本發(fā)明涉及冶金粉塵固廢處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隔焰豎爐處理含鋅鐵料粉塵生產(chǎn)直接還原鐵并回收鋅的方法。

背景技術(shù)：

隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵對環(huán)境的影響也日益突出。這些粉塵中含有大量的鐵元素，同時還有碳、鋅、鉛、鉀等元素，處理并回收該部分資源，對實現(xiàn)現(xiàn)有資源的綜合利用，立足我國鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，均具有重要的發(fā)展意義。

但大部分鋼鐵企業(yè)主要采用較為傳統(tǒng)的處理工藝對該部分資源進行綜合治理利用，即將該部分粉塵收集后作為燒結(jié)原料，在工序內(nèi)部循環(huán)使用。由于這些粉塵粒度細，比表面積大，燒結(jié)配入這些粉塵會降低燒結(jié)料層的透氣性。同時這些粉塵含有鋅、鉛、鉀、鈉等元素，形成的燒結(jié)礦在高爐內(nèi)使用會造成高爐鋅、鉛、鉀、鈉的循環(huán)富集，使高爐爐墻結(jié)瘤，影響高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行，且鋅、鉛、鉀、鈉均無法實現(xiàn)回收。

為了從根本上治理和利用粉塵資源，解決傳統(tǒng)處理工藝的弊端，新的技術(shù)方案有以下幾種：

(1)威爾茲工藝：采用長回轉(zhuǎn)窯處理混合球團或粉塵，若要回收粉塵中的鋅則需采用二段回轉(zhuǎn)窯，含鋅蒸汽進入第二個回轉(zhuǎn)窯進行再處理，設(shè)備龐大，鋅脫出效率低，容易產(chǎn)生結(jié)圈現(xiàn)象；

(2)轉(zhuǎn)底爐工藝：含鋅粉塵和塵泥經(jīng)破碎干燥后制團，入轉(zhuǎn)底爐高溫還原，鋅蒸汽揮發(fā)進入煙氣，通過二次氧化成ZnO實現(xiàn)回收。轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵的主要問題是排煙溫度較高，熱綜合效率低，處理規(guī)模有限，同時存在鋅蒸汽冷凝堵塞排煙通道和除塵器，易造成生產(chǎn)不順等問題；

(3)Oxycup粉塵處理工藝：Oxycup豎爐采用內(nèi)配煤壓塊，為了保證足夠強度，需要用水泥作粘結(jié)劑，豎爐的優(yōu)點是熱效率高，金屬氧化物還原充分，金屬收得率高；缺點是直接還原鐵在高爐中使用易造成高爐焦比高(為普通高爐煉鐵的3倍)，利用系數(shù)低，鐵水S、P含量高。

基于上述問題，本發(fā)明提出了一種經(jīng)濟有效處理鋼鐵廠含鐵鋅粉塵的方法，以隔焰豎爐為基體實施對含鋅鐵料粉塵處理并回收鋅，以期減少含鋅粉塵對冶煉生產(chǎn)的影響，提高資源綜合利用水平，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供了一種隔焰豎爐處理含鋅鐵料粉塵回收鋅的方法，用于處理鋼鐵廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種粉塵(如高爐瓦斯灰、瓦斯泥、除塵灰、轉(zhuǎn)爐煉鋼塵泥、連鑄軋鋼鐵屑等)，并回收粉塵中的金屬鋅，得到直接還原鐵供后續(xù)熔煉工序使用。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案基于使用了如圖2所示的隔焰豎爐，由反應(yīng)室1和燃燒室2組成，多個反應(yīng)室1布置在一個很大的燃燒室2中，反應(yīng)室通過模塊化組合而成，反應(yīng)室1從上到下分為預(yù)熱段4、還原段5和冷卻段7，每個反應(yīng)室1和燃燒室2之間設(shè)有傳熱隔墻6，通過燃燒室2中的燃燒器3燃燒煤氣產(chǎn)生反應(yīng)室1所需要的熱量，各反應(yīng)室1內(nèi)溫度基本一致，料球從頂部加入后經(jīng)過預(yù)熱段4、還原段5和冷卻段7后，在排料裝置8的控制下按照合理流量排出。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種隔焰豎爐處理含鋅鐵料粉塵回收鋅的方法，具體包括以下步驟：

(1)含水量合格的煤粉、含鋅鐵料粉塵與添加劑按如下重量比例進行配料：含鋅鐵料：煤粉：添加劑為70～80％：15～30％：1～8％；煤粉與含鋅鐵料粉塵重量配比換算后的C/O比為1.1～1.5；

(2)將所配原料混合均勻后造球，生球直徑為8～40mm；

(3)將所述生球經(jīng)高溫煙氣換熱的熱空氣干燥后，布入隔焰豎爐反應(yīng)室中，生球在反應(yīng)室中向下運行，經(jīng)過反應(yīng)室的預(yù)熱段和還原段形成直接還原鐵及煤氣與鋅蒸汽混合所成的含鋅煤氣，預(yù)熱段的溫度為300～800℃，還原段溫度為800～1250℃；所述含鋅煤氣自下而上運行穿過料球?qū)訌臓t頂排出；料球在反應(yīng)室內(nèi)整體停留時間約為1～5h；

(4)將所述直接還原鐵在隔焰豎爐反應(yīng)室下部冷卻段冷卻至50～150℃，并通過排料裝置連續(xù)排出爐外；

(5)將所述從爐頂外排的高溫含鋅煤氣進行粗除塵，獲得一次除塵灰，由于鋅含量低，將返回混勻階段后重新造球；

(6)將所述粗除塵后的高溫含鋅煤氣進行熱量回收后實施精除塵，使所述含鋅煤氣中的鋅以氧化物、鹵化物形式在收塵裝置中被捕集；其中，精除塵后的凈煤氣溫度為50～150℃。

所述步驟(1)中的含鋅鐵料粉塵的粒徑為0～0.5mm，干燥后含水量≤8％。

所述步驟(1)中的含鋅鐵料粉塵可以包含高爐瓦斯灰、瓦斯泥、除塵灰、轉(zhuǎn)爐煉鋼塵泥、連鑄軋鋼鐵屑、高爐重力灰、燒結(jié)灰和焚燒灰等各種粉塵的一種或多種。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中的煤粉粒徑為0～0.5mm；所述煤粉為非焦煤粉，選自無煙煤、煙煤或褐煤中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中的添加劑包括熔劑及無機和/或有機粘結(jié)劑。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中生球經(jīng)高溫煙氣換熱的熱空氣干燥后的含水量小于5％；生球在反應(yīng)室中的料速控制在10～30mm/min。

所述步驟(3)及步驟(4)中的隔焰豎爐為煤基還原豎爐，由反應(yīng)室和燃燒室組成，反應(yīng)室分為預(yù)熱段、還原段和冷卻段，冷卻段下部為排料區(qū)；反應(yīng)室中預(yù)熱和還原所需的熱量，來源于反應(yīng)室隔墻外燃燒室燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，熱量通過隔墻傳給反應(yīng)室中的料球；隔焰豎爐反應(yīng)室隔墻外燃燒室根據(jù)反應(yīng)室溫度需要布置多個燃料燒嘴，所用燃料的熱值為750～8000kcal/Nm³。

所述步驟(4)中亦可根據(jù)下游熔煉工序要求，將所述直接還原鐵進行熱排處理。

所述燃燒室燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣排出燃燒室后，通過換熱裝置來預(yù)熱燃燒室燃燒用助燃空氣，換熱后煙氣可用于烘干含鋅鐵料粉塵，換熱獲得的一部分高溫助燃空氣可用于烘干生球。

步驟(3)中隔焰豎爐爐頂外排含鋅煤氣溫度為600～900℃，經(jīng)步驟(5)及步驟(6)的兩級除塵和熱回收后，50～150℃的凈化煤氣可用于隔焰豎爐燃燒室摻混燃料或作為含鋅鐵料烘干用燃料。

本發(fā)明的原理：

(1)含碳球團在豎爐的自還原：由于碳粉與氧化物緊密接觸，氧化物還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂可以就地轉(zhuǎn)化成CO(CO₂+C＝2CO)，并立即參與還原反應(yīng)。含碳球團在高溫下經(jīng)自還原，氧化鐵、氧化鋅等被快速還原成金屬鐵、鋅。

(2)由于鋅的熔點較低，為420℃左右，在高溫下被還原出來的鋅形成鋅蒸汽，隨爐內(nèi)上升的煤氣向上運動，同時控制出爐煤氣溫度在300～800℃，防止鋅在爐內(nèi)冷凝，而是隨煤氣全部排出。

(3)鋅的回收：豎爐內(nèi)的煤氣進入兩級除塵器及換熱后，鋅蒸汽與O^2-及Cl^-反應(yīng)生成ZnO及ZnCl，在除塵過程中進入收塵器中被捕集。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，實施本發(fā)明的有益效果如下：

(1)采用隔焰豎爐處理含鋅鐵粉塵回收鋅，不僅工藝流程簡單可靠，而且可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，原因在于：還原室可以通過模塊化組合來實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)需要的產(chǎn)量，明顯克服了其它工藝路線15～40萬t/a的產(chǎn)能局限；

(2)可根據(jù)不同的粉塵原料條件，通過有效的調(diào)節(jié)還原溫度和還原時間，實現(xiàn)不同原料條件下鋅的還原脫出及回收，并獲取優(yōu)質(zhì)直接還原鐵，以滿足下游熔煉工序的使用要求；通常鋅脫除率可達95％以上；

(3)隔焰豎爐由反應(yīng)室和燃燒室組成，隔焰豎爐反應(yīng)室和燃燒室各自獨立，各自的還原氣氛和氧化氣氛互不干涉，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度場均勻；反應(yīng)室隔墻采用優(yōu)質(zhì)耐材，具有高導(dǎo)熱、低氣孔、耐高溫、耐磨損等性能，為高生產(chǎn)效率、降低能耗和長壽命提供了很好的條件；

(4)隔焰豎爐反應(yīng)室分為預(yù)熱段、還原段和冷卻段，可達到的效果有：料球在還原前，經(jīng)過了上升高溫煤氣的充分預(yù)熱，熱量得到有效利用，還原的效率得到提高；還原過程中采用緩慢向下的連續(xù)運動，能夠很好地避免還原室中物料與隔墻及物料之間的粘接，不至于造成排料困難和中斷生產(chǎn)；還原完畢，直接還原鐵在冷卻段能夠冷卻至需要的溫度；

(4)隔焰豎爐反應(yīng)室排出的含鋅煤氣經(jīng)過初除塵、換熱器回收熱量、精除塵后獲得粗鋅粉；傳統(tǒng)成熟的高爐煤氣凈化處理裝置即滿足凈化回收要求，工藝回收實施成本較低；

(5)隔焰豎爐反應(yīng)室排出的含鋅煤氣凈化后可用于隔焰豎爐燃燒室摻混燃料或作為含鋅鐵料烘干用燃料，循環(huán)利用，可節(jié)約能源、降低工序能源消耗，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟收益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種隔焰豎爐處理含鋅鐵料粉塵回收鋅的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明所使用隔焰豎爐的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明技術(shù)方案更容易理解，現(xiàn)結(jié)合附圖采用具體實施例的方式，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清晰、完整的描述。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種隔焰豎爐處理含鋅鐵料粉塵回收鋅的方法，其主要生產(chǎn)步驟包括：

(1)原料干燥：將含鋅鐵料進行干燥，干燥后物料含水量≤8％，送入混合工段前端配料倉中；

(2)原料造球：將配料倉中含鋅鐵料和煤粉及添加劑(添加劑包括熔劑和粘結(jié)劑)按照70％：28％：2％的重量配比混勻，送入造球設(shè)施中進行造球，生球粒徑為8～30mm，生球含水量≤8％；

(3)生球干燥：利用隔焰豎爐燃燒室高溫煙氣預(yù)熱后的熱空氣在烘干設(shè)施中對生球進行干燥，使干燥后生球含水量≤5％；

(4)生球布料：料球由裝料裝置從還原室頂部進料，預(yù)熱室以下被料球全部填充，預(yù)熱室上部爐頂留存一定的氣流運行空間；

(5)生球還原：料球在反應(yīng)室中向下運行，經(jīng)反應(yīng)室的預(yù)熱段和還原段完成生球還原反應(yīng)，預(yù)熱段的溫度在300～800℃，還原段的溫度在800～1250℃；料球在反應(yīng)室內(nèi)整體停留時間約為1～5h；反應(yīng)同時產(chǎn)生直接還原鐵及煤氣和鋅蒸汽混合所成的含鋅煤氣；含鋅煤氣自下而上運行穿過料球?qū)訌臓t頂排出；

(6)熱量供給：燃燒室布置于反應(yīng)室四周或兩側(cè)，燃燒室內(nèi)設(shè)置若干個燒嘴，燃料和助燃氣體燃燒會產(chǎn)生1100～1350℃的高溫煙氣，高溫煙氣的熱量整體均勻通過隔墻傳熱至隔墻內(nèi)的料球；燃燒室用燃料為煤制煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣、石油液化氣或頁巖氣等的至少一種；

(7)排料：直接還原鐵在隔焰豎爐反應(yīng)室下部冷卻段冷卻至50～150℃，并通過排料裝置連續(xù)排出爐外；冷卻溫度范圍可控，亦可根據(jù)下游熔煉工序的要求進行熱排；

(8)鋅的回收和煤氣凈化：隔焰豎外排的高溫含鋅煤氣通過除塵和熱回收，在初除塵獲得的一次除塵灰，由于鋅含量低，將返回至配料混勻階段重新造球、進入還原室；系統(tǒng)鋅的綜合收得率85％以上，其以氧化物及鹵化物形式在精除塵階段獲得；精除塵后的凈煤氣溫度約為150℃；

(9)煙氣熱量回收：燃燒室排出的煙氣溫度較高，約900～1100℃，排出后的高溫煙氣通過換熱器進行熱量回收，預(yù)熱進入燃燒室的助燃空氣，助燃空氣可被預(yù)熱至450～700℃，換熱后的煙氣溫度降低至300～500℃，用作熱媒烘干粉塵和原煤，烘干后煙氣為100～150℃，通過煙囪外排；

(10)凈化煤氣綜合利用：精除塵后的凈煤氣作為燃燒室摻混燃料或作為鐵料烘干用燃料。

本發(fā)明實施過程中具有以下優(yōu)點：

(1)該方法對含鋅鐵原料的鐵品位要求不高，如高爐瓦斯灰、瓦斯泥、除塵灰、轉(zhuǎn)爐煉鋼塵泥、連鑄軋鋼鐵屑等均可用作原料；原料適用性廣；

(2)該方法的能源利用充分，能源浪費很少，有效資源都得到循環(huán)利用；

(3)該方法中的還原爐由還原室和燃燒室組成，還原室的數(shù)量根據(jù)產(chǎn)量要求進行模塊化的組合，燃燒室的大小和數(shù)量根據(jù)還原室的多少進行調(diào)整。

實施例2

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種隔焰豎爐處理含鋅鐵料粉塵回收鋅的方法，其主要生產(chǎn)步驟包括：

(1)原料干燥：將含鋅鐵料進行干燥，干燥后物料含水量≤8％，送入混合工段前端配料倉中；

(2)原料造球：將配料倉中含鋅鐵料和煤粉及添加劑(添加劑包括熔劑和粘結(jié)劑)按照80％：15％：5％的重量配比混勻，送入造球設(shè)施中進行造球，生球粒徑為8～30mm，生球含水量≤8％；

(3)生球干燥：利用隔焰豎爐燃燒室高溫煙氣預(yù)熱后的熱空氣在烘干設(shè)施中對生球進行干燥，使干燥后生球含水量≤5％；

(4)生球布料：料球由裝料裝置從還原室頂部進料，預(yù)熱室以下被料球全部填充，預(yù)熱室上部爐頂留存一定的氣流運行空間；

(5)生球還原：料球在反應(yīng)室中向下運行，經(jīng)反應(yīng)室的預(yù)熱段和還原段完成生球還原反應(yīng)，預(yù)熱段的溫度在300～800℃，還原段的溫度在800～1250℃；料球在反應(yīng)室內(nèi)整體停留時間約為1～5h；反應(yīng)同時產(chǎn)生直接還原鐵及煤氣和鋅蒸汽混合所成的含鋅煤氣；含鋅煤氣自下而上運行穿過料球?qū)訌臓t頂排出；

(6)熱量供給：燃燒室布置于反應(yīng)室四周或兩側(cè)，燃燒室內(nèi)設(shè)置若干個燒嘴，燃料和助燃氣體燃燒會產(chǎn)生1100～1350℃的高溫煙氣，高溫煙氣的熱量整體均勻通過隔墻傳熱至隔墻內(nèi)的料球；燃燒室用燃料為煤制煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣、石油液化氣或頁巖氣等的至少一種；

(7)排料：直接還原鐵在隔焰豎爐反應(yīng)室下部冷卻段冷卻至50～150℃，并通過排料裝置連續(xù)排出爐外；冷卻溫度范圍可控，亦可根據(jù)下游熔煉工序的要求進行熱排；

(8)鋅的回收和煤氣凈化：隔焰豎外排的高溫含鋅煤氣通過除塵和熱回收，在初除塵獲得的一次除塵灰，由于鋅含量低，將返回至配料混勻階段重新造球、進入還原室；系統(tǒng)鋅的綜合收得率85％以上，其以氧化物及鹵化物形式在精除塵階段獲得；精除塵后的凈煤氣溫度約為150℃；

(9)煙氣熱量回收：燃燒室排出的煙氣溫度較高，約900～1100℃，排出后的高溫煙氣通過換熱器進行熱量回收，預(yù)熱進入燃燒室的助燃空氣，助燃空氣可被預(yù)熱至450～700℃，換熱后的煙氣溫度降低至300～500℃，用作熱媒烘干粉塵和原煤，烘干后煙氣為100～150℃，通過煙囪外排；

(10)凈化煤氣綜合利用：精除塵后的凈煤氣作為燃燒室摻混燃料或作為鐵料烘干用燃料。

本發(fā)明實施過程中具有以下優(yōu)點：

(1)該方法對含鋅鐵原料的鐵品位要求不高，如高爐瓦斯灰、瓦斯泥、除塵灰、轉(zhuǎn)爐煉鋼塵泥、連鑄軋鋼鐵屑等均可用作原料；原料適用性廣；

(2)該方法的能源利用充分，能源浪費很少，有效資源都得到循環(huán)利用；

(3)該方法中的還原爐由還原室和燃燒室組成，還原室的數(shù)量根據(jù)產(chǎn)量要求進行模塊化的組合，燃燒室的大小和數(shù)量根據(jù)還原室的多少進行調(diào)整。

實施例3

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種隔焰豎爐處理含鋅鐵料粉塵回收鋅的方法，其主要生產(chǎn)步驟包括：

(1)將由煉鐵布袋除塵灰、轉(zhuǎn)爐除塵灰、高爐重力灰、高爐出鐵場除塵灰、燒結(jié)灰和焚燒灰組成的，粉塵粒徑≤0.074mm的含鋅鐵料粉塵烘干并配比，所配比的原料全鐵含量約為40％，Zn含量約為2.3％；在含鋅鐵料粉塵中配入煤粉，其中含鋅鐵料粉塵與煤粉的重量配比為75％：25％，換算后C/O比約為1.2；外加的添加劑(添加劑包括熔劑和粘結(jié)劑)占煤粉和粉塵重量之和的比例約為4％；將原料進行混勻后造球，生球粒徑為25mm，經(jīng)干燥處理后運至槽下料倉中；

(2)干燥后料球由爐頂裝置布入反應(yīng)室內(nèi)，料球布滿預(yù)熱段和還原段，爐頂保留約3m高的氣流運輸空間；

(3)反應(yīng)室的預(yù)熱段和還原段截面為矩形，其寬度約為350mm，長度約為1200mm，高度約為6000mm；

(4)通過管道向燃燒室燃燒器供應(yīng)煤氣和預(yù)熱后溫度達600℃的助燃空氣，在燃燒室內(nèi)進行燃燒，產(chǎn)生約1350℃的高溫煙氣，通過隔墻耐材將熱量傳遞給反應(yīng)室內(nèi)料球，發(fā)生還原反應(yīng)，生成直接還原鐵、煤氣和含鋅蒸汽；還原段溫度約為1150℃，料球在反應(yīng)室預(yù)熱段和還原段停留時間約為3.5h；由爐底排料裝置控制料球下降速度，料速度控制在15mm/min左右；

(5)燃燒室排放煙氣溫度約為900℃，通過高溫換熱器對熱量進行回收，將進入燃燒室助燃空氣預(yù)熱至約600℃，換熱后煙氣溫度約為450℃，被送至粉塵干燥裝置中烘干原料，煙氣溫度降至約120℃，經(jīng)廠區(qū)煙囪外排；將預(yù)熱后約600℃助燃空氣一部分送至生球干燥裝置中，摻混部分空氣，實施生球干燥；

(6)在反應(yīng)室冷卻段實施直接還原鐵的冷卻，溫度降至50～100℃，由排料裝置排出；生產(chǎn)的直接還原鐵含鐵≥60％，金屬化率約85％；

(7)對隔焰豎爐爐頂外排約為750℃含鋅煤氣進行凈化，在粗除塵處獲得一次除塵灰，鋅含量低于25％，將一次除塵灰返回至配料混勻階段重新造球、進入反應(yīng)室重新參與還原反應(yīng)；在精除塵處收集到以氧化物及鹵化物形式存在的含鋅粉，烘干后獲得鋅含量約為75％的粗鋅粉；精除塵后的凈煤氣溫度降至約150℃，經(jīng)管道輸送至上游烘干含鋅鐵料粉塵的干燥裝置中，作為補充熱量的燃料使用；

實施過程中，每處理一噸含鋅鐵料粉塵，可獲得約0.65噸鐵含量≥60％，金屬化率約85％的直接還原鐵，同時得到14公斤左右的鋅含量約為75％的含氧化鋅和氯化鋅的混合粉料。

該方法可有效回收含鋅鐵料粉塵，95％以上鋅可以獲得脫除，獲得的直接還原鐵還可進一步實施利用，生產(chǎn)工序能耗較低；調(diào)整反應(yīng)室和燃燒室的模塊組合數(shù)量，可實現(xiàn)含鋅粉塵日處理量約為1500噸以上，年處理量可達50萬噸以上。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。