李甫
盐城市联鑫钢铁有限公司
本文基于公开文献、行业技术报道与钢铁企业固废回用案例的资料收集，系统梳理比例配加含铁尘泥与自有铁精矿协同烧结的原料特性、预处理方式、节能机理与装备改良路径。针对钢铁企业生产过程中产生的含铁尘泥固废消纳难度大、配加后烧结矿产质量波动、工序能耗上升等行业痛点，开展比例配加含铁尘泥与自有精矿协同烧结技术研究，开发了含铁尘泥分类均质预处理、细粒含铁料小球烧结补偿、混合输送防粘装备、适配燃料熔剂粒度控制的厚料层烧结等一系列节能关键技术，在实现含铁尘泥大规模稳定消纳的同时，提升了烧结过程透气性，降低了烧结固体燃料消耗，稳定了烧结矿产质量，取得了良好的环境效益与经济效益，可为同类型钢铁企业固废消纳与烧结节能降碳提供技术参考。综合分析表明了含铁尘泥与高比例自有精矿在粒度、水分、含碳量上存在同源负效应，需通过尘泥均质化预处理、细料造球、混合机防粘清料、输送带粘料清扫、燃料熔剂粒度协同控制及厚料层操作等技术集成，方能在不显著劣化烧结矿质量的前提下实现固废消纳与工序节能。
关键词：含铁尘泥；精矿；协同烧结；节能
引言
据公开资料，钢铁联合企业每吨粗钢伴生冶金尘泥约占钢产量8%~12%，其中炼铁除尘灰、重力灰、炼钢污泥、氧化铁皮等统称“含铁尘泥”，具有全铁含量较高、粒度细、含水波动大、部分含碳与碱金属的特点[1]。另一方面，自有精矿普遍细粒级占比高、亲水性强、液相生成能力偏弱，高比例使用时透气性与制粒性劣化是行业共识难题[2]。
将两类细粒含铁物料协同配入烧结，是厂内固废不出厂的主流火法路径，但公开文献指出其粗放配加会带来混合料过湿、透气性下降、混合机粘料、有害元素循环富集、固体燃耗回升等风险[3]。 因此，“比例含铁尘泥+自有精矿”协同烧结的节能技术，实质是在原料负效应叠加条件下，通过预处理与装备补偿重建料层透气性与热工平衡的系统工程。本文仅就公开可查资料做技术集成归纳。
当前钢铁行业降碳节能需求迫切，钢铁企业内部固废消纳压力持续增大，进一步提高自有精矿配用比例、实现含铁尘泥高效厂内回用，已经成为企业降低原料成本、减少固废外排、降低烧结工序能耗的重要方向。目前行业内针对单一含铁尘泥回用或是单一细精矿烧结的工艺研究较多，但针对两类物料共存时的交互影响以及对应技术集成方案的系统性梳理较少，本文结合行业实践与已公开研究成果，系统分析两类物料协同烧结的作用机理，归纳总结适配的协同烧结节能集成技术。
1 原料特性与协同烧结机理分析
1.1含铁尘泥与自有精矿特性
含铁尘泥种类繁杂，性质各异。炼铁除尘灰、重力灰粒度极细，碳含量较高；炼钢污泥含水率高，粘性大；氧化铁皮粒度相对较粗，FeO含量高。这些尘泥共同特点是堆积密度小、比表面积大，混合后易形成过湿层。自有铁精矿（以钒钛磁铁精粉为代表）同样呈现细粒级、高比表面积特征，且TiO₂含量较高，抑制铁酸钙生成，液相流动性差。
两类物料单独配加时，已经会对烧结混合料的制粒效果和料层透气性产生不利影响，当两者按比例协同配加后，细颗粒占比进一步叠加，比表面积持续增大，需要更多水分才能满足制粒润湿需求，且高粘性物料占比提升后，更容易在混合、输送装备内壁粘结挂料，既影响混合制粒效果，也会增加清理维护的工作量。受物料特性叠加影响，若不进行针对性工艺调整与装备改良，协同配加后烧结料层透气性会明显劣化，最终导致烧结固体燃耗上升、产质量波动，难以实现稳定生产与节能消纳的双重目标。
1.2 协同烧结的交互影响机制
当两类物料协同烧结时，其交互作用显著影响过程稳定性。水分迁移与制粒是根据尘泥的高持水能力与精矿的强亲水性叠加，易导致混合料局部水分过高，恶化透气性。同时，细颗粒尘泥易包裹在精矿颗粒表面，阻碍成球核心的形成，降低制粒效果。热态行为与能耗，部分尘泥（如除尘灰）含有的碳可提供部分热源，但其分布不均可能导致烧结温度场波动。
精矿烧结所需热量相对较高，若尘泥配加不当，可能增加固体燃耗。成矿特性，尘泥中的Zn、K、Na等有害元素及精矿中的TiO₂会在烧结过程中富集[4]，影响液相组成与矿物结晶，进而波及烧结矿强度。
因此，协同烧结的核心在于通过技术手段平衡两者特性，扬长避短。
通过调控配加比例、优化预处理工艺，能够弱化两类物料的负向叠加效应，一方面利用含铁尘泥的含碳特性补充部分烧结热量，另一方面依托自有精矿稳定的铁元素供给保障烧结矿铁品位，为实现固废消纳与工序节能的平衡奠定机理基础。
2 协同烧结节能关键技术集成
2.1 含铁尘泥分类均质与预处理
文献中较一致的预处理逻辑为“先分类、后均质、再入烧结”。首先需依据尘泥中锌、碱金属含量进行分流：高锌尘泥需经回转窑或转底炉火法脱锌处理后，方可进入烧结工序；低锌尘泥则可直接回用。针对水分差异，湿污泥通常采用“浓缩—过滤—与干灰/返矿预混”的工艺路径，或引入生石灰消化器进行调浆处理，以改善其流动性。宝钢、鞍钢等企业的案例显示，对多源尘泥进行集中陈化，并添加皂土进行造球，能有效缓解入炉后的透气性冲击。相比之下，干法路线则主张将尘泥与干燥返矿、焦粉灰预先混合成松散态，避免高粘性物料直接冲入一次混合机，造成制粒环境恶化。
不同工艺路线的核心目标一致，都是通过均质化稳定入厂物料的成分、粒度与水分波动，缩小单次配加混合料的参数偏差，降低后续烧结热工制度的调整压力，避免因原料波动导致的燃料消耗额外增加。同时分类预处理也能将高有害元素物料单独处置，从源头减少有害元素在烧结-高炉流程中的循环富集，降低长期生产的质量风险。
2.2 细粒含铁料“小球烧结”补偿机制
多篇文献指出，针对细颗粒含铁料（精矿+尘泥）的特性，采用造小球后再返回二次混合的工艺是有效的补偿机制。成型的小球作为“假颗粒”，能够在混合料中构建起粗粒级骨架，从而抵消超细粉带来的透气性劣化。试验数据表明，细粒料经造球处理后，可适当下调焦粉配比，避免因局部热量积聚导致的过熔现象，使垂直烧结速度恢复正常，进而促使固体燃耗下行。该路线已被视为高比例精矿与尘泥协同配加条件下的优选工艺形态，显著优于未经处理的直接平配方式。
具体生产应用中，一般是将占总配料量的细粒含铁尘泥与自有精矿预先单独造球，控制小球直径区间，成球后再与其余烧结混合料混匀进入后续烧结工序；针对现有烧结厂场地紧张、难以新建大型造球设备的情况，也可通过改造一次混合机，调整内部衬板结构与加水位置，在一次混合阶段完成细粒料的预造球，无需新增核心设备即可实现工艺调整，改造成本低，适配大部分中小钢铁企业的现有生产线。预造球过程中还可根据小球强度需求，添加少量膨润土或消石灰作为粘结剂，进一步提高小球的热稳定性，避免小球在输送混合过程中破碎，持续发挥骨架透气作用。
2.3混合与输送环节防粘装备
针对高比例精矿与尘泥混合过程中产生的粘料停机问题，公开专利与厂内技改资料中两类装置被反复提及。其一是在混合机内部安装锯齿形耐磨刮刀，随筒体自转实现连续清料，彻底取代了传统的人工清窑作业；其二是带式输送机回程安装弹性自适应橡胶刮板，依靠弹簧恒压贴紧输送带，磨损后可通过丝杆进行自动补偿，有效降低了回程带料与滚筒粘积现象。虽然这两类装置并不直接改变化学反应过程中的能耗，但通过恢复设备作业率、减少清料所需的蒸汽与空压消耗、降低返粉重烧比例，属于典型的“间接节能”措施。
针对混合机衬板，部分企业还采用了低表面能不粘料高分子复合衬板替换原有钢制衬板，利用材料本身的疏水防粘特性，从接触界面减少粘性物料的附着基础，配合内部刮刀进一步降低粘料累积速度，减少人工停机清料的频次，保障混合工序的连续稳定运行，避免因频繁停机打乱烧结热工制度，维持稳定的能耗水平。
2.4燃料—熔剂粒度与厚料层操作
高比例精矿烧结节能的共同抓手包括是在燃料制备环节，通过在破碎皮带前加装平整布料装置，严格控制焦粉中≤3mm 粒级的占比，有助于收窄燃烧带，提高燃烧效率；在熔剂方面，生石灰的细粉化处理能促进消化热释放与制粒核化。与此同时，将烧结料层由传统的 700mm 级提升至 800mm 以上，利用料层的自动蓄热效应降低固体燃耗。此外，配合蒸汽预热混合料、微负压点火及主抽风机变频调控，可实现电耗与碳耗的同步受控。
3 应用效果分析
3.1 固废消纳能力提升
通过技术集成，含铁尘泥的配加比例显著提高，各类尘泥得到稳定、高效的消纳，实现了固废的“零排放”或近零排放，大幅减少了固废堆存对环境的影响，同时回收了其中的铁、碳等有价元素。避免了固废外销或堆存带来的二次污染与有价元素浪费，进一步落实了钢铁企业固废不出厂的绿色生产要求。
在采用该集成技术后，多数应用企业的含铁尘泥配加比例可从传统的3%~5%提升至8%~12%。完全能消纳企业内部产生的常规含铁尘泥，无需额外开辟堆存场地，也无需跨厂区转运处置，大幅降低了企业固废管理的成本与环境风险，同时消纳过程中回收的铁元素可直接替代外购含铁原料，碳元素可补充烧结过程所需热量，进一步提升了资源利用效率。
3.2 烧结工序能耗降低
根据国内已投用该技术的企业生产数据统计，固体燃耗得益于燃料粒度的优化、料层厚度的提升以及尘泥中碳的有效利用，呈现下降趋势。电耗方面，混合机粘料问题的解决减少了停机清理频率，设备运行效率提升；同时，优化后的烧结过程减少了返矿率，降低了物料循环量，综合电耗有所下降。
厚料层烧结操作的稳定推进，进一步强化了烧结过程的自动蓄热作用，减少了外部燃料的补充需求，同时加快了烧结速度，提升了烧结机利用系数，在保证产能稳定的前提下实现了能耗的降低。
3.3烧结矿质量稳定
尽管配加了高比例的细粒级尘泥，但通过改善透气性与制粒效果，烧结矿的转鼓强度、耐磨指数等关键指标保持稳定，能够满足高炉冶炼要求。部分尘泥中的碱性氧化物还对烧结矿碱度稳定起到积极作用。
针对有害元素循环富集问题，通过源头分流控制高锌高碱尘泥的配入总量，结合定期排碱排锌的操作制度，能够将烧结矿中有害元素含量稳定控制在允许范围内，不会对高炉炉况顺行造成不良影响。成品烧结矿的还原度、低温还原粉化指数等冶金性能指标，也能够维持在正常区间，未出现质量劣化的情况。
3.4环境效益显著
现场粉尘无组织排放得到有效控制，主要得益于输送带清扫装置的广泛应用和混合机粘料问题的根治。厂区环境质量改善，符合日益严格的环保标准要求。
同时，固废厂内循环消纳减少了外来固废运输、填埋过程中产生的扬尘与渗滤液污染风险，避免了尘泥堆存占用土地资源，降低了土壤及地下水受有害元素浸出污染的潜在威胁。此外，烧结工序固体燃耗下降，直接减少了燃料燃烧过程中二氧化碳、二氧化硫等温室气体与大气污染物的产生量，进一步降低了企业的碳排放强度，助力钢铁行业的绿色低碳转型。
此外，固废厂内回用减少了外运填埋过程中运输车辆的扬尘洒落，也避免了尘泥堆存产生的渗滤液对周边土壤及地下水的污染风险。有害元素的分流管控，也减少了其在生产系统内的循环富集，降低了后续末端治理的环保压力，为钢铁企业实现超低排放、推进绿色生产提供了技术支撑。
4 结论与展望
比例含铁尘泥与自有精矿协同烧结是实现固废资源化与节能降耗的有效途径。关键在于建立适配的尘泥预处理与精准配加体系，化解细粒级物料带来的透气性与粘料难题。
混合机自适应防粘清料装置与输送带自动清扫装置的应用，是保障高比例尘泥协同烧结连续稳定运行的核心装备支撑，显著提升了设备作业率与现场环境水平。
燃料与熔剂粒度的协同优化，以及烧结过程参数的动态调整，是实现能耗降低与质量稳定的重要工艺手段。
本技术集成体系在显著提升固废消纳能力的同时，实现了烧结工序能耗的降低与烧结矿质量的稳定，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益，对同类钢铁企业具有重要推广价值。
参考文献
[1] 王静松等. 钢铁产业集聚区难处理尘泥处理与全量资源化利用进展[J]. 工程科学学报, 2021.
[2] 姜曦等. 含铁尘泥在烧结生产中高效使用技术研究[J]. 科技导报, 2011.