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轉(zhuǎn)爐除塵灰的高附加值利用

　　隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的發(fā)展，煉鋼工藝的日趨完善，相應(yīng)的除塵技術(shù)也在不斷地發(fā)展完善。煉鋼煙氣的凈化回收方法主要有兩種，一種是濕法(OG 法)，一種是干法(LT 法)。LT 法(干法)為德國(guó)Lurgi 公司與Thyssen 鋼鐵廠研制成功的一種轉(zhuǎn)爐煙氣凈化及煤氣回收干式系統(tǒng)，該除塵方式不用大量濁環(huán)水洗滌煙氣，而是采用蒸發(fā)冷卻器+靜電除塵器+煤氣冷卻器系統(tǒng)。它以凈化效率高、能耗低、干粉塵可設(shè)置壓塊系統(tǒng)，粉塵經(jīng)壓塊后直接供轉(zhuǎn)爐利用等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。

　　邯鋼轉(zhuǎn)爐煙氣采用干法除塵技術(shù)，與濕法相比，分別節(jié)電、節(jié)水約1/3，減少建設(shè)用地1/2，煙塵含量由50mg/Nm3降到10mg/Nm3，同時(shí)煙塵可被全部回收再利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能4.5kgce/t 鋼。現(xiàn)一煉鋼廠的煤氣回收量已穩(wěn)定達(dá)到140Nm3/t鋼，回收煤氣熱值穩(wěn)定在1500kcal/Nm3以上。這對(duì)我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼起到了積極的推動(dòng)作用。但是轉(zhuǎn)爐除塵灰具有溫度高、金屬化程度高、易自燃、粒度細(xì)、揚(yáng)塵二次污染大等特性，造成其處理及綜合利用難度大，亟待開(kāi)發(fā)一種適合干法粉塵特性的新型處理工藝。

　　1 國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐除塵灰的利用現(xiàn)狀及合理性

　　1.1 熱壓塊

　　熱壓塊工藝是利用粉塵的自燃特性將粉塵加熱，利用其在高溫下的塑性，經(jīng)高壓壓球機(jī)壓制成塊，然后在氮?dú)饷芊鉅顟B(tài)下冷卻后輸送到轉(zhuǎn)爐，代替廢鋼或礦石。該方法不需要另外添加黏結(jié)劑，粉塵團(tuán)塊的強(qiáng)度也很高，可直接用于轉(zhuǎn)爐作冷卻材料使用，是現(xiàn)在LT 粉塵處理應(yīng)用最多的一種方法。但是，熱壓塊生產(chǎn)需在高溫和隔絕空氣的條件下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備和工藝控制要求很高，一次性投資大、工藝條件苛刻、設(shè)備故障率很高，難以長(zhǎng)期順利生產(chǎn)。

　　1.2 冷壓塊

　　有企業(yè)在除塵灰及污泥中加入部分添加劑，通過(guò)冷固工藝制成轉(zhuǎn)爐造渣劑壓塊，用于轉(zhuǎn)爐造渣，強(qiáng)化了造渣，改善了脫磷效果，脫磷率提高；化渣效果好，能夠起到防噴濺的作用。

　　1.3 返回?zé)Y(jié)

　　邯鋼西區(qū)轉(zhuǎn)爐除塵灰的利用途徑是加入燒結(jié)混合料中，經(jīng)燒結(jié)后進(jìn)入煉鐵高爐進(jìn)行循環(huán)。雖然該方法不需要增加設(shè)備，但粒度過(guò)細(xì)且能夠自燃的干法除塵灰不利于燒結(jié)礦質(zhì)量的控制和熱量的平衡。除塵灰含有有害雜質(zhì)，而燒結(jié)難以有效地去除這些雜質(zhì)，使得燒結(jié)配加和穩(wěn)定操作困難，入高爐后將影響高爐正常操作和爐襯壽命；其化學(xué)成分、粒度、水分均存在較大差異，不利于燒結(jié)礦生產(chǎn)和質(zhì)量的提高；該方法僅能回收部分含鐵粉塵，從某利意義上講，對(duì)這些寶貴的二次資源沒(méi)有起到真正意義上的回收。因此，在燒結(jié)配料中加入除塵灰進(jìn)行循環(huán)利用極不科學(xué)。

　　1.4 豎爐球團(tuán)配加

　　有企業(yè)在豎爐中配加煉鋼除塵細(xì)灰，經(jīng)過(guò)近20 個(gè)月的摸索和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)穩(wěn)定順行，并保證了質(zhì)量穩(wěn)定。轉(zhuǎn)爐干法除塵灰用于豎爐球團(tuán)配加生產(chǎn)是可行的，配加量在5%以內(nèi)，可減少對(duì)豎爐生產(chǎn)的影響。但是還存在煉鋼除塵灰質(zhì)量不穩(wěn)定、成分波動(dòng)大、倒運(yùn)過(guò)程中二次揚(yáng)塵太大等問(wèn)題。

　　2 邯鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰基本情況

　　2.1 轉(zhuǎn)爐除塵灰產(chǎn)量及回收量

　　邯鋼以轉(zhuǎn)爐LT 除塵灰為研究對(duì)象，探索轉(zhuǎn)爐除塵灰的高附加值利用途徑。

　　轉(zhuǎn)爐除塵灰分為粗灰、細(xì)灰兩種。粗灰來(lái)自蒸發(fā)冷卻器底部，細(xì)灰是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵經(jīng)干法除塵、沉降得到的。2014 年12 月邯鋼煉鋼除塵灰當(dāng)月產(chǎn)量、累計(jì)量及回收量，如表1 所示。

　　

　　2.2 轉(zhuǎn)爐除塵灰的化學(xué)成分

　　轉(zhuǎn)爐除塵灰的化學(xué)成分，見(jiàn)表2。

　　

　　轉(zhuǎn)爐除塵粗灰為灰黑色，為細(xì)顆粒。轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰為紅-褐色，顏色與氧化鐵紅相近，粒度較細(xì)，100 目的占70%以上。轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰中氧化鐵的含量比較高，含有少量Fe3O4，是制備鐵系顏料的理想原料。

　　3 創(chuàng)新研究

　　邯鋼以轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰為原料，以制備出高附加值產(chǎn)品為目標(biāo)，提出氧化焙燒制備成高純氧化鐵紅的方案。氧化鐵紅制備試驗(yàn)采用高溫氧化培燒法。

　　3.1 制備氧化鐵紅的研究

　　1)烘干除水工藝

　　對(duì)轉(zhuǎn)爐除塵灰進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，在烘箱中烘干2h 以上，溫度控制在100℃左右。

　　2)混勻物料工藝

　　轉(zhuǎn)爐除塵灰質(zhì)量不穩(wěn)定，TFe 和CaO 含量波動(dòng)較大。-應(yīng)采取質(zhì)量控制措施，即將其進(jìn)行初步混勻處理，以降低成分波動(dòng)。

　　3)磨樣制備工藝

　　轉(zhuǎn)爐除塵灰為粒度較細(xì)的粉塵，為了達(dá)到粒度均勻、氧化效果好的目的，采用制樣機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)爐除塵灰進(jìn)行一次粗破，其出料粒度200 目達(dá)到92%以上。

　　4)焙燒氧化工藝

　　本研究是在碳管爐內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)焙燒氧化制備氧化鐵紅，氧化過(guò)程中所需氧氣來(lái)自空氣，工藝溫度控制在850-900℃，恒溫時(shí)間為30mmin。其爐內(nèi)反應(yīng)為:

 　　
 

　　碳管爐升溫速率的控制如圖1 所示。

　　焙燒所得物料產(chǎn)生結(jié)塊，經(jīng)簡(jiǎn)單磨細(xì)至-200 目占90%以上，可獲得純度較高的氧化鐵紅產(chǎn)品。氧化鐵紅的化學(xué)成分，如表3 所示。氧化鐵紅質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，如表4 所示。該產(chǎn)品不存在有機(jī)著色物，不僅可用作涂料或建材的著色劑或添加劑，更適宜做磁性材料的原料，可直接生產(chǎn)鐵氧體預(yù)燒料。

　

　

　　3.2 制備磁性材料的研究

　　以氧化鐵紅為原料生產(chǎn)高品質(zhì)鐵氧體預(yù)燒料，進(jìn)而生產(chǎn)鐵氧體材料已被磁性材料廠廣泛采用。其原理及化學(xué)方程式如下:

　　碳酸鹽分解反應(yīng):(300-0-800℃)

　　

　　中間反應(yīng):(600-800℃)

　　

　　通過(guò)以上流程制得的鐵氧體性能優(yōu)良，與利用鐵鱗作原料制備的鐵氧體預(yù)燒料性能相當(dāng)或優(yōu)于鐵鱗。邯鋼于2012 年分別建成鐵鱗、氧化鐵紅生產(chǎn)永磁鐵氧體預(yù)燒料生產(chǎn)線，采用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯的方法，每年可生產(chǎn)出2 萬(wàn)多噸永磁鐵氧體預(yù)燒料，現(xiàn)已穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行兩年多。氧化鐵紅和鐵鱗的利用提高了邯鋼產(chǎn)品的綜合利用程度及科技含量，填補(bǔ)了邯鋼磁性材料的空白，發(fā)展壯大了其非鋼產(chǎn)業(yè)。

　　如果通過(guò)轉(zhuǎn)爐除塵灰批量生產(chǎn)氧化鐵紅，進(jìn)而再生產(chǎn)鐵氧體材料，附加值水平將得到更大提升。針對(duì)這種情況，邯鋼進(jìn)行了利用轉(zhuǎn)爐干法除塵細(xì)灰制備鐵氧體預(yù)燒料的試驗(yàn)研究，材料磁性能檢測(cè)結(jié)果如表5 所示。

　　

　　3.3 經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)

　　煉鋼除塵灰的價(jià)格約100-200 元/t，氧化鐵紅的價(jià)格為1400 元/t，鐵氧體預(yù)燒料的價(jià)格則超過(guò)3000 元/t，采用煉鋼除塵灰生產(chǎn)氧化鐵紅，進(jìn)而再生產(chǎn)高性能永磁鐵氧體，昔日煉鋼除塵灰作為固體廢棄物易污染、難治理的現(xiàn)狀將得到根本性的改善，其高附加值、高效的利用得以實(shí)現(xiàn)。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　邯鋼西區(qū)轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰的處理方式為返回?zé)Y(jié)配料，利用檔次低，經(jīng)濟(jì)效益不明顯。除塵細(xì)灰返回?zé)Y(jié)配加困難，經(jīng)常造成燒結(jié)故障。本工藝可將轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰全部回收利用生產(chǎn)出氧化鐵紅，不僅有效回收利用了二次資源、減少環(huán)境污染，而且提高了除塵細(xì)灰的利用水平，對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義，以利用促治理，可達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。

　　

　　1)通過(guò)開(kāi)展轉(zhuǎn)爐除塵灰的二次回收利用試驗(yàn)研究，拓展了思路，驗(yàn)證了可行性，為進(jìn)一步工業(yè)化生產(chǎn)鋪平了道路。

　　2)轉(zhuǎn)爐除塵灰作為氧化鐵紅生產(chǎn)的原料，資源豐富，可利廢為寶，生產(chǎn)中不使用酸、堿及其他化學(xué)原料進(jìn)行處理、無(wú)廢物排放，可防止環(huán)境污染、方法簡(jiǎn)單快捷、能耗小、生產(chǎn)成本低，成品中氧化鐵紅含量高達(dá)95%以上，具有競(jìng)爭(zhēng)力。

　　3)利用制備出來(lái)的氧化鐵紅制備鐵氧體預(yù)燒料，將會(huì)創(chuàng)造更多利潤(rùn)。