烧结工序的循环经济发展思索

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循环经济(cycliceconomy)即物质闭环流动型经济,是把清洁生产和废弃物综合利用融为一体的经济。

根据生产流程不同,每生产一吨钢,固体废弃物产生量约300~500kg。在传统钢铁企业中,只有部分成分及物理性能稳定的粉尘和副产品在工艺流程中得到了有效的回收利用,但仍有相当部分排放堆积,既浪费资源,又污染环境。

近年来,莱钢烧结厂坚持资源节约和循环经济并举式开展工作,不断探索实践各类废弃物循环利用的途径与方法,通过优化原料结构,在烧结工序消化高炉灰、炼钢污泥、氧化铁皮、瓦斯灰等各类钢铁业固体废弃物,在球团工序消化转炉细灰等各类钢铁业固体废弃物,兼顾经济效益、社会效益和生产稳定、指标提升,科学发展循环经济,取得较好成效。

1钢铁厂工业固体废弃物的基本情况

在钢铁冶炼过程中,需要经过选矿、烧结、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序。钢铁冶炼的同时也会产生一些工业废渣,废渣量在300~500kg/t钢。

含铁废渣主要有:原料、烧结、炼焦、高炉冶炼过程产生的粉尘,炼钢过程产生的转炉尘泥/干法除尘灰、钢渣,轧钢过程产生的氧化铁皮。含铁固体废弃物的典型化学成份见表1。

表1含铁固体废弃物的典型化学成份%

2废弃物循环利用的工艺技术研究

2·1炼钢干法除尘灰的应用

莱钢炼钢厂新区转炉采用干法除尘技术,即LF法除尘灰。炼钢干法除尘灰又分为粗灰和细灰两种,其中细灰具有粒度细(-200目的90%以上)、含铁品位低、温度高、CaO含量高、二次扬尘污染大等特点,由于具有以上特点,给炼钢细灰的循环利用带来了较大困难。

2·1·1炼钢除尘灰返回烧结原料场循环利用研究

起初炼钢除尘灰直接返回烧结原料场杂矿堆,通过与杂矿预混匀后进行混匀料生产,在烧结生产中进行消化。但是经过1个多月的运行以后,出现了系列问题,首先是烧结机箅条出现了严重的糊堵现象;其次,烧结主抽风机出现了叶轮挂泥现象;再次,烧结除尘灰大量增加,二次污染严重。针对出现的上述问题,分析有可能是使用炼钢除尘灰导致的,于是暂停炼钢除尘细灰在烧结的配加。停用细灰以后,当月烧结机篦条糊堵现象得到缓解,一个月以后基本解决了篦条糊堵的问题。通过实践达成共识炼钢除尘粗灰可返烧结进行循环利用,而炼钢除尘细灰不能直接返烧结利用。

2·1·2炼钢除尘细灰返回竖炉球团循环利用研究

为消化炼钢除尘细灰,同时验证转炉细尘用于竖炉球团生产的可行性,在8㎡竖炉进行了配加炼钢除尘灰生产的工业性生产试验。

试验时原料结构为汇金精粉、金岭、华联、巴西精粉,转炉干法除尘灰在工业生产试验中以5%的比例替代5%的巴西精粉,膨润土用量以生球落下强度5~8次/个标准来增减。

表2配加炼钢除尘干灰试验前后竖炉球团指标

指标产量/t·d-1膨润土配比/%球团矿化学成份/%SiO2CaOMnOTFeFeOS筛分指数/%转鼓指数/%

试验结果及分析

配加5%炼钢干法除尘灰后,膨润土配加量降低了0·2个配比,节约膨润土这是比较有利的。但由于膨润土下降,使得生球表面略显粗糙,烘干床上粉尘量有所增加,生球稍有爆裂。

球团矿日产量下降10t左右,化学成份因除尘灰的配加,CaO增加0·2个百分点,MnO增加0·19个百分点,球团矿的TFe品位稍有提高。此次试生产影响较大的是使球团矿转鼓指数降低,由92·4%下降到91·4%,下降1·0%主要是因为炼钢除尘灰CaO含量高,致使膨润土配加量下降所致。

从试验情况看,转炉干法除尘灰用于球团竖炉生产是可行的,虽然对球团矿转鼓指数(下降1%左右)、产量有所影响,但从循环经济、降低生产成本特别是膨润土配加量下降角度考虑,配加量在5%以下,竖炉生产产量及质量指标变化不大,还是有效益并可以接受的,但配加量不易过高。

2·1·3解决炼钢除尘灰运输过程中二次污染问题

为解决运输过程中的二次污染问题,考虑采用密封运输,但由于炼钢除尘灰具有温度高(200~300℃)的特点,故无法采用罐车进行密封运输,只能考虑加湿后运输的方案。由于该除尘灰CaO含量较高,加湿CaO吸水消化发生放热反应,在运输过程中发生了严重的“喷爆”现象,二次扬尘严重,而且在使用过程中也造成了现场污染。针对出现的上述问题开展了技术攻关,借鉴烧结生石灰的消化原理,分析认为是炼钢除尘灰的加水量偏低引起的“喷爆”,若加大加水量有可能解决此问题,于是进行了加水量的试验。通过系列试验得到,当灰的含水量达到10%时,基本解决了灰的“喷爆”问题,而且使用现场环境也得到了改善。

2·2炼钢湿法除尘灰(炼钢污泥)的应用

莱钢老区转炉煤气用OG法处理,产生的泥饼习惯上称为OG泥,做为湿粉尘供烧结使用。由表3可见,炼钢污泥的Fe含量很高,回收后可节约含铁原料,且OG泥中Fe以FeO的形式存在,在烧结过程氧化放热;固定碳含量约1%~2%左右,可为烧结过程节约一定的燃料用量。

对炼钢污泥的综合利用主要有两种方式。

方式一:采取在混匀料场“平铺截取”工艺在混匀料配料之前,将堆放的污泥倒入混匀料场,平铺30~40cm,再进行混匀配料,将混匀矿粉布料于污泥料面之上。取混匀料堆时,混匀取料机将混匀料与取起的污泥进行混合,达到充分混合的目的。

每堆混匀料底部,铺入的污泥量在3000t左右,约占混匀料配比的3%左右。

方式二:采用螺旋给料机均匀配入混匀料直接按一定下料量参与混匀料配料,均匀的配入混匀料对中,保证了混匀料成分的稳定。

炼钢污泥应用工艺流程见图1。

图1工艺流程示意

该方法回收利用转炉煤气尘泥的优点是配加均匀,尘泥在使用过程不结块、不产生偏析,与混匀料的混合较为充分。

2·3焦化除尘灰的应用

焦化除尘灰的特点是含碳量高、粒度细,在烧结循环利用,可降低燃料消耗。经多次测定,其典型化学及粒度组成见表3、表4。

表3焦化除尘灰的典型化学成分成

2·3·1在烧结配料室进行单配应用的研究

由于焦化除尘灰中的固定碳含量较高,开始在烧结配料室进行单配,直接替代部分焦粉。因焦化除尘灰在运输过程中加入水分,致使焦化除尘灰比重轻、流动性差,单配过程中“蓬仓、悬仓”现象严重,对烧结生产影响较大。技术人员采用多种方法解决“蓬仓、悬仓”问题,但效果较差,无法从根本上解决这一问题。

2·3·2焦化除尘灰与氧化铁皮混合使用的研究

焦化除尘灰与比重较大的氧化铁皮混合,可以达到增加比重,提高其流动性的目的。在一次料场的货位上,将焦化除尘灰和氧化铁皮按一定的比例混合均匀。在使用时,两种料按一定的配比配入混匀料堆。经过工业性试验,焦化除尘灰与氧化铁皮混合后下料均匀,有效地解决了“蓬仓、悬仓”问题,在混匀料中可以稳定配加。

2·4高炉瓦斯灰、除尘灰的应用

由表1可见,高炉灰中Fe含量为46·22%,固定碳含量19·54%,FeO含量也相对较高,用于烧结不仅可作为含铁原料,而且可降低烧结固体燃耗。但由于高炉灰使用过程中会造成Zn的循环富集,因此,高炉灰的使用必须以不打破高炉Zn稳定平衡状态为前提。目前,高炉在采用汽车运输到烧结料场,配入混匀料堆的方式利用。

3应用后的效果分析

1)烧结厂竖炉球团应用炼钢干法除尘灰前后球团矿技术经济指标的比较见表5。表5竖炉球团应用炼钢干法除尘灰前后球团矿技术经济指标自2005年8月开始配加炼钢除尘灰,每月用3000~4000,t对球团矿指标基本不产生影响。

2)烧结厂3×105m2烧结机及前区265m2烧结机混匀料中配入固体废弃物前后的技术经济指标对比分别见表6、表7。表63×105m2烧结机应用固体废弃物前后烧结矿技术经济指标对比项目产量/t利用系数/t·(m2·h)-1TFe/%FeO/%综合合格率/%转鼓指数/%筛分指数/%固体燃耗/kg·t-1综合利用量/t·月-1污泥单耗/kg·t-1

由表6可以看出,2008年每月固体废弃物利用量较2006年增加6887,t对烧结矿质量指标的影响较小,转鼓指数降低0·79%,筛分指数升高0·15%,而烧结固体燃耗降低2·08kg/t。由表7可以看出,银山前区265m2烧结机自投产初期即大量应用固体废弃物,月均利用量达15518,t而烧结矿各项经济技术指标均保持较高水平。

4结论

4·1经济效益烧结厂烧结生产中应用各类固体废弃物总量为26747吨/月,每年可产生效益达4000余万元。

4·2技术成果固体废弃物带来一系列生产新问题,通过科技创新或技术攻关,才使得生产稳定(如烧结机蓖条糊堵等),同时也形成一系列解决新问题的新技术。

4·3社会效益将钢铁企业生产过程中产生的各种工业废弃物应用于烧结生产,变废为宝,不但回收了资源,降低了生产成本,每年可获取可观的效益,而且减少了固体废弃物直接外排带来的环境污染,保持了生态平衡,产生巨大的社会效益。随着技术水平的提高及生产环节的细化完善,应不断提高废弃物利用的效果,使冶金生产真正步入可持续发展的良性循环。