王明華，雷鵬飛，權芳民，張志剛

　　甘肅酒鋼集團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程中由高爐煤氣攜帶出的細顆粒爐塵，它由高爐爐料粉末和在高溫區激烈反應而產生的微顆粒組成，是鋼鐵企業主要固體排放物之一。其化學成分比較復雜，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雜、對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，國內外處理高爐瓦斯灰泥的方法大致有三種：①直接外排堆存，易造成環境污染、資源浪費；②直接利用，返回燒結或球團配料，被國內許多鋼鐵企業采用，但其有害雜質如Zn、K、Na等較高，配入燒結或球團礦，會使高爐利用系數降低，焦比升高，影響高爐壽命；③綜合回收，提取鐵及鋅等有價元素。目前，從中提取鐵及鋅等有價元素是發展方向。

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

　　轉底爐工藝是目前國內少數鋼鐵廠（馬鋼、沙鋼、日照和萊鋼等）處理含鋅塵泥的成熟工藝技術，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勢。但也存在難以克服的缺點，如投資大、產品金屬化率低、能源利用效率不高、工藝配料復雜（配料中高爐瓦斯灰泥比例低，須配加高比例的轉爐OG泥等物料）、運行成本高等，極大限制了它在鋼鐵行業的推廣應用。

　　回轉窯工藝是目前國內多數鋼鐵廠（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，該直接還原工藝因其具有工藝簡潔、投資小、工藝配料靈活（可單一處理高爐瓦斯灰泥）、運行成本低（不需外購氣體燃料）等優點，用于處理鋼鐵廠高爐瓦斯灰泥等含鋅鐵料具有較大的優勢。但目前也存在諸多問題，如收鋅率低、氧化鋅粉產品的ZnO含量低、窯渣（金屬化產品）的金屬化率低且殘鋅率高等，這些問題直接影響到該工藝的經濟性，使其推廣應用受到一定的限制。

　　近幾年，酒鋼資源利用研究所在回轉窯處理高爐瓦斯灰泥獲得高品位氧化鋅粉的機理研究上取得了突破性進展；結合我們在煤基冶金還原方面已經取得的諸多技術成果以及對本鋼等企業回轉窯處理高爐瓦斯灰泥提鋅生產線的實地考察情況；我們認為，目前國內回轉窯工藝所存在的諸多問題，通過優化設計是可以解決的，而且經濟性會非常好。

　　2 國內高爐瓦斯灰泥回轉窯提鋅生產線存在的主要問題2.1 氧化鋅粉產品的ZnO含量普遍偏低

　　近幾年，我們先后對武鋼、漣源鋼廠、萍鄉鋼廠、新余鋼廠、南京鋼廠和本鋼的回轉窯處理瓦斯灰工藝進行了考察。六家鋼鐵企業中只有本鋼沒有配加外購高鋅料，原料含ZnO只有6～8%，低于萍鄉鋼廠、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60%，是六家鋼鐵企業中最高的。

　　表2.1 部分鋼企高爐瓦斯灰回轉窯提鋅工藝情況表
　　

　　本鋼回轉窯煙氣除塵系統非常龐大，不僅有體積較大的保溫沉降室，U型管狀空水冷卻器的U型管組數也高達8組，是六家鋼廠中最多的，而布袋除塵系統卻相對較小。這正是本鋼瓦斯灰回轉窯回收鋅粉ZnO含量高的原因，由于U型管組數高達8組，可以使中小顆粒粉塵充分沉降，到布袋除塵器時煙氣中就只有微細粉塵顆粒，由于微細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。

　　由于對回轉窯處理高爐瓦斯灰泥獲得高品位氧化鋅粉的機理研究不到位，同時基于回轉窯煙化提鋅工藝在有色行業是非常成熟的工藝，所以，業內普遍錯誤地認為，只要把有色行業現成的工藝和裝備移植過來就可以了，他們也確實這么做了；沒有考慮到回轉窯煙化提鋅工藝在有色行業所加工的物料均為高鋅物料（ZnO等可煙化物質的含量普遍在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比值相對偏低。因此，就同一條回轉窯煙化提鋅生產線（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，所得到氧化鋅粉產品的ZnO含量有相當大的差異。

　　由于有色行業的回轉窯煙化提鋅生產線所加工的是高鋅物料，因而，在除塵系統的設計上，前端大多采用旋風重力除塵器或小型重力沉降室，煙氣在此停留時間極短；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前端和中端設備規模相對后端均偏小，煙氣在前端和中端設備內的停留時間普遍偏短，因而在此處捕集或收集到的粉塵顆粒較粗，且產率較低，返回到原料系統參加配料的粉塵量也少，入窯物料的ZnO自富集效果不明顯，進而導致后端的布袋除塵器的粉塵收集量太大，氧化鋅粉產品的ZnO含量較低。這也是本鋼氧化鋅粉產品質量優于其它鋼廠的主要原因。

　　2.2 窯渣（金屬化產品）的金屬化率低且殘鋅率高我們通過對國內外現有各類直接還原鐵技術理論及產業化成果的數年認真研究，目前已取得理論上的重大突破，在世界上首次提出“鐵礦石碳循環增氧暨碳氫聯合還原理論”，并通過了探索性試驗驗證。在該理論指導下，深入開展冶金煤基還原工藝試驗研究工作，進行過千余次不同規模的試驗，試驗研究成果可以有效地指導高產能、低成本地采用以回轉窯為核心的煤基還原裝置進行鐵礦石（球團）直接還原生產。

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

　　目前，業內用于高爐瓦斯灰泥提鋅的回轉窯在正常生產過程中，由于沒有建立起合理的碳循環，出窯窯渣（金屬化產品）中的殘碳量非常低；同時在靠近窯頭（出料側）的窯身部位未采取能強化物料焙燒還原后期料層內部還原性氣氛的任何措施（增氧或碳氫聯合還原技術），因而在還原后期料層內部的還原性氣氛不足，使得以碳氣化反應為核心一系列冶金反應迅速減慢，直接導致出窯窯渣（金屬化產品）的金屬化率（30～70%）低且殘鋅率（1%左右）高。這樣的金屬化產品只能用于燒結配料，很難直接用于高爐或轉爐。

　　3 對回轉窯處理高爐瓦斯灰泥獲得高品位氧化鋅粉的機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經濟指標？值得深入研究。近期，我們與中科院過程所在粉體表面粘附方面進行了深入的技術交流，并檢索研究了國內外在粉塵表面粘附方面的諸多相關研究及應用成果，結合我們在鐵礦石煤基直接還原方面取得的成果，在回轉窯處理高爐瓦斯灰泥獲得高品位氧化鋅粉的機理研究上取得了突破性進展。

　　3.1 冶金機理

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