添加除尘灰对烧结生产过程影响的研究

杨大兵，江 剑，徐佳鑫，敖万忠

（1.武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北 武汉，430081；2.首钢水城钢铁（集团）有限责任公司技术中心，贵州 六盘水，553028）

钢铁企业生产过程产生的大量除尘灰［1］，除含有Cr、Zn等多种有害重金属元素外，还含有较高的铁或碳等成分，如能合理开发利用，不仅可以减少环境污染［2］，而且还能节约大量宝贵资源［3－4］。对此，国内外相关部门已引起了的高度重视，日本、美国等组织了专门的化工厂对除尘灰进行处理。对除尘灰的利用，包括将金属回收用离子交换树脂系统制备纯度极高的氧化铁等［5］。

本文以首钢水城钢铁（集团）有限责任公司在烧结原料中添加除尘灰项目为研究对象，研究除尘灰配比对烧结生产过程原料造粒、料层透气性、烧结矿质量、燃料消耗以及设备利用系数等的影响。

1 试验

1.1 原料

主要原料及其化学成分如表1所示。所用燃料为煤粉和焦粉，其成分分析结果如表2所示。部分原料的粒度分布和堆积密度如表3所示。除尘灰的粒度分布如表4所示。

表1 原料化学成分Table1 Chemical compositions of raw materials

表2 燃料成分分析结果Table2 Analysis results of fuels

表3 原料粒度分布和堆积密度Table3 Size composition and bulk density of raw materials

表4 除尘灰粒度分布（wB／%）Table4 Size composition of dust

1.2 试验方法

按质量分数计，原料中，混匀料占56%，高炉返矿占7%，内返矿占21%，煤粉和焦粉各占2.5%，石灰石占4%，生石灰占3%，白云石占4%，除尘灰添加量分别为原料总量的0、1%、2%、3%和4%。将原料通过人工和机混的方式混匀，测混合料的水分和粒度；将混合料装入烧结杯，在1050℃下点火2min，控制点火负压和烧结负压分别为6.6kPa和9kPa，对达到烧结终点的烧结矿，依次经单辊破碎、4次落下和多层筛分，通过记录烧结混合料的粒度、烧结料层收缩率、烧结速度、烧结矿ISO转鼓指数、成品率、落下强度、FeO含量以及设备利用系数等指标来评价添加除尘灰对烧结过程的影响。

2 结果与讨论

2.1 除尘灰添加量对烧结原料制粒效果的影响

烧结原料制粒后的粒度分布如表5所示。从表5中可看出，随除尘灰添加量的增加，小于3 mm的颗粒分布呈先下降后上升趋势。原因是，粒度小、比表面积大的除尘灰经一次混合、二次混合被水浸湿后，大多粘结于大颗粒的返矿等物料表面，因而混合料中3mm以下的颗粒分布减少；此外，除尘灰中含有的大量亲水性较强的CaO，使得其在混匀制粒过程中的亲水性增强，这也是混合料中3mm以下的颗粒分布减少的原因。

除尘灰添加量对烧结原料制粒效果的影响如图1所示。从图1可以看出，随除尘灰添加量的增加，混合料中大于3mm粒级的比例先增加后减小。这是由于粒度细小的除尘灰有较好的造粒效果，其以粗颗粒的返矿等物料为造粒核心，随水分的添加和混合料的滚动不断长大；当除尘灰添加量超过一定比例后，粗颗粒返矿等制粒核心相对不足，大量小颗粒除尘灰失去与粗颗粒返矿表面充分粘结的机会，结果形成除尘灰相互粘结，混合物料中小颗粒数量增多、大于3mm粒级的比例减少。除尘灰添加量为2%时，烧结原料中大于3mm的粒级分布达到57.8%。

表5 烧结原料制粒后的粒度分布Table5 Size composition of pelleting material

图1 除尘灰添加量对烧结原料制粒效果的影响Fig.1 Effect of dust content on granulating of raw material

2.2 除尘灰添加量对烧结原料透气性的影响

除尘灰添加量对烧结速度和料层收缩率的影响如图2所示。由图2中可以看出，随着除尘灰添加量的增加，烧结速度和料层收缩率均呈现出先增大后减小的变化趋势。原因是随着除尘灰添加量的增加，混匀料的造粒效果增强，透气性变好，烧结燃料燃烧充分，热量传递加快，从而使烧结速度加快，烧结矿结晶效果更好。除尘灰添加量超过一定比例后，粒度组成中小于3mm粒级增多，烧结原料的透气性变差，由大量粒度细小的除尘灰所造小球，在不断升高的烧结环境温度下发生爆裂或粉化，粉化的除尘灰在被抽风气流带走的同时也耗损了热量，其结果恶化了烧结环境，减慢了烧结速度。除尘灰的添加量为2%时，垂直烧结速度达到最大值，为26.32mm／min，料层收缩率为14%。

图2 除尘灰添加量对烧结速度和料层收缩率的影响Fig.2 Effect of dust content on sintering speed and material shrinkage

2.3 除尘灰添加量对烧结矿转鼓指数和FeO含量的影响

除尘灰添加量对烧结矿转鼓指数和FeO含量的影响如图3所示。由图3可见，随着除尘灰添加量的增加，烧结矿的转鼓指数先增大后减小，FeO含量则表现较为稳定。除尘灰添加量为2%时，烧结矿转鼓指数为70.83%，FeO含量为7.13%。而过多的除尘灰夹杂于烧结原料中，使烧结矿的致密性变差，最终降低了烧结矿的转鼓指数；而转鼓指数降低则导致返矿增多，因而增大了烧结生产过程能耗和设备负荷。

图3 除尘灰添加量对烧结矿转鼓指数和FeO含量的影响Fig.3 Effect of dust content on drum index and FeO content of sinter

2.4 除尘灰添加量对烧结矿成品率和落下强度的影响

除尘灰添加量对烧结矿成品率和落下强度的影响如图4所示。由图4可见，随着除尘灰添加量的增加，烧结矿的成品率和落下强度均先增大后减小；当除尘灰添加量为2%时，烧结矿的成品率和落下强度均达到最大值，分别为86.88%和67.68%。由于除尘灰粒度小、比表面积大，其适量添加能够起到增强原料的制粒效果、改善烧结料粒度组成的作用；但由于除尘灰的碱度（1.998）略低于烧结原料的碱度（2.03），其过量添加会降低烧结原料的碱度值，导致CaO·Fe2O3等液相量不足，结果使烧结矿强度降低；此外过量除尘灰在烧结过程产生的大量烧损，以及其中部分成分的高温分解，使烧结矿产生大量气孔，加上混合料中造好的小球在烧结过程爆裂产生的大量碎料，其结果影响了料层的透气性和烧结矿落下强度，致使返矿量增加，成品率下降。

图4 除尘灰添加量对烧结矿成品率和落下强度的影响Fig.4 Effect of dust content on yield and drop strength of sinter

2.5 除尘灰添加量对燃料消耗及设备利用系数的影响

除尘灰添加量对燃料消耗及设备利用系数的影响如图5所示。从图5中可看出，随着除尘灰添加量的增加，燃料消耗量呈先减小后增大的趋势。这是由于除尘灰的加入，充分利用了除尘灰中的铁（含量达46.68%），使得生产单位质量的烧结矿燃料消耗相对降低，同时，加入适量的除尘灰一定程度上改善了料层的透气性，使得烧结生产能够顺行；然而过多添加除尘灰会降低烧结原料中的Fe品位，其粉状除尘灰包裹在烧结原料表面形成一层“隔离层”，在较大程度上阻止了空气的传入及热量的传出，因此不利于节能降耗。除尘灰添加量为2%时，燃料消耗为80.8kg／t，设备利用系数为1.93t／（m2·h）。

图5 除尘灰添加量对燃料消耗及设备利用系数的影响Fig.5 Effect of dust content on fuel consumption and the coefficient of equipment utilization

3 结论

除尘灰添加量为2%时，烧结原料中大于3 mm的粒级分布达到57.8%，烧结矿落下强度为67.68%，转鼓指数为70.83%，FeO含量为7.13%，成品率为86.88%，燃料消耗为80.8kg／t，设备利用系数为1.93t／m2·h。按此配比，能获得原料的造粒、料层透气性、烧结矿质量、燃料消耗以及设备利用系数的较佳效果。

［1］江博新.炼钢烟尘回收利用现状及其发展趋势［J］.中国资源再生，1994（1）：19－20.

［2］郭昌，翟有有.不锈钢除尘灰利用途径简析［J］.甘肃冶金，2012，34（1）：33－35.

［3］沈腊珍，谭俊茹.利用钢厂除尘灰制备铁系颜料等的方法及现状［J］.现代涂料与涂装，2003（3）：18－20.

［4］温丽霞，李新兵.永通公司低成本烧结的实践［J］.河北冶金，2010（2）：24－26.

［5］Sven O Santen.从炼钢粉尘中回收金属［J］.冶金环保情报，1995（1）：85－95.