任曉東  鄭志輝  于志剛

（北京首鋼股份有限公司制造部，河北 唐 山 064404)

摘要：為實現(xiàn)冶金固廢資源化利用，本研究以轉(zhuǎn)爐濕法除塵泥（OG泥）和干法除塵灰（LT灰）為主要原料，通過優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)，生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦作為轉(zhuǎn)爐冷卻造渣劑。工業(yè)試驗表明，配加2700kg/爐鐵酸鈣燒結(jié)礦可減少石灰消耗420 kg/爐，脫磷率提升0.01%。該技術(shù)不僅實現(xiàn)了OG泥、LT灰的資源化利用，還為鋼鐵企業(yè)降本增效提供了可行路徑。

關(guān)鍵詞：固廢、鐵酸鈣、高堿度燒結(jié)礦、冷卻造渣劑

1  引言

鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鐵塵泥（如OG泥、LT灰）約占鋼產(chǎn)量的10%，其堆積和填埋造成資源浪費(fèi)與環(huán)境污染^[1-2]。傳統(tǒng)處理方法多為小比例返燒結(jié)或冷壓成球，但存在有害元素在高爐循環(huán)富集的問題^[3-5]，而轉(zhuǎn)底爐或回轉(zhuǎn)窯工藝投資較大。鐵酸鈣（CaFe₂O₄）作為燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，可促進(jìn)轉(zhuǎn)爐前期化渣并提高脫磷率^[6]。

轉(zhuǎn)爐采用的造渣材料通常包括石灰、燒結(jié)礦、輕燒白云石等，在轉(zhuǎn)爐前期爐渣的熔化只能依靠鐵的氧化形成的氧化鐵來實現(xiàn)。這樣會造成鐵的氧化嚴(yán)重，減少鐵的收得率。因此，尋找合適的化渣劑對于轉(zhuǎn)爐脫磷具有重要意義。燒結(jié)礦中的鐵酸鈣通常是由四元系形成的復(fù)合鐵酸鈣，其具有熔點低、堿度高等特點，應(yīng)用于煉鋼生產(chǎn)中，不僅有助于化渣、脫磷，而且有助于減緩爐襯侵蝕、減少石灰用量以及減少溢渣噴濺的發(fā)生^[7]。

本研究以固廢為主要原料，通過優(yōu)化燒結(jié)工藝，生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦，探索其在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用價值，為鋼鐵行業(yè)固廢資源化提供創(chuàng)新路徑。

2  燒結(jié)杯試驗

通過燒結(jié)杯實驗探索固廢生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦的工藝參數(shù)，為其工業(yè)化生產(chǎn)做好準(zhǔn)備工作。燒結(jié)杯實驗原料以轉(zhuǎn)爐濕法除塵泥（OG泥）和干法除塵灰（LT灰）為主要原料，將OG泥、LT灰按3：1的比例混合均勻，使其粒度、水分滿足燒結(jié)工序配吃要求，混料成分見表1。

表1 OG泥、LT灰混料成分分析

燒結(jié)杯試驗采用定負(fù)壓自然冷卻的方式，具體試驗參數(shù)見表2。實驗原料以固廢為主，固廢混合料占比62%，原料配比見表3。

表2 燒結(jié)杯試驗參數(shù)

表3 燒結(jié)杯試驗配比

通過燒結(jié)杯實驗成功利用固廢生產(chǎn)出高堿度燒結(jié)礦，鐵品位達(dá)到50%以上，二元堿度4.0以上，高堿度燒結(jié)礦成品率88%。經(jīng)過XRD分析，高堿度燒結(jié)礦主要物相組成均為鐵的氧化物、鈣鐵氧化物及2CaO·SiO₂等，見圖1，高堿度燒結(jié)礦CaFe4O7含量為35.44%。

表4 燒結(jié)杯試驗結(jié)果

圖1 高堿度燒結(jié)礦XRD物相半定量檢測

3  高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)

由于OG泥含水量高達(dá)30%，因此進(jìn)入燒結(jié)工序前需要進(jìn)行預(yù)混，將轉(zhuǎn)爐濕法除塵泥（OG泥）和干法除塵灰（LT灰）按3：1的比例，采用雙軸攪拌進(jìn)行強(qiáng)混形成混合料，作為燒結(jié)配料的原料。然后依據(jù)燒結(jié)杯實驗參數(shù)，在360m²燒結(jié)機(jī)開展高堿度燒結(jié)礦的工業(yè)化生產(chǎn)，集中組織生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦，混合料單獨配料、單獨灌倉，采用白灰+灰石粉配比模式，保證CaO含量達(dá)20%以上，料比結(jié)構(gòu)如表5所示。

表5 工業(yè)化實驗料比結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)過程中考慮灰石粉分解耗熱、透氣性提高等因素，采取加含碳，提料厚等操作，布料厚度850mm，點火負(fù)壓8.8kPa。高堿度燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均達(dá)到80%以上，TFe含量達(dá)到50%以上，二元堿度3.0以上，成分見表6。

表6燒結(jié)礦質(zhì)量

對高堿度燒結(jié)礦及冷卻造渣劑，利用掃描電鏡（SEM）及能譜儀（EDS）分析其物相組成以及不同相中各元素的分布情況，掃面電鏡圖見圖2，兩種物料均有三種物相組成，分別為灰白色物相A、淺灰色物相B與深灰色物相C。能譜分析表明物相A為富Fe的金屬氧化物RO相，物相B為鐵酸鈣相，物相C為含鐵的硅酸鈣相。

圖2 （a）高堿度燒結(jié)礦掃面電鏡          （b）冷卻造渣劑掃面電鏡             

4  轉(zhuǎn)爐煉鋼的應(yīng)用

進(jìn)一步通過將生產(chǎn)的高堿度燒結(jié)礦作為轉(zhuǎn)爐冷卻造渣劑，進(jìn)行工業(yè)化實驗。高堿度燒結(jié)礦含有較高的鐵酸鈣，具有熔點低的特性，盡早加入對轉(zhuǎn)爐冶煉有利，以充分利用低熔點鐵酸鈣液相快速成渣。因此在轉(zhuǎn)爐配加普遍采取兌鐵前預(yù)加鐵酸鈣+吹煉中后期加入鐵酸鈣的方式，加入方式為用廢鋼斗隨廢鋼在兌鐵前加入和轉(zhuǎn)爐開吹后利用高位料倉加入，試驗期間轉(zhuǎn)爐配加鐵酸鈣工藝吹煉穩(wěn)定性基本可控。實驗爐次共計2117爐，高堿度燒結(jié)礦平均加入量為2469kg/爐。

4.1 高堿度燒結(jié)礦對脫磷率的影響

從脫磷率上看，鐵酸鈣工藝整體脫磷率與常規(guī)工藝幾乎一致，在高磷鋼種上，鐵酸鈣工藝脫磷率升高1.56%，見圖3。鑒于LF工藝與RH工藝對應(yīng)的轉(zhuǎn)爐終點控制情況不同，針對不同工藝脫磷率進(jìn)行了分析，分析過程中剔除高P鋼種，比較不同工藝路徑脫P(yáng)率差異，LF爐工藝路線配加鐵酸鈣爐次脫P(yáng)率較常規(guī)爐次低0.73%；RH工藝路線配加鐵酸鈣爐次脫P(yáng)率較常規(guī)爐次僅高0.03%。因此無論LF爐工藝還是RH工藝，配加鐵酸鈣爐次脫P(yáng)率與常規(guī)未配加鐵酸鈣爐次相比均無顯著差異。

圖3 脫磷率與常規(guī)工藝對比

4.2 高堿度燒結(jié)礦對石灰消耗的影響

從吹煉所需的有效CaO數(shù)量進(jìn)行分析，加鐵酸鈣工藝與常規(guī)工藝相比，吹煉所需的有效氧化鈣有明顯降低。其中使用礦粉鐵酸鈣有效CaO所需數(shù)量為6476kg/爐，配加固廢鐵酸鈣有效CaO所需數(shù)量為6924kg/爐，常規(guī)爐次所需有效CaO最高，達(dá)7218kg/爐。配加固廢鐵酸鈣有效CaO所需數(shù)量比常規(guī)爐次降低294kg/爐，折合1.2kg/t。

4.3 高堿度燒結(jié)礦對終點硫的影響

對比試驗爐次數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)爐次數(shù)據(jù)，常規(guī)工藝轉(zhuǎn)爐平均增硫量為0.0027%,配加高堿度燒結(jié)礦的爐次轉(zhuǎn)爐平均增硫量為0.0030%,配加高堿度燒結(jié)礦的爐次較常規(guī)工藝硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高2ppm，在煉鋼可接受范圍內(nèi)。

4.4 應(yīng)用效果

固廢生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦在煉鋼轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用，實現(xiàn)了含鐵、含碳、含鈣等多種類冶金固廢的協(xié)同資源化利用，充分發(fā)揮各原料中有價元素的利用，可消耗OG泥LT灰混料1.4萬噸/年，按回收其中鐵資源進(jìn)行效益核算，能夠?qū)崿F(xiàn)替代廢鋼效益達(dá)800萬元/年；同時可以降低對原生石灰石、白云石的需求，減少資源開采對環(huán)境的影響，促進(jìn)資源的可持續(xù)利用，這種資源節(jié)約和循環(huán)利用的模式對于推動綠色發(fā)展、建設(shè)資源節(jié)約型社會具有重要意義。

5  結(jié)論

實踐表明,采用固廢生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦用做轉(zhuǎn)爐工序冷卻造渣劑，有利于改善轉(zhuǎn)爐前期化渣、提高脫磷率、降低石灰消耗，實現(xiàn)了OG泥和LT灰固廢的資源化利用的同時，本技術(shù)在實現(xiàn)二次資源循環(huán)利用的同時，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，可為鋼鐵企業(yè)帶來新的利潤增長點，同時助力無廢企業(yè)的建設(shè)。

1.固廢生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦的優(yōu)化工藝為：混勻料配比為OG泥:LT灰3:1，配料CaO含量達(dá)20%以上，燒結(jié)溫度1200~1300℃。

2.工業(yè)試驗表明，轉(zhuǎn)爐配加鐵酸鈣燒結(jié)礦可減少石灰消耗1.87kg/t鋼，同時可降低鋼渣產(chǎn)生量6萬噸/年，可實現(xiàn)鋼渣減量化6kg/鋼。

3.該技術(shù)通過提高資源利用效率和降低環(huán)境負(fù)荷，實現(xiàn)了綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。通過本技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐一次灰OG泥、LT灰的高效循環(huán)利用，減少了對環(huán)境的污染和危害，年消耗OG泥LT灰混料1.4萬噸，按回收其中鐵資源進(jìn)行效益核算，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)800萬元。

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