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Function of rotary hearth furnace

作者：1 发布时间：2010-04-02 文字大小：【大】【中】【小】

在钢铁生产过程中,将产生大量含铁粉尘。这些粉尘大多数都可以通过返回烧结或造球的方法，再次进入高炉或转炉冶炼，以得到循环利用。但一部分由于锌含量较高，进入高炉将造成锌的富集，直接影响炉况顺行和高炉寿命，又难以循环利用，很多企业采取外卖或填埋的办法处理。为使这一部分粉尘得到合理利用，日本各钢铁企业引进或开发了相关技术，并取得了显著的成效。采用转底炉（RHF炉）工艺处理高锌含铁粉尘生产还原性团块供高炉使用，就是其中成功的一例。目前，日本新日铁公司已兴建了四座专用于处理钢铁厂含锌粉尘的转转底炉，并已将这一技术推广到台湾中钢。

转底炉（RHF炉）技术及其发展

环形转底炉法原是一种用来焙烧含碳球团生产海绵铁的新的煤基直接还原技术。其工艺特点是：将含铁物料与固体燃料（煤粉或焦粉）混合造球（或压块），使之以薄料层（15-40mm）的形态均布于一底部转动的环形炉内，然后在高温下（1300-1350℃）敞焰加热，以实现物料的快速还原。在此过程中，物料中的Zn等有害元素将被气化脱除，并得到回收。该法最早由美国Midland公司（Midrex公司的前身）提出，并于1965年建成了世界上第一座直径6.1m的直接还原环形转底炉，获得了工业性试验的成功。但由于当时该公司将精力集中于开发气基海绵铁法，该项技术未能转化为工业生产。进入上世纪九十年代,由于天然气价格上涨,Midrex公司重新投入大量资金用于完善环形转底炉海绵铁生产工艺及设备，并取名为Fastmelt法。日本神户钢铁公司的加古川厂利用这一技术，于1995年建成了一座小时产量为2.5吨海绵铁的Fastmelt示范工厂，并将与三井金属工业公司合资，在美国建一座年产90万吨海绵铁的工厂。

上世纪七十年代，加拿大的INCO公司开始将环形转底炉技术用于合金钢废料回收。首先建成了一座直径6.3m的试验炉进行试验，获得成功。后来，在美国建立了INCD美国公司，并在该公司下成立Inmeltco公司（国际金属回收公司），该公司于1978年在美国建成一座直径为16.8m的环形炉，用合金厂回收的废料生产海绵铁。目前，德国的曼内斯曼钢铁公司已获得Inmeltco工艺的使用权，拟用此技术在德国建一座直径28m的环形转底炉，处理从欧洲各钢铁公司回收的含铁粉尘和废料。

综上所述，以Fastmelt为代表的环形转底炉技术在国外经过40年的发展历史和28年的运行实践，已成为一种成熟的煤基直接还原方法，同时为有效去除钢铁厂含铁粉尘及污泥中的有害杂质，使之得到充分利用开辟了一条新途径。

我国对环形转底炉技术也进行了大量的研究。北京科技大学从1992年起，先后与舞阳钢铁公司、四川阿坝某磁料公司合作，进行过环形转底炉的试验研究，并获得了一定成果。但目前仅着眼于直接还原生产海绵铁，还未考虑对含铁原料中有害杂质的回收与利用。

日本新日铁君津公司为年产800万吨的钢铁联合企业。从烧结、球团，到高炉、转炉、轧钢各工序的粉尘及污泥发生总量高达120-140万吨/年，大部分已直接返回烧结。但其中有30万吨左右因Zn含量较高，配用后将超出每吨炉料中含Zn量<150g的控制范围，而不得不作为废物填埋处理，导致不仅近15万吨铁、3万吨碳、1400吨锌等有效资源被浪费，还得占有宝贵的土地和2.5-3.0万日元/t的填埋处理费。为解决这一难题，君津钢铁厂对几种成熟的脱锌技术进行了比较，比较情况如表2-1所示。

表2-1 各种脱锌工艺的比较

项目

环形炉

Waelz回转窑

熔融回转窑

电炉式

竖炉式

脱锌率（%）

90-97

75-90

能力（万吨/年）

40-50

3-5

5-8

设备费比（倍）

3-4

4-8

3-4

维护费比（倍）

1.5-2

2-3

其他

回转窑内壁易粘连

经过比较分析，君津厂最终于2000年引进了美国MR & E公司的环形炉技术,并根据处理钢铁厂高锌含铁粉尘的实际进行了相应的改进。按年处理17.5万吨干粉尘计算，该环形炉炉体外型直径为24m，炉床宽度为4m。其基本工艺流程是：将高炉、转炉、烧结产生的含铁高锌粉尘混合后，通过圆盘造球机造球、干燥机干燥后装入环形炉内，经煤气燃烧升温至1300℃，利用粉尘中的含碳（或适当添加的煤粉）在10-20min内，将氧化铁大部分还原为金属化铁，同时氧化锌的大部分亦被还原为锌，气化后随烟气一并排出。还原后生成的金属化球团通过鼓式冷却器冷却后进入贮料仓，然后再通过皮带机送入高炉原料仓，以直接加入高炉。从环形炉出来的烟气则通过热交换器装置进行余热回收后，再经袋式除尘器净化后外排。锌蒸汽冷凝后进入二次烟尘，烟尘中氧化锌的含量可高达35-55%，被回收外售给锌冶炼企业。

君津厂年处理含铁粉尘17.5万吨，获得10.5万吨金属化球团。加入高炉后,可节约燃料2.4万吨，相当于君津厂年耗能量的0.4%，经济效益达1.4亿日元。加上每年可少购18万吨铁矿粉，和节约18万吨含铁粉尘的填埋费，总效益可达15亿日元。工程投资（约32亿日元）两年多即可收回。由于这项技术具有巨大的节能及环保意义，获得了日本2001年度经济产业省大臣节能奖，

为完全处理30万吨高锌含铁灰尘及污泥，君津厂于2002年又筹建了第二条环形转底炉生产线，年处理量为14.2万吨。一号转底炉主要处理比较干燥且物理性质稳定的粉尘及污泥，采用的是球磨+圆盘造球+球团干燥的工艺；而二号转底炉主要处理相对潮湿且物理性质不稳定的物料，用挤压成型法取代了圆盘造球，使得对各种物料的适宜性更为宽泛，且取消了团块的干燥过程。这二条生产线其他工艺及设备基本相同。至此，君津厂基本实现了含铁废料的全部利用。君津厂两座转底炉的技术指标列于表2-2。

表2-2 君津厂两座转底炉的技术操作指标

炉号	No.1	No.2
处理量（干基）	Max 25t/h	Max 17t/h
金属化效率（%）	60-80%	60-80%
强度	7-15Mpa	8-20Mpa
脱锌率	80-90%	80-95%
对物料性状、配比的适应性	较窄	较宽君津厂采用环形炉技术获得成功后，迅速推广到专门生产不锈钢的新日铁公司光厂。2001年建起一座年处理量为3.0万吨的环形炉，用于处理电炉除尘粉尘、酸洗沉渣和轧钢氧化铁皮等废物，除回收铁外，还回收废渣中的镍、铬等有合金成分。在该厂的工艺中，将配料比为酸洗沉渣55%、轧钢氧化铁皮2%、除尘粉尘25%、焦粉18%的物料配合混匀后，用成型机压成椭圆形团块加入环形炉进行脱锌和还原处理。所生成的直接还原团块加入电炉和AOD炉作为金属料综合利用。目前，新日铁公司共有四条转底炉生产线。新日铁公司认为，第一，由于粉尘和污泥的造块很困难，“造块方法”是该工艺的核心技术。而炉内温度、气氛的有效控制及废气的合理处理也必须同样予以重视；第二，由于转底炉产品直接还原铁中，硫不可能完全脱除，加入炼钢需附加脱硫设备，增加投资，故将直接还原铁加入高炉冶炼是最经济有效的，只要将直接还原铁的金属化率控制在70%以上即可，这还能降低转底炉生产能耗。