科技新进展：基于多源固废协同利用的烧结稳质增效技术研究与应用

一、研究的背景与问题

本项目始于2018年。彼时，随着国家环保政策日趋严格及钢铁行业绿色低碳转型发展内在要求，冶金固废的高效循环利用已成为制约钢铁企业可持续发展的关键瓶颈。首钢集团在推进京唐基地二期工程投产及全流程工艺优化过程中，冶金固废产生量激增约50%，年新增固废超百万吨。传统处置方式以堆存或外售为主，不仅占用大量土地资源、存在环境风险，更造成铁、钙、碳等有价元素的严重浪费。同时，固废因成分波动大、有害元素富集、粒度不均及高温冶金性能与常规铁矿石差异显著，导致烧结矿质量波动，严重制约了高比例固废回用。

当时，首钢烧结工序固废单耗仅为60kg/t，远低于理论可利用潜力。因此，亟需攻克固废在烧结——炼钢全流程中的高效、稳定、高值化协同利用技术，实现“以废代矿、以废代熔剂”的目标，支撑企业降本增效与绿色制造。从国内外技术现状看，2018年前后，日本新日铁、JFE等企业已开展含铁尘泥造块回用研究，但多集中于球团或冷固结工艺，烧结中固废配比普遍控制在30–50kg/t以内；国内宝武、鞍钢等虽在固废分类与预处理方面有所探索，但缺乏针对高碱度烧结条件下多源固废协同配加的系统性理论与工程实践，尤其在极高碱度（R>3.0）烧结生产功能性材料（如炼钢冷却剂）方面尚属空白。既有技术普遍存在三大不足：一是固废反应活性评价体系缺失，配加盲目；二是有害元素累积与烧结过程稳定性难以兼顾；三是铁前与炼钢工序割裂，未形成跨工序协同消纳路径。

二、解决问题的思路与技术方案

项目总体技术思路如下：

图1 项目总体技术思路

项目以创新固废消纳新模式、保障主流程顺稳生产为主要目标，围绕冶金固废在钢铁生产流程内合理高效利用、提高固废使用比例、稳定烧结矿质量开展技术研究。项目主要研究内容：

（1）开展了烧结用固废基础物性特征的研究，以铁矿石烧结对物料要求的角度，确定了不同种类的固废在烧结过程中的作用机理以及对烧结过程和烧结矿质量的影响，提出了多维度固废性能评价体系。

（2）围绕烧结过程固废配加对烧结矿有害元素和产质量的影响，开展了固废中有害元素脱除规律研究，在此基础上开发了兼顾有害元素控制的优化配矿模型，提出了高固废比模式下的烧结矿有害元素控制策略。

（3）围绕钾、钠、锌等有害元素含量的固废资源利用，开展了烧结法生产极高碱度炼钢冷却剂研究，提出了基于液相调控的高钙基炼钢冷却剂组分优化策略，首次开发了高比例OG泥及LT灰稳定生产极高碱度炼钢冷却剂的技术。

（4）围绕高固废比模式下烧结矿质量稳定，开展了均质化料生产技术和大型料场混匀矿堆积技术研究以及烧结机布料偏析控制技术研究，解决了高固废比模式下烧结稳定高效生产技术难题，改善了烧结过程。

三、主要创新性成果

1、揭示了多源固废在烧结过程的反应机理。明晰了固废中含钙矿物和含铁矿物的赋存形态及其对烧结液相生成的影响，建立了多源固废CaO在烧结过程中反应能力测试方法和多维度评价体系。

2、开发了烧结消纳多源固废技术。构建了兼顾有害元素控制的优化配矿模型，通过动态调整烧结固废配加种类和比例，开发了高固废比模式下混匀料堆均匀堆积技术和烧结机横向差异化压料技术，保障了大型烧结机高固废比条件下的稳定生产，烧结固废总单耗由138%，入炉碱负荷、锌负荷整体降低。

图2 兼顾有害元素控制的烧结优化配矿模型开发

3、开发了烧结生产固废基炼钢冷却剂技术。开辟了铁前和炼钢协同消纳固废新路径，生产出极高碱度（R>3.0）固废基炼钢冷却剂，生产中固废配比最高达到100%，使得炼钢生石灰消耗下降4.8%。

四、应用情况与效果

通过开展基于多源固废协同利用的烧结稳质增效技术研究，项目成果成功应用于首钢京唐公司2台500m²大型烧结机，在京唐应用取得显著效果后，又将项目成果推广应用到首钢股份公司2台360m²中型烧结机。

项目在实施后烧结中固废配加量大幅度提高。京唐公司烧结中含铁固废单耗增幅达78.96%，总固废单耗增幅达93.87%；股份公司烧结中含铁固废单耗增幅达到23.34%，总固废单耗增幅达到38.48%。烧结矿质量明显改善，京唐公司烧结FeO±0.5稳定率提高约20个百分点，低温还原粉化指数提高约8个百分点；股份公司烧结矿平均粒径提高11.8%，烧结矿中FeO含量得到有效降低，取得了很好的应用效果，近3年来累计实现经济效益超5.6亿元。

信息来源：首钢集团有限公司技术研究院