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轉(zhuǎn)底爐的功能

作者：1發(fā)布時間：2010-02-07
在鋼鐵生產(chǎn)過程中,將產(chǎn)生大量含鐵粉塵。這些粉塵大多數(shù)都可以通過返回燒結(jié)或造球的方法，再次進入高爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，以得到循環(huán)利用。但一部分由于鋅含量較高，進入高爐將造成鋅的富集，直接影響爐況順行和高爐壽命，又難以循環(huán)利用，很多企業(yè)采取外賣或填埋的辦法處理。為使這一部分粉塵得到合理利用，日本各鋼鐵企業(yè)引進或開發(fā)了相關(guān)技術(shù)，并取得了顯著的成效。采用轉(zhuǎn)底爐（RHF爐）工藝處理高鋅含鐵粉塵生產(chǎn)還原性團塊供高爐使用，就是其中成功的一例。目前，日本新日鐵公司已興建了四座專用于處理鋼鐵廠含鋅粉塵的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)底爐，并已將這一技術(shù)推廣到臺灣中鋼。

 
轉(zhuǎn)底爐（RHF爐）技術(shù)及其發(fā)展
環(huán)形轉(zhuǎn)底爐法原是一種用來焙燒含碳球團生產(chǎn)海綿鐵的新的煤基直接還原技術(shù)。其工藝特點是：將含鐵物料與固體燃料（煤粉或焦粉）混合造球（或壓塊），使之以薄料層（15-40mm）的形態(tài)均布于一底部轉(zhuǎn)動的環(huán)形爐內(nèi)，然后在高溫下（1300-1350℃）敞焰加熱，以實現(xiàn)物料的快速還原。在此過程中，物料中的Zn等有害元素將被氣化脫除，并得到回收。該法最早由美國Midland公司（Midrex公司的前身）提出，并于1965年建成了世界上第一座直徑6.1m的直接還原環(huán)形轉(zhuǎn)底爐，獲得了工業(yè)性試驗的成功。但由于當時該公司將精力集中于開發(fā)氣基海綿鐵法，該項技術(shù)未能轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)。進入上世紀九十年代,由于天然氣價格上漲,Midrex公司重新投入大量資金用于完善環(huán)形轉(zhuǎn)底爐海綿鐵生產(chǎn)工藝及設(shè)備，并取名為Fastmelt法。日本神戶鋼鐵公司的加古川廠利用這一技術(shù)，于1995年建成了一座小時產(chǎn)量為2.5噸海綿鐵的Fastmelt示范工廠，并將與三井金屬工業(yè)公司合資，在美國建一座年產(chǎn)90萬噸海綿鐵的工廠。
上世紀七十年代，加拿大的INCO公司開始將環(huán)形轉(zhuǎn)底爐技術(shù)用于合金鋼廢料回收。首先建成了一座直徑6.3m的試驗爐進行試驗，獲得成功。后來，在美國建立了INCD美國公司，并在該公司下成立Inmeltco公司（國際金屬回收公司），該公司于1978年在美國建成一座直徑為16.8m的環(huán)形爐，用合金廠回收的廢料生產(chǎn)海綿鐵。目前，德國的曼內(nèi)斯曼鋼鐵公司已獲得Inmeltco工藝的使用權(quán)，擬用此技術(shù)在德國建一座直徑28m的環(huán)形轉(zhuǎn)底爐，處理從歐洲各鋼鐵公司回收的含鐵粉塵和廢料。
綜上所述，以Fastmelt為代表的環(huán)形轉(zhuǎn)底爐技術(shù)在國外經(jīng)過40年的發(fā)展歷史和28年的運行實踐，已成為一種成熟的煤基直接還原方法，同時為有效去除鋼鐵廠含鐵粉塵及污泥中的有害雜質(zhì)，使之得到充分利用開辟了一條新途徑。
我國對環(huán)形轉(zhuǎn)底爐技術(shù)也進行了大量的研究。北京科技大學從1992年起，先后與舞陽鋼鐵公司、四川阿壩某磁料公司合作，進行過環(huán)形轉(zhuǎn)底爐的試驗研究，并獲得了一定成果。但目前僅著眼于直接還原生產(chǎn)海綿鐵，還未考慮對含鐵原料中有害雜質(zhì)的回收與利用。
日本新日鐵君津公司為年產(chǎn)800萬噸的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。從燒結(jié)、球團，到高爐、轉(zhuǎn)爐、軋鋼各工序的粉塵及污泥發(fā)生總量高達120-140萬噸/年，大部分已直接返回燒結(jié)。但其中有30萬噸左右因Zn含量較高，配用后將超出每噸爐料中含Zn量<150g的控制范圍，而不得不作為廢物填埋處理，導(dǎo)致不僅近15萬噸鐵、3萬噸碳、1400噸鋅等有效資源被浪費，還得占有寶貴的土地和2.5-3.0萬日元/t的填埋處理費。為解決這一難題，君津鋼鐵廠對幾種成熟的脫鋅技術(shù)進行了比較，比較情況如表2-1所示。
表2-1    各種脫鋅工藝的比較
項目
環(huán)形爐
Waelz回轉(zhuǎn)窯
熔融回轉(zhuǎn)窯
電爐式
豎爐式
脫鋅率（%）
90-97
75-90
99
99
99
能力（萬噸/年）
40-50
8
6
3-5
5-8
設(shè)備費比（倍）
1
3
3-4
4-8
3-4
維護費比（倍）
1
1.5-2
1.5-2
2-3
2-3
其他
-
回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁易粘連
 
 經(jīng)過比較分析，君津廠最終于2000年引進了美國MR & E公司的環(huán)形爐技術(shù),并根據(jù)處理鋼鐵廠高鋅含鐵粉塵的實際進行了相應(yīng)的改進。按年處理17.5萬噸干粉塵計算，該環(huán)形爐爐體外型直徑為24m，爐床寬度為4m。其基本工藝流程是：將高爐、轉(zhuǎn)爐、燒結(jié)產(chǎn)生的含鐵高鋅粉塵混合后，通過圓盤造球機造球、干燥機干燥后裝入環(huán)形爐內(nèi)，經(jīng)煤氣燃燒升溫至1300℃，利用粉塵中的含碳（或適當添加的煤粉）在10-20min內(nèi)，將氧化鐵大部分還原為金屬化鐵，同時氧化鋅的大部分亦被還原為鋅，氣化后 隨煙氣一并排出。還原后生成的金屬化球團通過鼓式冷卻器冷卻后進入貯料倉，然后再通過皮帶機送入高爐原料倉，以直接加入高爐。從環(huán)形爐出來的煙氣則通過熱交換器裝置進行余熱回收后，再經(jīng)袋式除塵器凈化后外排。鋅蒸汽冷凝后進入二次煙塵，煙塵中氧化鋅的含量可高達35-55%，被回收外售給鋅冶煉企業(yè)。
君津廠年處理含鐵粉塵17.5萬噸，獲得10.5萬噸金屬化球團。加入高爐后,可節(jié)約燃料2.4萬噸，相當于君津廠年耗能量的0.4%，經(jīng)濟效益達1.4億日元。加上每年可少購18萬噸鐵礦粉，和節(jié)約18萬噸含鐵粉塵的填埋費，總效益可達15億日元。工程投資（約32億日元）兩年多即可收回。由于這項技術(shù)具有巨大的節(jié)能及環(huán)保意義，獲得了日本2001年度經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省大臣節(jié)能獎，
為完全處理30萬噸高鋅含鐵灰塵及污泥，君津廠于2002年又籌建了第二條環(huán)形轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，年處理量為14.2萬噸。一號轉(zhuǎn)底爐主要處理比較干燥且物理性質(zhì)穩(wěn)定的粉塵及污泥，采用的是球磨+圓盤造球+球團干燥的工藝；而二號轉(zhuǎn)底爐主要處理相對潮濕且物理性質(zhì)不穩(wěn)定的物料，用擠壓成型法取代了圓盤造球，使得對各種物料的適宜性更為寬泛，且取消了團塊的干燥過程。這二條生產(chǎn)線其他工藝及設(shè)備基本相同。至此，君津廠基本實現(xiàn)了含鐵廢料的全部利用。君津廠兩座轉(zhuǎn)底爐的技術(shù)指標列于表2-2。
表2-2   君津廠兩座轉(zhuǎn)底爐的技術(shù)操作指標
爐號
No.1
No.2
處理量 （干基）
Max 25t/h
Max 17t/h
金屬化效率（%）
60-80%
60-80%
強度
7-15Mpa
8-20Mpa
脫鋅率
80-90%
80-95%
對物料性狀、配比的適應(yīng)性
較窄
較寬
君津廠采用環(huán)形爐技術(shù)獲得成功后，迅速推廣到專門生產(chǎn)不銹鋼的新日鐵公司光廠。2001年建起一座年處理量為3.0萬噸的環(huán)形爐，用于處理電爐除塵粉塵、酸洗沉渣和軋鋼氧化鐵皮等廢物，除回收鐵外，還回收廢渣中的鎳、鉻等有合金成分。在該廠的工藝中，將配料比為酸洗沉渣55%、軋鋼氧化鐵皮2%、除塵粉塵25%、焦粉18%的物料配合混勻后，用成型機壓成橢圓形團塊加入環(huán)形爐進行脫鋅和還原處理。所生成的直接還原團塊加入電爐和AOD爐作為金屬料綜合利用。目前，新日鐵公司共有四條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線。
新日鐵公司認為，第一，由于粉塵和污泥的造塊很困難，“造塊方法”是該工藝的核心技術(shù)。而爐內(nèi)溫度、氣氛的有效控制及廢氣的合理處理也必須同樣予以重視；第二，由于轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)品直接還原鐵中，硫不可能完全脫除，加入煉鋼需附加脫硫設(shè)備，增加投資，故將直接還原鐵加入高爐冶煉是最經(jīng)濟有效的，只要將直接還原鐵的金屬化率控制在70%以上即可，這還能降低轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)能耗。
 
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