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，武漢 430223）

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)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，這些除塵灰通常含有大量的有價(jià)元素，如Fe、Zn 等。一直以來(lái)，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，其會(huì)對(duì)高爐的生產(chǎn)順行和長(zhǎng)壽帶來(lái)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(lái)。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[1-6]。

1 鋼鐵廠含鋅粉塵的傳統(tǒng)處理工藝概述

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)，而且收集的粗鋅粉中ZnO 含量較高（≥50%）。但是，轉(zhuǎn)底爐工藝存在比較突出的不足之處：?jiǎn)螚l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(guò)20 萬(wàn)t；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；由于本身固有的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)底爐工藝生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)爐底板結(jié)、耐火磚脫落等生產(chǎn)事故；產(chǎn)品的冷卻方式給環(huán)境帶來(lái)污染[7-8]。

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，該工藝也存在不足：?jiǎn)螚l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(guò)20 萬(wàn)t；生產(chǎn)過(guò)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；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品位較低，產(chǎn)品附加值不高；由于產(chǎn)品的金屬化率不高且不穩(wěn)定，脫鋅后的產(chǎn)品含太多粉末，只能作為燒結(jié)原料返回?zé)Y(jié)工序；產(chǎn)品的冷卻方式給環(huán)境帶來(lái)污染[9-10]。

2 COSRED 提鋅提鐵工藝分析

針對(duì)轉(zhuǎn)底爐工藝和回轉(zhuǎn)窯工藝的不足之處，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，最大程度地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。

2.1 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：用移動(dòng)床提鋅爐替代氣基還原爐和氣基流化床；生產(chǎn)中可以不需要富氧；提鐵爐煤氣自產(chǎn)自用。由于這三大技術(shù)創(chuàng)新，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如圖1所示。

圖1 COSRED 提鋅提鐵工藝基本流程

COSRED 提鋅提鐵工藝主要包括以下基本環(huán)節(jié)：含鋅含鐵固廢原料和粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)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(guò)運(yùn)輸裝置運(yùn)至提鋅爐的頂部；在提鋅爐的頂部通過(guò)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(guò)程中經(jīng)過(guò)預(yù)熱段、脫鋅段后完成脫鋅任務(wù)；提鋅爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)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，也通過(guò)回收得到了粗鋅粉；脫鋅完成后，將混合料冷卻至650 ～700 ℃，通過(guò)提鋅爐的排料裝置排出爐外，經(jīng)過(guò)熱篩得到脫鋅率大于90%的脫鋅球團(tuán)；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1 000 ～1 150 ℃的熱風(fēng)；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 1 400 ～1 500 ℃的鐵水和熔融爐渣；在提鐵爐中提煉的鐵水排出提鐵爐后，利用現(xiàn)有鑄鐵設(shè)備將其進(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(guò)水淬處理，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；提鐵爐熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的高溫煤氣經(jīng)過(guò)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；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 提鋅提鐵工藝特點(diǎn)

COSRED 提鋅提鐵工藝主要具有12 個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。

2.2.1 物流運(yùn)輸順暢便捷

本方案工藝流程短，物料運(yùn)輸順暢便捷。

2.2.2 產(chǎn)能規(guī)模靈活

通過(guò)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)線的最大年固廢處理規(guī)?？杀３衷?00 ～120 萬(wàn)t。

2.2.3 原燃料適應(yīng)范圍廣

本工藝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。

2.2.4 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。

2.2.5 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，最終通過(guò)提鐵爐的處理，可提煉出優(yōu)質(zhì)的鑄鐵塊。

2.2.6 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)；可以采用冷壓塊或熱壓塊工藝，便于脫鋅球團(tuán)產(chǎn)品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

2.2.7 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)定地實(shí)現(xiàn)脫鋅球團(tuán)的提鐵、熔分和造氣三大功能。

2.2.8 操作簡(jiǎn)單便捷

本工藝控制簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便可靠。

2.2.9 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)在熱態(tài)下裝入提鐵爐，生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能降耗效果好。

2.2.10 環(huán)境友好

原燃料不需要燒結(jié)工序和焦化工序，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相比高爐工藝均實(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(guò)程無(wú)工業(yè)廢水和二次固體廢棄物產(chǎn)生。

2.2.11 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。

2.2.12 綜合優(yōu)勢(shì)明顯

本工藝技術(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(wàn)t 粉塵固廢，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1、表2 所示。

表1 年處理38 萬(wàn)t 粉塵固廢的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（提鋅工序）

表2 年處理38 萬(wàn)t 粉塵固廢的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（提鐵工序）

2.4 COSRED 提鋅提鐵工藝的能源消耗

經(jīng)合計(jì)，消耗項(xiàng)減去回收項(xiàng)，本項(xiàng)目年處理38萬(wàn)t 粉塵固廢的工序能源消耗為483.31 kgce/t（以提煉制備1 t 鑄鐵塊為基準(zhǔn)），相關(guān)能源介質(zhì)的消耗情況如表3、表4 所示。

表3 年處理38 萬(wàn)t 粉塵固廢的工序能耗（消耗項(xiàng)）

表4 年處理38 萬(wàn)t 粉塵固廢的工序能耗（回收項(xiàng)）

COSRED 提鋅提鐵工藝提煉生產(chǎn)每噸鑄鐵塊的能源消耗為483.31 kgce/t，與傳統(tǒng)的“燒結(jié)—焦化—高爐”長(zhǎng)流程煉鐵工藝的先進(jìn)工序能耗指標(biāo)（540 kgce/t）相比，降低了10.5%，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

2.5 COSRED 提鋅提鐵工藝的經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目年處理38 萬(wàn)t 粉塵固廢的生產(chǎn)成本測(cè)算結(jié)果如表5 至表8 所示。經(jīng)測(cè)算，在考慮固廢混合料的成本價(jià)和所有回收效益（包括蒸汽發(fā)電、提鐵爐渣微粉、提鐵爐盈余煤氣、提鋅爐煤焦細(xì)粉和粗鋅粉的經(jīng)濟(jì)效益）的情況下，采用COSRED 提鋅提鐵工藝從含鋅含鐵粉塵固廢中提煉制備每噸鑄鐵塊的生產(chǎn)加工成本為1 354.38 元/t-P（不含稅，先對(duì)原料消耗、動(dòng)力消耗和其他消耗求和，然后扣除回收項(xiàng)）；相應(yīng)地，處理每噸粉塵固廢的加工成本為788 元/t-P （不含稅）。

表5 提煉加工每噸鑄鐵塊的生產(chǎn)成本（不含稅） 測(cè)算（原料消耗）

表6 提煉加工每噸鑄鐵塊的生產(chǎn)成本（不含稅） 測(cè)算（動(dòng)力消耗）

表7 提煉加工每噸鑄鐵塊的生產(chǎn)成本（不含稅） 測(cè)算（其他消耗）

表8 提煉加工每噸鑄鐵塊的生產(chǎn)成本（不含稅） 測(cè)算（回收項(xiàng)）

從含鋅含鐵粉塵固廢中提煉制備的鑄鐵塊可替代優(yōu)質(zhì)廢鋼，作為煉鋼的優(yōu)質(zhì)爐料。優(yōu)質(zhì)廢鋼的不含稅采購(gòu)價(jià)為3 800 元/t，那么，COSRED 提鋅提鐵工藝制備每噸鑄鐵塊的不含稅凈效益為2 446 元。在不考慮財(cái)務(wù)成本的情況下，年處理38 萬(wàn)t 粉塵固廢的工程項(xiàng)目的投資回收期僅為12 個(gè)月。通過(guò)上述分析可以看出，采用COSRED 提鋅提鐵工藝處理含鋅粉塵，能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)很高的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

COSRED 提鋅提鐵工藝是國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)發(fā)展的非高爐新技術(shù)，該工藝不僅彌補(bǔ)了現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐工藝和回轉(zhuǎn)窯工藝存在的不足之處，而且能夠高效、徹底地實(shí)現(xiàn)粉塵固廢的資源化綜合回收利用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)，有利于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。COSRED 提鋅提鐵工藝具有規(guī)模靈活可調(diào)、流程短、操作簡(jiǎn)單、能耗低、環(huán)境友好、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，處理含鋅粉塵后所得到的粗鋅粉、鑄鐵塊、蒸汽和礦渣微粉四種產(chǎn)品能夠帶來(lái)很高的經(jīng)濟(jì)效益，而且徹底解決了鋼鐵公司內(nèi)部含鋅粉塵固廢的環(huán)保難題和處理痛點(diǎn)，對(duì)于減少鋼鐵企業(yè)污染物的排放和促進(jìn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。