通钢转炉含铁尘泥的回收利用

曾庆炜 张永旭

(通钢股份有限公司 吉林通化 134003)

0 引言

随着新环保法的实施，环保治理力度加大，钢铁行业的利润持续下降，冶金固体废物资源综合利用是我国钢铁行业实现可持续发展、降本增效、提高钢企竞争力的有效途径。转炉尘泥具有粒度细(5～74.6 μm)、含铁量高(TFe约50%)的特点，是宝贵的二次资源，对其进行有效的回收利用，可以消除环境污染、实现钢铁生产的低排放环保要求[1]。通钢年产生约10余万t钢厂粉尘(主要为OG泥、炼钢除尘灰、炼钢氧化铁皮等)，目前处理污泥采用长流程模式，因炼钢污泥含铁量较高，经挤压脱除部分水分后加到烧结配料中使用。但OG泥在运输时污水容易流到道路上，炼钢除尘灰运输时容易产生二次扬尘，使钢厂环境受到污染。炼钢OG泥含水高，炼钢除尘灰粒度细，在烧结配料中会使烧结料透气性变差，降低通过料层的有效风量，影响垂直烧结速度，降低烧结矿品质。随着污泥脱水技术的发展，将炼钢污泥配加添加剂制作成冷压球，返还给炼钢做转炉化渣剂和冷却剂使用的技术已日趋成熟。

1 冷压球化渣理论基础

1.1 吹炼初期加入冷压球化渣脱磷

(1)加快成渣。因冷压球中含铁量较高，在转炉吹炼初期加入冷压球就增加了初期渣中的FeO含量。由于渣中FeO含量高，渣的流动性好，FeO与能与石灰形成铁酸钙低熔点化合物，使石灰熔解。并且能阻碍石灰与渣中SiO2生成难熔解2CaO·SiO2，也有利于石灰熔解。再加上冷压球团带入的一部分CaO，降低石灰的消耗量，加快成渣速度。

(2)提高吹炼初期的脱磷效果。转炉脱磷主要是在吹炼初期，主要条件有3个:高碱度(R)、高氧化性(高FeO)、低温。在转炉吹炼初期炉内温度较低，满足低温条件。冷压球的加入增加了渣中的FeO含量，满足了炉渣高氧化性条件。加速了石灰(CaO)的熔解，满足了炉渣高碱度条件。转炉脱磷的3个主要条件都满足，促进了脱磷的化学反应进行。脱磷的化学反应式为

2P+5FeO+4CaO→4CaO·P205+5Fe

1.2 吹炼中期加入冷压球化渣

在转炉吹炼的中期加入冷压球，能增加渣中的FeO含量，能有效地促进炉渣的熔化，减少利用调节枪位来生成FeO的负担，能够弥补由于吹炼中期碳氧反应激烈消耗大量的FeO，而导致渣中FeO不足的问题。使用冷压球以后，能保证渣中的氧化铁满足冶炼的需要。这样能够有效地减少被氧气氧化生成的氧化铁的铁水量，减少铁水的吹损，降低金属料消耗。

1.3 吹炼后期加入冷压球防止回磷

在转炉吹炼后期加入冷压球能增加渣中的FeO含量，同时冷压球能作为冷却剂降低炉内温度，促使脱磷反应向正向进行，防止高温回磷现象的发生。

2 通钢冷压球原料及条件

炼钢冷压球为应用于转炉炼钢生产的副原料，其成分的要求主要体现在满足冶炼工艺的需要，满足生产工艺的配比，对比矿石使用效果相当或者类似。针对炼钢冷压球的原料特性，主要体现在铁含量、杂质元素及成渣物质等方面，要求在其使用中具有一定的铁含量、较低的杂质元素和一定的造渣能力。生产工艺的配比对冷压球的要求，主要体现在达到资源利用最大化，具有一定的碱度，利于冶炼反应和化渣。

将通钢炼钢转炉泥(OG泥)、炼钢氧化铁皮、炼钢二次除尘干灰、水处理油泥混合并添加轧钢氧化铁皮，提高铁含量，经过配料后的含铁量达50%，可作为冷压球的原料。选择冷压球技术，将冷压球作为转炉冷却剂和化渣剂使用，同时满足在转炉炼钢过程，吨钢添加20 kg冷压球的条件。通钢冷压球尘泥具体成分见表1。

表1 通钢冷压球尘泥成分 %

通钢炼钢转炉泥(OG泥)、炼钢除尘灰、炼钢氧化铁皮、轧钢氧化铁皮、水处理油泥每年产量约10.39万t(湿基)，建设一条10万t/a含铁尘泥制备冷压球团生产线。通钢冷压球尘泥年产量见表2。

表2 通钢冷压球尘泥年产量 t(湿基)

3 通钢冷压球工艺流程

3.1 冷压球工艺流程

将炼钢工序经压滤过的OG泥和水处理油泥运至厂区的晾晒场地晾晒，晾晒至含水率<15%，经过混合后通过滚筒干燥脱水处理；炼钢二次除尘干灰通过密闭罐车运至尘泥冷压块原料区，通过气泵输送至原料仓内；炼钢氧化铁皮和粗颗粒通过自卸车运至冷压块原料区料仓内。干燥后的OG泥、水处理油泥和炼钢除尘灰、炼钢氧化铁皮、粗颗粒按照一定比例分别通过螺旋称重机称重配料后，与粘结剂进入轮碾机压实混匀，然后进入压密机进一步压实，最后再经对辊压球机压块、筛分，得到合格的球团，筛下粉料返回缓冲料仓再次进行压球。合格的球团送入烘干机进行干燥，使生球含水率降到2%以下后即为成品，再由皮带机送至成品堆场，根据需要通过汽车送至炼钢炉料区。

粘结剂由专用的粘结剂系统进行配制和添加，整套冷压块系统除了各种原料晾晒和进入料仓的过程需要人工干预外，其余部分从含铁除尘灰配料到混合、压球、烘干全部实现自动控制。在正常生产中只需进行设备监控即可。冷压球工艺流程见图1。

图1 冷压球工艺流程

3.2 冷压球的性能

(1)粒度。在转炉的冶炼过程中，熔池中的碳氧反应生成大量的CO气体，从转炉的炉口流向烟罩进入转炉一次除尘，冷压球如果粒度太小就会随炉气带走。冷压球的粒度在30～50 mm，才能进入熔池，满足炼钢生产的需要。

(2)强度。如果炼钢冷压球的强度不足，在添加过程中会破碎成小颗粒直接被炉气带走，增加除尘系统的负担，对环境造成污染。在配料里加入淀粉做粘结剂，形成固相粘结力，使冷压球具有一定的强度。经过实验证明，通钢冷压球的抗压强度≥800 N，转鼓强度≥60%，完全能满足要求。

(3) 密度。冷压球的密度在(2.29～2.56)×103kg/m3，与转炉炉渣密度水平接近，炉渣密度在(2.2～2.6)×103kg/m3，矿石密度在(4.8～5.3)×103kg/m3，与矿石相比，冷压球更有利于在转炉实际冶炼中参与渣钢界面反应，获得更好的脱磷效果。

3.3 系统组成

(1)原料烘干系统。晾晒后的OG泥和水处理油泥含水率约15%，需要进一步脱水至2%以下。采用滚筒烘干机烘干，热源采用钢厂净化转炉煤气。

(2)配料系统。物料由气力输送系统进入各自料仓，其中细料下部通过平板阀接计量螺旋，冷却水同时也加入计量螺旋，细料通过计量螺旋送至下部的输送螺旋输送机里，其余物料通过平板阀和星型卸灰阀进入下部的输送螺旋。物料分别通过计量螺旋和叶轮给料机实现配料，由下部的螺旋输送机实现给料。

(3)压球系统。消化后的物料和必要的粘结剂经过混合碾压作业进行充分混碾，混合后的物料进入该设备后进行压块。压球设备是该工艺系统的主要设备之一，由该设备最终完成压球功能，即制取合格产品。该环节主要由压密机、对辊压球机、固定筛、返料系统等组成。

(4)成品球烘干系统。将压好的生球均匀地平铺在网带上，被送入干燥机。生球在干燥机内往返移动，同时吹入热风，水蒸气被排出，使生球含水率降到2%以下。

(5)除尘系统。除尘采用旋风与脉冲布袋除尘相结合的方式，主要收集原料烘干系统和成品球烘干系统产生的烟气粉尘。旋风除尘器下部设排灰装置，灰返回原料系统后循环利用。经净化后排放气体的质量浓度<20 mg/Nm3，达到国家排放标准。

4 实施效果

4.1综合能耗降低

本工程主要消耗的能源种类有电、水、转炉煤气等。吨球单耗指标见表3。

表3 通钢冷压球团能耗

可折算出 1 t球团耗能为37.33 kgce，相比烧结矿的平均能耗55 kgce，降低了17.67 kgce，年产10万t冷压球团生产线可降低能耗1 767 tce/a。

4.2 绿色环保

(1)含铁尘泥制备冷压球团的配料、混匀、压球工序均为常温运作，生产过程无SO2和NOx产生。在冷压球及原料的干燥过程中，采用净化处理后的转炉煤气燃烧的热风作为干燥热源。转炉煤气基本不含SO2和NOx，本工程干燥温度为250～300 ℃，采用低温、低氧烧嘴燃烧，远低于NOx的生成温度1 500 ℃。因此，该粉尘冷固结球团生产线排放气体中的SO2，NOx符合国家标准。

(2)在混碾过程中采用淀粉作粘合剂，不含硫、磷等有害成分，绿色环保。

(3)生产流程中所有干粉进厂采用密闭罐车将各种钢厂干粉输送到各自料仓,避免了二次扬尘现象。

(4)车间、车辆冲洗水进入厂区浊水循环系统，通过沉淀、澄清重复利用；尘泥定期清理，进入晾晒场原料系统回收利用；生产水重复利用率达95%，减少对环境污染。

4.3 生产成本降低

通钢平均年产钢400万t，烧结矿成本约690元/t，消耗烧结矿平均20 kg/吨钢。冷压球成本按530元/t进行计算，用冷压球完全代替烧结矿，年可降低成本400×0.02×(690-530)=1 280万元。

5 结语

本项目利用钢厂转炉含铁尘泥制备冷压球，生产工艺合理，设备简单，节能减排设施完善，使含铁固废资源得到了较好的回收利用，符合我国钢铁行业高质量发展的要求，具有显著的经济效益和社会效益。