高培程 王长涛 刘晓 周建沣
摘要：钢铁冶金含铁尘泥的低成本回收利用是一项降本增效的重大举措，对企业的可发展具有重要意义。本文通过对含铁尘泥固废进行烧结杯实验，固废混合料透气性较好，烧结速度快，但是烧结杯内壁附着碱金属，壁板存在糊堵。通过烧结杯实验的结果，按照不同的固废比例进行工业实验，生产的烧结矿碱度为3.70倍、TFe为49.54%、平均粒径为21.78mm，质量较好，满足要求，但在生产过程中存在一定的问题，同时提出一定的解决方案，有助于生产的稳定和高效生产。
关键字： 高比例；固废；超高碱度
1 前言
钢铁冶金原料场、烧结、球团、焦化、高炉、炼钢、轧钢等工序会产生大量的含铁固体废物，其中含有铁、碳等有价元素，如果能对其进行合理的资源化利用，不仅会降低其对环境的污染，还能节约资源，具有良好的环保效益和经济效益[1]。特别是，近年来受国际和国内经济低迷态势的影响，中国钢铁行业面临着巨大的困难和挑战，钢铁市场已进入“寒冬”，行业出现大面积亏损，活下去是钢铁企业考虑的头等大事。因此，钢铁冶金含铁尘泥的低成本回收利用是一项降本增效的重大举措，对企业的可持续发展具有重要意义[2]。
根据相关研究[3 - 4]，锌元素是固废中的主要有害元素，若高炉炉料含锌量过高，锌会在高炉内挥发，与高炉内衬和炉内原料发生化学反应形成炉瘤，导致炉料空间变小，下降不畅，致使高炉发生崩料、滑料等事故，影响高炉正常运行。钠、钾等碱性金属含量过高，会影响烧结的透气性，降低烧结矿强度，降低高炉炉内料柱的透气。因此，碱金属含量高的含铁尘泥固废生产的烧结矿不能应用于高炉炼铁。
随着带式焙烧机的投入使用，球团矿的产量大幅度提升，烧结矿的产量存在一定的富裕。因此，我们开辟一条新途径：用这些含铁尘泥固废生产超高碱度的烧结矿，作为炼钢的造渣剂使用。
2 烧结杯实验
2.1 固废混匀料化学成分
表1 固废主要成分表
|
TFe |
SiO2(%) |
CaO (%) |
MgO (%) |
Al2O3(%) |
水份(%) |
烧损(%) |
K2O (%) |
Na2O(%) |
ZnO (%) |
S(%) |
|
53.50 |
1.96 |
7.94 |
3.86 |
0.64 |
14.50 |
1.63 |
0.43 |
0.22 |
8.73 |
0.065 |
从表1可以看出：固废混匀料的水份为14.5%左右，水份较高，影响混匀效果；碱金属含量高，如锌含量为8.73%等，极易造成篦条糊堵及电场板结等问题；硫含量平均0.065%，含量高，影响外排指标。
2.2烧结杯实验
表2 烧结杯实验料比
|
|
OG泥(%) |
白灰(%) |
高返(%) |
焦粉(%) |
加水(L) |
负压(KPa) |
|
料比 |
7 |
5 |
15 |
5 |
4 |
-12 |
2.2.1混合料粒级
从造球效果看，湿料-3mm粒级较少，烧结透气性较好；但烘干后球粒级较差，说明混合料强度较差，具体情况如表3。
表3 混合料粒级
|
粒级 |
12.5mm(%) |
10mm(%) |
6.3mm(%) |
3.15mm(%) |
-3mm(%) |
|
含量 |
19.6 |
8.6 |
9.3 |
18.3 |
44.2 |
混合料粒级 烘干后混合料情况
2.2.2烧结参数变化
烧结杯采用定负压操作，设定负压-12KPa，因造球效果好，烧结负压平均8KPa，烧结速度快。
2.2.3烧结杯分析
（1）从烧结杯上部看，存在较多、较大颗粒的固废混匀料，分析混合料没有与燃料结合，表层矿质量较差；同时中下部烧结矿孔洞较多，结矿质量较差，下部可见未点燃混合料，分析固废混匀料的水份大，不利于燃料的混匀。
（2） 烧结杯试验后，烧结杯杯壁、篦板以及风箱都出现大量白色物质，白色物质为碱金属；壁板出现糊堵问题。从单杯试验结合分析，碱金属过高很容易造成篦条糊堵及影响电场运行。
通过烧结杯实验，可以看出含铁尘泥固废的混合料的制粒效果好，烧结透气性好，烧结的负压低、速度快，但是生产的烧结矿质量较差，且烧结杯杯壁、壁板等出现大量的碱金属，篦板出现糊堵问题。
3 烧结生产实践
3.1料比
参考烧结杯实验的结果，同时考虑对环保、篦条、电场等的影响，组织制定分阶段调整模式生产碱度为4倍的固废烧结矿，料比情况如表4。
表4 含铁尘泥固废烧结矿料比
|
|
大粉(%) |
五矿(%) |
SP10粉(%) |
固废(%) |
高返(%) |
灰石粉(%) |
白灰(%) |
含碳(%) |
|
基准 |
18 |
42 |
10 |
0 |
30 |
5 |
7 |
2.70 |
|
阶段一 |
0 |
35 |
10 |
25 |
30 |
20 |
7 |
3.00 |
|
阶段二 |
0 |
25 |
10 |
35 |
30 |
15 |
7 |
2.92 |
|
阶段三 |
0 |
10 |
10 |
50 |
30 |
9 |
7 |
2.77 |
|
阶段四 |
0 |
0 |
0 |
70 |
30 |
5 |
7 |
2.75 |
3.2实验结果
3.2.1混合参数
表5 混合参数
|
|
+5mm(%) |
3-5mm(%) |
-3mm(%) |
平均 |
水分(%) |
|
基准 |
36.5 |
25.4 |
37.95 |
4.2 |
7.62 |
|
阶段一 |
34.57 |
23.87 |
41.56 |
4.11 |
9.36 |
|
阶段二 |
33.78 |
24.88 |
41.34 |
4.09 |
9.02 |
|
阶段三 |
35.24 |
24.88 |
39.88 |
4.14 |
9.66 |
|
阶段四 |
34.51 |
23.19 |
42.29 |
4.09 |
10.08 |
|
固废混合料平均 |
34.5 |
24.2 |
41.3 |
4.11 |
9.56 |
|
差值 |
-2.00 |
-1.20 |
3.35 |
-0.09 |
1.94 |
通过表5可以产出，随固废配比增加，混合料-3mm粒级增加，最高增加4.34%，混合料的平均粒径变化不大；混合料水份呈上升趋势，最高上升2.46%。
3.2.2烧结参数
表6 烧结参数
|
|
料厚（mm） |
负压（KPa） |
风门（%） |
机速（m/min） |
总管温度（℃） |
终点位置（m） |
|
基准 |
845.92 |
9.16 |
69.79 |
1.51 |
219.28 |
73.97 |
|
阶段一 |
828.43 |
6.60 |
57.36 |
1.51 |
230.90 |
67.71 |
|
阶段二 |
840.19 |
5.95 |
51.86 |
1.59 |
232.46 |
66.27 |
|
阶段三 |
828.96 |
5.30 |
41.48 |
1.68 |
238.24 |
67.92 |
|
阶段四 |
808.48 |
5.52 |
38.27 |
1.41 |
238.90 |
66.21 |
|
固废混合料平均 |
824.72 |
5.83 |
46.66 |
1.53 |
235.46 |
67.03 |
|
差值 |
21.20 |
3.33 |
23.12 |
-0.02 |
-16.18 |
6.94 |
从表6可以看出，烧结机的平均料厚与正常混合料相比下降21.20mm，主要是受风门下调的影响。同时，为保证烧结机烧透冷好，减少糊篦条问题发生，烧结机终点位置按照不超70米控制，总管温度平均上涨16.18℃，导致主抽风机进口温度和脱硫脱销布袋除尘器温度过高甚至超标，通过下调烧结机风门使这两个温度达标，主抽风门最低下调至30%。
3.2.3烧结矿质量
表7 烧结矿成份
|
批次 |
碱度（倍） |
TFe(%) |
FeO(%) |
SiO2(%) |
CaO(%) |
S(%) |
|
基准 |
2.11 |
54.31 |
8.05 |
6.21 |
13.10 |
0.03 |
|
阶段一 |
3.43 |
49.84 |
6.90 |
5.42 |
18.57 |
0.06 |
|
阶段二 |
3.55 |
49.14 |
|
5.32 |
18.87 |
|
|
阶段三 |
3.80 |
49.77 |
7.33 |
4.70 |
17.84 |
|
|
阶段四 |
4.00 |
49.42 |
|
4.55 |
18.21 |
|
|
平均 |
3.70 |
49.54 |
7.12 |
5.00 |
18.37 |
0.06 |
从表7可以看出，烧结矿中S含量由0.03%上涨至0.06%，主要是随着烧结矿碱度的提高，烧结反应过程中CaO含量高,将部分硫固结在烧结矿中。
表8 烧结矿质量
|
批次 |
转鼓 |
-5mm(%) |
5-10mm(%) |
≥40.0mm(%) |
平均粒级(%) |
|
基准 |
84.44 |
2.97 |
18.91 |
7.33 |
20.05 |
|
阶段一 |
83.84 |
9.48 |
14.43 |
14.43 |
19.32 |
|
阶段二 |
88.13 |
6.11 |
9.08 |
9.08 |
22.33 |
|
阶段三 |
88.13 |
6.11 |
9.08 |
9.08 |
22.33 |
|
阶段四 |
89.00 |
6.82 |
10.56 |
10.56 |
23.15 |
|
平均 |
87.28 |
7.13 |
10.79 |
10.79 |
21.78 |
为减少对后续正常生产影响，烧结返矿全部进入成品系统，对烧结矿的粒度组成造成一定的影响。从表8可以看出，烧结矿中-5mm占比上升4.16%、5-10mm占比降低8.12%、≥40.0mm占比上涨3.46%，烧结矿平均完成22.06mm，且转鼓强度完成87.63%，烧结矿的质量较好，分析主要原因是烧结机终点靠前，有利于烧结矿质量提升。同时，烧结矿大块增多，需要加强对后续料库的检查，避免大块堵料库对生产造成影响。
3.2.4外排情况
入口二氧化硫曲线 出口二氧化硫曲线
通过上图可以看出，脱硫系统入口SO2 的浓度由557.3mg/m3逐步降至60.3mg/m3，出口SO2外排数据为2mg/m3左右，随着固废的配加增加入口SO2有小幅度波动，期间最高上升至305.2mg/m3。因出入口SO2较低，两个系列加水量由原来1.8m3/h降至0.6m3/h，两个系列间断停止加新灰，在生产含铁尘泥固废烧结矿过程中出口SO2外排平均值2.16mg/m3。
4 生产中存在的问题及控制措施
（1）固废上料过程中需要频繁攒料，影响上料效率，同时其他金属料仓仓位下降；料场存储空间少，存在和轧皮搭界混料问题，有可能影响高炉。
改进措施：在倒运前，做好场地清理，满足消耗量场地需求；固废进料前做好轧皮倒运工作，在固废进料过程中停止轧皮进料，减少交叉卸车造成混料问题发生；上料过程中现场配备一台钩机，随时做好备料工作，提高上料效率；生产固废烧结矿期间，制造部物流室提前协调火运计划，减少生产期间翻车数量，保证粗破上料效率。
（2）在生产过程中固废混匀料杂物、大块多，原料上料需专人看护；二混中间仓圆辊频繁堵篦子，需专人清理；缓冲矿槽闸门频繁卡块，影响烧结机布料，严重影响烧结机的稳定运行。
改进措施：组织固废混匀料筛分，避免大块进入流程，严格控制+8mm粒级；在篦子、圆辊等点位多安排人员组织处理，避免给生产带来影响。
（3）配料室仓出现蓬仓，频繁下料达不到，只能电震振打才能下料，影响下料波动；同时，由于电振的振打，固废混匀料喷出，可能导致电子称的零点漂移，也影响下料稳定。这些直接影响混合料含碳、水分，造成含碳过大，机尾出现生料。
改进措施：采用中间仓双仓生产方式，异常物料单独灌仓小比例配加，减少生产过程中的波动；配料室出现蓬仓也可能是因为配料仓中间下料，造成下部边缘的物料长时间不流动造成的蓬仓，可以通过生产过程中根据计算生产时间和配比，使每一个仓的使用时间不一致，保证在生产过程中每一个仓都拉空一次，有助于降低蓬仓的频次；喷灰后及时对电子秤的零点进行检查，避免电子秤跑零点。
（4）固废配比上调至70%后，混合料水分升高以及固废混合料黏度大，造成二混中间仓下料不畅、频繁蓬仓，形成大量板结料，需大量人力处理，也影响正常生产。
改进措施：生产过程中采用逐步变料模式，减少大比例调整对烧结生产的影响；尽可能的降低固废的比例，降低中间仓蓬仓的几率；做好中间仓电震等检查，确保灵敏可靠，在发现蓬仓问题后，及时协调人员处理；建议含铁尘泥固废烧结矿固废混匀料配比不超50%。
（5）在开始生产和生产结束变料过程中，混合料含碳、水份波动，影响烧结机的稳定运行，甚至机尾出红块、生料，严重影响烧结矿的质量。
改进措施：生产固废烧结矿，混合料含碳采取分步调整模式，在开始生产变料时上调测算含碳的50%，减少与正常料混合后含碳过大问题发生；在正常物料拉空后，再次上调测算含碳的50%，避免混合料含碳过低，影响结矿质量；上调含碳物料机尾后，及时查烧结机机尾断面情况，根据实物质量做好含碳下一步调整。生产结束后，正常混合料上料，含碳较正常生产下调0.1%，10分钟后恢复正常含碳。
（6）生产固废烧结矿过程中，铺底料上料困难，为保证后续正常生产，铺底料厚度由80mm下调至50mm，但仍无法满足生产需求，生产固废烧结矿结束，铺底料仓下降至57吨，高温区接触篦条，篦条损耗增加，且容易造成篦条糊堵。
改进措施：控制固废烧结矿生产时间，按照每批次3000吨左右组织，减少铺底料降仓；根据铺底料仓位情况，及时调整铺底料料厚，避免造成铺底料厚度过低造成粘台车等现象对生产带来大的影响。
（7）烧结机终点位置控制在不超70米，篦条仍出现大量白色物质，篦条出现糊堵迹象；电场具体情况等需结合检修进入电场内部检查。
改进措施：烧结过程中做好烧结机篦条、电场参数检查，发现问题及时处理；严格控制烧结机终点位置，减少篦条糊堵问题发生；结合检修对电场参数进行检查；尽可能减少生产固废烧结矿的产量，轻微的篦条糊堵可通过后续的稳定生产得到缓解。
（8）生产固废烧结矿的混合料的透气行较好，为了控制终点位置、脱硫脱销入口温度等，主抽风门下调，影响生产的稳定和生产的效率。
改进措施：为稳定烧结机的控制，在固废混合料达到烧结机的台车时，布料厚度逐步上调，在生产完固废烧结矿时，正常混合料到达台车，布料厚度逐步下调至正常控制；由于混合料透气行好，烧结参数变化较快，调整烧结机机速的幅度要相对大点。
（9）生产固废时脱硫脱销系统入口二氧化硫浓度低，易于控制，当到生产正常料时，由于入口二氧化硫浓度的突然上涨，对脱硫的控制带来一定的压力，甚至出现压风门现象。
改进措施：通过计算来料到达烧结机的时间，提前上调加湿机的加水量和加新灰，低控本小时数据；正常上料时，由于自返的硫含量低于高返，可提前高控自返仓仓存，在此时大幅度上调自返配比和下调高返配比，来降低脱硫脱硝系统入口SO2浓度。
（10）此次生产之后，下一批次的烧结矿的碱度较高，为出格品，特别是氧化钙的含量上涨1.5%左右。原因为：铺底料的碱度较高，影响烧结矿的碱度；虽然不生产返矿，但由于成品筛密封不严仍有一定的高碱度的返矿。
改进措施：正常料比下料过程中，灰石配比下调2%配比，3个小时后恢复1%灰石配比，保证烧结矿碱度；生产之前，对成品筛进行检查处理，保证不产生返矿。
5 结论
（1）生产的高比例含铁尘泥烧结矿碱度为3.70倍、TFe为49.54%、平均粒径为21.78mm，结矿质量好，符合生产的要求。
（2）生产过程中存在一定的问题，需要不断的改进来降低对生产的影响，提高生产效率。
参考文献
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