武漢科思瑞迪科技有限公司

　　引言

　　自2015年以來，我國每年的粗鋼產(chǎn)量均超過了8億噸，按照一般鋼鐵企業(yè)粉塵的產(chǎn)量占粗鋼產(chǎn)量的8%~12%[1]、含鋅粉塵量約占粉塵總量的25%~30%[2]計算，近些年來我國每年產(chǎn)生的含鋅冶金粉塵量平均在2000萬噸以上。鋼鐵企業(yè)含鋅粉塵量的逐年增加，一方面是因為鍍鋅廢鋼在轉(zhuǎn)爐或電爐等消納廢鋼的鋼鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)中大量使用；另一方面是由于高爐煉鐵過程中的含鋅鐵礦的使用，鋅元素在閉路循環(huán)和半閉路循環(huán)條件下，逐漸形成了鋅的循環(huán)富集[3-5]。

　　目前我國鋼鐵企業(yè)含鋅粉塵的利用率普遍比較低，多數(shù)堆放在廠區(qū)，造成了土地、二次資源的浪費以及嚴重的環(huán)境污染；隨著國家環(huán)保稅法的實施和環(huán)保“回頭看”督查力度的加強，鋼鐵企業(yè)環(huán)保運營成本和生產(chǎn)壓力倍增，迫在眉睫地需要盡快對含鋅粉塵進行有效處理，實現(xiàn)粉塵的完全循環(huán)利用，達到企業(yè)經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益的雙贏。

　　1含鋅粉塵固廢處理技術趨勢

　　現(xiàn)階段含鋅粉塵處理方法，根據(jù)鋅在鋼鐵生產(chǎn)中的元素流向，分為閉路循環(huán)、半閉路循環(huán)及開路循環(huán)三種模式[3-4]：（1）閉路循環(huán)流程：將沒有處理的含鋅粉塵直接配入燒結(jié)、球團工序中，主要工藝有燒結(jié)法和球團法。（2）半閉路循環(huán)流程：采用物理方法從含鋅粉塵中脫除部分鋅后，再按照合適比例配入燒結(jié)或球團中，使其繼續(xù)在鋼鐵流程中循環(huán)。（3）開路循環(huán)流程：采用濕法工藝或火法工藝對含鋅粉塵進行特殊處理，實現(xiàn)鋅與粉塵的完全分離，得到脫鋅后的爐料和鋅產(chǎn)品。

　　相對于閉路循環(huán)流程和半閉路循環(huán)流程，開路循環(huán)流程對含鋅粉塵的處理比較徹底，能夠避免鋅元素重新回流到鋼鐵主流程工藝中，并且火法直接還原工藝比濕法工藝和熔融工藝更為高效、環(huán)保和節(jié)能，具有生產(chǎn)效率高，脫鋅率高，操作簡單，原燃料適應性強，運行穩(wěn)定，還原溫度適宜等優(yōu)點，比較適合處理鋼鐵廠的含鋅冶金粉塵[4-5]。

　　2 COSRED含鋅粉塵處理工藝

　　COSRED直接還原技術作為火法直接還原工藝的一種，結(jié)合了氣基豎爐和隧道窯兩種工藝的優(yōu)點[6]，在直接還原鐵領域已經(jīng)成功地應用于商業(yè)化生產(chǎn)[7]。COSRED公司宜昌萬噸級工試基地接受國內(nèi)一些鋼鐵企業(yè)的委托，已陸續(xù)開展了含鋅粉塵處理的工業(yè)性實驗工作。基于COSRED直接還原技術的含鋅粉塵固廢處理工藝的技術方案介紹如下。

　　2.1 工藝流程

　　COSRED直接還原技術處理含鋅粉塵工藝（以下簡稱“COSRED含鋅粉塵處理工藝”）主要包括原料系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、豎爐系統(tǒng)、出料系統(tǒng)和煙氣余熱回收及鋅收集系統(tǒng)。主要工藝流程為：將含有C、K、Na、Zn和Fe等有價元素的粉塵原料按工藝要求進行配比、混勻、壓球和干燥后，與新煤、半焦、石灰石等物料共同混勻加入豎爐內(nèi)，混合料在重力作用下自上而下運動，經(jīng)過預熱區(qū)、還原區(qū)、冷卻區(qū)后從爐底部排出，得到高金屬化率的球團和半焦。K、Na、Zn等有價元素在豎爐還原室上部區(qū)域被還原、氣化進入煙氣系統(tǒng)，經(jīng)重力沉降室后進入余熱鍋爐，并由布袋除塵器收集到粗鋅粉。工藝流程詳見圖1所示。

　　圖1工藝流程圖

　　2.2工藝參數(shù)

　　COSRED含鋅粉塵處理工藝主要工藝參數(shù)詳見表1?！　?/p>

　　表1 主要工藝參數(shù)

　　2.3原燃料條件

　　COSRED含鋅粉塵處理工藝對原料的適應范圍廣，一般鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的含鋅含鐵固廢粉塵均可作為原料使用。

　　1）含鋅粉塵：全流程鋼鐵生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生的含鐵含鋅粉塵，鐵品位在20~60%不等。

　　2）還原劑：C≥60%；揮發(fā)分：8~15%；S：≤0.80%；灰分高溫軟化點≥1250℃；含水≤3%；粒度3~10mm。

　　3）脫硫劑：CaO≥50%；MgO＜4％；SiO2+Al2O3≤3％；粒度≤2mm。

　　4）粘結(jié)劑：專用球團粘結(jié)劑。

　　2.4技術特點

　　與其它類型處理含鋅粉塵的直接還原技術相比，COSRED含鋅粉塵處理工藝具有明顯的特點：

　　1）內(nèi)配碳與外配煤相結(jié)合：充分利用含鋅粉塵中的碳源，直接制成含碳球團，并外配部分煤，既保證了獲得高金屬化率和高脫鋅率所需要的C源，同時避免了內(nèi)配煤中的雜質(zhì)元素增加了球團的雜質(zhì)含量，降低了還原后球團的全鐵含量。

　　2）模塊化與規(guī)?；嘟Y(jié)合：該工藝與其他火法直接還原工藝最大的不同點在于，爐料是通過自身重力的作用實現(xiàn)了從上到下的連續(xù)運行；同時，COSRED直接還原技術中的還原室可以實現(xiàn)在單個還原室大小、高度等均不改變條件下，實現(xiàn)大量的還原室模塊化組合，在核心工藝參數(shù)不變情況下，實現(xiàn)大規(guī)模化的生產(chǎn)。

　　3）氧化氣氛與還原氣氛相互獨立：含鋅粉料制備的干球與新煤、半焦、石灰石等混合料在還原室中經(jīng)過一系列脫氧還原反應，通過自身重力自上而下經(jīng)預熱區(qū)、還原區(qū)、冷卻區(qū)后從爐底部排出；反應室中預熱和還原所需的熱量，來源于反應室隔墻外燃燒室燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，熱量通過隔墻傳給反應室中的料球；隔焰豎爐反應室隔墻外燃燒室根據(jù)反應室溫度需要布置多個燃料燒嘴，所用燃料的熱值可選范圍為750~8000kcal/Nm3；4）高脫鋅率與高金屬化率相結(jié)合：含鋅粉料制備干球中的K、Na、Zn等有價元素在還原室上部發(fā)生一系列的還原、氣化反應，并隨900℃以上的高溫煙氣進入余熱回收和鋅收集系統(tǒng)；脫鋅后的球團在還原室中下部進一步地發(fā)生深度還原反應，得到高金屬化率的直接還原鐵球團。

　　5）廢還原劑的回收處理重復利用：自豎爐底部排出的高金屬化率球團和半焦混合料經(jīng)篩分、磁選處理后，收得的半焦可作為還原劑重復使用。

　　6）工藝操作簡單、生產(chǎn)維護方便：生產(chǎn)操作控制的工藝參數(shù)很少，主要為還原溫度和還原時間，還原溫度通過燃燒室的燃燒溫度來進行控制和調(diào)整，還原時間通過還原室下部的排料速度來進行控制和調(diào)整。煤基豎爐的生產(chǎn)操作不僅很簡單，實現(xiàn)了全自動控制，而且生產(chǎn)的穩(wěn)定性很高、易損件少、維護量小。

　　2.5關鍵技術

　　COSRED含鋅粉塵處理工藝繼承了COSRED直接還原技術通過三個階段和五代創(chuàng)新的不斷積累、改進和完善演變而成的一系列專利技術和關鍵技術[8]：

　　1）工藝技術： 煤基豎爐的工藝參數(shù)、工藝流程、設備選型、工藝布置等均需在嚴謹?shù)睦碚撗芯炕A上，充分結(jié)合工業(yè)實驗的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗才能得到合理和完善的工藝技術。

　　2）結(jié)構(gòu)技術：煤基豎爐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性涉及到還原室和燃燒室的大小、形狀、高度、結(jié)構(gòu)和隔墻厚度和材質(zhì)等，傳熱效果涉及到燃燒室中的燃燒器型式、布置和煙氣的均勻分布、通道走向和隔墻厚度和材質(zhì)等，這些都會直接影響到豎爐的壽命和還原的效果。

　　3）耐材技術：煤基豎爐內(nèi)的燃燒室和還原室是由很多耐材砌筑而成的，其中還原室的耐材最為復雜和關鍵，工藝要求其具備高導熱、耐高溫、抗氧化、抗還原及耐磨損，以實現(xiàn)復雜工況下的長壽命和傳熱效率。

　　4）控制技術：還原氣氛與氧化氣氛是完全獨立的互不影響，還原氣氛單純這為混合料的還原創(chuàng)造了比其它煤基直接還原工藝更好的工藝條件。另外，還原溫度和還原時間能夠?qū)崿F(xiàn)很好的控制和調(diào)整，這就是所謂的“COSRED工藝用溫度時間贏得了質(zhì)量”。

　　5）布料和排料技術：煤基豎爐爐頂?shù)牟剂戏浅Ｖ匾蛟谟诓剂瞎に嚭脱b置不合理，混合料會出現(xiàn)嚴重的偏析?；旌狭线€原后的排料技術和設備也是該工藝的關鍵技術和設備，通過該設備能夠很好的控制爐料下行的速度和還原時間。

　　2.6工序能耗

　　還原劑和燃料是該工藝的主要能源消耗，年處理30萬噸含鋅粉塵生產(chǎn)線典型指標計算的工序能耗詳見表2?！　?/p>

　　表2  工序能耗

　　2.6生產(chǎn)成本

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