一种密闭冲天炉处理钢铁厂含锌、铅粉尘工艺方法
【专利摘要】一种密闭冲天炉处理钢铁厂含锌、铅粉尘工艺方法，属于钢铁生产领域。其特征在于以钢铁厂含锌、铅粉尘为主要原料，配加一定量的还原剂、粘结剂、熔剂和水，充分混合后经压球机压制成球，经烘干或养护后送入密闭冲天炉进行冶炼，最终得到粗锌、粗铅和铁水。本发明具有原料适应性强，生产能力大，处理效率和产品附加值高等优点，可通过处理钢铁厂含锌、铅粉尘直接得到粗锌、粗铅、铁水、煤气和炉渣等产品，粗锌和粗铅可进一步精炼，提高产品的附加值；铁水经预处理后熔铸成锭，对外销售；炉渣经处理后可作为建筑材料或作为水泥等生产原料；煤气可作为气体燃料在厂区内部使用。该工艺具有非常显著的经济效益和环境效益。
【专利说明】—种密闭冲天炉处理钢铁厂含锌、铅粉尘工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁生产领域，涉及一种含锌、铅粉尘处理工艺，尤其是涉及一种利用密闭冲天炉处理含锌、铅粉尘工艺方法。
【背景技术】
[0002]在传统的钢铁生产流程中将产量大量的粉尘，这类粉尘富含TFe、CaO、MgO、C等宝贵资源，但同时也含有锌、铅等对钢铁生产过程不利的元素，使粉尘的在钢铁流程内部的循环利用受到一定的限制。随着能源、资源、环境形势越来越严峻，钢铁企业的压力也越来越大，解决好含锌、铅粉尘的高效回收利用问题便成了当务之急。
[0003]目前国内很多钢铁企业将含锌、铅粉尘作为原料直接配入烧结、球团料，该方法最为简单，能一定程度上实现了铁资源的回收利用，具有投入少，见效快，无需改变原有工艺等优点，但存在配料、混合困难等问题，且会造成有害元素的循环和富集，给高炉带来危害，属于含铁尘泥的粗放型利用，不能彻底解决含铁尘泥高效资源化利用的问题(炼铁，2010，29(4):56);粉尘喷吹法主要是将粉尘以一定比例混合喷吹到高炉或其他熔融炉中代替部分原料进行循环回收利用，从而达到降低炼铁生产成本的目的，该方法具有一定的效果，但对喷吹物料有相当高的技术要求，且其处理量不大，使该工艺的应用受到了一定的限制(炼铁，2011，30(1):54);含锌、铅粉尘造块返回炼钢工艺，用做炼钢冷却剂是含锌、铅资源化利用的又一途径，目前国内外许多企业已使用这种方法，炼钢法可充分利用粉尘中的FeO和CaO，代替部分造渣剂和冷却剂，而且对粉尘团块强度要求不高，可降低炼钢石灰及钢铁材料消耗，从而降低炼钢成本，但该方法不适合处理低品位、高碳、高碱粉尘(环境工程，2011，29 (2):96)。
[0004]直接还原法和熔融还原法能处理钢铁企业大部分含锌、铅粉尘，不仅能有效利用粉尘中的铁、碳和氧化钙等物质，同时还可脱除粉尘中Pb、Zn、S等有害杂质，生产金属化球团或铁水，具有较好的处理效果，代表工艺有转底炉直接还原工艺和冲天炉熔融还原工艺。转底炉工艺将粉尘通过混合一配料一成型一转底炉直接还原等工序脱除铅、锌等有害元素，得到直接还原铁，直接还原铁可返回钢铁生产流程使用，该工艺的优势在于处理效率高，处理能力适中，对能源要求不是很高，可以直接用钢铁厂的副产品煤气作为热源，能够很好的回收粉尘中的铁、锌、铅等金属，但转底炉工艺也存在着一些技术问题和难以克服的缺点，如炉膛高，料层薄，能源利用效率不高，还有待于进一步研究和完善。 冲天炉熔融还原工艺的金属收得率高，处理粉尘的范围广，其产品为铁水，可直接用于炼钢，不需要烧结机，环保效果相对较好，但该工艺投资较大，且设备运行周期短，维修量大，将直接影响该工艺的运行成本。
【发明内容】
[0005]本发明涉及一种利用密闭冲天炉处理钢铁厂含锌、铅粉尘工艺。该工艺能对钢铁厂不同成分的含锌、铅粉尘进行处理，在利用粉尘中Fe、C等资源的同时，还能充分回收粉尘中锌、铅元素。
[0006]本发明以钢铁厂含锌、铅粉尘为主要原料，配加一定量的还原剂、粘结剂、熔剂和水，充分混合后经压球机压制成球，经烘干或养护后送入密闭冲天炉进行冶炼，最终得到粗锋、粗铅和铁水等广品。本发明的技术方案为:
[0007](1)对含锌、铅粉尘进行干燥，配入0~20%的还原剂(无烟煤、焦粉等)、0~5%的熔剂(石灰石、生石灰、硅石等)、6~12%的粘结剂(水泥)和10~20%的水，充分混匀后经对辊压球机或振动压球机压制成块，养护72h后存放在料场备用。
[0008](2)为了保证较高的炉顶温度及避免温度波动过大，将球团、焦炭加入预热器预热，球团预热至450°C,焦炭预热至800°C,预热好的球团和焦炭及其他原料运至炉顶料仓，由炉顶料钟加料器加入密闭冲天炉进行冶炼。冲天炉的炉顶采用的是双料钟密闭炉顶。
[0009](3)冲天炉配备热风炉，并设上下风口。正常冶炼时，富氧热风由下风口吹入炉内，使冲天炉下部的焦炭燃烧，放出热量，同时生成富含CO和CO2的高温炉气，炉料与炽热的焦炭及高温炉气接触，进行激烈的热交换，完成含锌、铅粉尘球团的预热、还原、熔化、渣铁分离等冶金过程，最终生成铅液、铁液、炉渣，还原产物金属锌以蒸气的状态从炉料中挥发出来，进入炉气。
[0010](4)含锌炉气往炉顶运动，为了防止锌蒸气的再氧化，需保证炉顶温度不低于1000°C，本工艺炉顶温度为1050°C~1100°c，若炉顶温度不足，则向炉顶鼓入热风，使炉气中的CO燃烧，放出热量，以弥补炉顶热量的不足，从而保证炉气的温度。
[0011](5)高温的炉气从炉顶进入铅雨冷凝器，铅雨冷凝器将高温的含锌炉气冷凝，并通过铅雨将炉气中的锌吸收,使锌进入铅液，由冷凝器排出的含锌铅液温度约为500°C~550 0C，含锌的铅液冷却分离后可得到粗锌，粗锌可进一步精炼，铅液返回冷凝器继续使用。排出的残余烟气经净化除尘后得到煤气和含锌污泥，含锌污泥可作为含锌原料进入造块系统，煤气可作为热风炉和球团、焦炭加热器的气体燃料。
[0012](6)铁水、粗铅和炉渣定期从炉缸中排出炉外，铁水经预处理后熔铸成锭，粗铅可进行进一步精炼，炉渣用水急冷、破碎，可作为建筑材料或进行其他综合利用。
[0013]本发明的突出特点是通过密闭冲天炉处理含锌、铅粉尘，在炉顶通过铅雨冷凝器从煤气中回收锌，从炉缸中定期回收铅。
[0014]本发明具有原料适应性强，生产能力大，处理效率和产品附加值高等优点，可通过处理钢铁厂含锌、铅粉尘直接得到粗锌、粗铅、铁水、煤气和炉渣等产品，粗锌和粗铅可进一步精炼，提高产品的附加值；铁水经预处理后熔铸成锭，对外销售；炉渣经处理后可作为建筑材料或作为水泥等生产原料；煤气可作为气体燃料在厂区内部使用。该工艺具有非常显著的经济效益和环境效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为利用密闭冲天炉处理钢铁厂含锌、铅粉尘工艺流程图，
[0016]图2为密闭冲天炉冶炼示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明专利具体的工艺流程如图1所示。下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0018]实施方式一:
[0019]选用一种电炉除尘灰作为原料，其成分为Fe:35%, Zn:13%，Pb:3.5% ;选用焦粉作为还原剂，其固定碳含量约为85.5%，灰分约为12.5%，挥发分约为2% ;选用硅石粉作为熔剂，其SiO2含量约为98%左右；选用水泥作为粘结剂。将电炉除尘灰加入烘干机烘干，按电炉除尘灰:焦粉:娃石粉:水泥:水约为100:17:5:10:15的比例加入焦粉、硅石粉、水泥和水，充分混匀后在不低于20MPa的压力下压制成块，在温度为20~30°C，湿度<95%的环境下养护72h,养护完成后送入料场堆放。
[0020]将电炉除尘灰球团和焦炭分别送入预热器预热，球团预热至450°C左右，焦炭预热至800°C左右，预热好的球团和焦炭送入炉顶料仓，经料钟加入密闭冲天炉进行冶炼。冲天炉下部风口鼓入富氧热风，热风温度为800°C~1100°C，富氧率为1%~10%，使风口前的焦炭燃烧，放出大量的热量，同时产生含有CO和CO2的还原性炉气，该区域温度可达2000°C以上。风口产生的高温炉气往上与炉料接触，进行激烈的热交换，提供球团预热、还原、熔化和渣铁分离所需的热量；氧化铅和氧化铁被还原为金属铅和金属铁，在高温下逐渐与炉渣分离，汇集到炉缸中自上而下逐渐形成渣层、铁液层和铅液层，定期排出炉外，可得到品位大于96%的粗铅、铁液和炉渣；氧化锌被还原成锌蒸气，随炉气往炉顶运动，由炉顶进入铅雨冷凝器，最终得到锌含量大于97%的粗锌、含锌污泥和煤气。密闭冲天炉炉顶的温度约为1050°C~1100°C，若炉顶温度不足，可通过炉顶鼓风使炉气中的CO燃烧，弥补炉顶的热量不足，炉顶鼓风量约为下部风口鼓风量的5~10%。
[0021]实施方式二:
[0022]选用一种高炉除尘灰和电炉除尘灰作为原料，高炉除尘灰成分为Fe:31%, Zn:9%，Pb:0.5%，C:21%，电炉除尘灰的成分与实施方式一的成分一致。选用生石灰作为熔剂。将高炉除尘灰和电炉粉尘加入烘干机烘干，按高炉除尘灰:电炉除尘灰:生石灰:水泥:水约为65:35:2:10:15的比例进行配料，充分混匀后在不低于20MPa的压力下压制成块，在温度为20~30°C,湿度> 95%的环境下养护72h,养护完成后送入料场堆放。本方式可充分利用高炉除尘灰中的碳，不需要额外加入还原剂，同时可减少熔剂的加入量。
[0023]将球团和焦炭分别送入预热器预热，球团预热至450°C左右，焦炭预热至800°C左右，预热好的球团和焦炭送入密闭冲天炉炉顶料仓，经料钟加入密闭冲天炉，后续冶炼过程与实施方式一致。本实例可得到品位大于97%的粗锌和品位大于96%的粗铅，同时得到铁水、炉渣和煤气，铁水经预处理后熔铸成锭，对外销售，炉渣作为建筑材料或进行其他综合利用，煤气作为气体燃料在厂区内部使用。
【权利要求】
1.一种密闭冲天炉处理钢铁厂含锌、铅粉尘工艺方法，其特征在于以钢铁厂含锌、铅粉尘为主要原料，配加一定量的还原剂、粘结剂、熔剂和水，充分混合后经压球机压制成球，经烘干或养护后送入密闭冲天炉进行冶炼，最终得到粗锌、粗铅和铁水，具体技术方案为: (1)对含锌、铅粉尘进行干燥，配入含锌、铅粉尘原料总量的O~20%的还原剂、O~5%的熔剂、6~12%的粘结剂和10~20%的水，充分混匀后经对辊压球机或振动压球机压制成块，养护72h后存放在料场备用；还原剂为无烟煤、焦粉，熔剂为石灰石、生石灰、硅石，粘结剂为水泥； (2)为了保证较高的炉顶温度及避免温度波动过大，将球团、焦炭加入预热器预热，球团预热至450°C,焦炭预热至800°C,预热好的球团和焦炭及其他原料运至炉顶料仓，由炉顶料钟加料器加入密闭冲天炉进行冶炼； (3)冲天炉配备热风炉，并设上下风口；冶炼时，富氧热风由下风口吹入炉内，使冲天炉下部的焦炭燃烧，放出热量，同时生成富含CO和CO2的高温炉气，炉料与炽热的焦炭及高温炉气接触，进行激烈的热交换，完成含锌、铅粉尘球团的预热、还原、熔化、渣铁分离等冶金过程，最终生成铅液、铁液、炉渣，还原产物金属锌以蒸气的状态从炉料中挥发出来，进入炉气； (4)含锌炉气往炉顶运动，为了防止锌蒸气的的再氧化，炉顶温度为1050°C~1100°C，若炉顶温度不足，则向炉顶鼓入热风，使炉气中的CO燃烧，放出热量，以弥补炉顶热量的不足，从而保证炉气的温度； (5)高温的炉气从炉顶进入铅雨冷凝器，铅雨冷凝器将高温的含锌炉气冷凝，并通过铅雨将炉气中的锌吸收，使锌进入铅液，由冷凝器排出的含锌铅液温度为500°C~550°C，含锌的铅液冷却分离后得到粗锌，粗锌进一步精炼，铅液返回冷凝器继续使用；排出的残余烟气经净化除尘后得到煤气和含锌污泥，含锌污泥作为含锌原料进入造块系统，煤气作为热风炉和球团、焦炭加热器的气体燃料； (6)铁水、粗铅和炉渣定期从炉缸中排出炉外，铁水经预处理后熔铸成锭，粗铅进行进一步精炼，炉渣用水急冷、破碎，作为建筑材料或进行其他综合利用。
2.根据权利要求1所述一种密闭冲天炉处理钢铁厂含锌、铅粉尘工艺方法，其特征在于冲天炉的炉顶采用的是双料钟密闭炉顶。
【文档编号】C22B7/02GK103468961SQ201310453085
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】张建良, 毛瑞, 刘征建, 黄冬华, 袁骧, 王飞, 邢相栋, 张亚鹏 申请人:北京科技大学