王明華，雷鵬飛，權(quán)芳民，張志剛

　　甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司資源利用研究所

　　1 前言

　　高爐瓦斯灰泥是煉鐵過(guò)程中由高爐煤氣攜帶出的細(xì)顆粒爐塵，它由高爐爐料粉末和在高溫區(qū)激烈反應(yīng)而產(chǎn)生的微顆粒組成，是鋼鐵企業(yè)主要固體排放物之一。其化學(xué)成分比較復(fù)雜，除鐵之外還有許多未燃燒完全的碳和鋅、鉀、鈉、銦等堿金屬氧化物。瓦斯灰粒徑小，密度小，干燥后極易飄散于大氣中，在空氣中易于形成成分復(fù)雜、對(duì)人體危害性較大的飄塵。瓦斯灰中含有鐵、碳和鋅等少量有色金屬，屬寶貴的二次資源。

　　目前，國(guó)內(nèi)外處理高爐瓦斯灰泥的方法大致有三種：①直接外排堆存，易造成環(huán)境污染、資源浪費(fèi)；②直接利用，返回?zé)Y(jié)或球團(tuán)配料，被國(guó)內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)采用，但其有害雜質(zhì)如Zn、K、Na等較高，配入燒結(jié)或球團(tuán)礦，會(huì)使高爐利用系數(shù)降低，焦比升高，影響高爐壽命；③綜合回收，提取鐵及鋅等有價(jià)元素。目前，從中提取鐵及鋅等有價(jià)元素是發(fā)展方向。

　　目前國(guó)內(nèi)外處理高爐瓦斯灰泥的工藝主要有轉(zhuǎn)底爐工藝和回轉(zhuǎn)窯工藝，太鋼還曾利用小高爐集中處理瓦斯灰泥等含鋅高的物料。

　　轉(zhuǎn)底爐工藝是目前國(guó)內(nèi)少數(shù)鋼鐵廠（馬鋼、沙鋼、日照和萊鋼等）處理含鋅塵泥的成熟工藝技術(shù)，該直接還原工藝用于處理鋼鐵廠高爐瓦斯灰泥等含鋅鐵料具有一定的優(yōu)勢(shì)。但也存在難以克服的缺點(diǎn)，如投資大、產(chǎn)品金屬化率低、能源利用效率不高、工藝配料復(fù)雜（配料中高爐瓦斯灰泥比例低，須配加高比例的轉(zhuǎn)爐OG泥等物料）、運(yùn)行成本高等，極大限制了它在鋼鐵行業(yè)的推廣應(yīng)用。

　　回轉(zhuǎn)窯工藝是目前國(guó)內(nèi)多數(shù)鋼鐵廠（武鋼、本鋼、萍鋼和新余鋼廠等）處理含鋅塵泥的成熟工藝技術(shù)，該直接還原工藝因其具有工藝簡(jiǎn)潔、投資小、工藝配料靈活（可單一處理高爐瓦斯灰泥）、運(yùn)行成本低（不需外購(gòu)氣體燃料）等優(yōu)點(diǎn)，用于處理鋼鐵廠高爐瓦斯灰泥等含鋅鐵料具有較大的優(yōu)勢(shì)。但目前也存在諸多問(wèn)題，如收鋅率低、氧化鋅粉產(chǎn)品的ZnO含量低、窯渣（金屬化產(chǎn)品）的金屬化率低且殘鋅率高等，這些問(wèn)題直接影響到該工藝的經(jīng)濟(jì)性，使其推廣應(yīng)用受到一定的限制。

　　近幾年，酒鋼資源利用研究所在回轉(zhuǎn)窯處理高爐瓦斯灰泥獲得高品位氧化鋅粉的機(jī)理研究上取得了突破性進(jìn)展；結(jié)合我們?cè)诿夯苯疬€原方面已經(jīng)取得的諸多技術(shù)成果以及對(duì)本鋼等企業(yè)回轉(zhuǎn)窯處理高爐瓦斯灰泥提鋅生產(chǎn)線的實(shí)地考察情況；我們認(rèn)為，目前國(guó)內(nèi)回轉(zhuǎn)窯工藝所存在的諸多問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)是可以解決的，而且經(jīng)濟(jì)性會(huì)非常好。

　　2 國(guó)內(nèi)高爐瓦斯灰泥回轉(zhuǎn)窯提鋅生產(chǎn)線存在的主要問(wèn)題2.1 氧化鋅粉產(chǎn)品的ZnO含量普遍偏低

　　近幾年，我們先后對(duì)武鋼、漣源鋼廠、萍鄉(xiāng)鋼廠、新余鋼廠、南京鋼廠和本鋼的回轉(zhuǎn)窯處理瓦斯灰工藝進(jìn)行了考察。六家鋼鐵企業(yè)中只有本鋼沒(méi)有配加外購(gòu)高鋅料，原料含ZnO只有6～8%，低于萍鄉(xiāng)鋼廠、新余鋼廠、漣鋼、武鋼，僅比南鋼（原料ZnO含量5～6%）略高，但本鋼回收鋅粉的ZnO含量高達(dá)60%，是六家鋼鐵企業(yè)中最高的。

　　表2.1 部分鋼企高爐瓦斯灰回轉(zhuǎn)窯提鋅工藝情況表
　　

　　本鋼回轉(zhuǎn)窯煙氣除塵系統(tǒng)非常龐大，不僅有體積較大的保溫沉降室，U型管狀空水冷卻器的U型管組數(shù)也高達(dá)8組，是六家鋼廠中最多的，而布袋除塵系統(tǒng)卻相對(duì)較小。這正是本鋼瓦斯灰回轉(zhuǎn)窯回收鋅粉ZnO含量高的原因，由于U型管組數(shù)高達(dá)8組，可以使中小顆粒粉塵充分沉降，到布袋除塵器時(shí)煙氣中就只有微細(xì)粉塵顆粒，由于微細(xì)粉塵顆粒的比表面積較大，所以這部分粉塵顆粒表面上粘附的細(xì)小的ZnO固體粉末最多，布袋除塵收集的粉塵ZnO含量也最高。

　　由于對(duì)回轉(zhuǎn)窯處理高爐瓦斯灰泥獲得高品位氧化鋅粉的機(jī)理研究不到位，同時(shí)基于回轉(zhuǎn)窯煙化提鋅工藝在有色行業(yè)是非常成熟的工藝，所以，業(yè)內(nèi)普遍錯(cuò)誤地認(rèn)為，只要把有色行業(yè)現(xiàn)成的工藝和裝備移植過(guò)來(lái)就可以了，他們也確實(shí)這么做了；沒(méi)有考慮到回轉(zhuǎn)窯煙化提鋅工藝在有色行業(yè)所加工的物料均為高鋅物料（ZnO等可煙化物質(zhì)的含量普遍在20%左右），MZnO / Mfc比值高；而高爐瓦斯灰泥中的ZnO含量只在7%左右，MZnO / Mfc比值相對(duì)偏低。因此，就同一條回轉(zhuǎn)窯煙化提鋅生產(chǎn)線（同樣的工藝及裝備）而言，是加工高鋅物料和還是加工高爐瓦斯灰泥，所得到氧化鋅粉產(chǎn)品的ZnO含量有相當(dāng)大的差異。

　　由于有色行業(yè)的回轉(zhuǎn)窯煙化提鋅生產(chǎn)線所加工的是高鋅物料，因而，在除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，前端大多采用旋風(fēng)重力除塵器或小型重力沉降室，煙氣在此停留時(shí)間極短；中端均采用U型管狀空冷器（本鋼采用的是U型管狀空水冷卻器），一般只有3～6組U型管（本鋼為8組），煙氣在此停留時(shí)間也較短；后端均采用布袋除塵器。除本鋼外，其它鋼廠的除塵系統(tǒng)前端和中端設(shè)備規(guī)模相對(duì)后端均偏小，煙氣在前端和中端設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間普遍偏短，因而在此處捕集或收集到的粉塵顆粒較粗，且產(chǎn)率較低，返回到原料系統(tǒng)參加配料的粉塵量也少，入窯物料的ZnO自富集效果不明顯，進(jìn)而導(dǎo)致后端的布袋除塵器的粉塵收集量太大，氧化鋅粉產(chǎn)品的ZnO含量較低。這也是本鋼氧化鋅粉產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于其它鋼廠的主要原因。

　　2.2 窯渣（金屬化產(chǎn)品）的金屬化率低且殘鋅率高我們通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有各類直接還原鐵技術(shù)理論及產(chǎn)業(yè)化成果的數(shù)年認(rèn)真研究，目前已取得理論上的重大突破，在世界上首次提出“鐵礦石碳循環(huán)增氧暨碳?xì)渎?lián)合還原理論”，并通過(guò)了探索性試驗(yàn)驗(yàn)證。在該理論指導(dǎo)下，深入開(kāi)展冶金煤基還原工藝試驗(yàn)研究工作，進(jìn)行過(guò)千余次不同規(guī)模的試驗(yàn)，試驗(yàn)研究成果可以有效地指導(dǎo)高產(chǎn)能、低成本地采用以回轉(zhuǎn)窯為核心的煤基還原裝置進(jìn)行鐵礦石（球團(tuán)）直接還原生產(chǎn)。

　　高爐瓦斯灰泥回轉(zhuǎn)窯提鋅工藝所依據(jù)的冶金原理，與以回轉(zhuǎn)窯為核心的煤基還原裝置進(jìn)行鐵礦石（球團(tuán)）直接還原生產(chǎn)所依據(jù)的冶金原理是相同的。

　　目前，業(yè)內(nèi)用于高爐瓦斯灰泥提鋅的回轉(zhuǎn)窯在正常生產(chǎn)過(guò)程中，由于沒(méi)有建立起合理的碳循環(huán)，出窯窯渣（金屬化產(chǎn)品）中的殘?zhí)剂糠浅５停煌瑫r(shí)在靠近窯頭（出料側(cè)）的窯身部位未采取能強(qiáng)化物料焙燒還原后期料層內(nèi)部還原性氣氛的任何措施（增氧或碳?xì)渎?lián)合還原技術(shù)），因而在還原后期料層內(nèi)部的還原性氣氛不足，使得以碳?xì)饣磻?yīng)為核心一系列冶金反應(yīng)迅速減慢，直接導(dǎo)致出窯窯渣（金屬化產(chǎn)品）的金屬化率（30～70%）低且殘鋅率（1%左右）高。這樣的金屬化產(chǎn)品只能用于燒結(jié)配料，很難直接用于高爐或轉(zhuǎn)爐。

　　3 對(duì)回轉(zhuǎn)窯處理高爐瓦斯灰泥獲得高品位氧化鋅粉的機(jī)理研究采用同樣的工藝從高爐瓦斯灰泥中提取氧化鋅粉，為什么本鋼能取得比其他鋼廠好得多的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)？值得深入研究。近期，我們與中科院過(guò)程所在粉體表面粘附方面進(jìn)行了深入的技術(shù)交流，并檢索研究了國(guó)內(nèi)外在粉塵表面粘附方面的諸多相關(guān)研究及應(yīng)用成果，結(jié)合我們?cè)阼F礦石煤基直接還原方面取得的成果，在回轉(zhuǎn)窯處理高爐瓦斯灰泥獲得高品位氧化鋅粉的機(jī)理研究上取得了突破性進(jìn)展。

　　3.1 冶金機(jī)理

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