廠間循環物資在燒結系統的綜合使用優化

朱全政 呂 文 張志帥 劉月建

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

安鋼燒結系統使用的各類除塵灰、雜料等廠間循環物資成分復雜，性狀、產量、有害元素含量等各有特點，在實際使用時存在分配不合理問題，造成個別機組燒結礦和高爐有害元素超標，影響高爐穩定性[1-2]。因此，需要根據各燒結系統和高爐的要求，根據各品種回收物料的自身特點，對其進行合理分配，研究更為均勻和準確的配加方式，以達到在保證燒結礦產質量穩定、有害元素可控和高爐穩定順行的基礎上，廠間循環物資的高效化配加。

1 國內外的現狀及發展趨勢

在長流程的鋼鐵生產企業，含鐵廠間回收料是生產過程排放出的成分復雜的一類固體廢棄物，主要是含30%～70%的品位和部分碳的除塵灰，其數量隨著各企業原料條件、工藝流程、設備配置、管理水平的差異而不同，但一般達到鋼產量的8%～12%。由于這些含鐵廠間回收料數量巨大[3]，其資源化利用問題一直是鋼鐵企業節能降耗和環境保護的重要課題，國內先進企業面對這類問題時，主要從以下幾方面采取措施：

（1）對鐵前系統需要使用的不同類型的各類除塵灰、雜料、返礦等回收物資的來源、產生量、外排周期、儲運情況和當前的走向進行摸排和分析[4]。據此可得到當前鐵前系統需要消化使用的各類回收物資的總體情況。

（2）對鐵前系統需要使用的不同類型的各類除塵灰、雜料、返礦等回收物資的物理化學成分、有害元素和物理性狀等進行化驗分析。據此可得到當前鐵前系統需要消化使用的各類回收物資的使用價值和缺陷情況。

（3）研究使用回收物資后，燒結礦堿金屬和鋅元素等有害元素對高爐的影響。

（4）研究根據各高爐和燒結系統的生產組織模式、燒結礦質量要求、高爐有害元素含量要求，對各類回收物料的分配、配加方式進行優化，形成技術方案。

在以上措施的基礎上，國內企業處理廠間回收物料的方式主要有以下幾種：

（1）將各類回收物資經過簡單處理后，集中在一個或幾個機組使用，避免此類物資危害其他高價值產線。

（2）廠內回收部分含鐵品位高、有害元素含量少、利用價值高的物資循環使用，剩余利用價值低的物資采取出售等方式，委托其他企業處理。

（3）建設回收物料處理中心，對各類除塵灰中含有的堿金屬、重金屬元素進行提取，保留有益的TFe 元素供循環使用。對于處理過后的各類除塵灰尾渣，需要建設混勻堆取設施，將其制備為一種成分相對穩定的混合型含鐵回收料，并定期對其成分進行取樣化驗?？朔黝惓龎m灰有害元素、水分及粒級等含量不均一、波動大的缺點，供各機組根據配料需求進行配加使用。

2 除塵灰配加設施的改造

2.1 燒結系統配料室配加設施改造

1#燒結系統配料室現有6#倉（6a 和6b 兩個卸灰口）用于接收煉鐵廠焦線和補焦口除塵灰，7#倉用于接收煉鐵廠高爐環境除塵灰，8#倉用于接收燒結系統內循環除塵灰。為接收高爐環境除塵灰，對7#倉進行改造，增設輸灰管道，使其具備接收罐車裝除塵灰條件?；覀}下部配料裝置無需改造，僅對該倉配料操作畫面和系統進行微調改造，以實現上位機自動控制。

2#燒結系統配料室現有14#倉用于接收燒結系統內循環除塵灰（煉鋼灰備用倉），15#倉用于接收高爐重力除塵灰，擬通過改造現有15#倉，使其滿足接收罐車裝除塵灰及參與燒結配料的需求?；覀}增加倉頂密封蓋板、落灰箱、倉頂泄壓布袋除塵器，倉下增加手動插板閥+星型卸灰閥+螺旋輸送機+螺旋稱，使除塵灰落到配料皮帶上。

3#燒結系統配料室現有11# 倉用于接收燒結系統內循環除塵灰，經對煉鋼除塵灰和運輸部環境灰化驗指標進行對比，發現該種灰與燒結系統自循環灰化學成分相近，故對3# 燒結系統配料室11# 倉進行改造，使其滿足接收罐車裝煉鋼除塵灰和運輸部環境灰及參與燒結配料的需求。

2.2 高爐噴煤系統除塵灰接收倉建設

煉鐵廠3#高爐噴煤系統為滿足接收脫硫脫硝除塵灰，在現有3#高爐噴煤車間西側增設緩沖灰倉。為使緩沖灰倉的灰順利落入現有噴吹罐，灰倉采用高架布置，總高度約28 m，有效倉容200 m3，倉頂設泄壓袋式除塵器。煉鐵廠3#高爐噴煤系統脫硫脫硝活性炭接收倉建成后，實現了脫硫脫硝活性炭除塵灰的密閉輸送，提高了高爐噴煤配灰質量，有效減輕了爐況波動的不利影響，降低了高爐噴煤成本。

2.3 3#燒結系統滾筒噴加除塵灰工藝

3 號燒結系統新建一套一混滾筒添加除塵灰氣力輸送及自動噴吹系統。新增兩臺（套）容積60 m3的除塵灰儲倉，兩套容積6.0 m3的噴吹罐及配套閥門，管線相關設施，從上到下依次為除塵器、灰倉、進料密封閥（密封壓力）、進料閥、平衡閥、倉泵、噴吹閥、星型給料機、進氣閥和出料閥。通過在滾筒內噴加除塵灰，可實現廠間回收料再利用，噴加焦化除塵灰及脫硫脫硝除塵灰等含碳回收物料，實現降低固體消耗目的，該項目為國內首創。3#燒結系統滾筒噴加除塵灰工藝流程如圖1 所示。

3 煉鋼除塵灰的使用優化

3.1 建立煉鋼除塵灰取樣和跟蹤監測系統

為了保證煉鋼干法除塵灰成分穩定，燒結礦有害元素含量可控，成立了監測小組，每天對出廠的煉鋼除塵灰進行取樣、化驗，監測其有害元素含量變化，采取控制廢鋼配加量和改變廢鋼品種的辦法，嚴格控制除塵灰Zn 和堿金屬含量。各品種煉鋼除塵灰主要成分見表1。

表1 各品種煉鋼除塵灰主要成分 %

3.2 煉鋼除塵灰配比與燒結熔劑配比調整

化驗結果分析顯示，轉爐除塵灰除堿金屬和Zn 含量較高外，CaO 含量也較高，轉爐除塵灰中CaO 含量均值約為15%。1%轉爐灰配比對于CaO含量的影響量為0.2%，對應生石灰配比約為0.26%。在使用時要盡可能保證除塵灰均勻配加，密切注意燒結礦中CaO 含量與R 的變化。

由于各機組配料倉配置不同，1#燒結系統和2#燒結系統可以實現轉爐除塵灰單獨配加，3#燒結系統煉鋼除塵灰與自產除塵灰混合配加。各機組按照煉鋼除塵灰的配加比例、配加量和配加時間，結合燒結礦化驗結果，折合減少生石灰配比。

3.3 不同生產模式下煉鋼除塵灰分配模式

受環保管控限制，安鋼燒結系統在采暖季和非采暖季實行了不同的生產模式，有“三機三爐”“兩機三爐”“兩機兩爐”等。以某年為例，該年全年“三機三爐”模式生產只有4 月21 日至8 月21 日、9月3 日至10 月19 日兩個階段，共170 天。其余時間段，“兩機兩爐”模式89 天，“兩機三爐”模式68 天，“一機兩爐”模式29 天，“三機兩爐”模式9 天。

按照不同的生產模式，摸索出了不同的配加模式，在三機三爐生產時，3#燒結系統基本不配加煉鋼除塵灰，或只配加少量二連軋粗顆粒除塵灰。在兩機三爐或兩機兩爐生產時，3#燒結系統需要接收一部分煉鋼除塵灰，日使用量約為50～80 t，其余由1#燒結系統或2#燒結系統全部接收。但3#燒結系統在一機兩爐生產時，由于只有一臺燒結系統運行，所以3#燒結系統必須接受全部煉鋼除塵灰，當年“一機兩爐”生產模式共持續29 天。

4 高爐除塵灰的使用優化

4.1 高爐除塵灰的特點

高爐除塵灰主要包括高爐干法除塵灰、焦線轉運站除塵灰、高爐重力除塵灰和高爐出鐵場除塵灰等。其中，高爐干法除塵灰由于堿金屬和Zn、Pb 含量過高，長期以來堅持外排處理，其他品種高爐除塵灰安排燒結系統配加使用。

由于高爐內部焦炭及噴煤的原因，高爐除塵灰中含有一定的碳元素，不同品種的高爐除塵灰含碳量不同，其中含碳量最高的為焦線轉運站除塵灰（含碳量30%左右），高爐重力除塵灰（含碳量20%左右），高爐出鐵場除塵灰含碳量最低。不同高爐、不同爐況狀態下高爐除塵灰含碳量也不同。如果各品種高爐除塵灰混用，則極易造成燒結配碳量波動，造成燒結礦FeO 波動，甚至造成燒結過程波動，引發下紅料，甚至皮帶燒損。各品種高爐除塵灰成分見表2。

表2 各品種高爐除塵灰灰成分 %

4.2 高爐除塵灰的配加優化

4.2.1 配加方式優化

由于各品種高爐除塵灰成分差異較大，尤其是含碳量波動較大，為了避免新產生的除塵灰直接入倉帶來的后續影響，在原料場尋找場地建立了“吃舊建新”，即禁止各類新產生的高爐除塵灰直接入倉，來料先在原料場堆存并安排鉤機邊混勻邊建垛，建好一垛后開始取用本垛，再在另一塊場地建一新垛，循環往復。此舉可有效減少各類高爐除塵灰混不勻帶來的成分波動和碳含量波動問題。

4.2.2 燃料配比調整

高爐除塵灰混勻后正常碳含量約為20%，燒結煤固定碳含量約為80%，由此得出1%配比的高爐除塵灰約折合0.25%燃料配比，例如燒結配合料中配比為3%，理論上折合燃料配比為0.25×3%=0.75%。

在初次配加調整時，燃料調整可以根據新料老料配加比例采取階梯式上調的方式，并在新料到達燒結使用后，第一時間打靶判斷，根據終點溫度、透氣性指數、返礦流量等參數綜合分析，修正燃料配比到正常范圍。

在初次使用高爐除塵灰期間，要求看火工每半小時在燒結系統料面打靶一次，根據打靶結果確定煤比調整幅度。

5 燒結系統頭電場除塵灰的使用優化

5.1 燒結系統機頭電場除塵灰的特點

燒結系統機頭電場除塵灰的堿金屬含量從一電場到四電場（三電場）逐步升高，這主要與燒結系統機頭電除塵一電場到四電場的除塵分工有關系，一電場的除塵灰含鐵品位最高，有害元素含量最低，四電場的除塵灰含鐵品位最低，密度最小、最輕，有害元素含量最高。

從各電場除塵灰堿金屬含量趨勢看，近年來，各機組三、四電場的除塵灰堿金屬含量上升幅度較小，一、二電場的除塵灰堿金屬含量上升明顯。分析原因，各機組堿金屬含量升高與各類除塵灰的循環使用富集有關，1#燒結系統和2#燒結系統各類除塵灰使用量大，因此堿金屬富集較嚴重；3#燒結系統各類除塵灰使用量小，因此機頭除塵灰堿金屬含量上升幅度較小。燒結機機頭電除塵灰主要成分含量見表3。

表3 燒結機機頭電除塵灰主要成分 %

5.2 點燒結系統機頭電場除塵灰外排

燒結系統頭電場除塵灰中的Pb、Zn 元素主要來自各類除塵灰的循環富集?？紤]到當前燒結系統環保限停產頻繁，各類除塵灰消耗壓力較大，對于含鐵品位較低、有害元素含量高的機頭除塵灰消化空間較小，因此，將燒結系統機頭電場灰全部外排，以減少有害元素在燒結系統中的循環富集。

6 其他含碳除塵灰的使用優化

燒結系統使用的含碳除塵灰除上述高爐重力除塵灰、高爐環境除塵灰和焦炭上料轉運站外，還包括焦化工序產生的干熄焦除塵灰、焦化環境除塵灰以及燒結脫硫脫硝系統產生的活性炭除塵灰，含碳量均在60%～80%，且各品種除塵灰含碳量差異較大，不能與其他品種除塵灰混合使用。為此統籌安排燒結系統各機組可用料倉，充分利用3#燒結系統新建的一混噴加除塵灰項目以及高爐噴煤系統接收罐裝置，將此類含碳量高的除塵灰分倉單獨存放、分品種定量配加。

7 結論

為減少除塵灰配加對燒結生產帶來的影響，必須對各類除塵灰進行定期化驗，監控各類除塵灰中有害元素含量的變化，以便于動態調整除塵灰配加方式。

高爐重力除塵灰、環境除塵灰、焦化除塵灰等含碳量較高的除塵灰，需與其他品種除塵灰分倉單獨配加、單獨使用，避免混用造成燒結混合料含碳量波動，進而對燒結礦質量產生不利影響。

ZnO 可廣泛地應用于塑料、硅酸鹽制品、合成橡膠等產品的制作中，K2O、Na2O、Pb 元素也可被用于生產鉀肥、氯化鉛，高爐干法除塵灰和燒結機機頭除塵灰中的ZnO、K2O、Na2O、Pb 等有害元素含量較高，不適宜在燒結系統配加使用，可直接外售至相應的加工企業提純利用。