莱钢是一个年产钢过千万吨的大型钢铁联合企业 ,经过 37年的建设和发展 ,其生产设施已拥有 3个综合原料场、6台 105～265 m2烧结机、2座 8 m2球团竖炉、3台 60万 t链蓖机回转窑、8座 750～1880 m3高炉、9座 40～120 t转炉和 1座 50 t电炉及精炼炉。莱钢生产所产生的含铁除尘灰和灰泥 (下称除尘灰、泥 )主要集中在烧结、炼铁和炼钢三个工序 ,除老区 4座 40～50 t转炉仍沿用着湿法除尘外 ,其它全部采用干法除尘 ,主要除尘设备有重力除尘器、 电除尘器和布袋除尘器。莱钢一直重视节能减排和循环经济工作 ,对除尘灰、泥的利用方式不断改进 , 2007年累计利用除尘灰、 泥等废弃物 20余种 44万 t,取得了显著的经济和社会效益。但是 ,大量利用除尘灰、 泥所存在的问题正日益受到重视 ,并在积极采用新的处理技术。

1　莱钢除尘灰和灰泥的利用概况

莱钢除尘灰按照除尘设置的需要和性质 ,大致可分成两类:烟气除尘灰和环境除尘灰。烟气除尘是生产工艺过程所必须产生的 ,例如烧结机头高温烟气、高炉和转炉煤气系统的除尘 ,这类除尘灰是烟气除尘灰。环境除尘是为减少环境粉尘污染所设置的 ,例如原料装卸、转运等岗位的除尘 ,这类除尘灰是环境除尘灰。根据对两大类 15种主要除尘灰和灰泥的统计 ,莱钢除尘灰、泥产生量约 99 . 3万 t /年 ,约占钢产量的 9%。其中烟气除尘灰产生量约 34 . 4万 t /年,环境除尘灰 57 . 04万 t /年 ,转炉烟气湿法除尘灰泥 7 . 72万 t /年。莱钢除尘灰、 泥产生量及利用概况见表1。

一般来说 ,环境除尘灰是在常温下聚集的 ,其介质粉尘性质无大变化 ,比较好利用 ,对生产基本无危害。工艺除尘灰则是高温物化反应的产物,形成于高温之中 ,其理化性质发生变异 ,利用难度较大 ,对生产危害较大。

莱钢针对除尘灰、 泥品种多 ,数量大 ,性质差异大的问题 ,不断研究改进利用方法 ,通过采取分类处理 ,分区消化的处理方法 ,每年约有 94 . 89万 t除尘灰和灰泥回收利用 ,占总量的 95 . 7 % ,其中烧结利用 88 . 49万 t,竖炉球团4.0万t,链蓖机 -回转窑1.77万t,电炉 0.63万 t。

含铁除尘灰、 泥主要作为烧结原料回收利用 ,其中一部分是烧结工序自产的除尘灰 34.98万 t /年 ,直接在烧结内部循环参加配料 ,另一部分是原料、球团、炼铁、炼钢工序的除尘灰和灰泥 53.51万 t /年 ,送到原料场作为杂料 ,加湿后参与烧结场一次原料混匀配料后供烧结利用。

莱钢高炉煤气除尘全部采用了干法除尘 ,产生的一次除尘灰 (重力除尘器 )和二次除尘灰 (煤气净化布袋除尘器 )主要成分是铁和碳 ,全部返烧结作为烧结原料。

转炉煤气电除尘灰含铁量 50%以上 ,一次除尘(设备:蒸发冷却器 ,作用:除尘、降温)灰 (粒度较粗 )作为烧结原料 ,二次除尘 (除尘设备:静电除尘器 ,作用:除尘降温)灰 (粒度较细 )一部分作为烧结原料回收利用 ,一部分作为竖炉球团原料回收利用。作为球团原料配比控制在 5%以下对球团矿产质量指标影响不大 ,是可行的。

电炉除尘灰含铁量 60%以上 ,特钢厂利用自行研发的冷压块技术部分回收利用。

长期以来 ,莱钢大量除尘灰、 泥在烧结循环利用 ,存在着许多问题。一是除尘灰品种、数量多 ,成分复杂差异大 ,难以做到定量配料 ,造成烧结矿物化性能指标下降。二是除尘灰、泥烧结性能差 ,据莱钢等钢铁企业多年来的生产经验 ,烧结生产能力降低
3%左右。三是烟气除尘灰中 K、 Na、 Cl、 Zn等元素富集危害烧结炼铁生产 ,造成烧结台车糊篦条 ,风机叶片挂泥 ,除尘器效率降低 ,烟尘污染加重 ,设备维护量加大 ,高炉因有害元素富集而影响顺行和寿命甚至造成事故也是不乏先例的。四是除尘灰、 泥一直用敞车运输、 落地 ,在装、 卸现场及运输途中造成多次扬尘 ,污染环境。

相对于把除尘灰、 泥废弃 ,回收只是对资源的重复利用 ,大量除尘灰、泥的简单、低技术水平的循环利用要重新投入人工物料和能源 ,造成浪费 ,重复污染 ,势必降低生产效率。国外发达国家钢铁厂除尘灰、泥量约占其钢产量的 4%,我国约占 10% ,我国
钢铁产品质量差 ,生产能耗高 ,污染重的问题也是与此有关的。发达国家早已重视减排 ,所以指标先进。

2　 对除尘灰和污泥利用方式的探讨

在铁矿资源紧缺和环保治理压力日益加重的情况下 ,正确解决除尘灰、 泥利用问题显得尤为重要。当前 ,莱钢采用分类处理 ,分区消化 ,循环利用的方法是可行的。但是 ,技术水平不高 ,危害依然存在。学习借鉴国内外先进经验和成熟技术 ,结合莱钢具
体情况 ,对除尘灰、泥的利用方式逐步改造和采用新技术 ,提高利用水平势在必行。最初对除尘灰、泥大都对外处理或堆存 ,一部分直接在烧结配料利用 ,在建设原料场后又分流一部分在料场混匀后供烧结使用 ,这种方法工艺简单 ,应用普遍。后来针对难处理尘、泥采用湿法喷浆技术得到发展 ,对减少扬尘和稳定生产有好的效果。近几年随着含铁粉尘中有害元素富集的问题 ,开路处理方法正得到重视。

国内外处理除尘灰、泥的方法有多种 ,总的来说有两大途径 ,一是采用干法或湿法配入烧结料中进行烧结;二是进行造球 ,用于球团工艺当中。当前,用于烧结作原料仍然是主要途径。笔者认为 ,因除尘灰、 泥种类多 ,数量及特性差异大 ,不宜采取一种方法集中处理 ,而应针对不同种类的除尘灰和尘泥作具体分析 ,选择合适的方法分别处理。本文针对莱钢现状所讲到的方法 ,有的已行之有效 ,有的对现行方法进行改造 ,还有是可以采用的新技术。多种方法并举 ,一可减轻集中处理的难度 ,二可达到消除对烧结生产危害、有效利用、改善环境的目的。

2 . 1　 直接用于烧结生产

可以直接参加烧结配料。用好这一方法 ,有关岗位正确精心操作和密切配合是重要的 ,要求做到有序放灰 ,定量配加 ,均衡使用 ,也可以提前加水湿润改善其造球性能。优点:方法简单 ,处理成本低。缺点:对烧结生产造成一定的波动 ,影响烧结矿的产质量 ,有害元素仍在烧结内部循环。

随着环保和职业病危害防治、 高炉大型化对烧结矿高质量 (减少烧结矿生产波动 )的要求 ,烧结工序生产过程中产生的除尘灰使用的有效方式是环境除尘灰参与原料场混匀配料 ,烧结机头烟气除尘灰开路外运处理。

2 . 2　 在原料场混匀后用于烧结

高炉矿槽、 出铁场及球团竖炉环境除尘灰可通过在烧结工序前的原料场混匀后供烧结使用 ,但要对现有设施进行改造 ,采用全封闭接灰、 输送和加湿配加使用的工艺流程。在混匀料场增建密闭式配灰仓 ,除尘灰用吸排车运输 ,直接参加混匀配料。与现
行除尘灰在杂矿堆落地翻倒相比 ,一可全线密封 ,消除尘源 ,避免了斗车在装、 运、 卸过程中新的扬尘 ,改善了料场管理状况。二可实现定量配料 ,提高混匀料稳定率。

高炉煤气重力除尘灰含碳量高 ,粒度适中 ,早已成功用于烧结 ,在有害元素含量允许的条件下可以通过混匀配料后使用。

目前中国大量使用进口富矿粉 ,造成此类除尘灰的 K、Na、Zn、Cl含量较高 ,氯化物 (NaCl、KCZnCl)的蒸发和二次冷凝温度较低 ,只有 800～90℃,在烧结过程中产生蒸发、冷凝 ,再蒸发 ,再冷凝的循环富集和结晶 ,对烧结生产产生较多的危害。

2 . 3　 采用灰泥喷浆技术用于烧结

灰泥喷浆是把除尘干灰或灰泥调制成一定浓度的灰浆 ,再按一定配比加入到生产过程中进行利用的一种技术。

转炉烟气除尘灰、 泥处理难度大 ,在烧结采用灰泥喷浆是行之有效的好方法。在莱钢老区转炉煤气现有湿法除尘的情况下 ,其灰浆即可采用喷浆法直接加到烧结混合机或生石灰消化机中 ,作为混合机或消化机的添加水 ,这种方法在许多烧结厂已得到广泛应用。采用喷浆法可以克服炼钢厂和原料场处理转炉除尘灰、 泥所遇到的困难 ,减轻污染 ,生产效果比目前在混匀料场作铺底处理好。

在国内烧结厂实施的灰泥喷浆法有多种方案一是只喷炼钢除尘灰浆 ,用罐车或泥浆泵通过管道把灰浆送到烧结搅拌池 ,再经调节浓度 ,搅拌均匀后用泥浆泵打入一次混合机参与配料混合造球。二是把一部分干灰制成灰浆加入一次混合机中。三是把灰浆加入到烧结配料室生石灰消化机内 ,作为生石灰消化用水 ,生石灰得到充分消化。四是把干灰制浆后与炼钢灰泥同时加入混合机和生石灰消化机新兴铸管炼钢厂湿法除尘用焦化污水 ,灰浆通过管道输往烧结厂 ,使污水灰泥同时得到利用。上海宝钢是把炼钢的所有除尘灰、 污泥制浆后用管道打到烧结制浆池 ,搅拌过滤后用到烧结混合机加湿混合料。还有的厂利用多余蒸汽加热灰浆 ,采用喷热灰浆技术 ,起到了提高料温和消化速度的综合效果在球团厂 ,攀钢 10 m2球团竖炉利用转炉灰浆替代造球添加水 ,对改善和提高生球质量 ,降低膨润土消耗量起到显著作用。在工艺条件允许时 ,湿法喷浆与干法配灰相比具有一定的优越性 , ‘ 上述方式都取得了很好的效果。灰泥喷浆技术改造工艺简单 ,投资少 ,容易实施 ,效果显著。

2 . 4　 建立钢铁厂废弃物综合处理厂

就是把钢铁生产各个工序产生的废弃物如烧结烟气除尘灰、 高炉的重力除尘和煤气净化除尘灰、 转炉和电炉产生的干法除尘粗细灰、 转炉污泥、 轧钢污泥、 氧化铁皮等集中运至钢铁厂废弃物综合处理厂,进料仓通过加湿、 配料后生产出一种成份较稳定的含铁原料 ,作为烧结的一种含铁原料参与烧结的混匀配料 ,宝钢的干灰处理就是采用的此类方式。有的还生产出含铁球团料参与烧结配料。优点:产品成分稳定 ,环境改善效果好。缺点:各种有害元素仍在烧结和高炉大循环。

2 . 5　 采用转底炉技术

上述处理方法用于烧结 ,除尘灰、 泥仍然在工序内部循环 ,存在着有害元素的富集问题。莱钢各种粉尘的平均 Zn、 Pb含量分别为 1 . 1%、 0 . 3% ,烧结机头烟气除尘灰 K、 Na、Cl富集含量分别高达17 . 75%、 2 . 25%、 18 . 94%。有害元素的富集对钢铁生产危害大 ,应切断他们在生产系统内的循环。当前 ,采用转底炉开路处理钢铁冶金除尘灰、 泥是可行的技术。转底炉起源于钢坯环形加热炉 ,日本、美国等发达国家采用转底炉技术成功地解决了冶金粉尘高效综合利用的问题 ,该技术用于处理冶金粉尘可实现铁与钾、 钠、 锌、 铅、 氯的分离,生产金属化球团。日本新日铁的工业实践表明 ,转底炉处理除尘灰、泥 ,锌、 铅回收率达 90%以上 ,技术经济适宜的直接还原球团金属化率为 70%左右 ,可作为高炉炼铁的优质原料。

我国已掌握了用转底炉生产金属化球团的技术。转底炉直接还原的基本工艺是:将铁矿粉或除尘灰、 泥及含铁废弃物与煤粉按一定的配比配料 ,再添加适量粘结剂 ,经过混碾机混合 ,送进对辊压球机压制成含碳球团矿 ,然后经过烘干机去除水分 ,提高强度 ,通过振动布料机均匀地布在转底炉的炉底上。随着炉底的转动 ,含碳球团在炉内受到燃料燃烧的辐射传热,经过预热段和还原段 ,在 1 000～1 300 ℃左右的高温下还原 15～20 min完成金属化过程 ,还原生成的锌也同时被气化。在转底炉旋转一圈后金属化球团用螺旋出料机排出炉外 ,再经过冷却机冷却到 100 ℃ 以下 ,送进成品仓。转底炉可用煤气作燃料 ,高温废气从烟道引出 ,首先经过余热锅炉生产蒸汽 ,再进入换热器预热助燃空气 ,经过换热后的废气 ,再用于生球烘干 ,最后通过除尘器从烟囱排入大气。富集了锌的粉尘可回收作为锌冶金的原料。对含铁品位较低和有害杂质较高的除尘灰、泥进行预处理对转底炉高效生产是有利的。

我国转底炉技术发展较晚 ,大规模工业化应用技术和装备还有待研发。目前 ,莱钢与北科大合作进行的转底炉直接还原处理除尘灰、 泥项目将会在这一领域起到示范作用。

3　 结语

1) 含铁除尘灰、 泥主要作为烧结原料回收利用是可行的 ,但其负面影响正日益引起重视。针对不同除尘灰、 泥特性 ,分别采用烧结配料、 料场混匀、 灰泥喷浆、 转底炉技术进行处理 ,多种方法并举 ,可以化解处理的难度 ,达到节能减排 ,综合利用资源的目的。

2) 莱钢各种除尘灰、 泥的处理方式是都集中运至烧结工序消化利用。莱钢烧结厂采取分类处理,分区利用、 减量消化的方式使用 ,取得一定效果 ,但技术水平不高 ,环境污染严重 ,烧结、转炉、高炉产生的含有害元素和细粉状的烟气除尘灰、污泥对烧结
生产过程产生巨大危害。

3) 结合国内多种处理方式的分析和效果 ,各类环境类除尘灰可参与烧结混匀料的生产 ,烟气类除尘灰不能再进入烧结循环 ,可开路生产高炉、转炉或电炉的原料。