钢铁企业含铁尘泥固废的资源化利用

 李东海[1] ，郑君[1]，罗磊[1]，倪晓明[2]

　　1．重庆赛迪热工环保工程技术有限公司 2.中冶赛迪技术研究中心有限公司

　　1 前言

　　近十几年来，随着钢铁产量的迅猛发展，钢铁企业所产生的固废也随之与日俱增，带来了巨大的环境和资源压力，也制约着企业的进一步发展。因此，在当前环保要求与资源限制日趋加重的情况下，积极开发应用新技术以资源化处置钢铁企业所产生的固废具有十分重要的意义。

　　钢铁企业固废是指在冶炼和加工过程中所产生的各类固体废弃物，如冶炼渣（高炉渣和钢渣等）、含铁尘泥（包括原料、焦化、烧结、炼铁、炼钢及轧钢单元收集的各类除尘灰泥）、废钢、废耐火材料、部分危废、以及其他垃圾、水处理污泥等等。一般总发生量约占钢铁企业产能的百分之六十（各企业因生产工艺技术不同会有所差异），而其中高炉渣及钢渣占整个固废量的三分之二左右，含铁尘泥约占10%~20%，这也是钢铁企业主要面临的两大类固废。

　　以中国某年产量1000万吨规模的大型联合钢铁企业为例，表1是其当前固废产生量及利用路径的概况。其中，高炉渣和钢渣经再加工可用作水泥等建筑材料，已基本实现全量利用；含铁尘泥主要以厂内自循环为主、外销为辅，由于含铁尘泥中的锌等易挥发元素在高炉内会不断循环富集，再加上废钢、低品位杂矿的不断引入，导致除尘泥中的锌含量不断攀升，锌负荷上升将直接导致高炉工况恶化，影响顺行，炉喉结瘤，耐材侵蚀，寿命缩短，因此高炉需严格控制锌入炉量，从而导致内部自循环消化能力不断降低，大量的高锌含铁尘泥只能暂时堆存或者外销处理，不仅造成了资源的浪费，还会带来二次污染，威胁生态环境。随着当下环保压力的不断加大，含铁尘泥固废的外销转移已愈发困难，如何有效利用含铁尘泥固废是亟待解决的严重问题。

 　　表1 某年产量1000万 t规模钢铁企业固废产生量及利用路径表（单位：×103t/a）
　　

　　2 含铁尘泥类固废资源化利用技术

　　由于钢铁企业环节众多，生产原料也差异较大，因此所产生固废的物化特性也各有不同，须在少影响甚至不影响现行生产的前提下，综合运用不同的技术路线，实现含铁尘泥固废的最优化处置。为减少高炉内有害元素锌的富集，高炉瓦斯灰/泥、电炉灰等含锌较高尘泥可通过转底炉脱锌处理后再返回使用；转炉灰/泥等炼钢尘泥可直接冷压成球后作炼钢冷却剂，形成炼钢系统内部的短流程循环利用；无锌和低锌尘泥可作为含铁原料混匀调质后作为含铁原料进入烧结重新利用。

　　2.1 转底炉技术

　　（1）工艺流程

　　转底炉属煤基直接还原炼铁技术，其典型的工艺流程如图2所示。将含锌含铁尘泥与粘结剂、还原剂按照一定比例混合均匀后，经成型、干燥后送入转底炉，在炉内进行高温焙烧，大约30分钟，物料内部的碳元素将铁、锌氧化物快速还原，锌在炉内将变成蒸汽从球团内逸出，进入烟气系统再氧化后以氧化锌形式被捕集回收，而铁则主要以金属单质形态留存于球团内（即直接还原铁DRI），经冷却后供高炉、转炉使用。一条年处理尘泥20万t的转底炉处理线，可生产金属化球团~13万t，粗锌粉~4000t。实现金属化率≥70%，脱锌率≥80%。

 

 　　

 图1 转底炉工艺流程简图

　　（2）关键技术

　　1）尘泥成型技术

　　由于各厂生产所用原料和工艺的不同，转底炉所处理物料的物化性质差异往往较大，物料的粒度大小、亲水性、粘黏性、成球性也各有不同。目前主要的成型技术有圆盘造球和对辊压块两种：圆盘成球适用于粒度细小、亲水性好、易成球的粉尘，其产量与质量波动较大；对辊压块对于原料的适应性较强，生球强度高，产量与质量较稳定，其使用粘结剂及运行成本相对较高。两种成型技术需依据企业实际情况，根据尘泥特点，因地制宜地选择与之相匹配的成型技术。

　　2）含碳球团自还原控制技术

　　含碳球团在炉内的停留时间通常只有20~30分钟，生产周期很短，但其过程却十分复杂，涉及煤气燃烧及气体流动、含碳球团的自还原和气固两相的传热传质等，各过程相互影响与耦合，而且由于工艺流程较长，生产调节反馈的滞后性大，控制难度高。传统的控制手段各单元孤立而无关联，基本只能靠人工长期摸索积累经验，难以满足转底炉全线生产的智能控制需求。因此，立足工业生产的大数据分析，构建起关键工艺参数、生产操作制度与产品质量之间的专家系统，是实现转底炉内含碳球团自还原精准控制技术的关键。

　　3）烟气余热及锌粉回收技术

　　转底炉热效率较低，烟气会带走炉内大量的热量，与此同时，烟气中还含有产品锌粉，因此需配套余热锅炉及收粉布袋除尘器对烟气中的余热和锌粉进行回收。然而，由于转底炉所处理的冶金含锌尘泥还伴有K、Na、Pb、Cl等多种挥发性元素，进入烟气后极易引起锅炉管束、收粉布袋的堵塞及腐蚀，严重制约生产顺行。所以，高效防粘堵的余热回收及净化技术至关重要！合理控制烟气的温降，设置多级组合清灰措施，从而实现锅炉及收粉系统的顺行。

　　4）关键装备设计

　　转底炉工艺由于原料复杂，工况恶劣，需对相应的转底炉布料、炉体、出料螺旋、冷却装置等核心装备进行针对性的适应性设计，实现系统的稳定、长寿、高效作业。

　　2.2 冷压块技术

　　冷压块技术是指尘泥与粘结剂混合后使用压球机挤压成型，经烘干或养护等方法以获得高强度冷固球团，主要用于处理炼钢系统产生的除尘灰（泥）、氧化铁皮等，产品可直接回到转炉作冷却剂和造渣剂。该技术作为一种尘泥短流程回用技术，具有投资少、流程短、生产灵活等特点。

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