廖輝明 樊 波
（湖南建鑫冶金科技有限公司） （中冶京誠技術有限公司）
摘 要：利用高爐貯鐵式主溝這一高溫渣鐵熔池載體，在高爐爐外在高爐主溝對高爐含鋅布袋瓦斯灰、轉爐含鋅污泥等塵泥進行壓球，熔融還原處理，正在廣東和湖北高爐上進行推廣應用，已成為轉底爐、回轉窯和小高爐爐內處理工藝的又一項工藝選擇，具有投資省、運行設備少、投入產出效益高的特點。隨著轉爐大量吃廢鋼除塵灰含鋅升高的新情況，提高主溝處理含鋅壓球量成為一個重要課題，利用高爐主溝熱煙氣預熱含鋅壓球團塊，是一項有效專利新技術。
關鍵詞 貯鐵式主溝；塵泥；壓球；熱煙氣；預熱
1 背景技術
我國是鋼鐵大國，其鋼產量已占世界的55%以上，鋼鐵廠每天產生大量高爐含鋅瓦斯灰、轉爐電爐含鋅塵泥等固廢，面臨著是否出廠、是賤賣還是資源化綜合利用這一問題，它既是一個環保問題、也是一個經濟效益問題。
就目前來看，能夠大量消納這些大宗固廢，國內主要有以下幾種工藝：1、水洗重力分選法；2、鋼鐵行業開發的轉底爐高溫固態直接還原法；3、由有色行業轉化而來的回轉窯高溫煙化揮發法，主要處理含鋅高爐布袋瓦斯灰，尚無處理轉爐電爐除塵灰（鐵高）先例；4、小高爐爐內高溫冶煉揮發法，如過去韶鋼的小高爐處理高爐含鋅布袋瓦斯灰。這些方法都或多或少存在投資過大或處理不徹底等一些問題，難以獲得經濟效益，比如回轉窯處理含鐵高的鋼鐵企業低鋅塵泥，由于運行存在很容易結圈問題，這樣還有可能成為一個生產包袱。
湖南建鑫冶金科技有限公司經過多年的研究實踐，創新地開發成功了利用高爐貯鐵式主溝這一高溫渣鐵熔池載體，對高爐含鋅布袋瓦斯灰、轉爐電爐含鋅污泥等塵泥進行壓球、在高爐主溝進行渣浴鐵浴高溫熔融還原處理，使這些塵泥中的金屬鐵、鉀鈉鋅、雜質渣都得到了全部分離回收處理，對處理的含鋅塵泥含鐵和含鋅含量沒有特別的要求。實踐證明，基本上不影響高爐主溝渣鐵溫度，不影響下道工序煉鋼鐵水質量，是高爐這一大型高溫冶煉設備的又一功能的發現，是高爐高溫冶煉功能的延伸和設備效能的發揮，是鋼鐵企業高爐轉爐大型冶煉設備協同處理固廢的一個實際范例，為鋼鐵廠這些難處理的塵泥固廢找到了一條出路，能夠真正做到固廢不出鋼廠自行處理，較好解決了鋼鐵廠鐵前“鉀鈉鋅有害元素”危害問題。
2 問題的提出
利用高爐貯鐵式主溝高溫鐵水和熔渣這個載體，對含鋅高爐瓦斯灰、含鐵含鋅轉爐電爐塵泥等固廢壓球后進行高溫熔融還原處理，還原出來的金屬鐵進入主溝鐵水中，金屬鐵得到了回收，鋅還原出來揮發進入煙塵，鐵粉鋅粉經過分離后，由除塵器收集，含鋅煙灰外銷，從而能夠從鋼廠鋅的大循環中開一個口子而被去除，處理產生的殘渣與高爐渣一道進入沖渣溝變成水渣。含鋅塵泥壓球各種團塊物料中的鐵、鋅和渣都得到了全部處理和回收利用。
圖1
廣東某鋼廠兩座1280高爐主溝加入轉爐除塵灰與高爐布袋瓦斯灰壓球處理一年來，日處理量已提高到50噸以上，達到噸鐵1.25%。湖北某鋼廠1780高爐項目采用電爐含鋅除塵灰配焦化除塵灰，上半年項目建成試用后，采用了精準控制變頻調速帶裙邊拖料皮帶向主溝均勻給球，小時處理量達到4.5噸以上，噸鐵處理量可以達到1.5~2%以上。生產表明，由于主溝渣鐵面上發生CO和Zn與熱空氣的二次燃燒，放出大量熱量，沒有發現主溝渣鐵溫度的明顯下降，C/O比都降低到理論值水平，而且不影響鋼廠鐵水包加廢鋼增產，從而消除了人們對主溝加入壓球可能影響渣鐵溫度的擔憂。通過開發高爐主溝處理含鋅壓球煙塵鐵粉鋅粉分離回收利用專利技術，從而進一步消除了人們對高爐主溝處理含鋅塵泥壓球揮發進入除塵灰，鉀鈉鋅有害元素仍然進入除塵灰系統中，最終不能外排出廠的顧慮。
過去，轉爐除塵灰含鋅一般在1%以下，鋼廠含鋅偏高的除塵灰主要有高爐布袋瓦斯灰、轉爐二次除塵灰和電爐除塵灰。采用高爐主溝來處理這一部分含鋅塵泥，應該不成什么問題。隨著近幾年整頓中頻爐地條鋼，廢鋼價格顯著降低，尤其是含鋅廢鋼價格更是低廉，轉爐吃廢鋼大幅度增加，轉爐除塵灰污泥含鋅量顯著升高，許多鋼廠轉爐除塵灰含鋅已高至3%以上，更有部分鋼廠為降低廢鋼采購成本，大力提高經濟效益，加大廉價含鋅廢鋼采購，造成集中加高鋅廢鋼的轉爐除塵灰鋅上升到更高水平。過去轉爐低鋅除塵灰配入鐵前燒結的老辦法已行不通，轉爐除塵灰的數量較大，不含碳，這種除塵灰更無外銷市場。無疑，如何進一步提高高鋅轉爐除塵灰的處理量，解決高鋅轉爐灰污泥的出路問題，成了一個現實問題。
《一種含碳鐵鋅等團塊用于高爐貯鐵式主溝還原成鐵水、鋅等工藝方法》專利具體闡述了一種利用高爐主溝鐵口噴射出的鐵水和熔渣高溫熔池進行含碳含鐵含鋅塵泥球團或壓塊處理，獲得還原的金屬鐵鐵水和揮發脫鋅分離回收收集、分離去除熔渣并回收的生產工藝方法。在主溝處理含碳鐵鋅塵泥團塊時，團塊加入主溝“產生激烈的還原反應，冒出很大的煙氣或煙塵”，“團塊在貯鐵式主溝渣鐵面上反應、燃燒放熱，補充了反應熱量損失”，現場生產表明，含碳鐵鋅塵泥壓球團塊在主溝，發生一次、二次燃燒反應，主溝串出灼熱耀眼的火焰，放出大量熱量，不但補充了團塊金屬氧化物反應熱量損失，而且多余的熱量提高了主溝渣鐵溫度，與此同時，主溝上升的熱煙氣被進一步加熱帶走了大量的熱量。同時，高爐出鐵本身主溝上熱煙氣也帶走大量的熱量。這些熱煙氣帶走的大量熱量沒有得到很好地利用，造成了能源很大的浪費。
面對主溝處理含鋅壓球團塊渣鐵面上產生很大的燃燒火焰，放出更大的熱量，如果能夠利用好這一寶貴的高溫熱源，對壓球團塊進行烘干、加熱預熱，無疑，對提高主溝壓球團塊處理量，進一步消化更多的含鋅轉爐除塵灰，將產生積極的作用。
3 主溝熱煙氣預熱壓球專利技術介紹
基于以上分析，為了避免高爐主溝熱煙氣和高爐主溝處理含碳鐵鋅塵泥團塊渣鐵面上激烈反應燃燒火焰產生的大量熱煙氣的熱量浪費，充分利用這些高溫熱煙氣來加熱烘干、預熱加入主溝的壓球團塊，提高加入主溝的含碳鐵鋅塵泥各種壓球團塊溫度，以提高團塊反應速度和熔化速度，增大團塊物料處理量，最終達到節約能源提高鐵水產量。為此，在高爐主溝上安裝一個加熱預熱壓球團塊物料裝置，高溫火焰熱煙氣穿過加熱預熱裝置上的團塊物料，通過熱輻射、對流導熱等熱傳導，將加入主溝的團塊物料溫度大幅度提高，甚至團塊物料中的部分物質在加熱到高溫下，會提前發生部分分解或預還原反應，高溫塵泥壓球團塊物料加入主溝，其反應速度顯著加快，反應和熔化的時間大幅縮短，因而可以顯著提高加入主溝壓球團塊物料的處理量，有效節約能源、提高鐵水產量，增加經濟效益。
3.1 壓球團塊預熱熱量來源
高爐出鐵時，灼熱的高溫鐵水和熔渣從出鐵口涌出，射入高爐主溝中，溫度高達1400～1600℃，主溝渣鐵面上升騰的高溫熱煙氣、煙塵，帶走大量的熱量，尤其是當上一爐次出鐵堵口后主溝表層凝固的渣殼高溫熔化后，主溝前中段高溫熔融渣鐵完全裸露，主溝高溫渣鐵翻騰、浩浩蕩蕩，產生強烈的熱輻射，灼熱的高溫熱氣流向上升騰，散發出大量的高溫熱量。毫無疑問，將壓球團塊置于這種高溫熱環境下，壓球將得到迅速烘干和加熱，壓球的殘留水分將被徹底去除，壓球的溫度將得到大幅度提高，經過加熱預熱后的壓球落入主溝后的反應速度和熔化速度將顯著加快，同時，也顯著減少了壓球團塊升溫對主溝渣鐵的物理吸熱。
特別是在高爐主溝處理含碳鐵鋅塵泥團塊時，除部分碳粉會發生直接燃燒反應，放出熱量外，壓球中的金屬氧化物氧化鐵和氧化鋅等還原反應放出的CO與敞開的主溝上熱空氣也發生二次燃燒反應，主溝渣鐵面和壓球串出灼熱耀眼的火焰，放出大量熱量，還原揮發出的Zn蒸氣亦發生氧化燃燒反應，放出大量熱量。這些氧化燃燒反應放出的大量熱量，不但補充了團塊金屬氧化物反應熱量損失，而且多余的熱量更提高了主溝渣鐵溫度，主溝渣鐵面上的熔渣流動性容易保持，甚至主溝內渣鐵溫度不會明顯降低，反而會有所升高。由于主溝渣鐵面上強烈的燃燒火焰，更加可以強化壓球團塊的加熱預熱，進一步提高壓球的預熱效果。
即便如此，在壓球預熱的同時，主溝熱輻射和熱煙氣攜帶的大量熱量仍然浪費驚人。
壓球團塊內主要發生碳氧直接還原反應：
C+FeO=[Fe]+CO
C+ZnO=Zn( )+CO
部分CO發生間接還原反應：
CO+FeO=[Fe]+CO2
CO+ZnO=Zn( )+CO2
主溝渣鐵面上熱空氣與C、CO、Zn發生燃燒反應，放出大量熱量：
C+O2=CO2 放出熱量
2CO( )+O2=2CO2 放出熱量
2Zn( )+O2=2ZnO 放出熱量
3.2 主溝熱煙氣預熱壓球團塊
在高爐主溝上安裝一個橫跨主溝的加熱預熱壓球團塊物料裝置，通過熱輻射、對流導熱等熱傳導，高溫火焰熱煙氣穿過加熱預熱裝置上的不斷移動的大小不一的各種團塊物料，將加入主溝的團塊物料溫度大幅度提高。
大型高爐主溝熱輻射強烈、熱煙氣大，鐵口作業區環境溫度高、粉塵大，環境惡劣，通常會配備主溝溝蓋（A罩），橫跨主溝的溝蓋無疑受到高溫熱輻射和高溫熱煙氣熱氣流的高溫強烈加熱。在溝蓋內表面襯有耐高溫材料保護下，溝蓋才得以保持一定的壽命。
圖2 圖3
在高爐主溝上，橫跨高爐主溝安裝一個動態的加熱預熱壓球團塊物料裝置，使壓球團塊在加熱預熱裝置內作適當時間的高溫加熱預熱，可以達到將壓球團塊殘余水分烘干、大幅提高加入主溝壓球團塊溫度的目的。
團塊物料預熱裝置主要有帶傾角振動給料式、帶傾角轉動圓筒給料式，有煙罩式和半敝開式，在加熱預熱裝置移動方面，主要有上下升降式和水平軌道前后小車移動式。通過以上各種方式的不同組合，從而達到既順利將給入帶傾角振動給料式或帶傾角轉動圓筒給料式加熱裝置上不斷移動的壓球團塊物料，在適當時間內加熱預熱到高溫，順利落入主溝處理，而且又可以根據出鐵鐵口開口堵口操作需要，有效避開開口機和泥炮設備作業，不影響爐前出鐵的正常生產作業。主溝團塊物料預熱裝置可以代替現有的主溝溝蓋（A罩）壓制煙塵。
團塊物料預熱裝置采用耐高溫材料，尤其是進行加熱預熱壓球團塊的帶傾角振動給料式或帶傾角轉動圓筒給料式加熱預熱設備，采用長壽命耐高溫特殊材料。
3.3 料倉壓球團塊加入預熱裝置
通過爐前行車等設備，將壓球裝入料倉中，采用閥門控制壓球團塊給料量，將壓球團塊連續給入團塊物料預熱裝置。或者，在料倉下，采用變頻調速拖料皮帶控制壓球團塊給料量，配合可升降加球下料管，將壓球團塊連續給入團塊物料預熱裝置，使預熱裝置上移動加熱的壓球團塊料流更精準、料層更均勻、加熱預熱效果更好、壓球團塊預熱溫度更高。
壓球團塊物料包括：含碳含鐵含鋅塵泥壓球團塊、塊度較小的廢鋼、渣鋼、粒鐵、小塊鐵、磁選鐵壓塊、直接還原鐵塊、以及其它各種固廢團塊物料。
圖4
3.4 高溫含塵熱煙氣的引出與煙塵鐵粉鋅粉分離回收
高爐主溝處理以含碳含鐵含鋅為主的塵泥壓球為主的壓球團塊物料時，含碳鐵鋅塵泥團塊激烈反應、噴射出燃燒火焰，燃燒放出大量熱量，產生大量的高溫熱煙塵。主溝渣鐵面上升騰的高溫熱煙塵穿過橫跨主溝之上的預熱裝置上不斷向下移動的壓球團塊，將壓球團塊烘干和預熱，高溫含塵熱煙氣之后吸入主溝上部大煙罩吸塵罩，從煙氣管路引出，經過煙氣管路上煙塵含鐵粉塵分離脫除裝置進行含鐵粉塵分離脫除，順利地將含鐵粉塵從煙塵中分離出來，最終在分離脫除裝置和末端布袋除塵器各個灰斗中分別得到含鋅高低不同的幾種含鐵粉塵和一種低鐵高鋅次氧化鋅粉灰。
加熱預熱裝置通過小車驅動機構向后移動或提升機構提升，不妨礙爐前泥炮和開口機的正常鐵口堵口開口操作。當高爐鐵口不出鐵和開鐵口開始出鐵時，含鋅煙氣管路閥門處于關閉或關小狀態，開鐵口大噴煙塵從爐前煙罩除塵罩收集，通過煙氣管道吸入鐵口區和鐵水罐總除塵管路，進入爐前除塵器中；當出鐵穩定，開始往主溝進行加球處理時，打開含鋅煙氣管路閥門，將爐前煙罩除塵罩上現有抽吸煙氣的煙氣管道上的閥門關小或關閉，減少或切斷與鐵口區和鐵水罐以及其它除塵點總除塵管路聯接煙氣，以使爐前煙罩上的含鋅煙氣吸塵罩收集的含鋅煙氣通過含鋅煙氣管路以及管路閥門進入含鋅含鐵物質的分離回收系統，在鐵水出凈鐵口大噴煙塵很大時，將爐前煙罩上現有抽吸出鐵煙氣的煙氣管道上的閥門打開，將含鋅煙氣管路閥門關閉或關小，將鐵口出鐵大噴煙塵通過煙氣管道吸入鐵口區和鐵水罐以及其它除塵點總除塵管路，防止噴鐵口煙塵大量進入含鋅煙氣吸塵罩和含鋅煙氣管路。
圖5
4 效果
在高爐主溝上安裝一個橫跨主溝的加熱預熱加入主溝的含碳鐵鋅塵泥壓球團塊物料裝置，在主溝高溫渣鐵熱煙氣和處理含碳鐵鋅塵泥壓球團塊燃燒火焰產生的大量熱煙氣的加熱下，加熱預熱裝置內壓球團塊物料水分得到了烘干、團塊物料溫度得到了大幅度提高，粒度大小不一的各種壓球團塊物料的溫度由常溫提高到了200～1200℃以上，團塊物料在加熱到高溫后加入到主溝，甚至部分物質提前發生了部分分解或預還原，團塊物料反應速度顯著加快，反應和熔化的時間大幅縮短，顯著減少了壓球團塊升溫對主溝渣鐵的物理吸熱，提高了加入主溝各種壓球團塊物料的處理量，主溝處理壓球團塊可望進一步提高到噸鐵2～3%以上。與此同時，還減少了含碳團塊物料配碳量，有效節約了能源，提高了鐵水產量，是高爐功能的進一步延伸和發揮，也為高爐開辟了一條提產降耗新途徑，使高爐主溝處理各種含鋅塵泥壓球團塊物料取到了更大的經濟效益和環保效益。同時，加熱預熱裝置壓制住了主溝上升的高溫熱煙氣和粉塵，也減少了熱煙氣高溫熱輻射，降低了主溝大煙罩內溫度，改善了大煙罩內工作環境。
5 結論
利用高爐主溝這一高溫渣鐵熔池載體，在高爐爐外高爐主溝對高爐布袋瓦斯灰、轉爐含鋅污泥等塵泥進行壓球，高溫熔融還原處理，是繼轉底爐、回轉窯和小高爐爐內處理工藝的又一項新的處理含鋅塵泥固廢新技術，具有投資省、運行設備少、投入產出效益高的特點。利用高爐出鐵時主溝高溫渣鐵產生的大量熱煙氣和處理含碳鐵鋅塵泥壓球團塊燃燒火焰放出的大量熱量，在高爐主溝上安裝一個橫跨主溝的加熱預熱加入主溝含碳鐵鋅塵泥壓球團塊物料裝置，團塊物料水分得到了烘干，團塊物料溫度得到了大幅度提高，因而顯著減少了壓球團塊升溫對主溝渣鐵的物理吸熱，提高了加入主溝各種壓球團塊物料的處理量，不僅提高了單座高爐主溝壓球團塊處理量，提高了項目投入產出效益，而且可以著力增大含鋅轉爐除塵灰處理量，有效解決了集中大量配吃含鋅廉價廢鋼轉爐產出的高鋅轉爐除塵灰，既為高爐處理低價含鋅塵泥固廢回收金屬鐵和鋅創造了效益，也為煉鋼轉爐降低廢鋼采購成本，提高轉爐煉鋼更大效益做出了貢獻。利用高爐主溝高溫熱煙氣預熱含鋅壓球團塊物料，提高主溝含鋅壓球團塊處理量，進一步挖掘了高爐爐外主溝處理塵泥固廢增產降耗提高效益的這一特殊功能的潛力，是又一項有利于煉鐵高爐和煉鋼轉爐全系統降本增效的新的專利新技術。