循環(huán)物料綜合利用工藝探討研究

張樹剛，馬建軍，孫 浩，王 浩，朱順華，董 蓓，師 平，豐興國

（天津鐵廠有限公司，河北056404）

0 引言

隨著社會發(fā)展進程，地球的礦產(chǎn)資源不斷地開采和利用，高品位的含鐵礦產(chǎn)越來越少，同時也產(chǎn)生了越來越多的冶金含鐵固廢，其中鐵含量可達到一些普通鐵礦中的含量標準。 因此，冶金含鐵固廢如何有效回收利用是解決冶金行業(yè)環(huán)境問題和綠色發(fā)展問題的關鍵。

目前天鐵公司煉鐵、煉鋼、熱軋等工序每天會產(chǎn)生大量的各類除塵灰、微粒渣鋼、瓦斯灰等含鐵固廢（下面統(tǒng)稱“ 循環(huán)物料”），這些循環(huán)物料的含鐵量在30～50%，若不回收有效利用，會造成巨大的浪費，同時也會對環(huán)境造成惡劣的影響。 針對這一情況，天鐵公司開展了循環(huán)物料綜合回收利用工藝試驗研究，探討使用燒結系統(tǒng)處理這些循環(huán)物料的工藝技術，在保證燒結礦質(zhì)量的前提下，平穩(wěn)、有序消耗這些循環(huán)物料，使燒結生產(chǎn)消耗循環(huán)物料的量與各生產(chǎn)工序產(chǎn)生量達到平衡的狀態(tài)。

1 循環(huán)物料的綜合利用

天鐵公司燒結生產(chǎn)一直在穩(wěn)定的消耗著煉鐵的除塵灰，擁有豐富的配用經(jīng)驗，但要對這些多品種循環(huán)物料進行綜合消耗，還是存在很多難題。 各種循環(huán)物料含鐵品位差異、 微量元素差異很大，且含量不穩(wěn)定； 另外各種除塵灰中有害元素含量高、粒級過細、不易溶于水、不易混勻造球，若盲目大量使用勢必會造成燒結礦產(chǎn)量及質(zhì)量下降，而少量使用又無法解決循環(huán)物料過剩的困境。 若想最大限度持續(xù)、穩(wěn)定消耗循環(huán)物料，必需要根據(jù)各品種循環(huán)物料含鐵量進行分類，通過工藝改進將這些循環(huán)物料含鐵量進行調(diào)整、優(yōu)化，使燒結混合料達到成分穩(wěn)定的結構，滿足燒結成分需求。

1.1 料場機械混勻配加

若場地有限，同時不想投入過多成本，可以通過汽車運輸除塵灰，在單一品種料堆場地用鏟車進行機械混勻，然后直接通過料場皮帶運輸?shù)搅蟼}，通過控制配比，小配比（3～5%）用量使用，每天可額外消耗200～500 噸除塵灰或其他循環(huán)物料。

優(yōu)勢是：在降低燒結成本的同時，能增加含鐵固廢的消耗。

不足是：只能單一消耗一種循環(huán)物料，且由于成分波動影響配用量，配用量一旦增加，燒結礦質(zhì)量難以保證。

1.2 混合機混勻配加

天鐵公司在2019 年底使用已停產(chǎn)的崇鋼燒結混配系統(tǒng)，對多品種循環(huán)物料通過配料圓盤、電子皮帶秤及混合機進行混勻，形成單一的循環(huán)物料送往料場供一燒配料使用。

優(yōu)勢是： 可以即時調(diào)整配比和增加含鐵固廢品種，同時經(jīng)過混合機混勻后，成分更加穩(wěn)定，結構更加合理，可增加燒結使用崇鋼混合粉的配比，有利于加快消耗全公司含鐵固廢。 崇鋼混合粉配比見表1。

不足是：崇鋼距離天鐵料場有一段距離，用汽車往返運輸成本較高，且在崇鋼對循環(huán)物料混勻加工成本也不低，對于燒結成本較為不利，且受公路運輸限制。 由于加大使用量，造成全力運輸僅僅能滿足一燒使用，出現(xiàn)堵車卸料不及時、車輛不足時會造成無法滿足燒結用量需求。

1.3 料場混勻配加

表1 崇鋼混合粉配比（2019.12.21）

天鐵公司二料場配有混勻料場，料場經(jīng)過重新科學布局調(diào)整，充分利用混勻料場的優(yōu)勢，二料場已具備為四燒堆料的同時為一燒混堆循環(huán)物料混合料。 這樣在保證前述優(yōu)勢的基礎上，節(jié)省了大量崇鋼混合料的加工和運輸費用，在少投入的同時，可以根據(jù)一燒原料結構增加多種含鐵料品種配加適量的循環(huán)物料，更好的降低燒結礦成本。 通過不斷調(diào)整一燒混勻料堆配比結構，不斷消耗循環(huán)物料，使循環(huán)物料與燒結生產(chǎn)外采含鐵料消耗達到穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。 這樣就可以實現(xiàn)穩(wěn)定的配比，滿足循環(huán)物料穩(wěn)定、科學消耗，為增加低成本含鐵料種類，降低燒結成本有效拓展了空間。 一燒使用混勻粉配比如表2 所示。

1.4 鋼泥配加系統(tǒng)

表2 一燒使用混勻粉配比

天鐵公司成功開發(fā)了燒結混勻制粒系統(tǒng)配加鋼泥工藝，通過多級泵站與管道輸送相結合的技術，將煉鋼區(qū)鋼泥輸送至燒結混勻制粒系統(tǒng)，可以實現(xiàn)鋼泥由煉鋼到燒結區(qū)域的連續(xù)、 穩(wěn)定的供給。這項技術的綜合運用，在保證了燒結混合料水分穩(wěn)定性同時，充分利用了鋼泥良好的粘結性，提高了混合料成球率和生球強度。 鋼泥回收、輸送、配加與燒結本身的生產(chǎn)系統(tǒng)的有效銜接，不影響原燒結系統(tǒng)正常生產(chǎn)。

2 工藝配套技術改造

2.1 提升燒結垂直燃燒速度

隨著循環(huán)物料逐步增加，對燒結工藝生產(chǎn)勢必會造成一定的負面影響，由于循環(huán)物料中有害元素（尤其是除塵灰）較多、粒級過細、不易溶于水、不易混勻造球，在含鐵料混勻制粒過程中，需要適當提高混勻料水分保證成球率。 當燒結混合料通過點火器后，料層上部物料中的水分遇熱蒸發(fā)，達到燒結料層下部低于露點溫度時凝結，使下部物料含水量過高而形成過濕層，又由于循環(huán)物料含量過高，混合料小球易破碎，最終導致燒結料層透氣性惡化。燒結透氣性能變差，直接影響燒結垂直燃燒速度，從而影響燒結產(chǎn)能。

針對這一情況，可以通過一定的技術改造提升燒結垂直燃燒速度，例如增設松料器、平料網(wǎng)、料面壓孔裝置等等。 天鐵通過多種改造相結合的方式，重點研究了自旋式料面錐形壓孔裝置的應用，在松料器和布料器之后，安裝一種自旋式料面錐形壓孔裝置。 通過對成型的燒結料面打孔，提高燒結透氣性，從而加快燒結垂直燃燒速度，提高燒結機機速，提升燒結產(chǎn)能。

其工作原理為：通過燒結機運行，料面移動帶動圓輥旋轉(zhuǎn)，圓輥旋轉(zhuǎn)使錐形狼牙插入燒結料面，形成適宜的透氣孔。 混合料在逐步向下進行燒結過程，可針對料面透氣性不同壓出不同的透氣孔，使混合料的透氣性提高且均勻，從而加快燒結垂直燃燒速度，縮短燒結時間。

2.2 提升燒結混合料溫度

燒結工序配加鋼泥以后，由于鋼泥的特性，使其配入混合料后容易造成混合料粒度兩級分化，直接影響料層中的換熱，導致熱量損失過大，難以形成足夠的液相，致使燒結產(chǎn)量指標惡化。目前國內(nèi)燒結廠主要是通過提高混合料溫度來解決熱量損失造成的燃耗升高的難題，一般大都在混合機通蒸汽、提高配水溫度等措施來提升混合料溫度，可提升料溫到50～55 ℃之間。 此工藝雖然可以提升料溫，但未能達到燒結最佳需求料溫，還有很大的提升空間。

理論上，在混合料預熱的位置越接近燒結機，需求的熱量就越少，同時預熱效果也越明顯。 因此燒結廠在一混加高溫熱水和二混加蒸汽的同時，又在燒結機混合料礦倉安裝了三段式提高料溫蒸汽加熱裝置。 其工作原理為：通過汽液分離器分離后的干蒸汽進入礦槽頂部，通過三段式提高料溫蒸汽加熱裝置進入礦槽底部，再通過蒸汽噴射口對燒結混合料進行蒸汽預熱。 該技術對燒結提產(chǎn)降耗有很好的促進作用。

（1）通過汽液分離器脫水的干蒸汽，從蒸汽噴射口噴出，形成高速蒸汽流，對混合料進行預熱；蒸汽通過布料圓輥逐步向下，與混合料對流傳熱，將熱量傳給燒結混合料；由于熱交換位置位于混合料中心部位，蒸汽能充分與混合料接觸，熱交換效果好，熱利用率可達95%以上，混合料溫度可提高到80～85 ℃（見表3）。

表3 各階段混合料升溫技改內(nèi)容及效果

（2）由于混合料預熱后直接進入燒結機進行燒結工序，降低了預熱混合料的需求熱量，同時又減少了皮帶運輸過程中混合料的熱量損失，節(jié)省了燒結燃料消耗。

（3）這項改造不但提溫效果好、熱利用率高、提產(chǎn)效果明顯，而且安全可靠，操作方便，維修和更換快速便捷。

3 實施效果

天鐵公司燒結廠自開展循環(huán)物料綜合回收利用工藝試驗研究以來，共計消耗除塵灰4.3 萬噸，微粒渣鋼9.1 萬噸，氧化鐵皮15.9 萬噸，瓦斯灰5.7 萬噸，鋼泥1.6 萬噸。 在燒結礦質(zhì)量略有提升（見圖1）和生產(chǎn)順行的前提下，大量的消耗了循環(huán)物料，解決了前期循環(huán)物料過剩的難題，同時又降低了燒結礦成本，16 個月為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益15463.92 萬元。

圖1 轉(zhuǎn)鼓強調(diào)指標

4 結語

通過對循環(huán)物料綜合利用工藝課題的重點攻關，成功的消耗了天鐵公司長期積存的循環(huán)物料，并使其達到穩(wěn)定、均衡的消耗。 在降低循環(huán)物料對燒結造成的不利影響同時，有效的降低了燒結礦生產(chǎn)的原、燃料消耗，即改善了企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，又為企業(yè)創(chuàng)造了效益。

目前我國冶金固廢綜合回收利用還處于起步發(fā)展階段，冶金固廢資源化利用的途徑會越來越多，隨著政策的推動和技術的進步，天鐵的冶金固廢資源化利用程度將不斷提高，真正實現(xiàn)資源、環(huán)境與經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展。