COSRED提鋅提鐵技術處理鋼鐵廠含鋅粉塵的應用前景
2021-09-15
武漢科思瑞迪科技有限公司
1 前言
鋼鐵企業生產過程中會產生大量的各類粉塵、污泥，如：燒結除塵灰、高爐瓦斯灰或泥、轉爐除塵灰或泥、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元素，如Fe、Zn等。一直以來，這些含鐵粉塵大部分直接返回燒結加以利用，然而隨著鋅元素在爐料中不斷循環富集，對高爐的生產順行和長壽會帶來嚴重的不利影響，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底爐工藝和回轉窯工藝，但是這兩種工藝均存在明顯的不足。
轉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，而且收集到的粗鋅粉中的ZnO含量也較高（≥50%）。但是，轉底爐工藝存在以下比較突出的不足之處：i）單條生產線的年處理量不高，目前單臺套設備的最大年處理量通常不超過20萬噸；ii）由于其工藝特點，產品的金屬化率不高（70-75%），且品位和強度均較低，不宜直接作為煉鐵和煉鋼的爐料使用；iii）轉底爐工藝由于工藝本身固有的缺點，生產過程中容易出現爐底板結，耐火磚脫落等生產事故；iv）產品的冷卻方式給環境帶來污染。
與轉底爐工藝相比，回轉窯工藝不需要造球，脫鋅后的產品作為燒結原料再利用，并綜合回收了有價元素鋅。但是，該工藝存在以下主要不足：i）單條生產線的年處理量較低，目前單臺套設備的最大年處理量通常不超過20萬噸；ii）生產過程中窯內極易“結圈”，“結圈”后的處理難度很大、勞動強度很高，不僅降低了設備作業率，而且推高了生產成本；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，產品附加值不高；iv）由于產品的金屬化率不高且不穩定，并且脫鋅后的產品由于粉末太多，只能作為燒結原料返回燒結工序；v）產品的冷卻方式給環境帶來污染。
針對轉底爐工藝和回轉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，實現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成分得到經濟合理的回收利用，這對于減少鋼鐵企業污染物的排放和促進我國鋼鐵工業的可持續發展都具有十分重要的意義。
2 COSRED提鋅提鐵工藝技術
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的、已經獲得了國家授權的發明專利，該工藝在COREX工藝和FINEX工藝的基礎上實現了三大技術創新：1）用移動床提鋅爐替代氣基還原爐和氣基流化床；2）生產中可以不需要富氧；3）提鐵爐煤氣自產自用。由于這三大技術創新，使得該工藝不僅具有流程短、環保好的突出優勢，而且具有成本低、投資省和質量優等綜合優勢。
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節：
1）含鋅含鐵固廢原料和粘結劑經過混勻、壓塊和烘干后，與還原劑及脫硫劑混合形成混合料，混合料通過運輸裝置運至提鋅爐的頂部；
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，經過預熱段、脫鋅段后完成脫鋅任務；
3）提鋅爐產生的高溫煙氣通過余熱鍋爐和布袋除塵器等設施，不僅將高溫煙氣的熱量回收，產生蒸汽，同時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，經過熱篩得到脫鋅率達到90%以上的脫鋅球團；
5）提鋅工序排出的650~700℃的高溫脫鋅球團在熱態下裝入提鐵爐，同時配入還原劑煤塊和造渣劑石灰石，并向提鐵爐內鼓入1000~1150℃的熱風；
?
6）物料在提鐵爐內進行高溫熔煉，最終實現渣鐵分離，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，利用現有鑄鐵設備進一步鑄成生鐵塊，作為轉爐或電爐煉鋼的優質爐料；熔渣排出提鐵爐后，先經過水淬處理，然后再利用現有礦渣磨粉設施進一步磨細成粉，外銷作為水泥廠的原料；
8）提鐵爐熔煉過程中產生的高溫煤氣經過余熱回收和凈化處理后，作為提鋅爐和熱風爐的燃料，向提鋅爐和熱風爐提供熱量；
9）提鋅爐煙氣和提鐵爐煤氣的余熱回收所獲得的蒸汽，送往蒸汽輪機進行發電。
2.2 COSRED提鋅提鐵工藝技術特點
COSRED粉塵固廢提鋅提鐵工藝具有以下主要的技術特點：
1）物流運輸順暢短捷：本方案工藝流程短，物料運輸順暢便捷；
2）產能規模靈活：通過提鋅爐脫鋅室的模塊化設計和模塊數量組合，實現不同的生產規模，單條生產線最大年處理規模可達100-120萬噸固廢；
3）原燃料適應范圍廣：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：提鋅爐使用的燃氣采用提鐵爐自產的煤氣，提鐵工序中熱風爐的燃燒煤氣也是提鐵爐自產的煤氣，煤氣利用效率高；
5）產品質量好：提鋅爐的脫鋅時間和脫鋅溫度靈活可控，產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，可提煉制得優質的鑄鐵塊；
6）產品形式多：提鋅爐得到的脫鋅球團可以采用冷排料或熱排料工藝，可與提鐵爐直接銜接進行提鐵作業；也還可以采用冷壓塊或熱壓塊工藝，以便于脫鋅球團產品的儲存和運輸；
7）生產穩定順行：提鋅爐物料運行順暢，脫鋅率和脫氧率高，生產穩定順行；提鐵爐能夠穩定的實現脫鋅球團的提鐵、熔分和造氣三大功能；
8）操作簡單便捷：工藝控制簡單、自動化程度高、生產操作簡便可靠；
9）節能降耗效果好：高溫煤氣和煙氣余熱充分回收利用，提鐵爐產生的煤氣自產自用，提鋅爐生產的高溫脫鋅球團熱態裝入提鐵爐，生產過程節能降耗效果好；
10）環境友好：原燃料不需要燒結工序和焦化工序，不僅氮氧化物、二氧化硫及粉塵均達標排放，而且二氧化碳和污染物排放總量比高爐工藝均實現大幅度降低；環境除塵灰作為原料返回配料系統再次利用，工藝過程無工業廢水和二次固體廢棄物產生；
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，從而進一步降低CO2的排放量；
12）綜合優勢明顯：技術先進、裝備可靠、環保效果好、生產成本低、投資回收期短。
2.3 COSRED提鋅提鐵工藝的主要技術經濟指標
某項目年處理38萬噸粉塵固廢的主要技術經濟指標，如表1所示。
表1 年處理38萬噸粉塵固廢主要技術經濟指標
|
序號 |
項目 |
單位 |
指標 |
備注 |
|
一 |
提鋅工序 |
|
|
|
|
1 |
固廢年處理量 |
萬t/a |
38.5 |
TFe：~55%，干基 |
|
2 |
脫鋅球團年產量 |
萬t/a |
29.25 |
脫鋅率：≥90%，金屬化率：≥70% |
|
3 |
粗鋅粉年產量 |
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 |
氮氣消耗量 |
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 |
脫鋅球團年處理量 |
萬t/a |
29.25 |
TFE：≥77.5% |
|
2 |
鑄鐵塊年產量 |
萬t/a |
22.4 |
TFE：≥94% |
|
3 |
鑄鐵塊日產量 |
t/d |
640 |
|
|
4 |
脫鋅球團單耗 |
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 |
設備能力：0.05 |
|
8 |
熱風溫度 |
℃ |
1100 |
能力：1150 |
|
9 |
富氧率 |
% |
0~3 |
設計能力：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 |
|
2.4 COSRED提鋅提鐵工藝的能源消耗
……
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