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Function of rotary hearth furnace

作者：1 發布時間：2010-04-02 文字大小：【大】【中】【小】
 在鋼鐵生產過程中,將產生大量含鐵粉塵。這些粉塵大多數都可以通過返回燒結或造球的方法，再次進入高爐或轉爐冶煉，以得到循環利用。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，又難以循環利用，很多企業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，日本各鋼鐵企業引進或開發了相關技術，并取得了顯著的成效。采用轉底爐（RHF爐）工藝處理高鋅含鐵粉塵生產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轉底爐，并已將這一技術推廣到臺灣中鋼。

 
轉底爐（RHF爐）技術及其發展
環形轉底爐法原是一種用來焙燒含碳球團生產海綿鐵的新的煤基直接還原技術。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）的形態均布于一底部轉動的環形爐內，然后在高溫下（1300-1350℃）敞焰加熱，以實現物料的快速還原。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的直接還原環形轉底爐，獲得了工業性試驗的成功。但由于當時該公司將精力集中于開發氣基海綿鐵法，該項技術未能轉化為工業生產。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形轉底爐海綿鐵生產工藝及設備，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，于1995年建成了一座小時產量為2.5噸海綿鐵的Fastmelt示范工廠，并將與三井金屬工業公司合資，在美國建一座年產90萬噸海綿鐵的工廠。
上世紀七十年代，加拿大的INCO公司開始將環形轉底爐技術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的環形爐，用合金廠回收的廢料生產海綿鐵。目前，德國的曼內斯曼鋼鐵公司已獲得Inmeltco工藝的使用權，擬用此技術在德國建一座直徑28m的環形轉底爐，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為代表的環形轉底爐技術在國外經過40年的發展歷史和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，使之得到充分利用開辟了一條新途徑。
我國對環形轉底爐技術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，進行過環形轉底爐的試驗研究，并獲得了一定成果。但目前僅著眼于直接還原生產海綿鐵，還未考慮對含鐵原料中有害雜質的回收與利用。
日本新日鐵君津公司為年產800萬噸的鋼鐵聯合企業。從燒結、球團，到高爐、轉爐、軋鋼各工序的粉塵及污泥發生總量高達120-140萬噸/年，大部分已直接返回燒結。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
環形爐
Waelz回轉窯
熔融回轉窯
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
-
回轉窯內壁易粘連
 
 經過比較分析，君津廠最終于2000年引進了美國MR & E公司的環形爐技術,并根據處理鋼鐵廠高鋅含鐵粉塵的實際進行了相應的改進。按年處理17.5萬噸干粉塵計算，該環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、轉爐、燒結產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形爐內，經煤氣燃燒升溫至1300℃，利用粉塵中的含碳（或適當添加的煤粉）在10-20min內，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。
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,可節約燃料2.4萬噸，相當于君津廠年耗能量的0.4%，經濟效益達1.4億日元。加上每年可少購18萬噸鐵礦粉，和節約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。由于這項技術具有巨大的節能及環保意義，獲得了日本2001年度經濟產業省大臣節能獎，
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形轉底爐生產線，年處理量為14.2萬噸。一號轉底爐主要處理比較干燥且物理性質穩定的粉塵及污泥，采用的是球磨+圓盤造球+球團干燥的工藝；而二號轉底爐主要處理相對潮濕且物理性質不穩定的物料，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。這二條生產線其他工藝及設備基本相同。至此，君津廠基本實現了含鐵廢料的全部利用。君津廠兩座轉底爐的技術指標列于表2-2。
表2-2   君津廠兩座轉底爐的技術操作指標
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、配比的適應性
較窄
較寬
君津廠采用環形爐技術獲得成功后，迅速推廣到專門生產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底爐生產線。
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。而爐內溫度、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，由于轉底爐產品直接還原鐵中，硫不可能完全脫除，加入煉鋼需附加脫硫設備，增加投資，故將直接還原鐵加入高爐冶煉是最經濟有效的，只要將直接還原鐵的金屬化率控制在70%以上即可，這還能降低轉底爐生產能耗。