李東海[1] ，鄭君[1]，羅磊[1]，倪曉明[2]

　　1．重慶賽迪熱工環保工程技術有限公司 2.中冶賽迪技術研究中心有限公司

　　1 前言

　　近十幾年來，隨著鋼鐵產量的迅猛發展，鋼鐵企業所產生的固廢也隨之與日俱增，帶來了巨大的環境和資源壓力，也制約著企業的進一步發展。因此，在當前環保要求與資源限制日趨加重的情況下，積極開發應用新技術以資源化處置鋼鐵企業所產生的固廢具有十分重要的意義。

　　鋼鐵企業固廢是指在冶煉和加工過程中所產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、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。一般總發生量約占鋼鐵企業產能的百分之六十（各企業因生產工藝技術不同會有所差異），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%，這也是鋼鐵企業主要面臨的兩大類固廢。

　　以中國某年產量1000萬噸規模的大型聯合鋼鐵企業為例，表1是其當前固廢產生量及利用路徑的概況。其中，高爐渣和鋼渣經再加工可用作水泥等建筑材料，已基本實現全量利用；含鐵塵泥主要以廠內自循環為主、外銷為輔，由于含鐵塵泥中的鋅等易揮發元素在高爐內會不斷循環富集，再加上廢鋼、低品位雜礦的不斷引入，導致除塵泥中的鋅含量不斷攀升，鋅負荷上升將直接導致高爐工況惡化，影響順行，爐喉結瘤，耐材侵蝕，壽命縮短，因此高爐需嚴格控制鋅入爐量，從而導致內部自循環消化能力不斷降低，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，威脅生態環境。隨著當下環保壓力的不斷加大，含鐵塵泥固廢的外銷轉移已愈發困難，如何有效利用含鐵塵泥固廢是亟待解決的嚴重問題。

 　　表1 某年產量1000萬 t規模鋼鐵企業固廢產生量及利用路徑表（單位：×103t/a）
　　

　　2 含鐵塵泥類固廢資源化利用技術

　　由于鋼鐵企業環節眾多，生產原料也差異較大，因此所產生固廢的物化特性也各有不同，須在少影響甚至不影響現行生產的前提下，綜合運用不同的技術路線，實現含鐵塵泥固廢的最優化處置。為減少高爐內有害元素鋅的富集，高爐瓦斯灰/泥、電爐灰等含鋅較高塵泥可通過轉底爐脫鋅處理后再返回使用；轉爐灰/泥等煉鋼塵泥可直接冷壓成球后作煉鋼冷卻劑，形成煉鋼系統內部的短流程循環利用；無鋅和低鋅塵泥可作為含鐵原料混勻調質后作為含鐵原料進入燒結重新利用。

　　2.1 轉底爐技術

　　（1）工藝流程

　　轉底爐屬煤基直接還原煉鐵技術，其典型的工藝流程如圖2所示。將含鋅含鐵塵泥與粘結劑、還原劑按照一定比例混合均勻后，經成型、干燥后送入轉底爐，在爐內進行高溫焙燒，大約30分鐘，物料內部的碳元素將鐵、鋅氧化物快速還原，鋅在爐內將變成蒸汽從球團內逸出，進入煙氣系統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形態留存于球團內（即直接還原鐵DRI），經冷卻后供高爐、轉爐使用。一條年處理塵泥20萬t的轉底爐處理線，可生產金屬化球團~13萬t，粗鋅粉~4000t。實現金屬化率≥70%，脫鋅率≥80%。

 

 　　

 圖1 轉底爐工藝流程簡圖

　?。?）關鍵技術

　　1）塵泥成型技術

　　由于各廠生產所用原料和工藝的不同，轉底爐所處理物料的物化性質差異往往較大，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有圓盤造球和對輥壓塊兩種：圓盤成球適用于粒度細小、親水性好、易成球的粉塵，其產量與質量波動較大；對輥壓塊對于原料的適應性較強，生球強度高，產量與質量較穩定，其使用粘結劑及運行成本相對較高。兩種成型技術需依據企業實際情況，根據塵泥特點，因地制宜地選擇與之相匹配的成型技術。

　　2）含碳球團自還原控制技術

　　含碳球團在爐內的停留時間通常只有20~30分鐘，生產周期很短，但其過程卻十分復雜，涉及煤氣燃燒及氣體流動、含碳球團的自還原和氣固兩相的傳熱傳質等，各過程相互影響與耦合，而且由于工藝流程較長，生產調節反饋的滯后性大，控制難度高。傳統的控制手段各單元孤立而無關聯，基本只能靠人工長期摸索積累經驗，難以滿足轉底爐全線生產的智能控制需求。因此，立足工業生產的大數據分析，構建起關鍵工藝參數、生產操作制度與產品質量之間的專家系統，是實現轉底爐內含碳球團自還原精準控制技術的關鍵。

　　3）煙氣余熱及鋅粉回收技術

　　轉底爐熱效率較低，煙氣會帶走爐內大量的熱量，與此同時，煙氣中還含有產品鋅粉，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行回收。然而，由于轉底爐所處理的冶金含鋅塵泥還伴有K、Na、Pb、Cl等多種揮發性元素，進入煙氣后極易引起鍋爐管束、收粉布袋的堵塞及腐蝕，嚴重制約生產順行。所以，高效防粘堵的余熱回收及凈化技術至關重要！合理控制煙氣的溫降，設置多級組合清灰措施，從而實現鍋爐及收粉系統的順行。

　　4）關鍵裝備設計

　　轉底爐工藝由于原料復雜，工況惡劣，需對相應的轉底爐布料、爐體、出料螺旋、冷卻裝置等核心裝備進行針對性的適應性設計，實現系統的穩定、長壽、高效作業。

　　2.2 冷壓塊技術

　　冷壓塊技術是指塵泥與粘結劑混合后使用壓球機擠壓成型，經烘干或養護等方法以獲得高強度冷固球團，主要用于處理煉鋼系統產生的除塵灰（泥）、氧化鐵皮等，產品可直接回到轉爐作冷卻劑和造渣劑。該技術作為一種塵泥短流程回用技術，具有投資少、流程短、生產靈活等特點。

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