太钢冶金除尘灰再利用技术研究与实践

总第159期 2016年第1期 山西冶金 59 ，2016 | 夯蚀 尊i 0165250167 太钢冶金除尘灰再利用技术研究与实践 樊猛辉 (山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西太原030003) 摘要：在分析冶金除尘灰的再利用技术的基础上，介绍太钢碳素除尘灰、不锈除尘灰的再利用技术的研究进 展与生产实践情况。重点结合太钢富氧竖炉生产铬、锦铁水的生产实践，介绍以不锈除尘灰为主要原料，生产冶 炼铬、镍铁水的技术。指出：钢铁企业只有根据自身生产的特点，消化和优化现有技术，同时研发出适合企业特 点的新技术，才能实现企业的转型发展，实现经济与环保方面的双重效益。 关键词：冶金除尘灰的再利用 富氧竖炉 自还原砖铬、镍铁水 中图分类号：献标识码：A 文章编号：16721152(2016)01004603 钢铁厂在生产过程中，伴生出大量以灰尘和污 泥的形式存在的含铁副产品。随着矿粉等冶金原料、 废料处理价格的上涨以及人们环境意识的增强，使 得以除尘灰、泥为代表的钢铁生产的伴生物的价值 逐步显现出来。一座千万吨级钢铁企业所产生的含 铁类伴生物的潜在价值相当于一座中等规模的矿 山。合理利用这些资源，不仅能降低钢铁企业的采购 成本，而且可以在企业内部形成资源循环的链条，实 现生产过程物流链的优化，更能改善企业环境，体现 出企业的社会责任感。 太钢作为目前世界最大的不锈钢生产企业，既 产生普通的碳钢类除尘灰、泥等副产品，又产生铬、 镍除尘灰、泥等不锈类副产品。经过多年来对含铁副 产品的技术开发和实践，研究开发出以富氧竖炉为 代表的冶炼铬、镍铁水的集成技术，形成以综合粉、 冶炼普通铁水和铬、镍铁水等多种相对完善的工艺 路线，基本实现含铁副产品自身循环的“零排放”的 战略目标，打造“世界钢铁绿色发展”的典范。 1碳素类除尘灰再利用技术研究 太钢目前生产不锈钢和碳钢两大类钢铁产品， 根据产生的副产品的性质、类型，予以区别对待和分 类使用，而且在多年研究的基础上，逐步形成多种除 尘灰、泥的再利用的途径及技术。 11 以碳素灰生产综合粉(用于烧结)的配料技术 以高钙、低锌、低钾、低钠除尘灰原料为主，配加 收稿日期：2015者简介：樊猛辉(198(卜)，男，于太钢炼铁厂从事 台炼技术 研究等相关工作，工程师。 钢粒等颗粒原料，进行预配料。预配料经过混合机加 水搅拌形成单一的含铁原料，按照比例采取平铺直 取的方法对含铁原料与烧结使用的矿粉进行均匀混 合。混合后的原料用于矿粉造堆。此种配制工艺可实 现除尘灰在烧结方面的循环利用。 由于综合粉中的钢粒较矿粉、除尘灰有更大的粒 度，使得在烧结制粒过程中，容易形成球核，从而减少 因使用除尘灰而造成的烧结透气恶化、烧结产品质量 变差、产能降低的问题。另外，由于综合粉较除尘灰含 有较低的氧化钙，从而降低了烧结生产过程中碱性熔 剂的配加量，也就降低了烧结矿的生产成本，而且不 增加炼铁过程中的锌、钠等负荷，稳定了炉况运行，成 为太钢碳素除尘灰再利用的重要渠道。 12以碳素泥生产红泥球(直接作为炼钢原、辅料) 的技术 以转炉尘泥为主要原料，经过压力机挤压成型， 生产出红泥球，作为炼钢的氧化剂、造渣剂。在炼钢 过程中，加入红泥球，一方面能够迅速为炉渣提供所 需要的氧化亚铁，满足脱磷的热力学条件，提高脱磷 效率；另一方面，能起到助熔的作用，加快石灰的熔 解，既能快速提高炉渣的碱度，又可增加炉渣的流动 性，从而改善脱磷、脱硫的动力学条件。 13 以碳素灰生产自还原压块(用于富氧竖炉冶 炼)的技术 以不能进入炼铁系统的高锌、高钾、高钠等碳素 尘泥为主要原料，配加产含碳的自还 原砖，作为富氧竖炉冶炼碳素铁水的含铁物料；同时 在冶炼过程中回收的高锌粉尘可作为炼锌原料，实 现钢铁企业与社会企业的大循环。 2016年第1期 樊猛辉：太钢冶金除尘灰再利用技术研究与实践 14以碳素灰、不锈灰、铁磷等生产海绵铁的技术 以碳素灰、不锈除尘灰、铁磷、煤粉等为原料，利 用隧道窑技术，生产出海绵铁。海绵铁可直接用于电 炉生产。 2不锈类除尘灰生产铬、镍铁水技术研究 以不锈除尘灰为主要原料，少量配加不锈渣钢 或废钢直接生产热态铬、镍铁水(或铬镍生铁)的技 术被应用于炼钢不锈钢的生产，回收不锈除尘灰，可 回收其中的铬、镍等金属，避免重金属对环境的污 染，同时降低不锈钢生产的冶炼成本，从而开创一种 新的不锈钢生产工艺流程。 21不锈除尘灰生产铬、镍铁水技术研究背景 太钢是世界上年产量最大的不锈钢生产企业， 随着不锈钢产量的逐年提升，如何消化不锈钢生产 过程产生的含铁副产品，减小成本压力及环境压力， 开发出适合处理不锈除尘灰的工艺，成为提高企业 竞争力的一个重要环节。 转底炉工艺：该工艺省去了炼焦、烧结等工艺， 废气带走的热量少，排放的废气中粉尘和有 害物质的携带量也大大低于国家规定的标准，在环 保上有较大的优势，但是生产直接供电炉用的海绵 铁(需要高品位的铁矿和低灰分、低硫的煤炭 作为还原剂，方能使产品的 到90，同时 使金属化率达到90，而一般的除尘灰含铁品位较 低，使得除尘灰的利用受到了局限。 回转窑工艺：该工艺可以把钢厂内各种来源的 废料放人泥浆池内进行混合，然后过滤，并在旋转 干燥器内干燥。将混合料与细的无烟煤一起装入还 原窑，将焦炉煤气和空气通人回转窑中，因靠近回 转窑出料端的燃烧器的布局为沿轴向布置，窑内的 炉料足以被加热到部分软化和熔化的温度，并在窑 衬上富集形成结瘤挂圈。回转窑高温带的成球棒将 这些料从窑壁上刮下，并沿窑壁滚动形成小球或颗 粒。废料中锌的氧化物被还原成金属锌，在窑温下 蒸发并与烟气一起排出。当烟气在除尘系统中冷却 时，一部分锌氧化成细小的固体颗粒并被收集在布 袋式除尘器内。直接还原的铁产品被排入回转冷却 器后，用大量的水快速冷却。然后用筛孔为7 子筛分，粒度大于7 ，剩下的全部送往烧结厂。由于不锈钢生产过程 中产生的大量的铬、镍除尘灰污染铁水，从而影响 品种钢的纯净度。 竖炉熔融还原工艺：该工艺冶炼含铬铁水，主要 从上排风口将粉状物料吹入炉内，物料在上排风口 回旋区产生的高温下立即熔化(高温区的理论火焰 温度高达2 500 已熔化的氧化物液滴在向下滴 落的过程中，通过上、下两排风口之间的焦床形成高 温、高强度还原区时被还原成金属液滴，反应所需的 热量由下排风口燃烧的热量来补偿。由于该炉内主 要反应是直接还原反应，因此焦比很高，在1 300 k 以上，生产成本较高口。 针对以上工艺在处理不锈除尘上的缺陷，太钢 积极开发出利用除尘灰生产自还原砖、在富氧竖炉 内实现直接还原和间接还原相结合的处理工艺。 22不锈除尘灰生产铬、镍铁水工艺流程(见图1) 图1 不锈除尘灰生产铬、镍铁水工艺流程 23不锈除尘灰生产铬、镍铁水技术研究进程 2007年，太钢开始对处理不锈除尘灰的各种工 艺进行研究，包括转底炉工艺、回转窑工艺、多膛炉 工艺、等离子电炉工艺、电弧炉工艺等，并对各种工 艺进行对比，包括对场地布局、物料适应性、经济效 益、环保效益等多方面的综合考虑，尤其是对富氧竖 炉法冶炼铬、镍铁水工艺的可行性展开多次工业试 验，最终于2009年决定建设2条除尘灰资源化利用 工程线，主要用来解决不能用于烧结过程的碳素灰 和不锈尘灰的综合利用问题。 2011年7月，开始冶炼碳素铁水，一次性成功， 在总结富氧竖炉法冶炼除尘灰的基础上，于始铬、镍铁水的试生产，摸索出冶炼铬、镍铁水的 生产工艺参数，逐步确定了长期以消化不锈除尘灰 为主要目的的回收铬、镍等金属资源的炉料结构、工 艺控制参数。 24不锈除尘灰冶炼铬、镍铁水的难点及理论依据 由于镍的熔点较铁更低，铬的还原性较铁高， 因此富氧竖炉法冶炼铬、镍铁水的主要难点在于解 决铬的还原温度及流动性控制问题。用碳还原 开始反应温度为1 200，远高于还原温度(800以下)，而低于山西冶金 2639卷 温度(1 400 在生产过程中，要面临炉顶温 度高、铁水凝固倾向强、炉顶煤气 比高等问题2。 对普通炼钢铁水而言，要求出铁温度不低于 1 3201 330，铁流动性大约为1 000 照要 求，w(852和w(1318的铬铁水出铁温度 分别不低于1 425和1 540，所以要达到同样的 流动性，需要更高的出铁温度。 由一定含铬量条件下，存 在一个最佳含碳量，使得铬铁熔点最低。只有在竖炉 冶炼过程中，得到该成分范围的含铬铁水，才能使得 含铬铁水及渣具有良好的流动性，实现连续稳定 的生产。但在竖炉内，由于焦炭过量，在一定温度下， 碳含量可达到饱和，即竖炉内铁水含碳量具有不可 控性，因此必需首先确定不同铬含量碳饱和铁水的 熔点和理论燃烧温度合适的铁水含铬量，然后在根 据理论燃烧温度所确定的含铬铁水熔点的基础上， 进一步确定渣系的熔点。 在查阅文献及大量工业实践的基础上，以风口 理论燃烧温度计算，确定了富氧竖炉冶炼含镍铁水 的主要工艺参数，即出铁温度为1 4301 500，终 渣的熔点为1 5101 530，并结合自还原砖自身性 质，确定主要的冶炼工艺、技术参数。 25不锈除尘灰生产铬、镍铁水的主要技术参数 每小时熔化含铁物料3545 t；每小时生产铬、 镍铁水1823 t；富氧率为1220；人炉综合铁 品位w(45一55；送风温度为650740； 炉顶压力为0一03 合焦比为517 718 kgt；w(13，w(25。 26不锈除尘灰生产铬、镍铁水的生产实践 太钢于2011年1不锈除尘灰为主 要原料，配加不锈渣钢等原料，制定严格的工艺操作制 度，以高富氧和合理的碱度控制作为冶炼铬、镍铁水的 突破口，开始工业化生产。在生产过程中，逐步解决渣 量大、炉内负压高、铁水流动差、熔炼率低、耐材侵蚀严 重等问题，实现了富氧竖炉冶炼铬、镍铁水的生产。 3结语 太钢的富氧竖炉法生产铬、镍铁水技术集成新 一代炼铁技术，以高锌和高硫、不适合高炉和转炉使 用的含铁废料和渣钢等为原料，生产出可直接应用 于不锈钢生产的热态铁水，具有良好而广阔的推广 应用前景。 在钢铁企业的微利时代，加快以钢铁企业产生 副产品为资源循环利用为重点的项目建设，在技术 研究方面，不断诞生多项除尘灰的利用技术，逐渐体 现出经济与环保的双重效益，尤其是以不锈除尘灰 为主要原料冶炼铬、镍铁水