朱继衡

安钢综合利用开发公司 安阳 455004

摘要：转炉除尘灰作为钢铁生产过程中产生的主要含铁固废，其高效资源化利用是钢铁企业实现绿色低碳发展的关键环节。冷压块技术因其流程短、成本低、环境好等优势，将成为实现除尘灰厂内循环利用的主流工艺。本文以提升冷压块产品质量为核心，系统阐述了转炉除尘灰冷压块工艺的技术原理。结合安钢15万吨转炉除尘灰冷压块项目的具体工业实践，重点分析了基于实际除尘灰成分的原料配比优化、消解工艺控制、高效粘结剂选择、高压成型以及养护干燥制度等关键环节对冷压块质量及冶金性能的影响机制，并详细评估了该技术的经济效益与环境效益。最后，针对当前工艺中存在的挑战，探讨了技术优化方向，旨在为钢铁企业实现除尘灰高值化、规模化利用提供集技术理论与项目实践于一体的参考。

关键词：转炉除尘灰；冷压块；质量控制；资源化利用；经济效益

转炉炼钢过程中产生的大量除尘灰，富含铁、钙等有价元素，但同时也含有磷、硫、锌钾、钠等有害杂质，且粒度细、易扬尘。以安钢第二炼轧作业部为例，其年产600万吨钢的生产过程将产生约11-12万吨各类除尘灰。传统处理方式多为返回烧结工序，但存在流程长、运输成本高，且锌、钾、钠等有害元素在烧结-高炉系统内循环富集，严重影响高炉顺行、增加工序能耗并带来环保压力。《中华人民共和国环境保护税法》规定，企业外排一般工业固体废物需缴纳25元/吨的环保税，仅此一项，安钢每年即需承担约300万元的潜在税负。因此，实现除尘灰的厂内高效资源化利用，已成为钢铁企业绿色发展的迫切需求。冷压块技术通过物理压制将除尘灰与粘结剂、骨料等制成具有一定强度和粒度的块状物料，直接返回转炉作为冷却剂或化渣剂使用，实现了含铁尘泥的“短流程、小循环”，是当前最具应用前景的资源化路径之一。

然而，冷压块产品的质量直接决定了其在转炉内的使用效果、安全性和经济效益。若强度不足，在运输和加料过程中易粉化；若含水率过高，入炉易引喷溅事故；若有害元素控制不当，则长期使用仍会造成循环富集。因此，通过系统性的工艺技术调整与控制，生产出满足转炉冶炼要求的优质冷压块产品，成为该技术成功应用的核心。本文将从工艺原理、关键技术、并结合安钢具体项目实践及效益分析，对转炉除尘灰冷压块的质量控制进行深入探讨。

1.冷压块工艺原理、质量构成与原料特性

1.1 工艺原理与质量构成

冷压块工艺的本质是通过机械压力与粘结剂的物理化学作用，在常温下将松散的粉尘颗粒密实成型，生产出一定规格尺寸的压块。其质量核心由以下几方面构成：

冷态机械强度：包括抗压强度（通常要求≥10MPa）和落下强度（如1米高度跌落4次合格率≥90%），是保证产品在储存、运输及加料过程中不破碎的关键指标。

粒度与形状：适宜的粒度（如安钢项目设计为53x55x60mm）和规则形状有助于冷压块顺利穿过渣层进入钢液熔池，避免被气流带走。

化学成分与有害元素：需控制锌、铅等有害元素的含量。安钢各类除尘灰锌含量差异显著（0.21%-3.20%），需通过配料从源头控制。

含水率：过高的水分会在转炉内急剧汽化，引起喷溅，威胁安全生产，通常要求成品含水率低于3%。

热态性能：指冷压块在转炉高温环境下的熔化速度、成渣特性等，直接影响其冶金效果。

1.2 安钢转炉除尘灰原料特性分析

安钢第二炼轧作业部产生的除尘灰成分复杂，是工艺设计的基础。其主要成分如下表1所示：

表1 安钢二炼轧转炉除尘灰主要成分

由此可见，不同源头的除尘灰铁含量、碱性氧化物（CaO）及有害元素（Zn）含量差异巨大。TFe含量在22.85%-67.97%之间波动，Zn含量在0.21%-3.20%之间，CaO含量在1.87%-35.71%之间。这种不均质性对后续的均化配料、消解工艺提出了严格要求。

2.质量控制的关键工艺技术及化学机理

2.1 原料预处理与协同配料

原料的性质是决定成品质量的基础。针对安钢除尘灰的特点，需进行如下预处理：

水分调节：对于含水率较高的污泥等，需先经过压滤，将水分降至15%以内。

粒度级配与骨料添加：单一的除尘灰成型困难、强度低。安钢项目设计配入约22%的氧化铁皮（TFe 65-70%）和约4%的钢渣精粉作为“骨料”。此举一方面可改善物料级配，提高压块密度和强度；另一方面能显著提高成品球的全铁品位（TFe设计目标45-50%）。

有害元素协同控制：根据表1，可将高锌灰（如三次除尘灰，Zn 3.20%）与低锌灰（如混铁炉除尘灰，Zn 0.21%）进行科学配伍，从源头控制入炉锌负荷。

2.2 消解工艺及其化学机理

此为控制冷压块后期粉化的核心工序。除尘灰中含有游离CaO（f-CaO），遇水发生强烈放热反应：

CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s) + 65.2 kJ/mol

该反应伴随约一倍的体积膨胀。若在压块成型后发生，将产生巨大的内应力导致产品粉化。因此，必须设置专门的消解工序，在成型前让f-CaO充分反应。

工艺要点：将混合原料加湿至含水率10%-15%，送入密闭消解间中消解8-12小时。此过程使f-CaO完全转化为Ca(OH)₂，物料稳定性大幅提高。安钢项目采用消解间分区轮换作业，保证了除尘灰的充分消解和工艺的连续性。

技术前沿：行业正在探索“免消化”技术，其核心是开发能包裹f-CaO颗粒、抑制其与水接触的新型粘结剂。

2.3 粘结剂选择与高压成型

粘结剂技术：粘结剂是赋予冷压块强度的关键。安钢项目采用干粉与液态复合粘结剂系统。干粉粘结剂（年耗约1.5万吨）通过称量斗精确添加，液态粘结剂通过计量泵注入。发展趋势是开发高效复合粘结剂，在保证强度（≥10MPa）的同时，降低添加比例（本项目设计为原料的5-8%）和成本。

高压成型：成型压力是决定压块初始密实度的直接因素。安钢项目选用2台JYM1280压砖机，工作压力可达20-50MPa。足够的压力使颗粒间紧密接触，通过机械啮合和粘结剂的桥联作用形成强度。每个压块周期15-18秒，设计产能超过600吨/天。

2.4 养护干燥工艺优化

压制成型的冷压块需通过养护干燥实现最终固化。

干燥工艺：安钢项目采用烘干窑，利用120℃左右的热风（由1.2MPa以上的饱和蒸汽通过换热器提供）对含水半成品进行干燥，将含水率降至3%以下。此过程不仅去除了水分，也促进了部分粘结剂的最终固化。

节能设计：干燥热源采用第二炼轧作业部余热回收蒸汽，体现了循环经济理念。

3.安钢15万吨/年项目工业实践与综合效益

3.1 全封闭自动化工艺流程

安钢项目采用了先进的全封闭、自动化工艺流程，最大程度减少无组织排放：

原料（除尘灰、氧化铁皮）→ 气力输送/汽车运输 → 配料仓 → 加湿 → 消解仓（8-12h）→ 与粘结剂强力混合 → 高压压块 → 烘干仓干燥 → 成品筛分（<8mm返料）→ 皮带送入转炉料仓。

该流程核心设备包括强力混合机、高压压砖机、蒸汽热风烘干系统及高效的布袋除尘系统（出口浓度≤10mg/Nm³），实现了清洁生产。

3.2 产品质量控制与应用效果

通过上述工艺控制，项目设计产品质量指标为：抗压强度≥10MPa，含水率<3%，落下强度合格率≥90%，粉化率(-8mm)≤10%。该产品直接通过皮带输送至转炉炼钢车间，作为冷却剂和化渣剂使用，实现了“固废不出厂”。

安钢冷压块产品质量指标如下表2所示：

表2 安钢除尘灰冷压块主要质量指标

冶炼效果：冷压块含有较高的铁和钙，可替代部分矿石和石灰，有助于改善转炉前期成渣，缩短吹氧时间，提高金属收得率，并对延长炉龄有益。

物流优化：原料除尘灰采用罐车输送，成品通过皮带运输，解决了厂内道路扬尘问题。

3.3 经济效益分析

项目建设采用“投资-建设-运营-移交”的合作模式。其直接经济效益分析如下（按年处理12万吨计）：

表3 单位冷压块成本与效益核算简表

说明：

直接经济效益：单位产品创效147.3元，年直接经济效益1767.6万元。

环保税节省：杜绝外排，年节省环保税约300万元。

协同效益：节省了原灰外委处置费用，避免了因固废处置难题导致的停产风险，保障了主体生产顺行。

3.4 环境与社会效益

项目实现了二炼轧除尘灰的100%内部循环，彻底消除了因灰场堆存或外委处置带来的二次污染风险，环境效益显著。同时，项目符合国家《“十四五”循环经济发展规划》和《固体废物综合治理行动计划》的要求，为钢铁行业绿色转型提供了可复制的工程范例，社会效益突出。

4.存在问题与未来技术展望

尽管安钢项目取得了成功，但该技术仍面临普遍性挑战：

强度稳定性控制：原料成分的波动仍会影响批次强度的均一性。

对策：引入在线原料检测与自动配料反馈系统，实现智能化精准控制。

锌元素长期平衡：尽管通过配料进行了控制，但锌仍在炼钢系统内闭路循环，长期看仍需出路。

对策：未来可结合厂区条件，探索将一部分高锌除尘灰分流至有价元素提取生产线，或研发在冷压块生产过程中同步脱锌的工艺。

工艺流程能耗优化：消解和烘干工序能耗较高。

对策：研发新型低温高效粘结剂和快速养护技术，目标是缩短甚至取消消解与烘干工序，向更短流程、更低能耗的“干法压块”工艺发展。

5. 结论

转炉除尘灰冷压块技术是实现钢铁固废高效资源化、发展循环经济的成熟可靠路径。安钢15万吨转炉除尘灰冷压块项目的工业实践表明，通过精细化配料调控有害元素、强制消解消除f-CaO膨胀隐患、高压成型结合复合粘结剂保障强度、以及余热干燥控制水分，可以稳定生产出完全满足转炉冶炼要求的优质冷压块产品。

该技术成功实现了环保效益、经济效益与生产效益的统一：彻底解决固废处置难题，避免环保税；每吨产品创造直接经济效益147.3元，并节省外部处置费用；同时，作为优质冶金物料回用，促进了炼钢过程的顺行与降耗。

展望未来，转炉除尘灰冷压块技术将向智能化控制、短流程低能耗、及与有价元素提取协同的方向持续发展，为钢铁工业的低碳绿色转型提供更为坚实的技术支撑。