一、研究的背景與問(wèn)題

鋼鐵工業(yè)是典型的高排放和高能耗工業(yè)，我國(guó)鋼鐵碳排放占全國(guó)總碳排放的15%，占全球鋼鐵工業(yè)碳排總量的60%以上，鋼鐵能耗占全國(guó)能源消費(fèi)總量的11%[1, 2]。作為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的重要工序，燒結(jié)為高爐提供65%～80%的含鐵原料；它約占鋼鐵總能耗的10~15%，其中75%～80%為固體化石燃料消耗；它產(chǎn)生煙氣排放量大，占鋼鐵總排放量的一半以上，其中燒結(jié)煙氣中含有30％以上的SO2、NOx、二噁英、重金屬和其它有害物質(zhì)[1, 3-5]。

鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)品種類(lèi)多、產(chǎn)量大、成分雜、處理難，對(duì)環(huán)境影響十分突出。返礦是鋼鐵工業(yè)中一種典型的副產(chǎn)品，是燒結(jié)作業(yè)中無(wú)法避免的產(chǎn)物，粒度一般在5mm以下，塊礦少粉礦多。目前國(guó)內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)是將返礦返回?zé)Y(jié)配料，生產(chǎn)實(shí)踐中有30%～45%返礦會(huì)進(jìn)入燒結(jié)系統(tǒng)循環(huán)再燒。既浪費(fèi)人力、物力，又浪費(fèi)能源，返礦量過(guò)多會(huì)影響燒結(jié)過(guò)程控制，燒結(jié)礦強(qiáng)度差，造成燒結(jié)生產(chǎn)惡性循環(huán)，煉鐵成本上升[6]。因此，回收和利用好燒結(jié)返礦對(duì)鋼鐵企業(yè)提高資源利用水平、減少礦產(chǎn)資源的開(kāi)采、釋放煉鐵原料供給壓力、減少污染物排放量具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

冷壓球團(tuán)因其制備工藝無(wú)高溫處理過(guò)程、能顯著減少能耗和降低污染、可吸納部分冶金固廢、充分利用二次含鐵原料，同時(shí)具有流程簡(jiǎn)單和投資少等優(yōu)點(diǎn)，成為冶金固廢處理和新型爐料制備的關(guān)注熱點(diǎn)[7]?；诖?，將返礦高效利用、固廢協(xié)同運(yùn)用與冷壓球團(tuán)有效銜接，形成與高爐運(yùn)用相適配的返礦冷壓球團(tuán)技術(shù)，發(fā)揮更大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，則是推動(dòng)鋼鐵企業(yè)降碳增效的重要路徑[8]。

二、解決問(wèn)題的思路與技術(shù)方案

1、技術(shù)思路

以返礦為主要原料，按比例添加鐵精粉、鋼渣等其它含鐵原料進(jìn)行配料，隨后將獨(dú)家粘合劑、水加入其中，混合均勻后便可壓制成型，將壓好的濕球送入專(zhuān)業(yè)烘干設(shè)備進(jìn)行脫除水分處理。以上步驟獲得的返礦冷壓球團(tuán)性能良好，它被轉(zhuǎn)運(yùn)至倉(cāng)儲(chǔ)車(chē)間儲(chǔ)存、被送往高爐或是轉(zhuǎn)爐冶煉。

2、固結(jié)機(jī)理

利用外力破壞模具中由燒結(jié)返礦、鐵精粉等粉料顆粒之間的摩擦力和機(jī)械咬合力形成的“拱橋效應(yīng)”，使原料中各顆粒向著自己有利方向移動(dòng)，重新排列，充實(shí)粉料顆粒之間的孔隙致使其逐漸密實(shí)化，在特研粘合劑的作用下，大顆粒被小顆粒包裹粘結(jié)、聯(lián)結(jié)從而成型成塊。在200°C溫度下進(jìn)行干燥，過(guò)程中產(chǎn)生新的物相并將返礦顆粒和其它粉料顆粒粘接在一起。主要影響因素：1）物料基礎(chǔ)特性；2）粘合劑性能；3）混碾時(shí)長(zhǎng)；4）干燥固結(jié)方式。

3、技術(shù)路線圖

如圖1所示，該路線主要包括配料、混料、壓球、烘干、倉(cāng)儲(chǔ)等幾個(gè)環(huán)節(jié)。

 圖1  返礦冷壓球團(tuán)技術(shù)路線

性能指標(biāo)：

1）TFe≥50%；

2）熱爆裂指數(shù)DI-6.3≤10%，低溫還原粉化指RDI+3.15≥65%，還原膨脹指數(shù)≤20%；

3）常溫下球團(tuán)強(qiáng)度≥2500N/個(gè)，水分≤2%；

4）特研粘合劑性能穩(wěn)定，產(chǎn)品外形規(guī)則，粒度均勻。

三、創(chuàng)新性新進(jìn)展

1、開(kāi)發(fā)了返礦冷壓球團(tuán)技術(shù)，不但在國(guó)內(nèi)中小高爐中投入運(yùn)用，而且產(chǎn)品在煉鐵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)；

2、首次把返礦作為煉鐵原料，獨(dú)辟新境地綜合利用返礦以及鋼渣、污泥等鋼鐵廠固廢資源；

3、研發(fā)了與返礦冷壓球團(tuán)相匹配的烘干設(shè)備；研制了該工藝需要的多元復(fù)合型粘合劑；

4、生產(chǎn)中可協(xié)同處理部分其它冶金固廢，回收有價(jià)元素；

四、應(yīng)用情況與效果

1、返礦冷壓球團(tuán)技術(shù)應(yīng)用情況

返礦冷壓球團(tuán)技術(shù)自2018年在漢鋼集團(tuán)首次投入實(shí)用后，陸續(xù)在酒鋼榆鋼、略陽(yáng)鋼廠投入應(yīng)用，經(jīng)過(guò)4年多時(shí)間生產(chǎn)實(shí)踐和技術(shù)發(fā)展，該技術(shù)不但十分成熟、可靠，而且效果好、安全性高。

表1  重慶臻焱燒結(jié)返礦冷壓球團(tuán)應(yīng)用現(xiàn)狀

表1展示了重慶臻焱在國(guó)內(nèi)已經(jīng)投用的3條生產(chǎn)線有關(guān)情況，返礦冷造球不但可以應(yīng)用在大高爐（2800m3），還具有高達(dá)15%入爐爐料比例。另外，除了表1中三家單位應(yīng)用之外，全國(guó)多家鋼鐵企業(yè)正在開(kāi)展該項(xiàng)目。和燒結(jié)礦、球團(tuán)礦相比，返礦冷壓球團(tuán)不需要高溫?zé)Y(jié)或焙燒，具有以下特點(diǎn)[9, 10]：1）成品顆粒大小均勻，不需再做整粒處理；2）適用于粉料成型，對(duì)原料的粒徑范圍要求很寬；3）具有增加燒結(jié)產(chǎn)量、提高高爐熟料率、低碳節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。

2、高爐使用返礦冷壓球團(tuán)生產(chǎn)實(shí)踐效果

從表2（2800m3高爐）運(yùn)行指標(biāo)上看，使用返礦冷壓球團(tuán)期間，隨著返礦冷壓球團(tuán)比例增加，不但產(chǎn)量增加，綜合焦比降低，而且鐵水溫度有所升高，富氧率也隨著升高。此外，高爐料柱透氣性有不同程度改善。

表2  2800m3高爐使用返礦冷壓球團(tuán)后的部分指標(biāo)

3、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

（1）降耗減排方面：2021年中鋼協(xié)會(huì)員單位燒結(jié)工序能耗48.50 kgce/t [11]，相比之下，返礦冷壓球可節(jié)約36kgce/t，降低能耗70％以上。

（2）經(jīng)濟(jì)效益方面

根據(jù)應(yīng)用單位的歷史數(shù)據(jù)，使用返礦冷壓球團(tuán)配比達(dá)到13%左右時(shí)，生鐵直接成本降低12元/t，間接成本降低約36元/t。因此使用該產(chǎn)品不但能夠有效降低生產(chǎn)成本，而且增加鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

（3）綜合效益方面

返礦冷壓球團(tuán)技術(shù)不但減少循環(huán)復(fù)燒，釋放燒結(jié)能力，緩解燒結(jié)生產(chǎn)壓力；有利于提高燒結(jié)礦質(zhì)量和品位，改善燒結(jié)礦冶金性能，而且也有助于調(diào)整高爐原料架構(gòu)、調(diào)節(jié)爐內(nèi)堿度和穩(wěn)定爐況等。

該成果擁有“冷壓球團(tuán)復(fù)合粘合劑及其制備方法”、“低能耗冷壓球團(tuán)及其制備方法”、“高強(qiáng)度冷壓球團(tuán)成球機(jī)”等近30余項(xiàng)專(zhuān)利。聯(lián)合寶鋼股份、上海大學(xué)、冶金規(guī)劃院等單位，制定了《燒結(jié)返礦復(fù)合冷固結(jié)球團(tuán)》、《冶金塵泥冷固結(jié)球團(tuán)》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。努力把冷壓球團(tuán)做成平行于燒結(jié)、球團(tuán)的第三種造塊技術(shù)。擁有完備的冶金固廢利用核心技術(shù)體系，具備技術(shù)研發(fā)、運(yùn)用和生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)全鏈條服務(wù)能力。該技術(shù)已經(jīng)推廣到除塵灰、污泥、鋼渣、焦粉等其它需要粉料造塊的領(lǐng)域。

信息來(lái)源：上海大學(xué)、重慶臻焱節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?/p>

參考文獻(xiàn)：

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