論用轉(zhuǎn)底爐法對鋼鐵廠塵泥的處理
摘要:針對鋼鐵生產(chǎn)工序中大量的粉塵污泥，提出了用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐爐綜合處理的方法。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)底爐法 塵泥 處理
1 引言
在鋼鐵生產(chǎn)各工序中，均有大量的粉塵，污泥產(chǎn)生，其主要品種有：高爐煤氣干法除塵灰、高爐煤氣濕法洗滌污泥、轉(zhuǎn)爐污泥、電爐除塵灰，以及各工序的崗位環(huán)境除塵中捕集的含鐵粉塵，其總量要占到企業(yè)鋼產(chǎn)量的4－7％。因此，對一個(gè)大型鋼鐵企業(yè)而言，其數(shù)量是十分驚人的，均有幾十萬噸。如何處理這部份塵泥，已是企業(yè)節(jié)能減排發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)行清潔化生產(chǎn)的一個(gè)重要課題。屬國家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域。
高爐塵泥中主要含鐵、碳，一般還含鋅、鉛等有害原素，具體的與進(jìn)入高爐的原料、冶煉的鋼種有關(guān)。電爐除塵灰中除含鐵外，還含有鋅、鉛、鉻、鎳等金屬元素。從1976年起美國環(huán)保機(jī)構(gòu)（EPA）將此類塵泥，均劃為有毒固體廢料，1988年開始，該粉塵被禁止以傳統(tǒng)的方式填埋、棄置，必須對其中的鋅、鉛進(jìn)行回收或鈍化處理后，方可填埋。繼美國之后，西方各國及日本、韓國等都制定了類似的法律。
在我國，早年的塵泥也是棄之而填埋的，而后也有將塵泥直接配入燒結(jié)原料中，循環(huán)使用，也有用煉鋼塵泥為原料作成冷固球團(tuán)而作為煉鋼冷卻料用的。但是配入燒結(jié)料中的塵泥由于其粒度細(xì)，會大大影響燒結(jié)料層的透氣性，也會影響燒結(jié)礦的強(qiáng)度，同時(shí)塵泥中的鋅鉛等易揮發(fā)元素，還會在高爐內(nèi)循環(huán)富集，導(dǎo)致高爐煤氣中的鋅含量不斷上升而在高爐上部結(jié)瘤，煤氣管道堵塞，影響高爐的順行。而加入煉鋼中的塵泥球團(tuán)也很難得到好的效果。因此，近年來國內(nèi)對此，也在不斷地尋求新的方法，轉(zhuǎn)底爐直接還原法處理塵泥就是一項(xiàng)較為理想的新工藝。
2 轉(zhuǎn)底爐工藝
筆者所在的江蘇省冶金設(shè)計(jì)院有限公司近期設(shè)計(jì)的某鋼廠塵泥綜合處理項(xiàng)目，采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝，其主要流程從原燃料的接受至成品輸出為止，其工序包括：原料接受、燃料破碎、混勻、冷壓球及篩分、生球烘干、干球篩分、布料、轉(zhuǎn)底爐的焙燒、熱壓塊、成品冷卻、成品輸出，氧化鋅回收。
2.1原料接受
接受的原料主要分為兩類，一類是高爐污泥、精礦粉，該部分貯運(yùn)過程中不會產(chǎn)生揚(yáng)塵，所以采用自卸汽車直接卸入受料槽的方式。另一類為各種干法除塵捕集的除塵灰，這類粉塵粒度細(xì)，易揚(yáng)塵，所以全部采用氣力輸送或吸壓罐車運(yùn)送密閉倉貯存，從而防止二次污染。
2.2冷壓球及篩分
經(jīng)配料混勻后的原料，經(jīng)過高壓壓球機(jī)壓制出規(guī)定尺寸的生球，再經(jīng)輥篩篩除粉末與碎球，送入下道烘干工序。在這個(gè)工序中，經(jīng)過多次試驗(yàn)證明，影響其成球率與生球強(qiáng)度的因素主要有：a混合料中各種配入料的種類、粒度及成份b、選擇合適的粘接劑；c、合適的粘接劑添加量；d、壓球機(jī)的壓力；e、混合料合適的水分。
這些因素是交互作用的，試驗(yàn)結(jié)果證明，不同的粉塵及配比，合適的參數(shù)是不一樣的。
2.3烘干及篩分
在設(shè)計(jì)工程中，我們采用鏈篦機(jī)對生球進(jìn)行烘干，但是這種烘干流程有別于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯氧化球團(tuán)生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)中主要考慮了三個(gè)特點(diǎn)：a、對于不同的粉塵配比及精礦粉加入比例不同，試驗(yàn)證明其烘干速率有較大的差別；b、壓制球的規(guī)格要大于通常的氧化球尺寸，因此，它的水分?jǐn)U散及熱傳遞過程要差于氧化球團(tuán)；c、由于混合料中配入了一定比例的燃料，因此干燥介質(zhì)的溫度不宜過高，必須控制在350℃以下，這也要延長烘干時(shí)間。
經(jīng)烘干后的干球再經(jīng)圓輥篩篩除碎球后送往轉(zhuǎn)底爐，篩下物返回使用。
2.4轉(zhuǎn)底爐直接還原
轉(zhuǎn)底爐的工藝過程為：裝料—加熱升溫—還原—冷卻—出料。
由于轉(zhuǎn)底爐的內(nèi)外圈周長不一，因此為了保持在爐床上布料厚度一致，其實(shí)際內(nèi)外圈的布料量是不一致的。這與筆者以往設(shè)計(jì)的環(huán)型燒結(jié)機(jī)一樣，必須采取相應(yīng)措施。
爐料在轉(zhuǎn)底爐中經(jīng)歷預(yù)熱還原區(qū)、加熱還原區(qū)、高溫還原區(qū)、控制還原區(qū)、冷卻區(qū)和出料區(qū)，完成了還原過程排出后的熱料經(jīng)熱壓冷卻后，作為成品輸出。
工程中采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蓄熱式轉(zhuǎn)底爐技術(shù)，燃料采用低熱值煤氣，打破了目前國外直接還原轉(zhuǎn)底爐必須使用天然氣等高熱值燃料的常規(guī)，使之適合中國國情。
2.5氧化鋅回收
由于所用原料為鋼鐵廠的塵泥，其高爐瓦斯塵泥電爐灰中均含有較高的氧化鋅。所以在轉(zhuǎn)底爐的高溫還原條件下，氧化鋅被還原、氣化，以鋅蒸汽的形態(tài)隨煙氣排出，煙氣隨后被冷卻，且鋅被再次氧化，生成氧化鋅固體細(xì)顆粒，經(jīng)布袋捕集，獲得含氧化鋅65%左右的副產(chǎn)品。
2.6工藝的主要特點(diǎn)是：
a、采用以塵泥內(nèi)炭為主的煤基還原工藝。
b、在轉(zhuǎn)底爐上還原焙燒的物料是含炭球團(tuán)，炭和氧化鐵、氧化鋅之間是緊密接觸，具有快速還原的良好條件。
c、還原焙燒工藝是薄料層在高溫敞焰中加熱,可實(shí)現(xiàn)快速還原,爐料在爐內(nèi)還原時(shí)間短。
d、由于薄料層、爐料在轉(zhuǎn)底爐中不受壓，且爐料與爐襯之間無相對運(yùn)動，因此對爐料的強(qiáng)度要求不高。
e、對鋅元素進(jìn)行有效回收，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。
f、充分利用粉塵含碳，節(jié)約能源。
3 產(chǎn)品及效益
根據(jù)設(shè)計(jì)鋼廠的條件，該項(xiàng)目采用的主要原料有：42萬噸/年的各種含鐵塵泥、12萬噸/年精礦粉、1.2萬噸/年原煤，其產(chǎn)品為：30萬噸/年高爐爐粒（金屬化率＞80%，TFe 60～65%）、1.5萬噸/年氧化鋅粉塵（氧化鋅含量～65%）以及20噸/小時(shí)蒸汽，高爐爐料綜合能耗188.91kg標(biāo)煤/噸。
根據(jù)該廠不含稅價(jià)格條件：含鐵塵泥平均為205元/噸、無煙煤為600元/噸、轉(zhuǎn)爐煤氣0.416元/米3、蒸汽70元/噸，其金屬化高爐爐料制造成本833.73元/噸。假設(shè)金屬化高爐爐料價(jià)格按940元/噸計(jì)，氧化鋅粉塵（含氧化鋅～65%）9000元/噸計(jì)，則年銷售額可達(dá)43500萬元，稅后投資收益率63.29%，全部投資回收期2.66年
在獲得以上產(chǎn)品與效益的同時(shí)，對鋼鐵廠塵泥的有效綜合處理，可以排除粉塵加入燒結(jié)原料對燒結(jié)生產(chǎn)主流程的干擾，提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量與質(zhì)量，可以排除原料中氧化鋅對高爐爐襯的破壞與消除高爐上部結(jié)瘤，總之可以使高爐順行，延長高爐壽命，并對煉鋼生產(chǎn)也會產(chǎn)生積極的作用。
4 結(jié)語
目前，國內(nèi)用轉(zhuǎn)底爐直接還原法處理鋼鐵廠塵泥尚未有建成工程，但根據(jù)我們的試驗(yàn)研究與工程研究，其方法是可行的。筆者論為加強(qiáng)對鋼鐵生產(chǎn)中各種塵泥的有效處理，是每一個(gè)鋼鐵企業(yè)的責(zé)任，采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝是當(dāng)前較為理想的一種綜合處理方法，它在獲得經(jīng)直接還原后的優(yōu)質(zhì)高爐爐料以外還能夠有效回收粉塵中的氧化鋅，同時(shí)使粉塵中的含炭也得到充分利用。因此，它是一種鋼鐵廠塵泥綜合處理資源循環(huán)利用的好方法，它在減少廢物排放、顧及社會公眾利益的同時(shí)，也能為企業(yè)自身帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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