闞永海 ¹，張建良 ²，劉征建 ²，鄒宗來 ¹，牛樂樂 ²

（1.天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500；2.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083）

 [摘 要] 為了降低鋼泥在燒結(jié)工序配加時(shí)對(duì)混合料制粒帶來的不良影響，保證超厚料層燒結(jié)的料層透氣性，天 鋼聯(lián)合特鋼在實(shí)踐中開發(fā)了鋼泥預(yù)處理工藝，將鋼泥和高爐返礦在料場(chǎng)預(yù)先混合、篩分，使得進(jìn)入配料混合工序的 鋼泥和高爐返礦粒度穩(wěn)定在 5mm 以下。該工藝實(shí)施后顯著減少了混合料中細(xì)粒級(jí)（<3mm）物料比例，改善了混合料粒度的穩(wěn)定性和燒結(jié)制粒效果。

[關(guān)鍵詞] 鋼泥；厚料層燒結(jié)；制粒；透氣性

0 引言

轉(zhuǎn)爐除塵廢水經(jīng)過沉淀處理后沉積下來的污泥通常稱為鋼泥，較高的含鐵品位和特殊的性能賦予了鋼泥非常高的回收利用價(jià)值。在國內(nèi)長(zhǎng)流程煉鋼工序中，每噸鋼可產(chǎn)生 8~20kg 塵泥^[1]，因而，鋼泥的高效回收利用也是非常可觀的效益來源。當(dāng)前，回收利用鋼泥的主要途徑如圖 1所示，主要包含煉鋼吸收、燒結(jié)吸收、制作冷凝劑等^[2-5]。

燒結(jié)礦是我國高爐最主要的含鐵爐料，且燒結(jié)工序具有吸收工業(yè)固廢物料的優(yōu)點(diǎn)，因此燒結(jié)工序?qū)︿撃嗟奈照紦?jù)了主導(dǎo)的地位。但是鋼泥通常容易結(jié)成大塊，直接進(jìn)入混合配料工序后本身難以制粒，且影響其他物料顆粒的接觸，使得混合料粒度容易兩極分化，布料后嚴(yán)重影響燒結(jié)料層的透氣性。此外，還會(huì)影響料層中的換熱，導(dǎo)致熱量損失，難以形成充足的液相，礦石難以礦化，直接導(dǎo)致燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)惡化。

天鋼聯(lián)合特鋼采用超厚料層燒結(jié)，超厚料層燒結(jié)在節(jié)能的同時(shí)，對(duì)透氣性的控制要求格外嚴(yán)格。針對(duì)使用鋼泥可能帶來的不良影響，天鋼聯(lián)合特鋼采用了鋼泥和高爐返礦預(yù)混合工藝，通過對(duì)鋼泥的預(yù)處理，改善了燒結(jié)料制粒性能，確保了超厚料層實(shí)施過程料層透氣性的穩(wěn)定，同時(shí)也保障了燒結(jié)良好的產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)。

1 鋼泥制粒特性

在工藝應(yīng)用之前，首先對(duì)天鋼聯(lián)合特鋼燒結(jié)中所配加的鋼泥進(jìn)行理化性能的檢測(cè)，并通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究了鋼泥對(duì)礦粉制粒特性的影響，以更好地掌握對(duì)鋼泥在燒結(jié)混合過程中的制粒行為。

1.1 鋼泥特性

天鋼聯(lián)合特鋼的鋼泥外觀呈暗灰色，不規(guī)則結(jié)塊狀。其化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果如表 1 所示。從表中可以看出，鋼泥的主要鐵品位達(dá)到 58.27%，與一般鐵礦石品位相當(dāng)，此外，CaO 含量較高，為 11.54%，整體呈堿性。鋼泥也有著一定量的 MgO 和 SiO₂，C 含量為 1.64%，微量元素中 Mn 和 Zn 含量稍高。

1.2 鋼泥對(duì)鐵礦粉濕容量的影響

含鐵原料的濕容量代表著其在混合過程中的吸水能力，通過原料與水之間的毛細(xì)力實(shí)現(xiàn)粘結(jié)潤(rùn)濕^[6]。鋼泥由于其獨(dú)特理化物性，在混合過程中加水后會(huì)對(duì)礦粉的濕容量產(chǎn)生影響，從而可能對(duì)混合料的制粒產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)采圓柱形開孔模型測(cè)量濕容量試方法，示意圖如圖 2所示。

計(jì)算方法見公式 1[7]。

式中，Ms 為鐵礦粉吸水飽和后的重量，g；M 是干燥鐵礦粉的重量，g。

每次試驗(yàn)稱取 30 g 礦粉樣品，先將底部為濾紙的礦粉容器掛上電子天平，使濾紙吸水飽和，再裝料，記錄總重量后，將天平清零。再將礦粉容器浸入水下，待天平數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄最大數(shù)值，即礦粉的最大吸水量。通過實(shí)驗(yàn)可以看出在水中加入不同濃度的鋼泥后礦粉濕容量的變化，鋼泥濃度分別為 0、20%、40%、60%、80%、100%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示。

由結(jié)果可知，隨著鋼泥配比的增加，三種礦粉的最大濕容量都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，顯然鋼泥會(huì)使含鐵料的潤(rùn)濕性變差，影響制粒效果，此外還會(huì)增大燒結(jié)混合料的阻力，可能對(duì)抽風(fēng)產(chǎn)生不利影響。

2 鋼泥預(yù)處理工藝

2.1 工藝流程

圖 3 為天鋼聯(lián)合特鋼鋼泥在燒結(jié)工序中的預(yù)處理過程。可以看到，在封閉料場(chǎng)內(nèi)，鋼泥料堆和高返料堆兩種物料提前進(jìn)行預(yù)混合，混合后料經(jīng)皮帶送上 5 mm 篩，大于 5 mm 的部分重新返回兩種物料的混合料堆，再次混合后上傳送皮帶再過篩，小于 5 mm 的部分經(jīng)傳送皮帶送往配料室料倉，即完成了鋼泥與高返的預(yù)混合處理。

2.2 實(shí)施效果

實(shí)施鋼泥與高返預(yù)混合處理工藝之后原料場(chǎng)預(yù)混合和過篩圖見圖 4。鋼泥與高爐返礦的預(yù)混合工藝實(shí)施之后，保證了進(jìn)入配料倉的物料粒徑都小于 5 mm，從而消除了大塊的鋼泥可能對(duì)制粒過程和燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)造成的不良影響。此外，保證了鋼泥和高爐返礦粒級(jí)的穩(wěn)定，這對(duì)混合料制粒性能、燒結(jié)礦性能穩(wěn)定有著重要的意義。

取鋼泥預(yù)處理實(shí)施前后兩個(gè)月的混合料粒度數(shù)據(jù)見圖 5。可以看到，在天鋼聯(lián)合特鋼實(shí)施鋼泥預(yù)混合工藝之后，混合料粒度中<3 mm 的粒度比例出現(xiàn)明顯的下降。通常來說，燒結(jié)工序應(yīng)盡可能減少混合料中的-3 mm 粒級(jí)比例，對(duì)于實(shí)施超厚料層燒結(jié)的天鋼聯(lián)合特鋼來說，-3 mm 粒級(jí)比例的控制就應(yīng)該更為嚴(yán)格，否則厚料層燒結(jié)的缺點(diǎn)會(huì)通過料層透氣性被放大，從而破壞燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)。

表 3 給出了實(shí)施鋼泥預(yù)混合工藝前后的混合料粒度數(shù)據(jù)具體分析值。從分析值中可以看出，實(shí)施前后兩個(gè)月的混合料粒度-3mm 粒級(jí)比例的平均值相差非常明顯，分別為 46.49%和 39.22%。從實(shí)施前后混合料粒度的數(shù)據(jù)方差上可以看出，實(shí)施后由于鋼泥和高返的粒度全部控制在 5mm 以下配加，粒度穩(wěn)定性得到了大幅提升，粒度數(shù)據(jù)方差從 4.4358降低到 1.4496，且最大值和最小值之間的波動(dòng)也變小，制粒效果穩(wěn)定性總體得到很大提升。

3 結(jié)語

鋼泥作為鋼鐵工業(yè)的固廢產(chǎn)物，已經(jīng)普遍被燒結(jié)廠吸收消化，但是鋼泥在制粒上帶來的不良影響是追求高質(zhì)量、高效益的生產(chǎn)所不容忽視的。厚料層燒結(jié)是近些年流行的燒結(jié)新工藝，在國內(nèi)燒結(jié)廠早已普遍實(shí)行，其在提高產(chǎn)量、減少固體燃耗上的作用顯著，但是厚料層燒結(jié)對(duì)燒結(jié)制粒、料層透氣性的要求更高、更嚴(yán)格。實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明鋼泥的配加對(duì)礦粉的濕容量和制粒性能有著一定的消極影響，因此更需要重視鋼泥在燒結(jié)中合理使用。

天鋼聯(lián)合特鋼采用超厚料層燒結(jié)，十分重視燒結(jié)混合料的制粒效果，在配加鋼泥的實(shí)踐中總結(jié)開發(fā)出了鋼泥與高爐返礦預(yù)混合處理的工藝。該工藝將鋼泥與高爐返礦在原料場(chǎng)進(jìn)行預(yù)先混合并過篩，以使所有鋼泥和高返以小于 5 mm 的粒級(jí)進(jìn)入配料混合工序。實(shí)施之后，混合料粒度得到了顯著的改善，小于 3 mm 粒級(jí)部分比例明顯減少，此外，由于鋼泥和高返配料粒度穩(wěn)定在 5 mm 以下，混合料中小于 3 mm 粒級(jí)比例的穩(wěn)定性也得到顯著改善，總體燒結(jié)制粒效果得到改善。

參考文獻(xiàn)

[1] 林勇．煉鐵除塵灰與煉鋼污泥的綜合利用[D]．西安：西安建筑科技大學(xué)，2006.

[2] 任中興，許曉東，唐志勇，等．轉(zhuǎn)爐塵泥煉鋼造渣冷卻劑試制及應(yīng)用研究[J]．中國冶金，2002(6)：9-13．

[3] 張啟溶．寶鋼煉鋼廠 OG 泥回收利用新工藝[J]．鋼鐵，1995(1)： 76-80．

[4] Das B, Prakash S, Reddy P S R, et al. An overview of utilization of slag and sludge from steel industries[J]. Resources, conservation and recycling, 2007, 50(1): 40-57.

[5] Wang Y, Zhang J, Liu Z, et al. Co-Utilization of Converter Sludge-containing Dedust Wastewater in Iron Ore Sintering to Save Fresh Water, Enhance Quality and Reduce Pollution [J]. Journal of Cleaner Production, 2019.

[6] 黃小波，呂學(xué)偉，雷磊，等．濕容量在燒結(jié)混合料制粒中的應(yīng)用 [J]．燒結(jié)球團(tuán)，2010(6)：26-29．

[7] 呂學(xué)偉，白晨光，邱貴寶，等．鐵礦粉濕容量的概念及其在制粒過程中的應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（9）：54-60．