吳 軍

(新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠)

前言

在煉鋼生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的固體廢棄物主要有鋼渣及除塵系統(tǒng)捕集的金屬粉塵，煉鋼各生產(chǎn)工序產(chǎn)生的塵泥堆積存放，會造成環(huán)境污染；鋼渣是鋼鐵冶煉時，由鐵礦石、焦炭、廢鋼及石灰石等造渣劑通過高溫反應(yīng)排出的副產(chǎn)品[1]。隨著鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴大，除塵灰和鋼渣的產(chǎn)生量也在大幅增加，對固廢的處理及循環(huán)利用關(guān)系到鋼鐵廠的可持續(xù)發(fā)展。國內(nèi)許多鋼廠對煉鋼固體廢棄物循環(huán)利用進行了積極探索，并取得了好的效果。

1 含鐵塵泥制備煉鋼用冷固球團生產(chǎn)應(yīng)用

1.1 含鐵塵泥理化性能

某鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉煙塵中的粗、細顆?；覊m被除塵器捕捉，以除塵灰和污泥的形式進行外運，且產(chǎn)生的量較大(見表1)，除塵灰和污泥排放達到約15kg/t鋼，轉(zhuǎn)爐除塵灰等固廢的化學(xué)成分見表2。

表1 近三年某鋼廠轉(zhuǎn)爐除塵污泥、除塵灰產(chǎn)生量 萬t

表2 轉(zhuǎn)爐含鐵塵泥等固廢理化指標 %

采用將含鋅除塵灰及部分煉鋼產(chǎn)生污泥球、除塵灰進行混合，探索自制球團使用的最佳配比。利用強力壓球機冷壓成型造球加工處理后，得到具有熔化速度快、化渣效果好、金屬回收率高等特點的冷固球團(見表3)，可以直接返回?zé)掍撚糜谵D(zhuǎn)爐造渣以替代轉(zhuǎn)爐用冷卻劑。

表3 冷固球團的理化指標

1.2 除塵灰冷固球團造渣化渣機理

在轉(zhuǎn)爐吹煉初期爐內(nèi)溫度較低環(huán)境下加入除塵灰球團，由于熔點較低的除塵灰冷固球團富含F(xiàn)e2O3，增加了初渣中的(FeO)含量。在初期通過(FeO)加速CaO的溶解速度，顯著降低爐渣粘度，加速石灰溶解過程的傳質(zhì)，從而有利于FeO向石灰晶格內(nèi)遷移并生成低熔點物質(zhì)，防止石灰表面2CaO·SiO2的生成。同時前期較高的渣中(FeO)能快速在鋼渣界面形成乳化渣加速脫磷反應(yīng)[2]。

前期配加除塵灰冷固球團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造成吹煉中期金屬“返干”和脫磷率低現(xiàn)狀，可降低轉(zhuǎn)爐鋼鐵料損失。

除塵灰冷固球團礦在冶煉中期為碳氧反應(yīng)期，其化學(xué)反應(yīng)的限制環(huán)節(jié)為供氧。在冶煉中后期，渣中的(FeO)含量呈下降趨勢，勢必會影響中后期化渣。選擇除塵灰球團作為調(diào)渣劑可改善渣的流動性；冶煉后期因熔池溫度的上升，導(dǎo)致爐渣脫磷反應(yīng)受限，除塵灰球團的應(yīng)用完全能滿足后期渣中(FeO)含量在12%～15%，減少鋼水回磷現(xiàn)象發(fā)生。

1.3 冷固球團對初渣熔化時間的影響

冷固球團試驗結(jié)果表明(如表4)：除塵灰冷固球團有助于初期化渣，能實現(xiàn)加速初渣熔化及快速成渣初。分析認為冷固球團富含TFe增加了爐內(nèi)初渣(FeO)含量，加速了石灰的溶解，顯著降低爐渣粘度。由除塵灰、污泥及氧化鐵皮混合壓制的球團初渣起渣時刻較正常生產(chǎn)時的初渣起渣時刻3分42秒縮短了27秒。

表4 試驗冶煉數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.4 冷固球團對煉鋼脫硫、脫磷的影響

脫硫、脫磷率對比可看出(表5)：試驗除塵灰球團，轉(zhuǎn)爐脫硫率由35.01%提高至36.48%，轉(zhuǎn)爐脫磷率由85.21%提高至89.15%，轉(zhuǎn)爐脫磷率明顯提高。

表5 脫硫、脫磷率對比

1.5 冷壓球團冷卻效應(yīng)分析

在同等冶煉條件下就冶煉中后期配加冷壓球團與正常工藝配加球團礦的冷卻效果比對見表6。

表6 冷卻效果數(shù)據(jù)統(tǒng)計

冷壓球團與球團礦均以TFe為主的成分組成，物理冷卻類比相近。化學(xué)冷卻以分解還原反應(yīng)吸熱為主，主要發(fā)生的吸熱反應(yīng)為氧化鐵與CO間的吸熱反應(yīng)，且TFe含量為58%的球團礦化學(xué)冷卻吸熱較冷固球團好，除塵灰冷固球團冷卻效果略弱于與現(xiàn)工藝使用的球團礦[3]。

1.6 冶煉過程情況及對輔料鐵耗的影響

除塵灰冷固球團中含有一定量的(CaO)及(MgO)，其在作為冷卻劑使用的同時可以減少冶煉過程中輔料的加入量。根據(jù)生產(chǎn)實踐可知，每加入300kg冷固球團，可降低鋼鐵料消耗0.81 kg。按照鐵耗900kg/t的加入量，煉鋼冶煉過程中冷固球團的消耗為6kg/t鋼，鐵元素的回收可增加97.2 kg/t鋼(如圖1、圖2所示)。

圖1 球團礦加入對輔料加入影響

圖2 球團礦加入對鋼耗的影響

2 煉鋼尾渣利用工藝方案

煉鋼過程中的鋼渣排出量約為粗鋼產(chǎn)量的10%～15%。鋼渣磁選后，大部分能夠作為金屬料直接回收使用；而鐵含量只有2%的尾渣無法處理，某煉鋼廠根據(jù)尾渣成分的特點，將其做為轉(zhuǎn)爐調(diào)渣劑使用，替代部分石灰、白云石及螢石的消耗(如表7所示)。

表7 近三年轉(zhuǎn)爐鋼渣產(chǎn)生及消耗量 萬t

2.1 尾渣加入對前期脫磷的影響

尾渣屬于預(yù)熔渣，加入尾渣有利于前期化渣和脫磷，尾渣成分CaO 44%、SiO215.3%、MnO 2.72%、FeO 14.85%、P2O51.39%、MgO 5.43%、Al2O311.8%、R為2.88。

表8可知，加入尾渣后，渣中(FeO)含量增高，渣中(CaO)含量與單渣法相比降低，但(SiO2)含量降低，堿度有所增加。(FeO)含量高、堿度高有利于脫磷，現(xiàn)場試驗結(jié)果證明留渣法配加尾渣脫磷率更高。

表8 單渣法冶煉終渣、留渣法配加尾渣成分對比

尾渣成分基本接近轉(zhuǎn)爐渣成分，加入尾渣可以使轉(zhuǎn)爐前期爐渣中的(FeO)迅速提高，促進石灰的熔化，促使初期渣的形成，有利于脫磷反應(yīng)的進行[4]。

由于尾渣中含有一定數(shù)量的(FeO)、(Fe2O3)，提高了初期爐渣中的(FeO)、(Fe2O3)含量，滿足了脫磷的高氧化性，初期硅迅速被氧化，有利于石灰熔化，而且吹煉初期溫度較低，有利于脫磷反應(yīng)的進行。尾渣加入是在前期吹煉開始全部加入，提高化渣效果，增加渣流動性，促進渣鋼界面反應(yīng)[5][6]。

2.2 尾渣加入對脫磷的影響

加入尾渣試驗情況見表9，可以看出，當(dāng)鐵水[Si]≤0.5%，終點溫度<1630°C，加入尾渣后，脫磷率平均值為91.6 %。不同操作方式試驗效果如圖3所示。

表9 現(xiàn)場試驗爐次入爐鐵水條件

不同操作方式輔料消耗比較 不同操作方式終點[C]、[P]比較圖3 不同操作方式試驗效果對比

從圖3中可以看出，在鐵水條件、加料情況基本相同的情況下(脫磷實驗爐次加入石灰24.07kg/t、白云石11.51kg/t；加尾渣試驗爐次加入石灰23.70kg/t、白云石12.62kg/t)，當(dāng)保持終點[C]在0.070%時，加入尾渣的試驗爐次終點[P]控制在0.012%，脫磷效果更為理想。

2.3 尾渣加入對渣料消耗的影響

現(xiàn)場主要由三種操作方法：單渣未留渣、單渣全留渣、留渣法配加尾渣?，F(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)見表10。試驗爐次的石灰消耗情況如圖4所示。

表10 三種不同操作形式平均消耗(單渣、單渣留渣、留渣法配加尾渣)

圖4 入爐鐵水硅含量與石灰消耗量

單渣未留渣操作，[Si]<0.53%時，可以實現(xiàn)脫磷率>85%；當(dāng)[Si]>0.53%，脫磷率不穩(wěn)定，出現(xiàn)了較低的情況。采用留渣操作，脫磷率達到90%以上。采用留渣法配加尾渣操作，在入爐鐵水[Si]<0.5%時，脫磷率均在90%以上，當(dāng)鐵水[Si]>0.5%時，脫磷率88%，由圖4可知，留渣法配加尾渣會使石灰消耗量降低。鐵水0.4%<[Si]<0.5%條件下，采用單渣未留渣操作，石灰消耗量平均為45.95kg/t；單渣留渣操作，平均為38.62kg/t；留渣法配加尾渣在入爐鐵水溫度在1330～1360°C、入爐鐵水[P]<0.20%時，石灰平均消耗為36.11kg/t。單渣留渣法配加尾渣可以降低石灰的消耗量，隨著尾渣加入量的增加，石灰消耗呈下降趨勢(見表11)。因此，加入尾渣有利于脫磷，同時可以有效降低渣料消耗(見圖5)。

表11 尾渣加入量與渣料消耗量關(guān)系

圖5 尾渣加入量與渣料消耗關(guān)系

目前，某鋼廠球團的消耗量在11.5kg/t，尾渣的消耗量在4.7kg/t(見表12)，通過球團及尾渣的加入，可以減少消耗石灰6.2kg/t、白云石1.3kg/t、螢石消耗1.2kg/t，按照目前轉(zhuǎn)爐渣料的成本核算，可以降低渣料成本約7.62元/t，鋼渣的加工處理費用在0.23元/t，因此僅渣料替代一項，可節(jié)省煉鋼工序制造成本7.39元/t。

表12 球團、尾渣消耗量及渣料替代量 kg/t

2.4 尾渣加入對鋼鐵料成本的影響

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中加入鋼渣球團和尾渣可以提高轉(zhuǎn)爐的金屬料入爐量，與此同時降低轉(zhuǎn)爐的渣量，達到降低鋼鐵料消耗的目的[7]。依照目前某鋼廠轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中尾渣和球團的加入量，轉(zhuǎn)爐金屬入爐量增加了3.82kg/t，轉(zhuǎn)爐總渣量由110kg/t降至96kg/t，降低鋼鐵料消耗1.47kg/t，由尾渣、球團加入可帶來的鋼鐵料收益為12.70元/t。

3 結(jié)束語

生產(chǎn)實踐表明，煉鋼生產(chǎn)中產(chǎn)生的除塵灰、污泥、氧化鐵皮鐵屑按一定配比混合壓制的冷固球團，能實現(xiàn)高效回收；加入煉鋼尾渣有利于脫磷、降低石灰消耗。

(1)除塵灰球團造渣化渣及試驗分析，除塵灰球團替代還原球團礦可行：能快速形成乳化渣，縮短初期渣熔化時間10～13s，明顯提高轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硫率，冷卻效果與還原球團礦基本相近，實現(xiàn)了煉鋼副產(chǎn)品的循環(huán)利用及減輕對環(huán)境的影響。

(2)尾渣屬于預(yù)熔渣，加入尾渣有利于前期化渣和脫磷。由于尾渣中含有(FeO)、(Fe2O3)，提高了初期爐渣中的(FeO)、(Fe2O3)含量，滿足了脫磷的高氧化性，而且吹煉初期溫度較低，這些條件均有利于脫磷反應(yīng)[8]。鐵水Si≤0.5%，終點溫度<1630℃，加入尾渣后，脫磷率平均值為91.6%。

(3)0.4%<[Si%]<0.5%，采用單渣未留渣操作，石灰消耗量平均為50kg/t；單渣留渣操作，平均為45kg/t；留渣法配加尾渣在入爐鐵水溫度在1330～1360℃、入爐鐵水[P%]<0.20%較為有利的條件下進行時，石灰平均消耗為33kg/t。加尾渣可以降低石灰消耗量，對少渣冶煉極為有利。

(4)隨著尾渣加入量的增加，渣中FeO含量呈上升趨勢，脫磷率升高，且渣料消耗呈下降趨勢，可以有效降低石灰消耗。