以除尘灰、返矿为铺底料,以脱硫石膏代替生石灰作溶剂的烧结工艺在龙钢400m2烧结机上的试验研究

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摘 要：文章结合龙钢公司烧结厂的特点，提出了以除尘灰、返矿为烧结铺底料，以脱硫石膏代替生石灰作溶剂的烧结工艺在龙钢400平方米烧结机上的实验研究，尽管未能进行工业化的实验，但是此工艺涉及到的理论创新以及将脱硫石膏变废为宝的思路很重要，值得同行研究和进一步探索。

关键词：除尘灰；返矿；铺底料；脱硫石膏；生石灰；熔剂

前言

随着2014年对标工作和降本增效工作的实施和考核，作为一名技术员深感约成本的重要意义，虽然创效困难程度很大，但是如何能够大幅度的降低成本，除了管理到位，我坚信依靠改变工艺和原材料将是最佳途径，作为一名老烧结技术员，当看到除尘灰在运输生产过程中、下料堵仓过程中产生的诸多不利因素和造成现场环境的二次污染以及给岗位工造成的巨大劳动强度后，我想到了型煤工艺，结合其他厂家的先进设备，我想将除尘灰、烧结矿返矿再粉碎后再惨加一些如焦沫、无烟煤等物质后，让其在一定的型煤设备上高压下就能造出直径30-40毫米左右的球状体，大家知道除尘灰、返矿在一定程度上是烧熟了的小粒度烧结矿，若将其做为铺底料，对生成的烧结矿成品质量影响不大，但是产量肯定是增加的，所以想采用除尘灰、返矿做铺底料工艺；另一方面，自从2013年我们龙钢烧结厂有了脱硫工艺后，每日就能产出200-300吨的脱硫石膏，而这些脱硫石膏被当作垃圾处理给环保公司，每车还需付装运费150元。根据自己多年的经验，我知道石膏的成分主要是二水硫酸钙，而二水硫酸钙在1400℃下加热就会产生出氧化钙和二氧化硫，在烧结工艺条件下，大约1250℃石膏就会分解成氧化钙和二氧化硫，大家知道：二氧化硫有95%被燃烧释放变成三氧化硫，随烟气排出，剩下的氧化钙就是我们理想的熔剂生石灰的主要成分。

一个大胆的设想用石膏替代生石灰的工艺就在我的脑子里成型，经过自己多次的私下制作的简易实验装备，用我们现用的混匀矿，加入一定的石膏配比，再经过制粒混匀，终于在台车上烧制出了碱度为1.97的54.5%的全铁品位烧结矿。虽然粒度组成中大于16毫米以上的比例较少仅占56-42%，转鼓强度仅达到58-75%，今后还需要继续探求更高烧结矿工艺技术指标。

1 理论、实践依据

大家知道：压球机主要用于有色和黑色金属矿粉的制球造块，使其直接进炉冶炼，提高附加值。凡是冶金行业废料，辅料需上炉的，都需要用压球机来完成。例如：郑州威力特机械设备有限公司研发生产的型煤压球机、干粉压球机、脱硫石膏压球机等压球机系列产品技术先进、质量可靠、一机多用。同时具有成型压力大、主机转数可调、结构紧凑、便于维修、配有螺旋送料装置特点。适合大、中、小型企业建立具有一定生产规模的生产线。

成功案例：冶金企业把粉状物料压成球团，回炉冶炼，扩大了物料的使用范围；耐火材料企业把粉料压成球团，煅烧后提高了物料的纯度；化肥企业利用粉煤压成球团制造气型煤，达到降耗增收；这些都是各类企业利用球团技术的范例。样品球如图1。

结论：综上所述，可见将除尘灰、返矿压制成20-40mm球状体是可行的。

2 将脱硫石膏烧制成生石灰的理论研究

2.1 脱硫石膏介绍

脱硫石膏是烟气脱硫中石灰石粉末与二氧化硫反应产生的工业副产物，主要成分是二水硫酸钙，其特点是：纯度高、成分稳定、粒度小、粉状、游离水约12-17%，颗粒大小、粒径分布均匀，级配较差，标稠用水量大，含有一定量的碳酸钙和较多的水溶性盐，根据燃烧的煤种和烟气除尘效果的不同，脱硫石膏从外观上呈现不同的颜色，一般我们视角看到的都是灰黄色或灰白色，质量优良的脱硫石膏是纯白颜色。但实际呈现的是灰色、黄色、灰褐色、红褐色等。

粉状脱硫石膏在运输和生产中有诸多不便，由于其含水分比较大，运输成本高，其次也是最主要问题，湿基脱硫石膏粘结性强，直接生产线上应用很容易粘堵输送装置、料斗、球磨机，无法正常生产。若能把湿基脱硫石膏成球、烘干就可以解决以上问题。

2.2 将脱硫石膏制成球状体不成问题

2.2.1 脱硫石膏压球机简介

根据石膏性能，巩义市曙光机械厂已开发出新型高效节能压球机，产量在5～30吨/时，脱硫石膏压球机能将脱硫石膏粉末一次性压制成球，产量大、成球率高。该设备能将脱硫石膏粉末，在不需要添加任何粘合剂情况下一次性压制成球，且成球率在95%以上，压出来的球硬度很强，搬运装卸不宜破碎。

2.2.2 脱硫石膏压球机工作原理

脱硫石膏压球机成型机的主要机型是对辊成型机（人们常说的压球机），它有一对轴线相互平行、直径相同、彼此间有一定间隙的圆柱形型轮，型轮上有许多形状和大小相同、排列规则的半球窝，型轮是成型机主部件。在电动机的驱动下，两个型轮以相同速度、相反方向转动，当物料落人两型轮之间在结合处开始受压，此时原料在相应两球窝之间产生体积压缩；型轮连续转动，球窝逐渐闭合，成型压力逐渐增大当转动到两个球窝距离最小时成型压力达到最大。然后型轮转动使球窝逐渐分离，成型压力随着迅速减小。当成型压力减至零之前，压制成的脱硫石膏就开始膨胀脱离。

2.2.3 脱硫石膏在生产上的应用可能性

龙钢有155m3石灰竖窑5座，如果将脱硫石膏当做30-40mm的石灰石放在

155m3石灰竖窑上进行煅烧（窑体设计上需要增加一套烟气脱硫设施、温度需要提高到石膏分解温度范围内），这样一来，用石膏完全可以生产出替代品石膏灰，成分含量理论上应差别不大。考虑到脱硫石膏负成本，那么用石膏灰替代生石灰（300元/吨），其理论效益相当可观。

3 从专家、教授发表的学术论文看石膏加热分解成生石灰氧化钙也是可行的

3.1 上海华东理工大学著名教授高玲、唐黎华等教授联名发表过论文《不同气氛下硫酸钙高温分解热力学分析》，在此文中明显指出在氧化气氛下，温度达到1700℃，硫酸钙很难分解，但在石墨弱还原气氛下、氢气气氛下硫酸钙的起始温度均低于1000℃。特别是在氢气气氛下，硫酸钙完全分解的最高温度不超过1300℃，再加压条件下44分钟后就可100%转化分解。

3.2 教授卢平、章静在论文《脱硫石膏还原分解特性的实验研究》中提出了850-1050℃硫酸钙分解的可行性。

3.3 教授韩翔宇、陈浩侃、李保庆联名在论文《硫酸钙氢气气氛下的热重研究》中指出在氢气气氛下、加压条件下1000℃以前，硫酸钙分解出的产物主要是硫化钙，1000℃以后，硫酸钙和硫化钙之间发生固相反应会生成氧化钙。

4 作者的实验过程

总结以上所述，在理论上和实践上，前辈们都给我们指明了方向，经过多次努力，做了实验如下：

4.1 将石膏用一定的简易设备加压将其压制成型为20-40毫米的石膏半球-球体（此设备及工艺已经成熟应用在河南、山东等地）；

4.2 将其放在实验室的马弗炉中进行烧灰实验，经过多次的温度控制和加入一定的催化剂气体，最终在适当的温度下终于烧成了氧化钙含量为40%的熟石灰（其成分和生石灰的基本一样）。

4.3 用现场的含铁混匀矿垛料，加上多次设置的配比制成烧结混合样，在经过人工混匀制粒后，将其200kg放到400m2台车上布料、调温，经过多次操作终于在台车上烧制出了碱度为1.97的全铁品位为54.5%的烧结矿（其他成分基本符合要求，除过硫含量3.0%）。这样从理论到实践上证明了所想的工艺的可行性。兴奋之余，作者将想法告诉现任的上级技术领导：科长、调度长、技术厂长，希望得到他们的支持和进行下一步较大规模的实践，却被他们以不成熟搁浅了，实践到此为止。

4.4 思考

4.4.1 实验做出的含硫3.0%的烧结矿成品样，对炼铁生产来讲是不符合生产需要的，在实验条件下，其烧结矿中的硫还未能完全分解掉，在化验室中烧成的氧化钙只有40%这一点可以证明还未烧透，或者还只是半成品硫化钙，只有当氧化钙含量化验数据在80%左右时才算试验成功。故还需要做进一步的实验研究；

4.4.2 当采用石膏大量替代生石灰后，龙钢烧结烟气脱硫系统中的二氧化硫含量将不再是1500-2000mg/m3，有可能增加到3000-5000mg/m3，这将会增加脱硫设备的负货。

5 结束语

（1）用除尘灰、返矿制作成20-40mm的铺底料这一工艺，本身就是一大胆创新，完善它并将其应用于烧结工艺中很有现实意义：增加产量、变粉为块，增强烧 结透气性、降低成本，这一点领导是认同的，但需要增加新设备投资，然而在可行性操作实验上，分厂领导不支持，使得计划只得停留。

（2）用石膏部分代替或全部代替生石灰工艺更是一次革命：因为石膏没成本、粒度满足混合料要求、且水分适中。而生石灰的市场价在300元以上。按每月消耗现在665m2烧结机产能需要生石灰84000吨计算，年节约在3亿余元以上；从环保角度讲，变废为宝，还能减少生石灰的制造、拉运方面的人、财、物的投资消耗，其社会效益将会更加巨大；石膏替代生石灰在烧结工艺中还可减少给配料环境造成的污染。由于我厂还未能将石膏沫状变成球状体、在石灰窑上烧制出石膏灰的现实，加上我厂领导还担心混合料的温度有所下降以及用此新工艺不成熟有风险。虽然我坚持解释到：生石灰理论上能提高料温10-15℃，实际上能提高10℃左右 ，就按10℃的热量我们完全可以用增加焦沫配比1-2%来彻底解决料温问题，再综合计算成本，烧结矿的成本还可再降50元以上，其效益也是相当可观的；

（3）考虑到此工艺若能够被推广或普及到全社会，这将是一次工业化革命，其意义将不可估量。非常期待看到或得到全社会各行专家教授关于此工艺方面的更工业化的实验研究结果，更希望同行们对分析研究给予批评指正和提出宝贵意见。

参考文献

[1]高玲，唐黎华，等.不同气氛下硫酸钙高温分解热力学分析[A].上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集[C].2010.

[2]卢平，章静.脱硫石膏还原分解特性的试验研究[J].动力工程学报，2012（3）.

[3]韩翔宇，陈浩侃，李保庆. 硫酸钙氢气气氛下的热重研究[J].煤炭转化，2000，23（2）.