論用轉底爐法對鋼鐵廠塵泥的處理
摘要:針對鋼鐵生產工序中大量的粉塵污泥，提出了用蓄熱式轉底爐爐綜合處理的方法。
關鍵詞：轉底爐法 塵泥 處理
1 引言
在鋼鐵生產各工序中，均有大量的粉塵，污泥產生，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、轉爐污泥、電爐除塵灰，以及各工序的崗位環境除塵中捕集的含鐵粉塵，其總量要占到企業鋼產量的4－7％。因此，對一個大型鋼鐵企業而言，其數量是十分驚人的，均有幾十萬噸。如何處理這部份塵泥，已是企業節能減排發展循環經濟，實行清潔化生產的一個重要課題。屬國家重點支持的高新技術領域。
高爐塵泥中主要含鐵、碳，一般還含鋅、鉛等有害原素，具體的與進入高爐的原料、冶煉的鋼種有關。電爐除塵灰中除含鐵外，還含有鋅、鉛、鉻、鎳等金屬元素。從1976年起美國環保機構（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的方式填埋、棄置，必須對其中的鋅、鉛進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原料中，循環使用，也有用煉鋼塵泥為原料作成冷固球團而作為煉鋼冷卻料用的。但是配入燒結料中的塵泥由于其粒度細，會大大影響燒結料層的透氣性，也會影響燒結礦的強度，同時塵泥中的鋅鉛等易揮發元素，還會在高爐內循環富集，導致高爐煤氣中的鋅含量不斷上升而在高爐上部結瘤，煤氣管道堵塞，影響高爐的順行。而加入煉鋼中的塵泥球團也很難得到好的效果。因此，近年來國內對此，也在不斷地尋求新的方法，轉底爐直接還原法處理塵泥就是一項較為理想的新工藝。
2 轉底爐工藝
筆者所在的江蘇省冶金設計院有限公司近期設計的某鋼廠塵泥綜合處理項目，采用蓄熱式轉底爐直接還原工藝，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，該部分貯運過程中不會產生揚塵，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，易揚塵，所以全部采用氣力輸送或吸壓罐車運送密閉倉貯存，從而防止二次污染。
2.2冷壓球及篩分
經配料混勻后的原料，經過高壓壓球機壓制出規定尺寸的生球，再經輥篩篩除粉末與碎球，送入下道烘干工序。在這個工序中，經過多次試驗證明，影響其成球率與生球強度的因素主要有：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、壓球機的壓力；e、混合料合適的水分。
這些因素是交互作用的，試驗結果證明，不同的粉塵及配比，合適的參數是不一樣的。
2.3烘干及篩分
在設計工程中，我們采用鏈篦機對生球進行烘干，但是這種烘干流程有別于傳統的回轉窯氧化球團生產，在設計中主要考慮了三個特點：a、對于不同的粉塵配比及精礦粉加入比例不同，試驗證明其烘干速率有較大的差別；b、壓制球的規格要大于通常的氧化球尺寸，因此，它的水分擴散及熱傳遞過程要差于氧化球團；c、由于混合料中配入了一定比例的燃料，因此干燥介質的溫度不宜過高，必須控制在350℃以下，這也要延長烘干時間。
經烘干后的干球再經圓輥篩篩除碎球后送往轉底爐，篩下物返回使用。
2.4轉底爐直接還原
轉底爐的工藝過程為：裝料—加熱升溫—還原—冷卻—出料。
由于轉底爐的內外圈周長不一，因此為了保持在爐床上布料厚度一致，其實際內外圈的布料量是不一致的。這與筆者以往設計的環型燒結機一樣，必須采取相應措施。
爐料在轉底爐中經歷預熱還原區、加熱還原區、高溫還原區、控制還原區、冷卻區和出料區，完成了還原過程排出后的熱料經熱壓冷卻后，作為成品輸出。
工程中采用了具有自主知識產權的蓄熱式轉底爐技術，燃料采用低熱值煤氣，打破了目前國外直接還原轉底爐必須使用天然氣等高熱值燃料的常規，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，生成氧化鋅固體細顆粒，經布袋捕集，獲得含氧化鋅65%左右的副產品。
2.6工藝的主要特點是：
a、采用以塵泥內炭為主的煤基還原工藝。
b、在轉底爐上還原焙燒的物料是含炭球團，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,可實現快速還原,爐料在爐內還原時間短。
d、由于薄料層、爐料在轉底爐中不受壓，且爐料與爐襯之間無相對運動，因此對爐料的強度要求不高。
e、對鋅元素進行有效回收，實現資源的綜合利用。
f、充分利用粉塵含碳，節約能源。
3 產品及效益
根據設計鋼廠的條件，該項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/小時蒸汽，高爐爐料綜合能耗188.91kg標煤/噸。
根據該廠不含稅價格條件：含鐵塵泥平均為205元/噸、無煙煤為600元/噸、轉爐煤氣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。假設金屬化高爐爐料價格按940元/噸計，氧化鋅粉塵（含氧化鋅～65%）9000元/噸計，則年銷售額可達43500萬元，稅后投資收益率63.29%，全部投資回收期2.66年
在獲得以上產品與效益的同時，對鋼鐵廠塵泥的有效綜合處理，可以排除粉塵加入燒結原料對燒結生產主流程的干擾，提高燒結礦的產量與質量，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瘤，總之可以使高爐順行，延長高爐壽命，并對煉鋼生產也會產生積極的作用。
4 結語
目前，國內用轉底爐直接還原法處理鋼鐵廠塵泥尚未有建成工程，但根據我們的試驗研究與工程研究，其方法是可行的。筆者論為加強對鋼鐵生產中各種塵泥的有效處理，是每一個鋼鐵企業的責任，采用蓄熱式轉底爐直接還原工藝是當前較為理想的一種綜合處理方法，它在獲得經直接還原后的優質高爐爐料以外還能夠有效回收粉塵中的氧化鋅，同時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，也能為企業自身帶來良好的經濟效益。
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