一种隔焰竖炉处理含锌铁料粉尘回收锌的方法与流程

本发明涉及冶金粉尘固废处理技术领域，具体涉及一种隔焰竖炉处理含锌铁料粉尘生产直接还原铁并回收锌的方法。

背景技术：

随着我国钢铁工业的发展，钢铁生产过程中产生的粉尘对环境的影响也日益突出。这些粉尘中含有大量的铁元素，同时还有碳、锌、铅、钾等元素，处理并回收该部分资源，对实现现有资源的综合利用，立足我国钢铁行业的可持续发展，均具有重要的发展意义。

但大部分钢铁企业主要采用较为传统的处理工艺对该部分资源进行综合治理利用，即将该部分粉尘收集后作为烧结原料，在工序内部循环使用。由于这些粉尘粒度细，比表面积大，烧结配入这些粉尘会降低烧结料层的透气性。同时这些粉尘含有锌、铅、钾、钠等元素，形成的烧结矿在高炉内使用会造成高炉锌、铅、钾、钠的循环富集，使高炉炉墙结瘤，影响高炉生产稳定顺行，且锌、铅、钾、钠均无法实现回收。

为了从根本上治理和利用粉尘资源，解决传统处理工艺的弊端，新的技术方案有以下几种：

(1)威尔兹工艺：采用长回转窑处理混合球团或粉尘，若要回收粉尘中的锌则需采用二段回转窑，含锌蒸汽进入第二个回转窑进行再处理，设备庞大，锌脱出效率低，容易产生结圈现象；

(2)转底炉工艺：含锌粉尘和尘泥经破碎干燥后制团，入转底炉高温还原，锌蒸汽挥发进入烟气，通过二次氧化成ZnO实现回收。转底炉处理含锌粉尘的主要问题是排烟温度较高，热综合效率低，处理规模有限，同时存在锌蒸汽冷凝堵塞排烟通道和除尘器，易造成生产不顺等问题；

(3)Oxycup粉尘处理工艺：Oxycup竖炉采用内配煤压块，为了保证足够强度，需要用水泥作粘结剂，竖炉的优点是热效率高，金属氧化物还原充分，金属收得率高；缺点是直接还原铁在高炉中使用易造成高炉焦比高(为普通高炉炼铁的3倍)，利用系数低，铁水S、P含量高。

基于上述问题，本发明提出了一种经济有效处理钢铁厂含铁锌粉尘的方法，以隔焰竖炉为基体实施对含锌铁料粉尘处理并回收锌，以期减少含锌粉尘对冶炼生产的影响，提高资源综合利用水平，实现钢铁企业的可持续发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供了一种隔焰竖炉处理含锌铁料粉尘回收锌的方法，用于处理钢铁厂生产过程中产生的各种粉尘(如高炉瓦斯灰、瓦斯泥、除尘灰、转炉炼钢尘泥、连铸轧钢铁屑等)，并回收粉尘中的金属锌，得到直接还原铁供后续熔炼工序使用。

本发明所采用的技术方案基于使用了如图2所示的隔焰竖炉，由反应室1和燃烧室2组成，多个反应室1布置在一个很大的燃烧室2中，反应室通过模块化组合而成，反应室1从上到下分为预热段4、还原段5和冷却段7，每个反应室1和燃烧室2之间设有传热隔墙6，通过燃烧室2中的燃烧器3燃烧煤气产生反应室1所需要的热量，各反应室1内温度基本一致，料球从顶部加入后经过预热段4、还原段5和冷却段7后，在排料装置8的控制下按照合理流量排出。

本发明所采用的技术方案如下：

一种隔焰竖炉处理含锌铁料粉尘回收锌的方法，具体包括以下步骤：

(1)含水量合格的煤粉、含锌铁料粉尘与添加剂按如下重量比例进行配料：含锌铁料：煤粉：添加剂为70～80％：15～30％：1～8％；煤粉与含锌铁料粉尘重量配比换算后的C/O比为1.1～1.5；

(2)将所配原料混合均匀后造球，生球直径为8～40mm；

(3)将所述生球经高温烟气换热的热空气干燥后，布入隔焰竖炉反应室中，生球在反应室中向下运行，经过反应室的预热段和还原段形成直接还原铁及煤气与锌蒸汽混合所成的含锌煤气，预热段的温度为300～800℃，还原段温度为800～1250℃；所述含锌煤气自下而上运行穿过料球层从炉顶排出；料球在反应室内整体停留时间约为1～5h；

(4)将所述直接还原铁在隔焰竖炉反应室下部冷却段冷却至50～150℃，并通过排料装置连续排出炉外；

(5)将所述从炉顶外排的高温含锌煤气进行粗除尘，获得一次除尘灰，由于锌含量低，将返回混匀阶段后重新造球；

(6)将所述粗除尘后的高温含锌煤气进行热量回收后实施精除尘，使所述含锌煤气中的锌以氧化物、卤化物形式在收尘装置中被捕集；其中，精除尘后的净煤气温度为50～150℃。

所述步骤(1)中的含锌铁料粉尘的粒径为0～0.5mm，干燥后含水量≤8％。

所述步骤(1)中的含锌铁料粉尘可以包含高炉瓦斯灰、瓦斯泥、除尘灰、转炉炼钢尘泥、连铸轧钢铁屑、高炉重力灰、烧结灰和焚烧灰等各种粉尘的一种或多种。

优选地，所述步骤(1)中的煤粉粒径为0～0.5mm；所述煤粉为非焦煤粉，选自无烟煤、烟煤或褐煤中的一种或多种。

优选地，所述步骤(1)中的添加剂包括熔剂及无机和/或有机粘结剂。

优选地，所述步骤(3)中生球经高温烟气换热的热空气干燥后的含水量小于5％；生球在反应室中的料速控制在10～30mm/min。

所述步骤(3)及步骤(4)中的隔焰竖炉为煤基还原竖炉，由反应室和燃烧室组成，反应室分为预热段、还原段和冷却段，冷却段下部为排料区；反应室中预热和还原所需的热量，来源于反应室隔墙外燃烧室燃料燃烧产生的热量，热量通过隔墙传给反应室中的料球；隔焰竖炉反应室隔墙外燃烧室根据反应室温度需要布置多个燃料烧嘴，所用燃料的热值为750～8000kcal/Nm³。

所述步骤(4)中亦可根据下游熔炼工序要求，将所述直接还原铁进行热排处理。

所述燃烧室燃烧产生的高温烟气排出燃烧室后，通过换热装置来预热燃烧室燃烧用助燃空气，换热后烟气可用于烘干含锌铁料粉尘，换热获得的一部分高温助燃空气可用于烘干生球。

步骤(3)中隔焰竖炉炉顶外排含锌煤气温度为600～900℃，经步骤(5)及步骤(6)的两级除尘和热回收后，50～150℃的净化煤气可用于隔焰竖炉燃烧室掺混燃料或作为含锌铁料烘干用燃料。

本发明的原理：

(1)含碳球团在竖炉的自还原：由于碳粉与氧化物紧密接触，氧化物还原反应产生的CO₂可以就地转化成CO(CO₂+C＝2CO)，并立即参与还原反应。含碳球团在高温下经自还原，氧化铁、氧化锌等被快速还原成金属铁、锌。

(2)由于锌的熔点较低，为420℃左右，在高温下被还原出来的锌形成锌蒸汽，随炉内上升的煤气向上运动，同时控制出炉煤气温度在300～800℃，防止锌在炉内冷凝，而是随煤气全部排出。

(3)锌的回收：竖炉内的煤气进入两级除尘器及换热后，锌蒸汽与O^2-及Cl^-反应生成ZnO及ZnCl，在除尘过程中进入收尘器中被捕集。

与现有技术相比，实施本发明的有益效果如下：

(1)采用隔焰竖炉处理含锌铁粉尘回收锌，不仅工艺流程简单可靠，而且可以实现大规模生产，原因在于：还原室可以通过模块化组合来实现大规模生产需要的产量，明显克服了其它工艺路线15～40万t/a的产能局限；

(2)可根据不同的粉尘原料条件，通过有效的调节还原温度和还原时间，实现不同原料条件下锌的还原脱出及回收，并获取优质直接还原铁，以满足下游熔炼工序的使用要求；通常锌脱除率可达95％以上；

(3)隔焰竖炉由反应室和燃烧室组成，隔焰竖炉反应室和燃烧室各自独立，各自的还原气氛和氧化气氛互不干涉，能够实现温度场均匀；反应室隔墙采用优质耐材，具有高导热、低气孔、耐高温、耐磨损等性能，为高生产效率、降低能耗和长寿命提供了很好的条件；

(4)隔焰竖炉反应室分为预热段、还原段和冷却段，可达到的效果有：料球在还原前，经过了上升高温煤气的充分预热，热量得到有效利用，还原的效率得到提高；还原过程中采用缓慢向下的连续运动，能够很好地避免还原室中物料与隔墙及物料之间的粘接，不至于造成排料困难和中断生产；还原完毕，直接还原铁在冷却段能够冷却至需要的温度；

(4)隔焰竖炉反应室排出的含锌煤气经过初除尘、换热器回收热量、精除尘后获得粗锌粉；传统成熟的高炉煤气净化处理装置即满足净化回收要求，工艺回收实施成本较低；

(5)隔焰竖炉反应室排出的含锌煤气净化后可用于隔焰竖炉燃烧室掺混燃料或作为含锌铁料烘干用燃料，循环利用，可节约能源、降低工序能源消耗，实现良好的经济收益。

附图说明

图1为本发明一种隔焰竖炉处理含锌铁料粉尘回收锌的方法流程图；

图2为本发明所使用隔焰竖炉的示意图。

具体实施方式

为了使本发明技术方案更容易理解，现结合附图采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种隔焰竖炉处理含锌铁料粉尘回收锌的方法，其主要生产步骤包括：

(1)原料干燥：将含锌铁料进行干燥，干燥后物料含水量≤8％，送入混合工段前端配料仓中；

(2)原料造球：将配料仓中含锌铁料和煤粉及添加剂(添加剂包括熔剂和粘结剂)按照70％：28％：2％的重量配比混匀，送入造球设施中进行造球，生球粒径为8～30mm，生球含水量≤8％；

(3)生球干燥：利用隔焰竖炉燃烧室高温烟气预热后的热空气在烘干设施中对生球进行干燥，使干燥后生球含水量≤5％；

(4)生球布料：料球由装料装置从还原室顶部进料，预热室以下被料球全部填充，预热室上部炉顶留存一定的气流运行空间；

(5)生球还原：料球在反应室中向下运行，经反应室的预热段和还原段完成生球还原反应，预热段的温度在300～800℃，还原段的温度在800～1250℃；料球在反应室内整体停留时间约为1～5h；反应同时产生直接还原铁及煤气和锌蒸汽混合所成的含锌煤气；含锌煤气自下而上运行穿过料球层从炉顶排出；

(6)热量供给：燃烧室布置于反应室四周或两侧，燃烧室内设置若干个烧嘴，燃料和助燃气体燃烧会产生1100～1350℃的高温烟气，高温烟气的热量整体均匀通过隔墙传热至隔墙内的料球；燃烧室用燃料为煤制煤气、高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气、石油液化气或页岩气等的至少一种；

(7)排料：直接还原铁在隔焰竖炉反应室下部冷却段冷却至50～150℃，并通过排料装置连续排出炉外；冷却温度范围可控，亦可根据下游熔炼工序的要求进行热排；

(8)锌的回收和煤气净化：隔焰竖外排的高温含锌煤气通过除尘和热回收，在初除尘获得的一次除尘灰，由于锌含量低，将返回至配料混匀阶段重新造球、进入还原室；系统锌的综合收得率85％以上，其以氧化物及卤化物形式在精除尘阶段获得；精除尘后的净煤气温度约为150℃；

(9)烟气热量回收：燃烧室排出的烟气温度较高，约900～1100℃，排出后的高温烟气通过换热器进行热量回收，预热进入燃烧室的助燃空气，助燃空气可被预热至450～700℃，换热后的烟气温度降低至300～500℃，用作热媒烘干粉尘和原煤，烘干后烟气为100～150℃，通过烟囱外排；

(10)净化煤气综合利用：精除尘后的净煤气作为燃烧室掺混燃料或作为铁料烘干用燃料。

本发明实施过程中具有以下优点：

(1)该方法对含锌铁原料的铁品位要求不高，如高炉瓦斯灰、瓦斯泥、除尘灰、转炉炼钢尘泥、连铸轧钢铁屑等均可用作原料；原料适用性广；

(2)该方法的能源利用充分，能源浪费很少，有效资源都得到循环利用；

(3)该方法中的还原炉由还原室和燃烧室组成，还原室的数量根据产量要求进行模块化的组合，燃烧室的大小和数量根据还原室的多少进行调整。

实施例2

如图1所示，本发明提供了一种隔焰竖炉处理含锌铁料粉尘回收锌的方法，其主要生产步骤包括：

(1)原料干燥：将含锌铁料进行干燥，干燥后物料含水量≤8％，送入混合工段前端配料仓中；

(2)原料造球：将配料仓中含锌铁料和煤粉及添加剂(添加剂包括熔剂和粘结剂)按照80％：15％：5％的重量配比混匀，送入造球设施中进行造球，生球粒径为8～30mm，生球含水量≤8％；

(3)生球干燥：利用隔焰竖炉燃烧室高温烟气预热后的热空气在烘干设施中对生球进行干燥，使干燥后生球含水量≤5％；

(4)生球布料：料球由装料装置从还原室顶部进料，预热室以下被料球全部填充，预热室上部炉顶留存一定的气流运行空间；

(5)生球还原：料球在反应室中向下运行，经反应室的预热段和还原段完成生球还原反应，预热段的温度在300～800℃，还原段的温度在800～1250℃；料球在反应室内整体停留时间约为1～5h；反应同时产生直接还原铁及煤气和锌蒸汽混合所成的含锌煤气；含锌煤气自下而上运行穿过料球层从炉顶排出；

(6)热量供给：燃烧室布置于反应室四周或两侧，燃烧室内设置若干个烧嘴，燃料和助燃气体燃烧会产生1100～1350℃的高温烟气，高温烟气的热量整体均匀通过隔墙传热至隔墙内的料球；燃烧室用燃料为煤制煤气、高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气、石油液化气或页岩气等的至少一种；

(7)排料：直接还原铁在隔焰竖炉反应室下部冷却段冷却至50～150℃，并通过排料装置连续排出炉外；冷却温度范围可控，亦可根据下游熔炼工序的要求进行热排；

(8)锌的回收和煤气净化：隔焰竖外排的高温含锌煤气通过除尘和热回收，在初除尘获得的一次除尘灰，由于锌含量低，将返回至配料混匀阶段重新造球、进入还原室；系统锌的综合收得率85％以上，其以氧化物及卤化物形式在精除尘阶段获得；精除尘后的净煤气温度约为150℃；

(9)烟气热量回收：燃烧室排出的烟气温度较高，约900～1100℃，排出后的高温烟气通过换热器进行热量回收，预热进入燃烧室的助燃空气，助燃空气可被预热至450～700℃，换热后的烟气温度降低至300～500℃，用作热媒烘干粉尘和原煤，烘干后烟气为100～150℃，通过烟囱外排；

(10)净化煤气综合利用：精除尘后的净煤气作为燃烧室掺混燃料或作为铁料烘干用燃料。

本发明实施过程中具有以下优点：

(1)该方法对含锌铁原料的铁品位要求不高，如高炉瓦斯灰、瓦斯泥、除尘灰、转炉炼钢尘泥、连铸轧钢铁屑等均可用作原料；原料适用性广；

(2)该方法的能源利用充分，能源浪费很少，有效资源都得到循环利用；

(3)该方法中的还原炉由还原室和燃烧室组成，还原室的数量根据产量要求进行模块化的组合，燃烧室的大小和数量根据还原室的多少进行调整。

实施例3

如图1所示，本发明提供了一种隔焰竖炉处理含锌铁料粉尘回收锌的方法，其主要生产步骤包括：

(1)将由炼铁布袋除尘灰、转炉除尘灰、高炉重力灰、高炉出铁场除尘灰、烧结灰和焚烧灰组成的，粉尘粒径≤0.074mm的含锌铁料粉尘烘干并配比，所配比的原料全铁含量约为40％，Zn含量约为2.3％；在含锌铁料粉尘中配入煤粉，其中含锌铁料粉尘与煤粉的重量配比为75％：25％，换算后C/O比约为1.2；外加的添加剂(添加剂包括熔剂和粘结剂)占煤粉和粉尘重量之和的比例约为4％；将原料进行混匀后造球，生球粒径为25mm，经干燥处理后运至槽下料仓中；

(2)干燥后料球由炉顶装置布入反应室内，料球布满预热段和还原段，炉顶保留约3m高的气流运输空间；

(3)反应室的预热段和还原段截面为矩形，其宽度约为350mm，长度约为1200mm，高度约为6000mm；

(4)通过管道向燃烧室燃烧器供应煤气和预热后温度达600℃的助燃空气，在燃烧室内进行燃烧，产生约1350℃的高温烟气，通过隔墙耐材将热量传递给反应室内料球，发生还原反应，生成直接还原铁、煤气和含锌蒸汽；还原段温度约为1150℃，料球在反应室预热段和还原段停留时间约为3.5h；由炉底排料装置控制料球下降速度，料速度控制在15mm/min左右；

(5)燃烧室排放烟气温度约为900℃，通过高温换热器对热量进行回收，将进入燃烧室助燃空气预热至约600℃，换热后烟气温度约为450℃，被送至粉尘干燥装置中烘干原料，烟气温度降至约120℃，经厂区烟囱外排；将预热后约600℃助燃空气一部分送至生球干燥装置中，掺混部分空气，实施生球干燥；

(6)在反应室冷却段实施直接还原铁的冷却，温度降至50～100℃，由排料装置排出；生产的直接还原铁含铁≥60％，金属化率约85％；

(7)对隔焰竖炉炉顶外排约为750℃含锌煤气进行净化，在粗除尘处获得一次除尘灰，锌含量低于25％，将一次除尘灰返回至配料混匀阶段重新造球、进入反应室重新参与还原反应；在精除尘处收集到以氧化物及卤化物形式存在的含锌粉，烘干后获得锌含量约为75％的粗锌粉；精除尘后的净煤气温度降至约150℃，经管道输送至上游烘干含锌铁料粉尘的干燥装置中，作为补充热量的燃料使用；

实施过程中，每处理一吨含锌铁料粉尘，可获得约0.65吨铁含量≥60％，金属化率约85％的直接还原铁，同时得到14公斤左右的锌含量约为75％的含氧化锌和氯化锌的混合粉料。

该方法可有效回收含锌铁料粉尘，95％以上锌可以获得脱除，获得的直接还原铁还可进一步实施利用，生产工序能耗较低；调整反应室和燃烧室的模块组合数量，可实现含锌粉尘日处理量约为1500吨以上，年处理量可达50万吨以上。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。