王瑞良 劉英
（邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，邯鄲，056015）
摘 要：轉(zhuǎn)爐煉鋼過程會產(chǎn)生大量的除塵灰，其粒度細(xì)并含較多有害物質(zhì)，直接外排或堆放會污染環(huán)境。當(dāng)前鋼廠多將其返回?zé)Y(jié)配料，回收利用灰中的Fe、Ca等有益成分，但會對燒結(jié)混料質(zhì)量、透氣性、煙氣污染物控制、燒結(jié)熱平衡、燒結(jié)礦質(zhì)量和高爐壽命、高爐爐況等產(chǎn)生不利影響。為此針對轉(zhuǎn)爐除塵灰的合理利用,降低煉鋼成本進(jìn)行了專項研究，本文重點(diǎn)闡述了除塵灰冷固球團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用實(shí)踐，通過設(shè)備、工藝、物料配比等一系列研究優(yōu)化，既充分利用除塵灰中鐵、鈣等有價資源，降低冶煉的成本，還能一定程度解決廢料產(chǎn)生的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等現(xiàn)象，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，推進(jìn)鋼鐵業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐除塵灰；冷固球團(tuán)；技術(shù)創(chuàng)新
1 項目背景
煉鋼除塵灰中鐵品位較高，近年來均作為混勻料返回?zé)Y(jié)工序循環(huán)利用，但該方法存在流程長、運(yùn)輸使用不方便等缺點(diǎn)，而且目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)受煉鋼加大配吃廢鋼的影響，除塵灰中的鋅含量偏高，給高爐的順行帶來不利影響。對此，開啟對煉鋼除塵灰再利用的重新思考：一方面，通過冷壓球的方法可以避免煉鋼除塵灰在運(yùn)輸、使用過程中易揚(yáng)塵的問題；另一方面，通過煉鋼除塵灰冷壓球再加入轉(zhuǎn)爐煉鋼利用，大大縮短了循環(huán)流程，也避免了煉鋼除塵灰中有害成分對高爐帶來的不利影響。本項目采用技術(shù)引進(jìn)和融合創(chuàng)新相結(jié)合的方式開展，項目總體思路是借鑒、引用國內(nèi)外已有關(guān)鍵理論、技術(shù)、裝備和控制手段，優(yōu)化應(yīng)用除塵灰冷固壓球工藝，在行業(yè)形成先進(jìn)的應(yīng)用示范。
2 除塵灰冷固球團(tuán)工藝、設(shè)備研究
本項目主要由原料準(zhǔn)備及消化、配料及攪拌、壓球及一次篩分、烘干及二次篩分四部分組成。生產(chǎn)工藝流程：除塵密封罐儲存-→除塵灰消解--→加入攪拌系統(tǒng)--→粘結(jié)劑配料-→攪拌混勻-→壓球--→球干燥--→成品球入庫-→送交煉鋼，冷壓球項目在工藝生產(chǎn)過程中概括分為卸灰系統(tǒng)、消解系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、壓球系統(tǒng)。
冷壓球工藝流程簡圖
2.1 卸灰系統(tǒng)
2.1.1工藝流程
冷壓球主要消化邯寶煉鋼和一煉鋼的一次除塵細(xì)灰，除塵細(xì)灰由灰罐車運(yùn)送到冷壓球卸灰點(diǎn)，通過壓縮空氣打到冷壓球儲灰倉。再由儲灰倉經(jīng)過卸灰閥、雙螺旋稱量輸送機(jī)、雙軸加濕攪拌機(jī)、拉鏈機(jī)、斗提機(jī)，將除塵灰卸到儲灰池。
2.1.2主要設(shè)備
卸灰系統(tǒng)設(shè)備主要包括兩個50立方的儲灰倉，兩臺倉頂單體除塵器，兩個卸灰閥，兩臺雙螺旋稱量輸送機(jī)，兩臺雙軸加濕攪拌機(jī)，一臺拉鏈機(jī)和一臺斗提機(jī)。
2.1.3設(shè)備的改進(jìn)研究
成型前的物料攪拌過程需要多次加水，常規(guī)的方法是通過攪拌后物料的干濕狀態(tài)來確定是否需要補(bǔ)充水量，但舊的操作方法由于操作者個體感覺差異，往往判斷不準(zhǔn)確，或者不能隨原料水分波動而實(shí)時調(diào)整加水量，經(jīng)常出現(xiàn)物料偏干或過濕現(xiàn)象，直接影響壓球成型率及產(chǎn)品質(zhì)量。因此，對物料攪拌加水過程進(jìn)行攻關(guān)，開發(fā)了攪拌過程自動加水控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含原料稱量系統(tǒng)、原料水分在線監(jiān)測系統(tǒng)、自動計量加水系統(tǒng)。該自動控水系統(tǒng)根據(jù)計量進(jìn)料量和實(shí)時含水率，計算出需補(bǔ)水量，并根據(jù)水管流量精確控制加水量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定提升。
2.2消解系統(tǒng)
2.2.1工藝流程
消解系統(tǒng)建有一個密閉消解間，主要將卸灰系統(tǒng)卸到灰坑里的料由天車經(jīng)抓斗運(yùn)送到消解間，進(jìn)行消解，消解時間為24小時，消解完成后進(jìn)行壓球配料。消解間配有兩個卸料池，用于接卸氧化鐵皮，由天車抓斗運(yùn)送到配料倉，參與配料。
2.2.2主要設(shè)備為抓斗天車。
2.2.3設(shè)備改進(jìn)研究
除塵灰的消解是冷固球生產(chǎn)的第一個重要環(huán)節(jié)，消解的好壞程度直接影響成球率以及成品球裂解數(shù)量。消解間配合抓斗天車取代消解倉，徹底解決了多內(nèi)其它生產(chǎn)線無法解決的濕法除塵OG泥的配吃問題，
另外配合抓斗天車對除塵灰加濕后進(jìn)行攪拌，增加了原料的混勻過程，并使原料中的CaO充分與水反應(yīng)，保證徹底消解。
2.3 配料系統(tǒng)
2.3.1工藝流程
配料系統(tǒng)主要是將除塵灰、氧化鐵皮、粘結(jié)劑按照相應(yīng)的比例進(jìn)行混合。三種原料分別通過配料倉、給料機(jī)，再通過皮帶機(jī)輸送到加濕攪拌機(jī)，進(jìn)行充分混合后，進(jìn)入到壓球系統(tǒng)。
2.3.2主要設(shè)備
配料系統(tǒng)主要包括三個除塵灰配料倉、一個氧化鐵皮料倉、一個粘結(jié)劑料倉、皮帶機(jī)、2臺斗提機(jī)、2臺加濕攪拌機(jī)、1臺拉鏈機(jī)。
2.3.3設(shè)備的改進(jìn)研究
在攪拌倉入口處加裝原料篩分裝置，篩網(wǎng)為10mm方孔篩，采用15°傾角傾斜布置，同時施加振動裝置防止堵料。該原料篩分裝置可以避免過大粒徑的原料進(jìn)入攪拌機(jī)倉內(nèi)導(dǎo)致混料效率降低及冷壓球產(chǎn)品成分、性能不均勻等問題。攪拌葉由連續(xù)螺旋形改進(jìn)為間斷螺旋形，缺口設(shè)置1cm，同時在攪拌葉面上間隔10cm焊接擋片。通過攪拌葉的改進(jìn)，物料混合作用更強(qiáng)，尤其對物料中大塊板結(jié)物料有較強(qiáng)的分散作用。攪拌葉使用合金鋼材料，安裝方式為螺栓巴結(jié)，可拆卸更換，方便檢修操作。
2.4 壓球系統(tǒng)
冷壓球團(tuán)關(guān)鍵設(shè)備為壓球機(jī)，其工作原理是利用壓輥將粉狀原料壓制成相應(yīng)大小的球團(tuán)。
2.4.1工藝流程
壓球系統(tǒng)主要是將配料系統(tǒng)輸送過來的煉鋼細(xì)灰、氧化鐵皮及粘合劑的混合料由壓球機(jī)進(jìn)行擠壓處理，壓制成球，最后落地晾干或通過烘干機(jī)進(jìn)行烘干處理，提高成品球的強(qiáng)度并降低水分。
2.4.2主要設(shè)備
壓球系統(tǒng)主要包括兩臺壓球機(jī)，一條成品皮帶，成品球篩分裝置，皮帶秤。
2.4.3設(shè)備的改進(jìn)研究
2.4.3.1送料溜槽拐角曲線設(shè)計優(yōu)化
為避免將物料卸到送料溜槽后，在轉(zhuǎn)角處發(fā)生物料粘壁聚集最終堵塞溜槽的問題，對送料溜槽拐角曲線進(jìn)行重新設(shè)計，改為大曲率圓弧設(shè)計，避免物料轉(zhuǎn)彎角度突變造成的物料擠壓；同時縮短卸料口與中轉(zhuǎn)料倉水平距離，最大限度降低物料水平移動距離。改進(jìn)后生產(chǎn)連續(xù)性獲得大幅提升。
2.4.3.2中轉(zhuǎn)料倉布料均勻化
單側(cè)布料溜槽設(shè)置造成中轉(zhuǎn)料倉內(nèi)物料偏析，靠近溜槽口一側(cè)物料較細(xì)且密實(shí)，遠(yuǎn)離溜槽口一側(cè)物料相對較粗且疏松，導(dǎo)致預(yù)壓螺旋的壓力傳遞不均勻，遠(yuǎn)離溜槽口一側(cè)物料僅靠自重被壓球?qū)佉Ш希斐缮蛎軐?shí)度參差不齊。開發(fā)了雙側(cè)布料溜槽，與對輥軸線垂直布置，減輕中轉(zhuǎn)料倉內(nèi)物料偏析，預(yù)壓螺旋的壓力得到更均勻的傳遞。
2.4.3.3預(yù)壓螺旋喂料機(jī)優(yōu)化升級
采用雙傾斜式螺旋喂料機(jī)，使倉內(nèi)物料受壓更趨均勻，保證生球質(zhì)量均勻。并配備變頻調(diào)速電機(jī)，依據(jù)主機(jī)電機(jī)電流實(shí)現(xiàn)速度調(diào)整，具備PLC系統(tǒng)自動調(diào)整和手動調(diào)整功能以實(shí)時改變進(jìn)料量。易磨損位置全部堆焊高壽命耐磨合金層，全部為組合件，采用螺栓連接，易于更換。
2.4.3.4球碗表面改良
針對壓球完成后脫模率不高的問題，分析問題產(chǎn)生的原因。一方面，由于物料分布不均勻?qū)е碌某尚蛪毫Σ粔?，球的?qiáng)度就不夠，壓制完成后生球沒有發(fā)生彈性形變，彈性恢復(fù)力作為主要脫模力就不夠，再加之球強(qiáng)度低，多表現(xiàn)為半球粘結(jié)在球碗中不脫落；另一方面，由于球碗內(nèi)表面經(jīng)長期磨損后出現(xiàn)劃痕、缺損等，導(dǎo)致生球和球碗間結(jié)合力增強(qiáng)，脫模膨脹阻力增大，從而不利于脫模。對此，將球碗內(nèi)壁統(tǒng)一更換為光滑且高耐磨合金材料，生球脫模率接近98%。
2.4.3.5壓球設(shè)備密閉性改造
采用全密封方式，增設(shè)過度設(shè)施與下游設(shè)備無縫連接，避免粉塵外溢。
2.4.3.6輥皮耐磨化與裝配式設(shè)計
輥皮采用9Cr2Mo合金鍛造，經(jīng)特殊熱處理收硬度達(dá)到280度以上，熱處理后的壓輥需經(jīng)過噴砂處理，提高球窩表面光潔度。輥皮采用組合裝配，磨損后更換更加方便快捷。
3 除塵灰冷固球團(tuán)技術(shù)實(shí)施效果
3.1 加快成渣
在轉(zhuǎn)爐吹煉初期爐內(nèi)溫度較低時加入除塵灰球團(tuán)，由于熔點(diǎn)較低的除塵灰球團(tuán)富含 Fe2O3，增加了出渣中的FeO含量，加速CaO的溶解速度，顯著降低爐渣黏度，有利于 FeO 向石灰晶格內(nèi)遷移并生成低熔點(diǎn)物質(zhì)，防止石灰表面2CaO·SiO2 的生成。同時前期較高的 FeO 能快速在鋼渣界面形成乳化渣，加速脫磷反應(yīng)。
3.2 冷卻效果較好、改善渣料結(jié)構(gòu)
冷卻吸熱包含物理冷卻吸熱和化學(xué)冷卻吸熱兩方面。物理冷卻吸熱方面，除塵灰球團(tuán)與鐵礦石的組成相似 (主要含TFe) ，二者的物理吸熱原理相同?；瘜W(xué)冷卻吸熱方面，冷壓球以分解還原反應(yīng)吸熱為主，發(fā)生的主要吸熱反應(yīng)為 Fe2O3、FeO與 CO 間的吸熱反應(yīng)，但鐵礦石中的 TFe 較除塵灰球團(tuán)略高3%- 8%，所以鐵礦石的化學(xué)冷卻吸熱好于除塵灰球團(tuán)。在相近鐵水成分、出鋼溫度范圍內(nèi)，針對除塵灰球團(tuán)與鐵礦石的冷卻效果進(jìn)行對比，驗(yàn)證除塵灰球團(tuán)的冷卻效果與鐵礦石的冷卻效果基本相近。由于渣中分批加入冷固球團(tuán)，其溶解吸熱可相應(yīng)減少其它渣料的投入。冷固球團(tuán)加入轉(zhuǎn)爐后，石灰熔化率的提高加上冷固球團(tuán)帶入的一部分CaO可減少石灰的消耗。
3.3 簡化爐前操作
因冷固球團(tuán)良好的起渣、化渣效果，代替了礦石，大大簡化了爐前操作。吹煉前期配加除塵灰球團(tuán)能均衡冶煉前期升溫速率，遏制吹煉前期因化學(xué)元素氧化期短而造成的前期渣還未化好已開始進(jìn)入C－O反應(yīng)期，進(jìn)而避免了吹煉中期金屬“返干”和脫磷率低的情況，同時降低了轉(zhuǎn)爐鋼鐵料消耗。
3.4 降低轉(zhuǎn)爐護(hù)爐成本
目前轉(zhuǎn)爐護(hù)爐主要依靠吹煉過程增加爐渣堿度、MgO 含量來減少轉(zhuǎn)爐吹煉過程對爐襯的侵蝕; 使用補(bǔ)爐料對出鋼面和出渣面進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)爐。但加入冷固球團(tuán)可使轉(zhuǎn)爐煉鋼初期爐渣的堿度提高，使 MgO 在渣中的溶解度降低，減少轉(zhuǎn)爐冶煉前期爐襯的侵蝕，有利于延長轉(zhuǎn)爐耐材的壽命，進(jìn)而降低轉(zhuǎn)爐的護(hù)爐成本。
3.5 提高金屬收得率
冷固球團(tuán)中 TFe 含量在50%-55%，使轉(zhuǎn)爐除塵灰中的金屬得到有效回收。通過轉(zhuǎn)爐使用冷固球團(tuán)的大量數(shù)據(jù)對比分析得出， 在其他冶煉條件相同時， 使用冷固球團(tuán)的鋼鐵料消耗比未使用降低6.35kg/t，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。
4 總體評價
除塵灰冷固球團(tuán)項目實(shí)施后，通過設(shè)備、工藝、物料配比等一系列研究優(yōu)化，為轉(zhuǎn)爐冶煉創(chuàng)造了條件，實(shí)現(xiàn)了短流程廢舊金屬循環(huán)綜合利用，既充分利用除塵灰中鐵、鈣等有價資源，降低冶煉的成本，還能一定程度解決廢料產(chǎn)生的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等現(xiàn)象，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，推進(jìn)鋼鐵業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。