COSRED提鋅提鐵技術(shù)處理鋼鐵廠含鋅粉塵的應(yīng)用前景

2021-09-15 作者：佚名網(wǎng)友評(píng)論 0 條

文中指出了現(xiàn)有含鋅粉塵處理工藝存在的不足，重點(diǎn)描述了COSRED提鋅提鐵工藝的基本流程和技術(shù)優(yōu)勢(shì)

付邦豪，周強(qiáng)，李建濤，唐恩，汪朋，陳泉鋒
武漢科思瑞迪科技有限公司

1 前言

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的各類粉塵、污泥，如：燒結(jié)除塵灰、高爐瓦斯灰或泥、轉(zhuǎn)爐除塵灰或泥、電爐除塵灰、氧化鐵皮等，這些除塵灰中通常還有大量的有價(jià)元素，如Fe、Zn等。一直以來，這些含鐵粉塵大部分直接返回?zé)Y(jié)加以利用，然而隨著鋅元素在爐料中不斷循環(huán)富集，對(duì)高爐的生產(chǎn)順行和長(zhǎng)壽會(huì)帶來嚴(yán)重的不利影響，因此，通常需要先將

這些粉塵中的鋅提取出來。目前，用于處理鋼鐵廠含鋅粉塵的工藝主要為轉(zhuǎn)底爐工藝和回轉(zhuǎn)窯工藝，但是這兩種工藝均存在明顯的不足。

轉(zhuǎn)底爐工藝處理含鋅粉塵，可以獲得較高脫鋅率的金屬化球團(tuán)，而且收集到的粗鋅粉中的ZnO含量也較高（≥50%）。但是，轉(zhuǎn)底爐工藝存在以下比較突出的不足之處：i）單條生產(chǎn)線的年處理量不高，目前單臺(tái)套設(shè)備的最大年處理量通常不超過20萬噸；ii）由于其工藝特點(diǎn)，產(chǎn)品的金屬化率不高（70-75%），且品位和強(qiáng)度均較低，不宜直接作為煉鐵和煉鋼的爐料使用；iii）轉(zhuǎn)底爐工藝由于工藝本身固有的缺點(diǎn)，生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)爐底板結(jié)，耐火磚脫落等生產(chǎn)事故；iv）產(chǎn)品的冷卻方式給環(huán)境帶來污染。

與轉(zhuǎn)底爐工藝相比，回轉(zhuǎn)窯工藝不需要造球，脫鋅后的產(chǎn)品作為燒結(jié)原料再利用，并綜合回收了有價(jià)元素鋅。但是，該工藝存在以下主要不足：i）單條生產(chǎn)線的年處理量較低，目前單臺(tái)套設(shè)備的最大年處理量通常不超過20萬噸；ii）生產(chǎn)過程中窯內(nèi)極易“結(jié)圈”，“結(jié)圈”后的處理難度很大、勞動(dòng)強(qiáng)度很高，不僅降低了設(shè)備作業(yè)率，而且推高了生產(chǎn)成本；iii）由于采用煤粉作為燃料和還原劑，煙氣中的粉塵含量較高，從煙塵中收集的粗鋅粉的品位較低，產(chǎn)品附加值不高；iv）由于產(chǎn)品的金屬化率不高且不穩(wěn)定，并且脫鋅后的產(chǎn)品由于粉末太多，只能作為燒結(jié)原料返回?zé)Y(jié)工序；v）產(chǎn)品的冷卻方式給環(huán)境帶來污染。

針對(duì)轉(zhuǎn)底爐工藝和回轉(zhuǎn)窯工藝存在的上述不足之處，COSRED提鋅提鐵工藝給出了一種新的解決方案，可以在處理好含鋅粉塵固廢的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)鋅元素和鐵元素的高效回收，最大程度的使粉塵固廢中的有價(jià)成分得到經(jīng)濟(jì)合理的回收利用，這對(duì)于減少鋼鐵企業(yè)污染物的排放和促進(jìn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。

2 COSRED提鋅提鐵工藝技術(shù)

2.1 COSRED提鋅提鐵工藝基本流程

COSRED提鋅提鐵工藝是武漢科思瑞迪科技有限公司開發(fā)的、已經(jīng)獲得了國(guó)家授權(quán)的發(fā)明專利，該工藝在COREX工藝和FINEX工藝的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了三大技術(shù)創(chuàng)新：1）用移動(dòng)床提鋅爐替代氣基還原爐和氣基流化床；2）生產(chǎn)中可以不需要富氧；3）提鐵爐煤氣自產(chǎn)自用。由于這三大技術(shù)創(chuàng)新，使得該工藝不僅具有流程短、環(huán)保好的突出優(yōu)勢(shì)，而且具有成本低、投資省和質(zhì)量?jī)?yōu)等綜合優(yōu)勢(shì)。

COSRED提鋅提鐵工藝基本流程，見圖1所示。

COSRED提鋅提鐵工藝主要包括以下基本環(huán)節(jié)：

1）含鋅含鐵固廢原料和粘結(jié)劑經(jīng)過混勻、壓塊和烘干后，與還原劑及脫硫劑混合形成混合料，混合料通過運(yùn)輸裝置運(yùn)至提鋅爐的頂部；

2）在提鋅爐的頂部通過布料裝置將混合料裝入提鋅爐中的脫鋅室，混合料在脫鋅室的下行過程中，經(jīng)過預(yù)熱段、脫鋅段后完成脫鋅任務(wù)；

3）提鋅爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐和布袋除塵器等設(shè)施，不僅將高溫?zé)煔獾臒崃炕厥?，產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)也回收得到了粗鋅粉；

4）脫鋅完成后，將混合料冷卻至650-700℃，通過提鋅爐的排料裝置排出爐外，經(jīng)過熱篩得到脫鋅率達(dá)到90%以上的脫鋅球團(tuán)；

5）提鋅工序排出的650~700℃的高溫脫鋅球團(tuán)在熱態(tài)下裝入提鐵爐，同時(shí)配入還原劑煤塊和造渣劑石灰石，并向提鐵爐內(nèi)鼓入1000~1150℃的熱風(fēng)；

6）物料在提鐵爐內(nèi)進(jìn)行高溫熔煉，最終實(shí)現(xiàn)渣鐵分離，獲得1400~1500℃的鐵水和熔融爐渣；

7）在提鐵爐中提煉獲得的鐵水排出提鐵爐后，利用現(xiàn)有鑄鐵設(shè)備進(jìn)一步鑄成生鐵塊，作為轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼的優(yōu)質(zhì)爐料；熔渣排出提鐵爐后，先經(jīng)過水淬處理，然后再利用現(xiàn)有礦渣磨粉設(shè)施進(jìn)一步磨細(xì)成粉，外銷作為水泥廠的原料；

8）提鐵爐熔煉過程中產(chǎn)生的高溫煤氣經(jīng)過余熱回收和凈化處理后，作為提鋅爐和熱風(fēng)爐的燃料，向提鋅爐和熱風(fēng)爐提供熱量；

9）提鋅爐煙氣和提鐵爐煤氣的余熱回收所獲得的蒸汽，送往蒸汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

2.2 COSRED提鋅提鐵工藝技術(shù)特點(diǎn)

COSRED粉塵固廢提鋅提鐵工藝具有以下主要的技術(shù)特點(diǎn)：

1）物流運(yùn)輸順暢短捷：本方案工藝流程短，物料運(yùn)輸順暢便捷；

2）產(chǎn)能規(guī)模靈活：通過提鋅爐脫鋅室的模塊化設(shè)計(jì)和模塊數(shù)量組合，實(shí)現(xiàn)不同的生產(chǎn)規(guī)模，單條生產(chǎn)線最大年處理規(guī)?？蛇_(dá)100-120萬噸固廢；

3）原燃料適應(yīng)范圍廣：可以處理各類含鐵原料，還原劑可以采用煤炭、蘭炭、焦炭、石油焦或木炭中的任何一種或幾種；

4）煤氣利用效率高：提鋅爐使用的燃?xì)獠捎锰徼F爐自產(chǎn)的煤氣，提鐵工序中熱風(fēng)爐的燃燒煤氣也是提鐵爐自產(chǎn)的煤氣，煤氣利用效率高；

5）產(chǎn)品質(zhì)量好：提鋅爐的脫鋅時(shí)間和脫鋅溫度靈活可控，產(chǎn)品脫鋅率和脫氧率能夠得到充分保證，最終再通過提鐵爐的處理，可提煉制得優(yōu)質(zhì)的鑄鐵塊；

6）產(chǎn)品形式多：提鋅爐得到的脫鋅球團(tuán)可以采用冷排料或熱排料工藝，可與提鐵爐直接銜接進(jìn)行提鐵作業(yè)；也還可以采用冷壓塊或熱壓塊工藝，以便于脫鋅球團(tuán)產(chǎn)品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸；

7）生產(chǎn)穩(wěn)定順行：提鋅爐物料運(yùn)行順暢，脫鋅率和脫氧率高，生產(chǎn)穩(wěn)定順行；提鐵爐能夠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)脫鋅球團(tuán)的提鐵、熔分和造氣三大功能；

8）操作簡(jiǎn)單便捷：工藝控制簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便可靠；

9）節(jié)能降耗效果好：高溫煤氣和煙氣余熱充分回收利用，提鐵爐產(chǎn)生的煤氣自產(chǎn)自用，提鋅爐生產(chǎn)的高溫脫鋅球團(tuán)熱態(tài)裝入提鐵爐，生產(chǎn)過程節(jié)能降耗效果好；

10）環(huán)境友好：原燃料不需要燒結(jié)工序和焦化工序，不僅氮氧化物、二氧化硫及粉塵均達(dá)標(biāo)排放，而且二氧化碳和污染物排放總量比高爐工藝均實(shí)現(xiàn)大幅度降低；環(huán)境除塵灰作為原料返回配料系統(tǒng)再次利用，工藝過程無工業(yè)廢水和二次固體廢棄物產(chǎn)生；

11）降低CO2的排放：本工藝可采用富氫氣體作為還原氣和燃料氣，從而進(jìn)一步降低CO2的排放量；

12）綜合優(yōu)勢(shì)明顯：技術(shù)先進(jìn)、裝備可靠、環(huán)保效果好、生產(chǎn)成本低、投資回收期短。

2.3 COSRED提鋅提鐵工藝的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

某項(xiàng)目年處理38萬噸粉塵固廢的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如表1所示。

表1 年處理38萬噸粉塵固廢主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

序號(hào)	項(xiàng)目	單位	指標(biāo)	備注
一	提鋅工序
1	固廢年處理量	萬t/a	38.5	TFe：~55%，干基
2	脫鋅球團(tuán)年產(chǎn)量	萬t/a	29.25	脫鋅率：≥90%，金屬化率：≥70%
3	粗鋅粉年產(chǎn)量	萬t/a	4.37	ZnO：≥50%
4	含鐵含鋅原料單耗	kg/t-P	1316
5	還原劑單耗	kg/t-P	233
6	粘結(jié)劑單耗	kg/t-P	25
7	脫硫劑單耗	kg/t-P	40
8	電耗	kW·h/t-P	65
9	氮?dú)庀牧?span lang="EN-US">	Nm³/t-P	~212
10	新水消耗	t/t-P	0.8
11	煤氣單耗	Nm³/t-P	990	提鐵爐煤氣，熱值≥1200kcal/Nm³
12	還原溫度	℃	1050~1150
13	脫鋅率	%	≥90
14	金屬化率	%	70~95
15	熱排料溫度	℃	650~700
二	提鐵工序
1	脫鋅球團(tuán)年處理量	萬t/a	29.25	TFE：≥77.5%
2	鑄鐵塊年產(chǎn)量	萬t/a	22.4	TFE：≥94%
3	鑄鐵塊日產(chǎn)量	t/d	640
4	脫鋅球團(tuán)單耗	kg/t	1306
5	無煙煤煤塊單耗	kg/t	617.6	提鐵爐還原劑、造氣劑
	提鋅工序回收煤	kg/t	450.4	與脫鋅球團(tuán)一起熱裝入爐
	額外配煤	kg/t	167.2	常溫入爐
6	石灰石	kg/t	108.7	造渣劑，常溫入爐
7	爐頂壓力	MPa	0.04	設(shè)備能力：0.05
8	熱風(fēng)溫度	℃	1100	能力：1150
9	富氧率	%	0~3	設(shè)計(jì)能力：3
10	渣比	kg/t	396	干渣
11	頂煤氣溫度	℃	1050	熱值：≥1200kcal/Nm³
12	電耗	kW·h/t	110
13	新水	t/t-	2.4
14	年工作日	d/a	350