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轉爐除塵灰的高附加值利用

　　隨著轉爐煉鋼生產的發(fā)展，煉鋼工藝的日趨完善，相應的除塵技術也在不斷地發(fā)展完善。煉鋼煙氣的凈化回收方法主要有兩種，一種是濕法(OG 法)，一種是干法(LT 法)。LT 法(干法)為德國Lurgi 公司與Thyssen 鋼鐵廠研制成功的一種轉爐煙氣凈化及煤氣回收干式系統，該除塵方式不用大量濁環(huán)水洗滌煙氣，而是采用蒸發(fā)冷卻器+靜電除塵器+煤氣冷卻器系統。它以凈化效率高、能耗低、干粉塵可設置壓塊系統，粉塵經壓塊后直接供轉爐利用等特點，得到廣泛應用。

　　邯鋼轉爐煙氣采用干法除塵技術，與濕法相比，分別節(jié)電、節(jié)水約1/3，減少建設用地1/2，煙塵含量由50mg/Nm3降到10mg/Nm3，同時煙塵可被全部回收再利用，實現節(jié)能4.5kgce/t 鋼?，F一煉鋼廠的煤氣回收量已穩(wěn)定達到140Nm3/t鋼，回收煤氣熱值穩(wěn)定在1500kcal/Nm3以上。這對我國轉爐煉鋼節(jié)能減排、實現負能煉鋼起到了積極的推動作用。但是轉爐除塵灰具有溫度高、金屬化程度高、易自燃、粒度細、揚塵二次污染大等特性，造成其處理及綜合利用難度大，亟待開發(fā)一種適合干法粉塵特性的新型處理工藝。

　　1 國內轉爐除塵灰的利用現狀及合理性

　　1.1 熱壓塊

　　熱壓塊工藝是利用粉塵的自燃特性將粉塵加熱，利用其在高溫下的塑性，經高壓壓球機壓制成塊，然后在氮氣密封狀態(tài)下冷卻后輸送到轉爐，代替廢鋼或礦石。該方法不需要另外添加黏結劑，粉塵團塊的強度也很高，可直接用于轉爐作冷卻材料使用，是現在LT 粉塵處理應用最多的一種方法。但是，熱壓塊生產需在高溫和隔絕空氣的條件下進行，對設備和工藝控制要求很高，一次性投資大、工藝條件苛刻、設備故障率很高，難以長期順利生產。

　　1.2 冷壓塊

　　有企業(yè)在除塵灰及污泥中加入部分添加劑，通過冷固工藝制成轉爐造渣劑壓塊，用于轉爐造渣，強化了造渣，改善了脫磷效果，脫磷率提高；化渣效果好，能夠起到防噴濺的作用。

　　1.3 返回燒結

　　邯鋼西區(qū)轉爐除塵灰的利用途徑是加入燒結混合料中，經燒結后進入煉鐵高爐進行循環(huán)。雖然該方法不需要增加設備，但粒度過細且能夠自燃的干法除塵灰不利于燒結礦質量的控制和熱量的平衡。除塵灰含有有害雜質，而燒結難以有效地去除這些雜質，使得燒結配加和穩(wěn)定操作困難，入高爐后將影響高爐正常操作和爐襯壽命；其化學成分、粒度、水分均存在較大差異，不利于燒結礦生產和質量的提高；該方法僅能回收部分含鐵粉塵，從某利意義上講，對這些寶貴的二次資源沒有起到真正意義上的回收。因此，在燒結配料中加入除塵灰進行循環(huán)利用極不科學。

　　1.4 豎爐球團配加

　　有企業(yè)在豎爐中配加煉鋼除塵細灰，經過近20 個月的摸索和改進，實現了生產穩(wěn)定順行，并保證了質量穩(wěn)定。轉爐干法除塵灰用于豎爐球團配加生產是可行的，配加量在5%以內，可減少對豎爐生產的影響。但是還存在煉鋼除塵灰質量不穩(wěn)定、成分波動大、倒運過程中二次揚塵太大等問題。

　　2 邯鋼轉爐除塵灰基本情況

　　2.1 轉爐除塵灰產量及回收量

　　邯鋼以轉爐LT 除塵灰為研究對象，探索轉爐除塵灰的高附加值利用途徑。

　　轉爐除塵灰分為粗灰、細灰兩種。粗灰來自蒸發(fā)冷卻器底部，細灰是煉鋼過程中產生的煙塵經干法除塵、沉降得到的。2014 年12 月邯鋼煉鋼除塵灰當月產量、累計量及回收量，如表1 所示。

　　

　　2.2 轉爐除塵灰的化學成分

　　轉爐除塵灰的化學成分，見表2。

　　

　　轉爐除塵粗灰為灰黑色，為細顆粒。轉爐除塵細灰為紅-褐色，顏色與氧化鐵紅相近，粒度較細，100 目的占70%以上。轉爐除塵細灰中氧化鐵的含量比較高，含有少量Fe3O4，是制備鐵系顏料的理想原料。

　　3 創(chuàng)新研究

　　邯鋼以轉爐除塵細灰為原料，以制備出高附加值產品為目標，提出氧化焙燒制備成高純氧化鐵紅的方案。氧化鐵紅制備試驗采用高溫氧化培燒法。

　　3.1 制備氧化鐵紅的研究

　　1)烘干除水工藝

　　對轉爐除塵灰進行現場取樣，在烘箱中烘干2h 以上，溫度控制在100℃左右。

　　2)混勻物料工藝

　　轉爐除塵灰質量不穩(wěn)定，TFe 和CaO 含量波動較大。-應采取質量控制措施，即將其進行初步混勻處理，以降低成分波動。

　　3)磨樣制備工藝

　　轉爐除塵灰為粒度較細的粉塵，為了達到粒度均勻、氧化效果好的目的，采用制樣機對轉爐除塵灰進行一次粗破，其出料粒度200 目達到92%以上。

　　4)焙燒氧化工藝

　　本研究是在碳管爐內進行靜態(tài)焙燒氧化制備氧化鐵紅，氧化過程中所需氧氣來自空氣，工藝溫度控制在850-900℃，恒溫時間為30mmin。其爐內反應為:

 　　
 

　　碳管爐升溫速率的控制如圖1 所示。

　　焙燒所得物料產生結塊，經簡單磨細至-200 目占90%以上，可獲得純度較高的氧化鐵紅產品。氧化鐵紅的化學成分，如表3 所示。氧化鐵紅質量與標準對比，如表4 所示。該產品不存在有機著色物，不僅可用作涂料或建材的著色劑或添加劑，更適宜做磁性材料的原料，可直接生產鐵氧體預燒料。

　

　

　　3.2 制備磁性材料的研究

　　以氧化鐵紅為原料生產高品質鐵氧體預燒料，進而生產鐵氧體材料已被磁性材料廠廣泛采用。其原理及化學方程式如下:

　　碳酸鹽分解反應:(300-0-800℃)

　　

　　中間反應:(600-800℃)

　　

　　通過以上流程制得的鐵氧體性能優(yōu)良，與利用鐵鱗作原料制備的鐵氧體預燒料性能相當或優(yōu)于鐵鱗。邯鋼于2012 年分別建成鐵鱗、氧化鐵紅生產永磁鐵氧體預燒料生產線，采用鏈篦機-回轉窯的方法，每年可生產出2 萬多噸永磁鐵氧體預燒料，現已穩(wěn)定生產運行兩年多。氧化鐵紅和鐵鱗的利用提高了邯鋼產品的綜合利用程度及科技含量，填補了邯鋼磁性材料的空白，發(fā)展壯大了其非鋼產業(yè)。

　　如果通過轉爐除塵灰批量生產氧化鐵紅，進而再生產鐵氧體材料，附加值水平將得到更大提升。針對這種情況，邯鋼進行了利用轉爐干法除塵細灰制備鐵氧體預燒料的試驗研究，材料磁性能檢測結果如表5 所示。

　　

　　3.3 經濟性能評價

　　煉鋼除塵灰的價格約100-200 元/t，氧化鐵紅的價格為1400 元/t，鐵氧體預燒料的價格則超過3000 元/t，采用煉鋼除塵灰生產氧化鐵紅，進而再生產高性能永磁鐵氧體，昔日煉鋼除塵灰作為固體廢棄物易污染、難治理的現狀將得到根本性的改善，其高附加值、高效的利用得以實現。

　　4 結語

　　邯鋼西區(qū)轉爐除塵細灰的處理方式為返回燒結配料，利用檔次低，經濟效益不明顯。除塵細灰返回燒結配加困難，經常造成燒結故障。本工藝可將轉爐除塵細灰全部回收利用生產出氧化鐵紅，不僅有效回收利用了二次資源、減少環(huán)境污染，而且提高了除塵細灰的利用水平，對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義，以利用促治理，可達到經濟效益、環(huán)境效益和社會效益協調發(fā)展的目的。

　　

　　1)通過開展轉爐除塵灰的二次回收利用試驗研究，拓展了思路，驗證了可行性，為進一步工業(yè)化生產鋪平了道路。

　　2)轉爐除塵灰作為氧化鐵紅生產的原料，資源豐富，可利廢為寶，生產中不使用酸、堿及其他化學原料進行處理、無廢物排放，可防止環(huán)境污染、方法簡單快捷、能耗小、生產成本低，成品中氧化鐵紅含量高達95%以上，具有競爭力。

　　3)利用制備出來的氧化鐵紅制備鐵氧體預燒料，將會創(chuàng)造更多利潤。