朱繼衡

安鋼綜合利用開發公司 安陽 455004

摘要：轉爐除塵灰作為鋼鐵生產過程中產生的主要含鐵固廢，其高效資源化利用是鋼鐵企業實現綠色低碳發展的關鍵環節。冷壓塊技術因其流程短、成本低、環境好等優勢，將成為實現除塵灰廠內循環利用的主流工藝。本文以提升冷壓塊產品質量為核心，系統闡述了轉爐除塵灰冷壓塊工藝的技術原理。結合安鋼15萬噸轉爐除塵灰冷壓塊項目的具體工業實踐，重點分析了基于實際除塵灰成分的原料配比優化、消解工藝控制、高效粘結劑選擇、高壓成型以及養護干燥制度等關鍵環節對冷壓塊質量及冶金性能的影響機制，并詳細評估了該技術的經濟效益與環境效益。最后，針對當前工藝中存在的挑戰，探討了技術優化方向，旨在為鋼鐵企業實現除塵灰高值化、規?；锰峁┘夹g理論與項目實踐于一體的參考。

關鍵詞：轉爐除塵灰；冷壓塊；質量控制；資源化利用；經濟效益

轉爐煉鋼過程中產生的大量除塵灰，富含鐵、鈣等有價元素，但同時也含有磷、硫、鋅鉀、鈉等有害雜質，且粒度細、易揚塵。以安鋼第二煉軋作業部為例，其年產600萬噸鋼的生產過程將產生約11-12萬噸各類除塵灰。傳統處理方式多為返回燒結工序，但存在流程長、運輸成本高，且鋅、鉀、鈉等有害元素在燒結-高爐系統內循環富集，嚴重影響高爐順行、增加工序能耗并帶來環保壓力?！吨腥A人民共和國環境保護稅法》規定，企業外排一般工業固體廢物需繳納25元/噸的環保稅，僅此一項，安鋼每年即需承擔約300萬元的潛在稅負。因此，實現除塵灰的廠內高效資源化利用，已成為鋼鐵企業綠色發展的迫切需求。冷壓塊技術通過物理壓制將除塵灰與粘結劑、骨料等制成具有一定強度和粒度的塊狀物料，直接返回轉爐作為冷卻劑或化渣劑使用，實現了含鐵塵泥的“短流程、小循環”，是當前最具應用前景的資源化路徑之一。

然而，冷壓塊產品的質量直接決定了其在轉爐內的使用效果、安全性和經濟效益。若強度不足，在運輸和加料過程中易粉化；若含水率過高，入爐易引噴濺事故；若有害元素控制不當，則長期使用仍會造成循環富集。因此，通過系統性的工藝技術調整與控制，生產出滿足轉爐冶煉要求的優質冷壓塊產品，成為該技術成功應用的核心。本文將從工藝原理、關鍵技術、并結合安鋼具體項目實踐及效益分析，對轉爐除塵灰冷壓塊的質量控制進行深入探討。

1.冷壓塊工藝原理、質量構成與原料特性

1.1 工藝原理與質量構成

冷壓塊工藝的本質是通過機械壓力與粘結劑的物理化學作用，在常溫下將松散的粉塵顆粒密實成型，生產出一定規格尺寸的壓塊。其質量核心由以下幾方面構成：

冷態機械強度：包括抗壓強度（通常要求≥10MPa）和落下強度（如1米高度跌落4次合格率≥90%），是保證產品在儲存、運輸及加料過程中不破碎的關鍵指標。

粒度與形狀：適宜的粒度（如安鋼項目設計為53x55x60mm）和規則形狀有助于冷壓塊順利穿過渣層進入鋼液熔池，避免被氣流帶走。

化學成分與有害元素：需控制鋅、鉛等有害元素的含量。安鋼各類除塵灰鋅含量差異顯著（0.21%-3.20%），需通過配料從源頭控制。

含水率：過高的水分會在轉爐內急劇汽化，引起噴濺，威脅安全生產，通常要求成品含水率低于3%。

熱態性能：指冷壓塊在轉爐高溫環境下的熔化速度、成渣特性等，直接影響其冶金效果。

1.2 安鋼轉爐除塵灰原料特性分析

安鋼第二煉軋作業部產生的除塵灰成分復雜，是工藝設計的基礎。其主要成分如下表1所示：

表1 安鋼二煉軋轉爐除塵灰主要成分

由此可見，不同源頭的除塵灰鐵含量、堿性氧化物（CaO）及有害元素（Zn）含量差異巨大。TFe含量在22.85%-67.97%之間波動，Zn含量在0.21%-3.20%之間，CaO含量在1.87%-35.71%之間。這種不均質性對后續的均化配料、消解工藝提出了嚴格要求。

2.質量控制的關鍵工藝技術及化學機理

2.1 原料預處理與協同配料

原料的性質是決定成品質量的基礎。針對安鋼除塵灰的特點，需進行如下預處理：

水分調節：對于含水率較高的污泥等，需先經過壓濾，將水分降至15%以內。

粒度級配與骨料添加：單一的除塵灰成型困難、強度低。安鋼項目設計配入約22%的氧化鐵皮（TFe 65-70%）和約4%的鋼渣精粉作為“骨料”。此舉一方面可改善物料級配，提高壓塊密度和強度；另一方面能顯著提高成品球的全鐵品位（TFe設計目標45-50%）。

有害元素協同控制：根據表1，可將高鋅灰（如三次除塵灰，Zn 3.20%）與低鋅灰（如混鐵爐除塵灰，Zn 0.21%）進行科學配伍，從源頭控制入爐鋅負荷。

2.2 消解工藝及其化學機理

此為控制冷壓塊后期粉化的核心工序。除塵灰中含有游離CaO（f-CaO），遇水發生強烈放熱反應：

CaO(s) + H?O(l) → Ca(OH)?(s) + 65.2 kJ/mol

該反應伴隨約一倍的體積膨脹。若在壓塊成型后發生，將產生巨大的內應力導致產品粉化。因此，必須設置專門的消解工序，在成型前讓f-CaO充分反應。

工藝要點：將混合原料加濕至含水率10%-15%，送入密閉消解間中消解8-12小時。此過程使f-CaO完全轉化為Ca(OH)?，物料穩定性大幅提高。安鋼項目采用消解間分區輪換作業，保證了除塵灰的充分消解和工藝的連續性。

技術前沿：行業正在探索“免消化”技術，其核心是開發能包裹f-CaO顆粒、抑制其與水接觸的新型粘結劑。

2.3 粘結劑選擇與高壓成型

粘結劑技術：粘結劑是賦予冷壓塊強度的關鍵。安鋼項目采用干粉與液態復合粘結劑系統。干粉粘結劑（年耗約1.5萬噸）通過稱量斗精確添加，液態粘結劑通過計量泵注入。發展趨勢是開發高效復合粘結劑，在保證強度（≥10MPa）的同時，降低添加比例（本項目設計為原料的5-8%）和成本。

高壓成型：成型壓力是決定壓塊初始密實度的直接因素。安鋼項目選用2臺JYM1280壓磚機，工作壓力可達20-50MPa。足夠的壓力使顆粒間緊密接觸，通過機械嚙合和粘結劑的橋聯作用形成強度。每個壓塊周期15-18秒，設計產能超過600噸/天。

2.4 養護干燥工藝優化

壓制成型的冷壓塊需通過養護干燥實現最終固化。

干燥工藝：安鋼項目采用烘干窯，利用120℃左右的熱風（由1.2MPa以上的飽和蒸汽通過換熱器提供）對含水半成品進行干燥，將含水率降至3%以下。此過程不僅去除了水分，也促進了部分粘結劑的最終固化。

節能設計：干燥熱源采用第二煉軋作業部余熱回收蒸汽，體現了循環經濟理念。

3.安鋼15萬噸/年項目工業實踐與綜合效益

3.1 全封閉自動化工藝流程

安鋼項目采用了先進的全封閉、自動化工藝流程，最大程度減少無組織排放：

原料（除塵灰、氧化鐵皮）→ 氣力輸送/汽車運輸 → 配料倉 → 加濕 → 消解倉（8-12h）→ 與粘結劑強力混合 → 高壓壓塊 → 烘干倉干燥 → 成品篩分（<8mm返料）→ 皮帶送入轉爐料倉。

該流程核心設備包括強力混合機、高壓壓磚機、蒸汽熱風烘干系統及高效的布袋除塵系統（出口濃度≤10mg/Nm³），實現了清潔生產。

3.2 產品質量控制與應用效果

通過上述工藝控制，項目設計產品質量指標為：抗壓強度≥10MPa，含水率<3%，落下強度合格率≥90%，粉化率(-8mm)≤10%。該產品直接通過皮帶輸送至轉爐煉鋼車間，作為冷卻劑和化渣劑使用，實現了“固廢不出廠”。

安鋼冷壓塊產品質量指標如下表2所示：

表2 安鋼除塵灰冷壓塊主要質量指標

冶煉效果：冷壓塊含有較高的鐵和鈣，可替代部分礦石和石灰，有助于改善轉爐前期成渣，縮短吹氧時間，提高金屬收得率，并對延長爐齡有益。

物流優化：原料除塵灰采用罐車輸送，成品通過皮帶運輸，解決了廠內道路揚塵問題。

3.3 經濟效益分析

項目建設采用“投資-建設-運營-移交”的合作模式。其直接經濟效益分析如下（按年處理12萬噸計）：

表3 單位冷壓塊成本與效益核算簡表

說明：

直接經濟效益：單位產品創效147.3元，年直接經濟效益1767.6萬元。

環保稅節?。憾沤^外排，年節省環保稅約300萬元。

協同效益：節省了原灰外委處置費用，避免了因固廢處置難題導致的停產風險，保障了主體生產順行。

3.4 環境與社會效益

項目實現了二煉軋除塵灰的100%內部循環，徹底消除了因灰場堆存或外委處置帶來的二次污染風險，環境效益顯著。同時，項目符合國家《“十四五”循環經濟發展規劃》和《固體廢物綜合治理行動計劃》的要求，為鋼鐵行業綠色轉型提供了可復制的工程范例，社會效益突出。

4.存在問題與未來技術展望

盡管安鋼項目取得了成功，但該技術仍面臨普遍性挑戰：

強度穩定性控制：原料成分的波動仍會影響批次強度的均一性。

對策：引入在線原料檢測與自動配料反饋系統，實現智能化精準控制。

鋅元素長期平衡：盡管通過配料進行了控制，但鋅仍在煉鋼系統內閉路循環，長期看仍需出路。

對策：未來可結合廠區條件，探索將一部分高鋅除塵灰分流至有價元素提取生產線，或研發在冷壓塊生產過程中同步脫鋅的工藝。

工藝流程能耗優化：消解和烘干工序能耗較高。

對策：研發新型低溫高效粘結劑和快速養護技術，目標是縮短甚至取消消解與烘干工序，向更短流程、更低能耗的“干法壓塊”工藝發展。

5. 結論

轉爐除塵灰冷壓塊技術是實現鋼鐵固廢高效資源化、發展循環經濟的成熟可靠路徑。安鋼15萬噸轉爐除塵灰冷壓塊項目的工業實踐表明，通過精細化配料調控有害元素、強制消解消除f-CaO膨脹隱患、高壓成型結合復合粘結劑保障強度、以及余熱干燥控制水分，可以穩定生產出完全滿足轉爐冶煉要求的優質冷壓塊產品。

該技術成功實現了環保效益、經濟效益與生產效益的統一：徹底解決固廢處置難題，避免環保稅；每噸產品創造直接經濟效益147.3元，并節省外部處置費用；同時，作為優質冶金物料回用，促進了煉鋼過程的順行與降耗。

展望未來，轉爐除塵灰冷壓塊技術將向智能化控制、短流程低能耗、及與有價元素提取協同的方向持續發展，為鋼鐵工業的低碳綠色轉型提供更為堅實的技術支撐。