转炉含钒钢渣入矿热炉预处理工艺设计

吕 韬，李秦灿，宁晓宇，李凌楠，贾定慧

(中冶东方工程技术有限公司，山东 青岛 266555)

0 引 言

钒是一种重要的金属元素，主要用于钢铁工业，以改善钢的强度、韧性及耐蚀性等性能。钒钛磁铁矿是钒最重要的存在形式，在提钒炼钢后的钢渣中仍含有一定含量的钒，目前尚未得到有效利用。借鉴文献中有关利用火法还原处理石煤、粘土钒矿等含钒资源生产钒铁合金的方案设想，结合中冶东方在矿热炉领域多年的工程经验积累，以及某厂技改实践，提出将含钒钢渣搭配一定的钒钛磁铁粉矿进行烧结，随后送入矿热炉内，通过碳热还原制取含钒生铁的工艺。

根据原料入炉要求，针对含钒钢渣的相关特性，提出了1套完整的原料处理工艺，并叙述如下。

1 原料储存及输送

1.1 原料种类及消耗

原料系统为冶炼提供所需的原(燃)料，包括转炉含钒钢渣、钒钛磁铁粉矿、焦炭和熔剂(白云石、硅石)等。每吨含钒生铁所需原料消耗量见表1。

表1 冶炼含钒生铁所需原料单耗

1.2 料场贮存及供配料

原料处理工序包含贮存、烧结、配料、输送等，将4台125 000 kVA矿热炉冶炼所需合格原料送至车间炉顶料仓，工艺流程见图1。

1.2.1 含钒钢渣、钒钛磁铁粉矿料棚

含钒钢渣、钒钛磁铁粉矿全部用汽车运入料棚，由装载机进行倒运和造堆作业。

料棚为轻型防雨棚结构，面积85 m×43 m=3 655 m2。料棚内净高为9 m，可满足自卸汽车翻卸的高度要求。棚内可储存堆高为2.5～3 m，总储量约为11 200 t，满足4台矿热炉15 d生产所需的量。

1.2.2 焦炭料棚

还原剂通过汽车运入厂内，在焦炭料棚内堆存，入厂焦炭为合格粒度冶金焦，初水分13 %。

与含钒钢渣、钒钛磁铁粉矿料棚型式一样，焦炭料棚也采用轻型防雨棚结构，净高9 m，面积72 m×42 m=3 024 m2。棚内堆高约3 m，总储量约为3 000 t，可保障生产15 d。

1.2.3 白云石、硅石堆场

白云石、硅石为合格粒度来料，通过自卸汽车卸至各自的露天堆场内，由装载机进行倒运和造堆作业。

白云石堆场面积45 m×45 m=2 025 m2，可储存堆高为2.5～3 m，总储量约为4 200 t。

硅石堆场面积45 m×45 m=2 025 m2，可储存堆高为2.5～3 m，总储量约为5 100 t。

为防止混料和辅助作业设备通行，料条或贮料棚之间留有足够的间距。此外，在储料场四周设有环绕公路，每一个料条或贮料棚对外设有通道，以保证各种车辆畅通。

考虑到雨季时雨水能顺利排出，料条或贮料棚地坪设计高于场外地坪，并有一定的排水坡度。其次，纵向设有通长排水沟，沟端部设有沉淀池，料场汇水面积较大，雨季排出的污水，经沉淀后排出，沉淀物清理后运至烧结配料。

1.2.4 供配料系统

供配料系统包括配料仓下配料、称量及胶带机输送等，工艺流程如下：

配料站设1列配料仓，共设置10个，包括2个烧结矿仓，2个焦炭仓，1个白云石仓、1个硅石仓，4个备用仓。料仓可储存原料量至少可供矿热炉生产12 h。

所有配料仓的仓口下均设有1套称量系统，单出口形式，以保证每2台矿热炉均有1套独立的配料系统，且可以实现交替互用。矿热炉所需原料经各自配料仓下的皮带秤落到皮带机上，随后运送至矿热炉炉顶料仓。

2 钒渣制粒烧结

2.1 产品方案

含钒钢渣及钒钛磁铁粉矿基本是粉状物料，直接入炉冶炼会减少炉料空隙，降低炉料透气性，导致炉况难以顺行，影响钒、铁回收率，因此需要事先进行制粒烧结。这里利用矿热炉回收的煤气点火进行抽风烧结，混料中的焦粉燃烧产生大量的热，使物料发生一系列复杂的物理化学反应，不断地氧化、还原，继而软熔、粘结，最终改善原料的冶金性能，如粒度均匀、强度高、稳定成分等，同时还可以去除部分有害的杂质。

根据实际生产需要，利用厂区现有22 m2烧结机处理钢渣及钒钛磁铁粉矿，年工作330天，可产烧结矿10 万t/a，除主要供给矿热炉冶炼外，其余部分市售给周边需要的钢厂。

2.2 烧结流程

部分焦炭由堆棚内的地下受料仓经固定可逆皮带运送至燃料破碎室，经对辊粗碎、四辊细碎后得到0～3 mm的粒料，随后送往配料室焦粉仓。

采用密闭罐车将生石灰以及各工序收集到的除尘灰运至配料室旁，气力输送入相应配料仓内。

配料时，钢渣和钒粉矿采用圆盘给料，生石灰采用螺旋给料，焦粉、除尘灰则使用卸灰闸门。以上几种原料按设定的配比据重量进行自动给料，给到混合料的胶带机上。料仓料位、配比设定及变更在主控室内进行集中操作。

混合料由配料室通过胶带机直接运入一次滚筒，喷水混合后，送入二次滚筒进行造球。期间，加入蒸汽对混料进行预热以保持一定的料温。造球结束后由胶带机运至烧结机上方的混料矿槽。

表2 烧结矿化学成分

准备烧结时，先布1层160～250 mm厚的铺底料以保护台车篦条，减少烟气含尘。铺底料来自于烧结矿筛分室，粒度为8～20 mm。接着采用辊式布料器将烧结混料均匀地布在烧结台车上，生料层厚约500～650 mm。通过点火装置将烧结料表面点燃，单侧抽风，料层自上而下完成烧结过程，烧结废气分别经静电除尘、主抽风机、脱硫塔、布袋除尘、消声后排入大气。

烧好的热烧结饼经单辊破碎后进入带冷机进行鼓风冷却，冷至120 ℃以下后由胶带机运往筛分室进行整粒。设两座冷筛系统，串联布置。一筛筛下<8 mm的物料返回至烧结配料室，筛上>8 mm的则送至二筛。二筛中，筛下8～20 mm的物料一部分用作烧结机铺底料，其余部分与筛上>20 mm的一起作为合格烧结矿送往日料仓。

2.3 工艺参数

1)点火燃料：矿热炉煤气

2)点火温度：1 100±50(℃)

3)点火时间：60 s

4)点火要求：点火均匀，温度、强度稳定，工作制与烧结机保持一致

5)台车宽度：1.7 m

6)台车速度：0.6～3.0 m/min

2.4 工艺特点

2.4.1 采用熔剂性烧结矿

原料中转炉含钒钢渣自身就具有很高的碱度，在进行烧结时，容易生成大量的粘结液相，增加了表面张力，烧结速度加快，机械强度和还原性能也都有一定程度的提高。

2.4.2 改善炉料透气性

配料中使用了亲水性能很好的石灰，可提高混料的成球性能。同时，在烧二次混料时，还加入了蒸汽进行提温，可以减少烧结时的过湿现象，降低水汽冷凝频度。此外，烧结机头尾部采用了转架式刚性密封结构，密封性良好。多方面增益有效改善了炉料的透气性，有利于降低烧结电耗。

2.4.3 料层厚度增加

提高了铺底料层厚度，可以有效避免台车箅条接触高温烧结矿，延长了使用寿命，作业率得到提高。同时，从一定程度上过滤掉了细粉物料，使气流分布更为均匀，也减轻了除尘设备的工作负荷。

此外，烧结台车整体料层厚度保持在700～900 mm，由于料层的自动蓄热作用，热量利用比较充分，可有效降低焦粉消耗，还原性能得到一定的改善。同时，表层矿的强度也有所增加，烧结矿合格率高。

2.4.4 重视环境保护

烧结时会产生大量的硫，采用烟气循环流化床干法脱硫工艺，实现脱硫、除尘的一体化，脱硫效率可达到98 %以上，满足严格的环保要求。该工艺简单可靠，不受原料含硫量的限制，对烧结机的负荷适应能力也较强。同时，电耗低，水耗约为常规湿法的70 %左右，日常维护工作量和费用也不高。反应生成的副产物主要为CaSO3、CaSO4等，可作路基材料、水泥添加剂等。

此外，对机头、机尾以及成品筛分的灰尘进行收集，返回到一次混料环节，重新参与烧结，可实现企业内部的闭路循环利用，废物减排、资源化，具有较好的环境效益。

2.5 技术经济指标

表3 烧结机主要技术经济指标

3 结 语

该文详细阐述了转炉含钒钢渣、钒钛磁铁粉矿、焦炭等原燃料储存及供配料系统，以及烧结流程、工艺参数与特点及技经指标等，可以很好地满足原料入炉要求，为后续矿热炉冶炼含钒钢渣生产含钒生铁提供有利条件，具有一定的生产借鉴意义。