论用转底炉法对钢铁厂尘泥的处理
摘要:针对钢铁生产工序中大量的粉尘污泥，提出了用蓄热式转底炉炉综合处理的方法。
关键词：转底炉法 尘泥 处理
1 引言
在钢铁生产各工序中，均有大量的粉尘，污泥产生，其主要品种有：高炉煤气干法除尘灰、高炉煤气湿法洗涤污泥、转炉污泥、电炉除尘灰，以及各工序的岗位环境除尘中捕集的含铁粉尘，其总量要占到企业钢产量的4－7％。因此，对一个大型钢铁企业而言，其数量是十分惊人的，均有几十万吨。如何处理这部份尘泥，已是企业节能减排发展循环经济，实行清洁化生产的一个重要课题。属国家重点支持的高新技术领域。
高炉尘泥中主要含铁、碳，一般还含锌、铅等有害原素，具体的与进入高炉的原料、冶炼的钢种有关。电炉除尘灰中除含铁外，还含有锌、铅、铬、镍等金属元素。从1976年起美国环保机构（EPA）将此类尘泥，均划为有毒固体废料，1988年开始，该粉尘被禁止以传统的方式填埋、弃置，必须对其中的锌、铅进行回收或钝化处理后，方可填埋。继美国之后，西方各国及日本、韩国等都制定了类似的法律。
在我国，早年的尘泥也是弃之而填埋的，而后也有将尘泥直接配入烧结原料中，循环使用，也有用炼钢尘泥为原料作成冷固球团而作为炼钢冷却料用的。但是配入烧结料中的尘泥由于其粒度细，会大大影响烧结料层的透气性，也会影响烧结矿的强度，同时尘泥中的锌铅等易挥发元素，还会在高炉内循环富集，导致高炉煤气中的锌含量不断上升而在高炉上部结瘤，煤气管道堵塞，影响高炉的顺行。而加入炼钢中的尘泥球团也很难得到好的效果。因此，近年来国内对此，也在不断地寻求新的方法，转底炉直接还原法处理尘泥就是一项较为理想的新工艺。
2 转底炉工艺
笔者所在的江苏省冶金设计院有限公司近期设计的某钢厂尘泥综合处理项目，采用蓄热式转底炉直接还原工艺，其主要流程从原燃料的接受至成品输出为止，其工序包括：原料接受、燃料破碎、混匀、冷压球及筛分、生球烘干、干球筛分、布料、转底炉的焙烧、热压块、成品冷却、成品输出，氧化锌回收。
2.1原料接受
接受的原料主要分为两类，一类是高炉污泥、精矿粉，该部分贮运过程中不会产生扬尘，所以采用自卸汽车直接卸入受料槽的方式。另一类为各种干法除尘捕集的除尘灰，这类粉尘粒度细，易扬尘，所以全部采用气力输送或吸压罐车运送密闭仓贮存，从而防止二次污染。
2.2冷压球及筛分
经配料混匀后的原料，经过高压压球机压制出规定尺寸的生球，再经辊筛筛除粉末与碎球，送入下道烘干工序。在这个工序中，经过多次试验证明，影响其成球率与生球强度的因素主要有：a混合料中各种配入料的种类、粒度及成份b、选择合适的粘接剂；c、合适的粘接剂添加量；d、压球机的压力；e、混合料合适的水分。
这些因素是交互作用的，试验结果证明，不同的粉尘及配比，合适的参数是不一样的。
2.3烘干及筛分
在设计工程中，我们采用链篦机对生球进行烘干，但是这种烘干流程有别于传统的回转窑氧化球团生产，在设计中主要考虑了三个特点：a、对于不同的粉尘配比及精矿粉加入比例不同，试验证明其烘干速率有较大的差别；b、压制球的规格要大于通常的氧化球尺寸，因此，它的水分扩散及热传递过程要差于氧化球团；c、由于混合料中配入了一定比例的燃料，因此干燥介质的温度不宜过高，必须控制在350℃以下，这也要延长烘干时间。
经烘干后的干球再经圆辊筛筛除碎球后送往转底炉，筛下物返回使用。
2.4转底炉直接还原
转底炉的工艺过程为：装料—加热升温—还原—冷却—出料。
由于转底炉的内外圈周长不一，因此为了保持在炉床上布料厚度一致，其实际内外圈的布料量是不一致的。这与笔者以往设计的环型烧结机一样，必须采取相应措施。
炉料在转底炉中经历预热还原区、加热还原区、高温还原区、控制还原区、冷却区和出料区，完成了还原过程排出后的热料经热压冷却后，作为成品输出。
工程中采用了具有自主知识产权的蓄热式转底炉技术，燃料采用低热值煤气，打破了目前国外直接还原转底炉必须使用天然气等高热值燃料的常规，使之适合中国国情。
2.5氧化锌回收
由于所用原料为钢铁厂的尘泥，其高炉瓦斯尘泥电炉灰中均含有较高的氧化锌。所以在转底炉的高温还原条件下，氧化锌被还原、气化，以锌蒸汽的形态随烟气排出，烟气随后被冷却，且锌被再次氧化，生成氧化锌固体细颗粒，经布袋捕集，获得含氧化锌65%左右的副产品。
2.6工艺的主要特点是：
a、采用以尘泥内炭为主的煤基还原工艺。
b、在转底炉上还原焙烧的物料是含炭球团，炭和氧化铁、氧化锌之间是紧密接触，具有快速还原的良好条件。
c、还原焙烧工艺是薄料层在高温敞焰中加热,可实现快速还原,炉料在炉内还原时间短。
d、由于薄料层、炉料在转底炉中不受压，且炉料与炉衬之间无相对运动，因此对炉料的强度要求不高。
e、对锌元素进行有效回收，实现资源的综合利用。
f、充分利用粉尘含碳，节约能源。
3 产品及效益
根据设计钢厂的条件，该项目采用的主要原料有：42万吨/年的各种含铁尘泥、12万吨/年精矿粉、1.2万吨/年原煤，其产品为：30万吨/年高炉炉粒（金属化率＞80%，TFe 60～65%）、1.5万吨/年氧化锌粉尘（氧化锌含量～65%）以及20吨/小时蒸汽，高炉炉料综合能耗188.91kg标煤/吨。
根据该厂不含税价格条件：含铁尘泥平均为205元/吨、无烟煤为600元/吨、转炉煤气0.416元/米3、蒸汽70元/吨，其金属化高炉炉料制造成本833.73元/吨。假设金属化高炉炉料价格按940元/吨计，氧化锌粉尘（含氧化锌～65%）9000元/吨计，则年销售额可达43500万元，税后投资收益率63.29%，全部投资回收期2.66年
在获得以上产品与效益的同时，对钢铁厂尘泥的有效综合处理，可以排除粉尘加入烧结原料对烧结生产主流程的干扰，提高烧结矿的产量与质量，可以排除原料中氧化锌对高炉炉衬的破坏与消除高炉上部结瘤，总之可以使高炉顺行，延长高炉寿命，并对炼钢生产也会产生积极的作用。
4 结语
目前，国内用转底炉直接还原法处理钢铁厂尘泥尚未有建成工程，但根据我们的试验研究与工程研究，其方法是可行的。笔者论为加强对钢铁生产中各种尘泥的有效处理，是每一个钢铁企业的责任，采用蓄热式转底炉直接还原工艺是当前较为理想的一种综合处理方法，它在获得经直接还原后的优质高炉炉料以外还能够有效回收粉尘中的氧化锌，同时使粉尘中的含炭也得到充分利用。因此，它是一种钢铁厂尘泥综合处理资源循环利用的好方法，它在减少废物排放、顾及社会公众利益的同时，也能为企业自身带来良好的经济效益。
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