摘要：對鋼鐵廠含鋅粉塵采用配料—混料—壓球（或造球）—烘干—轉(zhuǎn)底爐直接還原的工藝流程進(jìn)行了中試試驗研究，獲得較佳的條件是：混合料TFe品位43.04%，原料配料C/O為1.1，焙燒溫度1300℃、焙燒時間20～30min，此時獲得球團(tuán)金屬化率大于92%， TFe品位達(dá)到67.48%，96.16%的K、90.19%的Na、大于75%的Pb和大于96%的Zn進(jìn)入煙氣，Zn、Pb、K、Na可通過煙氣回收系統(tǒng)進(jìn)行回收。對通過中國金屬學(xué)會鑒定的沙鋼轉(zhuǎn)底爐的運行情況、工藝數(shù)據(jù)和能耗進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)底爐 直接還原 含鋅粉塵 金屬化率

        根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會發(fā)布的2012年全球鋼鐵生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國大陸2012年粗鋼產(chǎn)量7.16億噸，占全球鋼產(chǎn)量的46.3%，比2011年提高了0.9個百分點。幾乎占全球鋼產(chǎn)量的一半。鋼鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的粉塵和污泥，一般為鋼產(chǎn)量的10%左右，據(jù)此計算，我國鋼鐵行業(yè)2012年產(chǎn)生的粉塵量達(dá)7000萬ｔ以上。占總粉塵量30%左右的粉塵（污泥）中，除Fe之外還含有大量Zn、Pb、K、Na等有價元素[1]，這些粉塵被稱為難利用粉塵。直接將其返回?zé)Y(jié)生產(chǎn)的傳統(tǒng)利用方式，雖然利用了粉塵中的鐵元素，但是浪費了大量的其他有價元素，而且由于粒度細(xì)小以及Zn、Pb、K、Na等元素的存在使燒結(jié)礦質(zhì)量下降，對高爐順行以及高爐壽命有嚴(yán)重的影響[2-4]。

       目前國外采用轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵的方法主要有INMETCO和Fasmet工藝[5]。這兩種工藝都是將含鋅粉塵、煤粉和粘結(jié)劑混合造球，經(jīng)干燥后在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)還原，但在裝料、燒嘴型式、爐溫分布、金屬收集、運輸設(shè)備以及高溫廢氣熱量利用等方面各有特點，理論上均可實現(xiàn)含鋅粉塵的再利用。國內(nèi)有日本新日鐵在馬鞍山鋼鐵公司建設(shè)的,設(shè)計能力為年處理20萬t 的生產(chǎn)線，全部采用新日鐵技術(shù)[6-7]；鋼鐵研究總院與日照鋼鐵公司開發(fā)設(shè)計能力為 20萬t 含鋅粉塵/年轉(zhuǎn)底爐2臺[8]；北京科技大學(xué)與萊蕪鋼鐵公司開發(fā)的設(shè)計能力為20萬噸/年轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線[9]，北京神霧集團(tuán)設(shè)計能力為30萬噸/年轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，許多學(xué)者對含鋅粉塵的還原也做了大量的數(shù)值模擬和機(jī)理研究工作[10-11]，表現(xiàn)出人們對轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵的濃厚興趣。

       與實驗室小型試驗不同的是，本文研究了在外徑10 m，中徑8 m，小時處理物料3-5 t的轉(zhuǎn)底爐上進(jìn)行了多次中試試驗成果。結(jié)果表明，采用轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝可有效回收金屬鐵，通過布袋收塵系統(tǒng)，同時回收了Zn、Pb、K、Na等有價金屬。同時介紹了目前沙鋼轉(zhuǎn)底爐的運行情況和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對鋼鐵企業(yè)有很大的借鑒意義。

1 轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵的工藝路線與反應(yīng)原理

       工藝過程描述：將含鐵、鋅粉塵制成含碳球團(tuán)，烘干后入轉(zhuǎn)底爐、在爐內(nèi)1200～1300℃的還原區(qū)將含碳球團(tuán)還原為金屬化球團(tuán)，球團(tuán)中的ZnO還原成金屬Zn，金屬鋅揮發(fā)，進(jìn)入煙氣中再氧化生成ZnO，再通過對煙塵的收集可以得到富含ZnO的二次粉塵，而生產(chǎn)出的金屬化球團(tuán)可供電爐、轉(zhuǎn)爐或高爐直接使用，也可以采用磨礦磁選的方法得到金屬鐵粉，壓塊后供給電爐煉鋼。蓄熱式轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵工藝流程見圖1所示。

 
圖1 蓄熱式轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵工藝流程
球團(tuán)中含氧化鋅和氧化鐵物料的還原反應(yīng)方程式如下：
ZnO + C ＝ Zn + CO                       （1）
ZnO + CO ＝ Zn + CO2                     （2）
FeO + CO ＝ Fe + CO2                      （3）
Fe2O3 + 3C ＝ 2Fe + 3CO                   （4）
Fe2O3 + 3CO ＝ 2Fe + 3CO2                 （5）
CO2 ＋ C ＝ 2CO                        （6）
轉(zhuǎn)底爐內(nèi)含碳球團(tuán)受熱、進(jìn)出料以及參加的反應(yīng)狀況如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)底爐內(nèi)球團(tuán)反應(yīng)狀況

2 工藝條件研究

       根據(jù)不同粉塵的粒度和化學(xué)成分計算其配比，制定出造球試驗方案，球團(tuán)落下強(qiáng)度均可達(dá)到8次以上，滿足轉(zhuǎn)底爐工藝的要求。試驗按照原料配比、焙燒溫度、焙燒時間三個影響因素進(jìn)行試驗結(jié)果對比，選擇最佳的試驗方案。

2.1不同碳氧比下焙燒溫度對還原效果的影響

        還原條件中，影響因素最大的是焙燒溫度，一般規(guī)律是隨著焙燒溫度的增加，鐵的品位和金屬化率呈上升趨勢。試驗選擇了3種配料方案，C/O分別為1.1、1.2和1.3。保持焙燒時間30分鐘，焙燒溫度分別為1150、1200、1250和1300℃，考察不同焙燒溫度對金屬化球團(tuán)鐵品位和金屬化率的影響。試驗結(jié)果見表1所示，其中C/O為1.1時的品位和金屬化率變化關(guān)系見圖3所示。

表1 溫度對鐵品位和金屬化率的影響試驗數(shù)據(jù)

圖3 焙燒溫度對鐵品位和金屬化率的影響

圖4 焙燒溫度對鐵品位和金屬化率的影響
 

表2球團(tuán)還原前和還原后重要元素對比（%）

 
圖5 沙鋼轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)工藝路線

圖6  轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線 

圖7  金屬化球團(tuán)

 圖8  氧化鋅粉