提高鋼鐵企業(yè)效益的有效途徑。

鋼渣中含有鈣、鐵、硅、鎂等有益元素，且本身是熟料，因此把鋼渣用作燒結(jié)溶劑是目前多數(shù)鋼鐵企業(yè)的利用方式。我國首鋼、武鋼、安鋼、太鋼等把鋼渣返回?zé)Y(jié)使用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。尤其是濟鋼，自 20 世紀 70 年代以來將轉(zhuǎn)爐尾渣全部返回?zé)Y(jié)，使燒結(jié)機產(chǎn)量提高了 11．7%。但是由于國內(nèi)各燒結(jié)廠原料條件及操作要求不同，鋼渣的使用情況及配入鋼渣對燒結(jié)礦冶金性能及燒結(jié)經(jīng)濟技術(shù)指標的影響也不盡相同^［3-9］ 。因此，需要對鋼渣的使用進行進一步的研究和探索，本文針對酒鋼鋼渣進行了燒結(jié)配加試驗，并就鋼渣配加對燒結(jié)技術(shù)經(jīng)濟指標的影響進行探討。

2 試驗方法

2．1 試驗原料

試驗用鋼渣取自酒鋼冶金渣場經(jīng)破碎磁選后的尾渣，其它原料均由酒鋼選燒廠提供。鋼渣試樣經(jīng)過篩分處理使其粒度小于 8 mm。原料及鋼渣化學(xué) 組成見表 1。

2．2 試驗設(shè)備

本次試驗主要設(shè)備: 燒結(jié)杯、抽風(fēng)系統(tǒng)、熱電偶、點火裝置、破碎機、轉(zhuǎn)鼓、圓筒混料機及振動篩。燒結(jié)杯裝置如圖 1 所示。

2．3 試驗方案

試驗在 Φ285 mm×505 mm 燒結(jié)杯中進行; 鋪底料為2 kg; 點火煤粉0．2 kg; 點火負壓為6 000 Pa，燒結(jié)負壓為 9 000 Pa 左右; 燒結(jié)混合料水分控制在10%左右; 配加酒鋼燒結(jié)返礦保持 20%之內(nèi)，外加11%的高堿度返礦; 焦粉配比為 4．5%，試驗固定燒結(jié)礦堿度( w( CaO) /w( SiO₂ ) ) 為 1．8。

試驗以酒鋼現(xiàn)行燒結(jié)配料為基準，在上述工藝條件下進行，分別對鋼渣配入量 1%、2%、3%、4%、5%和 6%進行配料和燒結(jié)試驗，每爐進行 2 次，取試驗數(shù)據(jù)平均值。并對燒結(jié)礦物化性能進行測定。燒結(jié)原料配比及燒結(jié)杯參數(shù)分別見表 2 和表 3。

3 試驗結(jié)果及分析

3．1 鋼渣對燒結(jié)溫度和燒結(jié)速度的影響

鋼渣對燒結(jié)溫度和垂直燒結(jié)速度的影響分別見圖 2 和圖 3。

由圖 2、圖 3 可知，燒結(jié)溫度和垂直燒結(jié)速度呈現(xiàn)相似的變化趨勢，隨著鋼渣配入量的增加而增大。

鋼渣配入量在 3%以下時，燒結(jié)溫度和垂直燒結(jié)速度與基準期相比變化不大。當(dāng)配入量高于 3%時，兩者急劇增大，并在 6% 時達到最大，分別達到613 ℃和 30．6 mm/min。

鋼渣本身屬于熟料，在燒結(jié)過程中易熔融，耗能低，并且鋼渣含有較高的 CaO，在堿度保持不變時，石灰石( CaCO₃ ) 的配入量相應(yīng)減少，燒結(jié)過程中CaCO₃ 分解耗能相應(yīng)降低，導(dǎo)致燒結(jié)溫度升高。鋼渣是強度較高的顆粒，配入燒結(jié)料后，改善了燒結(jié)料的粒度。且鋼渣在混料過程中是原料成球的核心，改善了燒結(jié)料的成球效果，增大了燒結(jié)料的透氣性能，從而使燒結(jié)時間變短，垂直燒結(jié)速度增大。

3．2 鋼渣對燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強度的影響

鋼渣對燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強度的影響分別見圖 4、圖 5。

從圖 4、圖 5 可以看出，隨著鋼渣配入量的增大，燒結(jié)礦的成品率和轉(zhuǎn)鼓強度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，并且分別在鋼渣配入量為 3%和 4%時減小的速度增大，直至低于基準期。

研究發(fā)現(xiàn)，酒鋼鋼渣中 CaO 含量極高，達到41．83%，F(xiàn)eO 含量為 10．78%。CaO 以硅酸二鈣和硅酸三鈣的礦物形態(tài)呈現(xiàn)，易于鐵礦物反應(yīng)生成低熔點的鈣鐵橄欖石等化合物，導(dǎo)致燒結(jié)過程液相增加且提前。液相的數(shù)量和品質(zhì)是燒結(jié)礦的決定性因素，因此液相增加是燒結(jié)礦質(zhì)量提高的重要原因。

液相增多，含鐵相和膠結(jié)相結(jié)晶程度好，改變了礦相結(jié)構(gòu)，進而改善了燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度。

鋼渣配入量為 4%時成品率和轉(zhuǎn)鼓強度均與基準期相當(dāng)。隨鋼渣加入量的增大，兩者逐漸減小。

其原因是鋼渣配入量過大，燒結(jié)溫度急劇增大，保持時間太短，形成局部過燒的現(xiàn)象，液相在短時間內(nèi)很難達到平衡，導(dǎo)致多數(shù)燒結(jié)料熔融和結(jié)晶不完全，使燒結(jié)礦的強度和成品率逐漸下降。因此，過大的鋼渣配比對燒結(jié)礦的強度和成品率造成不良影響，酒鋼鋼渣配入量不宜超過 4%。

3．3 鋼渣對利用系數(shù)的影響

鋼渣對燒結(jié)利用系數(shù)的影響見圖 6。

從圖 6 可看出，隨著鋼渣配比的增加，燒結(jié)利用系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。燒結(jié)利用系數(shù)是綜合考察燒結(jié)機效率的重要指標，一方面代表燒結(jié)時間的長短，另一方面代表了成品率的高低。逐漸增加的原因有兩個: 一方面，鋼渣的配加替代了石灰石，燒結(jié)時間減小，垂直燒結(jié)速度增大; 另一方面，燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)致密，燒結(jié)成品率升高。鋼渣配入量在 3%以下時，燒結(jié)利用系數(shù)比基準期略有增大，說明成品率高起到了主要作用; 而鋼渣加入量大于 3%時，雖然成品率逐漸下降，但利用系數(shù)逐漸增大，說明燒結(jié)時間起到了主要的作用。

3．4 鋼渣對燒結(jié)礦冶金性能的影響

燒結(jié)礦冶金性能測定結(jié)果見表 4。

由表 4 可看出，燒結(jié)礦的還原率隨鋼渣配比的增加呈現(xiàn)出下降的趨勢。與基準期相比，鋼渣配比為 6%時，還原率由 90．5%降低到 84．98%。其原因有兩方面: 一方面配加鋼渣會使燒結(jié)過程中液相增加，導(dǎo)致燒結(jié)礦纖維組織致密和氣孔率降低，從而降低了燒結(jié)礦的還原率; 同時，由于焦粉配比不變，配入鋼渣后還原氣氛增強，燒結(jié)溫度升高，燒結(jié)礦中浮士體較多，晶粒得到充分長大，造成燒結(jié)礦還原度降低。另一方面，鋼渣配比升高時，會造成燒結(jié)礦含鐵品位下降，導(dǎo)致還原性能下降。

由表 4 可看出，燒結(jié)礦的粉化性能得到了明顯的改善。RDI_+6．3 、RDI _+3．15和 RDI _-0．5 在鋼渣配比為 3%時，粉化性能改善最大，低溫粉化指數(shù)比基準期提高了 1．51%。燒結(jié)礦粉化性能改善的原因一方面燒結(jié)礦中液相增多，強度增大，同時 Fe₂O₃ 的生成量減少，抑制了冷卻過程中 Fe₂O₃+Fe₃O₄ 晶格轉(zhuǎn)變造成的體積膨脹，降低了燒結(jié)礦的低溫粉化率; 另一方面，鋼渣中含有一定量的 MgO，改善了燒結(jié)礦的黏結(jié)性 能 和 液 晶 狀 態(tài)，有 利 于 燒 結(jié) 礦 粉 化 率 的降低［10］ 。

3．5 鋼渣對燒結(jié)礦化學(xué)成分的影響

試驗燒結(jié)礦化學(xué)成分見表 5。

⑴鋼渣對燒結(jié)礦品位影響

鋼渣對燒結(jié)礦鐵含量的影響見圖 7。

從圖 7 可看出，隨著鋼渣配入量的增加，燒結(jié)礦中 T Fe 含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。

鋼渣中含鐵量為 14．42%，但配加鋼渣時使精礦粉加入量減少，導(dǎo)致燒結(jié)礦品位的降低; 另外，堿度不變，石灰石加入量減少，燒結(jié)后殘存率增高，也是燒結(jié)礦品位降低的一個原因。當(dāng)鋼渣配比超過 4%時，隨著鋼渣配入量增加，燒結(jié)礦的品位有所回升，原因是燒結(jié)后混合料的殘存率降低。

理論計算和化學(xué)成分均表明，鋼渣配入量每增加 1%，燒結(jié)礦 T Fe 含量將減低 0．3%。酒鋼燒結(jié)廠對燒結(jié)礦品位要求為 48．2%～50．2%，從燒結(jié)廠燒結(jié)礦品位的要求來看，鋼渣的加入量從 1%到 6%，沒有出現(xiàn)燒結(jié)礦品位超標的現(xiàn)象。

⑵鋼渣對燒結(jié)礦 P 含量的影響。

從圖 8 可看出，燒結(jié)礦 P 含量隨著鋼渣的加入呈現(xiàn)上升的趨勢。由于酒鋼鋼渣中 P 含量較高，達到 0．638%，燒結(jié)過程中很難脫除，故隨著鋼渣配入量的增大，燒結(jié)礦中的 P 含量也會越來越高。理論計算和化學(xué)分析表明，鋼渣配入量每增加 1%，燒結(jié)礦的 P 含量將升高 0．0375%。

⑶鋼渣對其他成分的影響。

從表 5 可知，在鋼渣加入量較少的情況下，燒結(jié)礦中硫含量略微增大，但隨著鋼渣加入量的增大，硫含量出現(xiàn)不同程度的下降，這與燒結(jié)溫度和燒結(jié)氣氛有關(guān)。燒結(jié)過程中配加鋼渣會帶入一部分 S，在燒結(jié)過程物料中的絕大部分硫會被燃燒生成 SO₂ 脫除。燒結(jié)礦中的硫與選燒廠對硫的要求相比，沒有超出標準要求。

另外，燒結(jié)礦中的 SiO₂ 和 CgO 與基準期相比略有增大，這與鋼渣高的 SiO₂ 含量有關(guān); 燒結(jié)礦中的MgO、Al₂O₃ 以及堿度基本上不隨鋼渣加入量的增加而變化。

4 結(jié)語

⑴ 隨著鋼渣配入量的增加，燒結(jié)礦燒結(jié)溫度、燒結(jié)速度及燒結(jié)利用系數(shù)有所提高，成品率和轉(zhuǎn)鼓強度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

⑵鋼渣對燒結(jié)礦冶金性能有很大的影響。隨鋼渣配比的增加，燒結(jié)礦的還原率呈現(xiàn)不斷降低的趨勢，而粉化性能卻得到了明顯的改善。

⑶ 燒結(jié)配入鋼渣會使燒結(jié)礦鐵品位含量下降和 P 含量升高。鋼渣配入量每增加 1%，燒結(jié)礦 T Fe含量 將 降 低 0． 3%，燒 結(jié) 礦 的 P 含 量 將 升 高0．0375%。

參考文獻:

［1］ 許 斌，莊劍鳴，白國華，等． 燒結(jié)配加轉(zhuǎn)爐鋼渣的研究［J］．燒結(jié)球團，2000，25( 5) : 20-23．

［2］ 吳 賀，龍 躍． 鋼渣用作燒結(jié)溶劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及分析［J］．四川冶金，2013( 3) : 14-17．

［3］ 莊劍鳴，宋招權(quán)． 漣鋼燒結(jié)礦配加轉(zhuǎn)爐鋼渣試驗研究［J］．礦產(chǎn)綜合利用，2000( 4) : 41-46．

［4］ SHI Cai-jun，QIAN Jue-shi． High performance cementing materials from industrial slags: A review［J］． Conservation and Recycling，2000，29( 3) : 195-207．

［5］ 戎玉萍，何小平，蔡湄夏，等． 太鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣用于燒結(jié)的試驗研究［J］．鋼鐵，2011，36( 6) : 1-4．

［6］ 黎應(yīng)君． 配用鋼渣對燒結(jié)礦理化指標的影響［J］．鋼鐵研究，2012，40( 2) : 15-17．

［7］ 劉守平，文光遠，朱瓊?cè)A，等． 轉(zhuǎn)爐鋼渣用于生產(chǎn)燒結(jié)礦的試驗研究［J］．四川冶金，2001( 1) : 33-35．

［8］ 王 琳，孫本良，李成威． 鋼渣處理與綜合利用［J］．冶金能源，2007，26( 4) : 54-57．

［9］ 李光輝，鄔 斌，張元波，等． 轉(zhuǎn)爐鋼渣工藝礦物學(xué)及其綜合利用技術(shù)［J］．中南大學(xué)學(xué)報( 自然科學(xué)版) ，2010，41( 6) : 2065-2071．

［10］ 孫麗明，范文生，侯炳新． 燒結(jié)礦低溫還原粉化率影響因素的探討［C］．2006 年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會議暨煉鐵年會文集．