李東海[1] ，鄭君[1]，羅磊[1]，倪曉明[2]

　　1．重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司 2.中冶賽迪技術(shù)研究中心有限公司

　　1 前言

　　近十幾年來，隨著鋼鐵產(chǎn)量的迅猛發(fā)展，鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的固廢也隨之與日俱增，帶來了巨大的環(huán)境和資源壓力，也制約著企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，在當(dāng)前環(huán)保要求與資源限制日趨加重的情況下，積極開發(fā)應(yīng)用新技術(shù)以資源化處置鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的固廢具有十分重要的意義。

　　鋼鐵企業(yè)固廢是指在冶煉和加工過程中所產(chǎn)生的各類固體廢棄物，如冶煉渣（高爐渣和鋼渣等）、含鐵塵泥（包括原料、焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼及軋鋼單元收集的各類除塵灰泥）、廢鋼、廢耐火材料、部分危廢、以及其他垃圾、水處理污泥等等。一般總發(fā)生量約占鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能的百分之六十（各企業(yè)因生產(chǎn)工藝技術(shù)不同會有所差異），而其中高爐渣及鋼渣占整個固廢量的三分之二左右，含鐵塵泥約占10%~20%，這也是鋼鐵企業(yè)主要面臨的兩大類固廢。

　　以中國某年產(chǎn)量1000萬噸規(guī)模的大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)為例，表1是其當(dāng)前固廢產(chǎn)生量及利用路徑的概況。其中，高爐渣和鋼渣經(jīng)再加工可用作水泥等建筑材料，已基本實現(xiàn)全量利用；含鐵塵泥主要以廠內(nèi)自循環(huán)為主、外銷為輔，由于含鐵塵泥中的鋅等易揮發(fā)元素在高爐內(nèi)會不斷循環(huán)富集，再加上廢鋼、低品位雜礦的不斷引入，導(dǎo)致除塵泥中的鋅含量不斷攀升，鋅負(fù)荷上升將直接導(dǎo)致高爐工況惡化，影響順行，爐喉結(jié)瘤，耐材侵蝕，壽命縮短，因此高爐需嚴(yán)格控制鋅入爐量，從而導(dǎo)致內(nèi)部自循環(huán)消化能力不斷降低，大量的高鋅含鐵塵泥只能暫時堆存或者外銷處理，不僅造成了資源的浪費，還會帶來二次污染，威脅生態(tài)環(huán)境。隨著當(dāng)下環(huán)保壓力的不斷加大，含鐵塵泥固廢的外銷轉(zhuǎn)移已愈發(fā)困難，如何有效利用含鐵塵泥固廢是亟待解決的嚴(yán)重問題。

 　　表1 某年產(chǎn)量1000萬 t規(guī)模鋼鐵企業(yè)固廢產(chǎn)生量及利用路徑表（單位：×103t/a）
　　

　　2 含鐵塵泥類固廢資源化利用技術(shù)

　　由于鋼鐵企業(yè)環(huán)節(jié)眾多，生產(chǎn)原料也差異較大，因此所產(chǎn)生固廢的物化特性也各有不同，須在少影響甚至不影響現(xiàn)行生產(chǎn)的前提下，綜合運用不同的技術(shù)路線，實現(xiàn)含鐵塵泥固廢的最優(yōu)化處置。為減少高爐內(nèi)有害元素鋅的富集，高爐瓦斯灰/泥、電爐灰等含鋅較高塵泥可通過轉(zhuǎn)底爐脫鋅處理后再返回使用；轉(zhuǎn)爐灰/泥等煉鋼塵泥可直接冷壓成球后作煉鋼冷卻劑，形成煉鋼系統(tǒng)內(nèi)部的短流程循環(huán)利用；無鋅和低鋅塵泥可作為含鐵原料混勻調(diào)質(zhì)后作為含鐵原料進(jìn)入燒結(jié)重新利用。

　　2.1 轉(zhuǎn)底爐技術(shù)

　?。?）工藝流程

　　轉(zhuǎn)底爐屬煤基直接還原煉鐵技術(shù)，其典型的工藝流程如圖2所示。將含鋅含鐵塵泥與粘結(jié)劑、還原劑按照一定比例混合均勻后，經(jīng)成型、干燥后送入轉(zhuǎn)底爐，在爐內(nèi)進(jìn)行高溫焙燒，大約30分鐘，物料內(nèi)部的碳元素將鐵、鋅氧化物快速還原，鋅在爐內(nèi)將變成蒸汽從球團(tuán)內(nèi)逸出，進(jìn)入煙氣系統(tǒng)再氧化后以氧化鋅形式被捕集回收，而鐵則主要以金屬單質(zhì)形態(tài)留存于球團(tuán)內(nèi)（即直接還原鐵DRI），經(jīng)冷卻后供高爐、轉(zhuǎn)爐使用。一條年處理塵泥20萬t的轉(zhuǎn)底爐處理線，可生產(chǎn)金屬化球團(tuán)~13萬t，粗鋅粉~4000t。實現(xiàn)金屬化率≥70%，脫鋅率≥80%。

 

 　　

 圖1 轉(zhuǎn)底爐工藝流程簡圖

　?。?）關(guān)鍵技術(shù)

　　1）塵泥成型技術(shù)

　　由于各廠生產(chǎn)所用原料和工藝的不同，轉(zhuǎn)底爐所處理物料的物化性質(zhì)差異往往較大，物料的粒度大小、親水性、粘黏性、成球性也各有不同。目前主要的成型技術(shù)有圓盤造球和對輥壓塊兩種：圓盤成球適用于粒度細(xì)小、親水性好、易成球的粉塵，其產(chǎn)量與質(zhì)量波動較大；對輥壓塊對于原料的適應(yīng)性較強(qiáng)，生球強(qiáng)度高，產(chǎn)量與質(zhì)量較穩(wěn)定，其使用粘結(jié)劑及運行成本相對較高。兩種成型技術(shù)需依據(jù)企業(yè)實際情況，根據(jù)塵泥特點，因地制宜地選擇與之相匹配的成型技術(shù)。

　　2）含碳球團(tuán)自還原控制技術(shù)

　　含碳球團(tuán)在爐內(nèi)的停留時間通常只有20~30分鐘，生產(chǎn)周期很短，但其過程卻十分復(fù)雜，涉及煤氣燃燒及氣體流動、含碳球團(tuán)的自還原和氣固兩相的傳熱傳質(zhì)等，各過程相互影響與耦合，而且由于工藝流程較長，生產(chǎn)調(diào)節(jié)反饋的滯后性大，控制難度高。傳統(tǒng)的控制手段各單元孤立而無關(guān)聯(lián)，基本只能靠人工長期摸索積累經(jīng)驗，難以滿足轉(zhuǎn)底爐全線生產(chǎn)的智能控制需求。因此，立足工業(yè)生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建起關(guān)鍵工藝參數(shù)、生產(chǎn)操作制度與產(chǎn)品質(zhì)量之間的專家系統(tǒng)，是實現(xiàn)轉(zhuǎn)底爐內(nèi)含碳球團(tuán)自還原精準(zhǔn)控制技術(shù)的關(guān)鍵。

　　3）煙氣余熱及鋅粉回收技術(shù)

　　轉(zhuǎn)底爐熱效率較低，煙氣會帶走爐內(nèi)大量的熱量，與此同時，煙氣中還含有產(chǎn)品鋅粉，因此需配套余熱鍋爐及收粉布袋除塵器對煙氣中的余熱和鋅粉進(jìn)行回收。然而，由于轉(zhuǎn)底爐所處理的冶金含鋅塵泥還伴有K、Na、Pb、Cl等多種揮發(fā)性元素，進(jìn)入煙氣后極易引起鍋爐管束、收粉布袋的堵塞及腐蝕，嚴(yán)重制約生產(chǎn)順行。所以，高效防粘堵的余熱回收及凈化技術(shù)至關(guān)重要！合理控制煙氣的溫降，設(shè)置多級組合清灰措施，從而實現(xiàn)鍋爐及收粉系統(tǒng)的順行。

　　4）關(guān)鍵裝備設(shè)計

　　轉(zhuǎn)底爐工藝由于原料復(fù)雜，工況惡劣，需對相應(yīng)的轉(zhuǎn)底爐布料、爐體、出料螺旋、冷卻裝置等核心裝備進(jìn)行針對性的適應(yīng)性設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、長壽、高效作業(yè)。

　　2.2 冷壓塊技術(shù)

　　冷壓塊技術(shù)是指塵泥與粘結(jié)劑混合后使用壓球機(jī)擠壓成型，經(jīng)烘干或養(yǎng)護(hù)等方法以獲得高強(qiáng)度冷固球團(tuán)，主要用于處理煉鋼系統(tǒng)產(chǎn)生的除塵灰（泥）、氧化鐵皮等，產(chǎn)品可直接回到轉(zhuǎn)爐作冷卻劑和造渣劑。該技術(shù)作為一種塵泥短流程回用技術(shù)，具有投資少、流程短、生產(chǎn)靈活等特點。

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