一种含铁含锌固废资源化利用的装置及方法与流程

本发明涉及金属固废处理及资源化利用领域，具体为金属冶炼生产过程中产生的固体废物的处理及资源化利用，且特别涉及一种含铁含锌固废资源化利用的装置及方法。

背景技术

钢铁生产过程中会产生大量有利用价值的各种含铁粉尘、污泥，它们主要是烧结除尘灰、高炉瓦斯灰或泥、电炉粉尘、转炉粉尘和尘泥、氧化铁皮等。长期以来，这些含铁粉尘大部分是回收后直接返回烧结加以利用，其中有害元素(锌、铅、钾、钠等)会在生产循环过程中不断的富集，加之炼钢使用废镀锌板比例不断增加，从而导致上述含铁粉尘物料中的含锌量也呈逐渐上升的趋势，高锌粉尘返回烧结，将造成高炉锌负荷高，影响高炉生产及耐材寿命。

锌是有色重金属元素，其沸点仅为907℃。进入高炉中的锌化合物在高炉中上部即被还原，在高炉下部以气态分散于高炉煤气中并随之上升，一部分渗入炉衬的气孔中，一部分被后加的炉料吸收，还有一部分随煤气从炉顶逸出炉外，进入煤气除尘系统，随着温度的降低，锌又可从气态凝聚为液态或结晶为固态，重新被氧化成氧化锌。

被炉料吸收的锌又进入炉料冶炼过程。于是更多的锌被还原出来，再次进入煤气中，使煤气中锌浓度升高，再次被炉料吸收。如此往复不断，就构成了锌在高炉内的循环富集，称其为“炉内循环”。因此，锌在煤气中可达很高浓度，甚至处于饱和状态。随煤气进入除尘系统的锌蒸气将冷析成微细颗粒，沉积在管道或炉尘即瓦斯灰中。若炉尘参加烧结矿配料，则在高炉——绕结厂之问又构成锌的又一封闭循环，称为锌的“炉外循环”。“炉外循环”进一步加剧了“炉内循环”。由于双重循环作用，导致锌在炉料、炉衬及附着物中大量沉积，给高炉生产带来多方面危害。

随着最近几年环保要求的提高，政策日趋严格，对产废单位的要求越来越高，固废处理不当引起的环境问题逐渐显现，传统的粗放处理模式将逐渐被取缔，委托外部企业处理不仅需要支付一定的处理费用，同时多数外委处置的处理产线水平低，环保不达标，往往形成二次污染。随着国家环保要求日益提高，对固废处理的监管会更加严格，固废外售和外委处理难度增大，企业急需建立专门的处置中心，解决含铁固废处置问题。

随着技术进步，废弃物中的不同资源进行分类回收的技术已经成熟，对各种不同废弃物进行资源化利用不仅能够将固废在自身厂内得到循环处理，而且能够取得可观经济效益。

技术实现要素：

本发明提出一种含铁含锌固废资源化利用的装置及方法，解决冶炼过程中有害元素的问题，提供了冶炼尘泥的综合解决方案。

为了达到上述目的，本发明提出一种含铁含锌固废资源化利用的装置，包括：

预还原炉，用于尘泥预处理，所述预还原炉采用环形预还原炉形式，包括配料装置，混合装置，压球装置及干燥装置、环形预还原炉装置及排料装置；

终还原熔炼炉，连接于所述预还原炉，经过所述预还原炉还原后的的预还原料进入终还原熔炼炉，所述终还原熔炼炉采用竖式热风熔炼炉，包括配料系统，加料装置，出铁出渣装置；

烟气处理系统，连接于所述预还原炉，所述烟气处理系统包括余热锅炉、除尘器、排烟风机及烟囱；

热风系统，连接于所述预还原炉和终还原熔炼炉，所述热风系统包括热风风机，热风炉，换热器，所述热风炉利用终还原熔炼炉煤气；

煤气净化系统，连接于所述终还原熔炼炉，其包括煤气净化装置，煤气引风机。

进一步的，所述压球装置包括压球缓冲仓，带式定量给料机、压球机、筛分机，混合原料在料斗中通过重力进入压球机，在重力、剪切力、压缩力和粘结剂粘合力的综合作用下，被压制成球，压完的生球送至筛分机的辊筛进行筛分，合格生球输送至生球干燥装置进行干燥。

进一步的，所述合格生球为粒径大于等于8mm的小球，不合格小球通过胶带机送回返料仓。

进一步的，所述干燥装置采用链篦机和网带烘干机两种，生球筛分后的合格生球进入网带式烘干机进行烘干，干燥后生球水分将由6％降低至1％以下，烘干热源可利用热风炉产生或利用烟气处理系统的烟气余热，干燥后的生球进入预还原炉进行预还原。

进一步的，所述预还原炉采用环形预还原炉，所述环形预还原炉装置包括：

上料装置，用于将生球均匀地铺在环形预还原炉的炉盘上；

燃烧系统，为环形预还原炉还原提供热量；

炉底机械，将环形预还原炉内球团由入炉端通过旋转逐步输送到出炉端；

排料装置，将环形预还原炉出炉后的高温熟球从炉内排出。

进一步的，所述预还原炉中的预还原温度为1050℃～1300℃，将尘泥中部分金属氧化物还原为金属，低熔点的元素进入烟气，在所述烟气处理系统中富集回收。

进一步的，所述环形预还原炉排出1000～1250℃高温烟气，依次进入到沉降室、余热锅炉和换热器进行降温，进入除尘器对烟尘含锌粉尘进行搜集，经过除尘后的烟气最后通过排烟风机抽出。

进一步的，所述预还原炉还原后的预还原料经加料装置加入终还原炉，终还原炉通过配料系统加入一定比例的焦炭及石灰石，根据铁水需求，配加不同比例的废钢，加入后的炉料在炉内进行加热、熔融、还原过程，还原熔炼温度1500～2000℃，将预还原料还原熔炼成铁水，部分锌等有害元素被还原后进入烟气处理系统收集。

进一步的，所述终还原炉在冶炼过程中副产煤气，熔炼产生的煤气由炉顶料面下抽出，煤气由引风机先引入重力除尘器或旋风除尘器进行粗除尘，除尘后的煤气进入煤气净化系统进行湿式除尘工艺或干式除尘工艺进行二次除尘处理。

进一步的，当采用湿式除尘工艺时，粗除尘后的煤气进入煤气洗涤塔，在煤气洗涤塔中对煤气进行除尘及降温，然后进入环缝洗涤器进行精除尘并对煤气进一步降温，所述环缝洗涤器出口煤气经湿旋脱水器脱水后由煤气引风机引出。

进一步的，当采用干式除尘工艺时，煤气经粗除尘后进入布袋除尘，布袋除尘后的煤气经煤气引风机引出。

进一步的，所述煤气引风机出口煤气部分送热风炉燃烧为预还原炉及终还原炉提供热风，部分送至预还原炉工序用于干燥或预还原炉燃烧，剩余部分送至全厂煤气管网。

进一步的，通过调节环缝洗涤器的环缝开度或通过调节煤气引风机转速，使熔炼炉炉顶压力维持在-50～0pa，防止煤气外逸。

进一步的，所述终还原熔炼炉为竖式结构，炉料由炉顶加入，热风从下部鼓入，炉壳冷却采用喷淋，通过设置在炉身的冷却环管进行喷淋，在炉底设水冷管，炉顶及炉身上部采用高铝质浇铸料，炉身下部为刚玉质浇铸料，炉底水冷管以下为耐火混凝土，水冷管以上碳素捣打料，炉缸炉底砖衬与炉壳之间设碳素捣打料。

本发明还提出一种含铁含锌固废资源化利用的方法，包括下列步骤：

将含锌含铁尘泥经配料、混合、压球、干燥处理后进入环形预还原炉预还原，铁被还原进入预还原料供终还原熔炼炉，锌被还原进入烟气；

预还原料进入终还原熔炼炉，配入焦炭，鼓入热风，在炉内被还原熔炼为铁水和炉渣；

预还原炉和终还原熔炼炉所产生的烟气通过烟气处理系统收集回收；

终还原熔炼炉还原产生的煤气由炉顶导出，通过煤气净化系统后输出。

进一步的，所述预还原炉中的预还原温度为1050℃～1300℃，将尘泥中部分金属氧化物还原为金属，低熔点的元素进入烟气，在所述烟气处理系统中富集回收。

进一步的，所述预还原炉烟气出口温度为1000～1250℃，经过余热回收回收蒸汽，烟气经沉降室和余热锅炉后进入除尘器收集系统中粉尘，预还原炉中的锌进入烟气处理系统后，在烟气降温过程中，被氧化成氧化锌，与粉尘一起被粉尘收集系统收集，作为氧化锌产品，除尘后的烟气经引风机及烟囱后排放。

进一步的，所述预还原炉还原后的预还原料经加料装置加入终还原炉，终还原炉通过配料系统加入一定比例的焦炭及石灰石，根据铁水需求，配加不同比例的废钢，加入后的炉料在炉内进行加热、熔融、还原过程，还原熔炼温度1500～2000℃，将预还原料还原熔炼成铁水，部分锌等有害元素被还原后进入烟气处理系统收集。

进一步的，所述终还原炉在冶炼过程中副产煤气，熔炼产生的煤气由炉顶料面下抽出，煤气由引风机先引入重力除尘器或旋风除尘器进行粗除尘，除尘后的煤气进入煤气净化系统进行湿式除尘工艺或干式除尘工艺进行二次除尘处理。

进一步的，当采用湿式除尘工艺时，粗除尘后的煤气进入煤气洗涤塔，在煤气洗涤塔中对煤气进行除尘及降温，然后进入环缝洗涤器进行精除尘并对煤气进一步降温，所述环缝洗涤器出口煤气经湿旋脱水器脱水后由煤气引风机引出。

进一步的，当采用干式除尘工艺时，煤气经粗除尘后进入布袋除尘，布袋除尘后的煤气经煤气引风机引出。

进一步的，所述煤气引风机出口煤气部分送热风炉燃烧为预还原炉及终还原炉提供热风，部分送至预还原炉工序用于干燥或预还原炉燃烧，剩余部分送至全厂煤气管网。

进一步的，通过调节环缝洗涤器的环缝开度或通过调节煤气引风机转速，使熔炼炉炉顶压力维持在-50～0pa，防止煤气外逸。

本发明提出的含铁含锌固废资源化利用的装置及方法，将含铁含锌固废等废弃物经预处理后配加粘结剂及焦粉压制成球，烘干后进入环形预还原炉进行预还原，还原的预还原料进行压块或直接进入终还原熔炼炉，还原熔炼成铁水及炉渣，环形预还原炉烟气通过余热回收后及经除尘器收集得到富氧化锌产品。本发明可将含铁含锌废弃物资源化利用，直接生产铁水及富氧化锌粉尘，解决了冶炼过程中有害元素的问题，提供了冶炼尘泥的综合解决方案。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的含铁含锌固废资源化利用的装置结构示意图。

图2所示为本发明较佳实施例的含铁含锌固废资源化利用的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的含铁含锌固废资源化利用的装置结构示意图。

本发明提出一种含铁含锌固废资源化利用的装置，包括：

预还原炉100，用于尘泥预处理，所述预还原炉采用环形预还原炉形式，包括配料装置110，混合装置120，压球装置130及干燥装置140、环形预还原炉装置及排料装置；

终还原熔炼炉200，连接于所述预还原炉，经过所述预还原炉还原后的的预还原料进入终还原熔炼炉，所述终还原熔炼炉采用竖式热风熔炼炉，包括配料系统，加料装置，出铁出渣装置；

烟气处理系统，连接于所述预还原炉100，所述烟气处理系统包括余热锅炉310、除尘器320、排烟风机330及烟囱；

热风系统，连接于所述预还原炉100和终还原熔炼炉200，所述热风系统包括热风风机410，热风炉420，换热器430，所述热风炉420利用终还原熔炼炉200所产生煤气，通过煤气引风机520送入；

煤气净化系统，连接于所述终还原熔炼炉200，其包括煤气净化装置510，煤气引风机520。

煤气混合器150，连接于所述环形预还原炉装置100和煤气引风机520，用于根据环形预还原炉100的需要掺混其他热值煤气；

如图所示，各种粉尘、焦粉以及粘结剂由密闭罐车输送至配料装置110，配料装置110包括粉尘接受装置、料仓、给料装置和配料秤，按比例配好后通过输送设施送至混合装置120进行混合。混合采用强力混合机，在连续的、逆流相对运动的高强度混练过程中，物料能够在很短的时间内混合均匀一致。通常在60～120s内即可达到所需的混合程度，使物料充分混合和细化，有效降低粘结剂的添加量，增大压球团块的强度，提高团块的成球率。

所述压球装置130包括压球缓冲仓，带式定量给料机、压球机、筛分机，混合原料在料斗中通过重力进入压球机，在重力、剪切力、压缩力和粘结剂粘合力的综合作用下，被压制成球，压完的生球送至筛分机的辊筛进行筛分，合格生球输送至生球干燥装置140进行干燥。

进一步的，所述合格生球为粒径大于等于8mm的小球，不合格小球通过胶带机送回返料仓。

所述干燥装置140采用链篦机和网带烘干机两种，生球筛分后的合格生球进入网带式烘干机进行烘干，干燥后生球水分将由6％降低至1％以下，烘干热源可利用热风炉产生或利用烟气处理系统的烟气余热，干燥后的生球进入预还原炉进行预还原。

所述预还原炉100采用环形预还原炉，所述环形预还原炉装置包括：

上料装置，用于将生球均匀地铺在环形预还原炉的炉盘上；

燃烧系统，为环形预还原炉还原提供热量；

炉底机械，将环形预还原炉内球团由入炉端通过旋转逐步输送到出炉端；

排料装置，将环形预还原炉出炉后的高温熟球从炉内排出。

所述预还原炉中的预还原温度为1050℃～1300℃，将尘泥中部分金属氧化物还原为金属，低熔点的元素进入烟气，在所述烟气处理系统中富集回收。

所述环形预还原炉排出1000～1250℃高温烟气，依次进入到沉降室、余热锅炉310和换热器进行降温，温度降到约200℃，进入高温布袋除尘器对烟尘含锌粉尘进行搜集，经过除尘后的烟气最后通过排烟风机330抽出。

所述预还原炉100还原后的预还原料经加料装置加入终还原炉200，终还原炉通过配料系统加入一定比例的焦炭及石灰石，根据铁水需求，配加不同比例的废钢，加料装置采用料篮将物料分批加入，加入后的炉料在炉内进行加热、熔融、还原过程，终还原熔炼炉200熔炼采用热风，热风通过换热器430利用烟气系统余热产生，通过风口装置鼓入炉内，预还原料在炉内被还原、熔炼，还原熔炼温度1500～2000℃，将预还原料还原熔炼成铁水和熔渣，部分锌等有害元素被还原后进入烟气处理系统收集。

所述终还原熔炼炉200为竖式结构，炉料由炉顶加入，热风从下部鼓入，炉壳冷却采用喷淋，通过设置在炉身的冷却环管进行喷淋，在炉底设水冷管，炉顶及炉身上部采用高铝质浇铸料，炉身下部为刚玉质浇铸料，炉底水冷管以下为耐火混凝土，水冷管以上碳素捣打料，碳素捣打料以上为的铝-碳化硅-碳砖，炉缸炉底砖衬与炉壳之间设碳素捣打料。

所述终还原炉在冶炼过程中副产煤气，熔炼产生的煤气由炉顶料面下抽出，煤气由引风机先引入重力除尘器或旋风除尘器进行粗除尘，除尘后的煤气进入煤气净化系统进行湿式除尘工艺或干式除尘工艺进行二次除尘处理。

湿法工艺主要包括煤气净化系统，风机系统、供配电及仪控系统及水处理系统，煤气净化系统的主要设备包括洗涤塔、环缝洗涤器和湿旋脱水器。当采用湿式除尘工艺时，粗除尘后的煤气进入煤气洗涤塔，在煤气洗涤塔中对煤气进行除尘及降温，然后进入环缝洗涤器进行精除尘并对煤气进一步降温，所述环缝洗涤器出口煤气经湿旋脱水器脱水后由煤气引风机引出。

当采用干式除尘工艺时，煤气经粗除尘后进入布袋除尘，布袋除尘后的煤气经煤气引风机引出。干法净化工艺为布袋除尘，设置煤气喷雾冷却，保证进入布袋的煤气温度，净化前煤气的含尘量约为40g/nm³，含zn(zno0～40％)，净化后煤气的含尘量为20mg/nm³，煤气中的锌在净化过程中被收集，根据锌含量不同返回环形预还原炉配料或作为产品卖出。

通过调节环缝洗涤器的环缝开度或通过调节煤气引风机转速，使熔炼炉炉顶的抽气室压力维持在-50～0pa，防止煤气外逸，同时抽气室上部料柱阻力损失保证外部空气不进入煤气系统。

所述煤气引风机出口煤气部分送热风炉燃烧为预还原炉及终还原炉提供热风，部分送至预还原炉工序用于干燥或预还原炉燃烧，剩余部分送至全厂煤气管网。

所述预还原炉及终还原炉所用热风可采用蓄热式热风炉或烟气燃烧炉加换热器的方式提供热风，蓄热式热风炉为燃烧室加蓄热室，燃烧室燃烧产生高温烟气加热蓄热室材料，再由蓄热室材料加热空气，采用两个或两个以上热风炉进行切换作业，蓄热室热风炉热风出口温度1000℃以上，1000℃热风部分直接供终还原炉，部分经掺混冷风后供预还原炉。采用烟气燃烧炉加换热器形式提供热风为终还原炉煤气经烟气发生炉燃烧，产生高温烟气进入换热器加热助燃空气，换热器高温段出口热风温度700℃左右直接供终还原炉，低温段出口热风温度400℃左右供预还原炉。

请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的含铁含锌固废资源化利用的方法流程图。本发明还提出一种含铁含锌固废资源化利用的方法，包括下列步骤：

步骤s100：将含锌含铁尘泥经配料、混合、压球、干燥处理后进入环形预还原炉预还原，铁被还原进入预还原料供终还原熔炼炉，锌被还原进入烟气；

步骤s200：预还原料进入终还原熔炼炉，配入焦炭，鼓入热风，在炉内被还原熔炼为铁水和炉渣；

步骤s300：预还原炉和终还原熔炼炉所产生的烟气通过烟气处理系统收集回收；

步骤s400：终还原熔炼炉还原产生的煤气由炉顶导出，通过煤气净化系统后输出。

所述预还原炉中的预还原温度为1050℃～1300℃，将尘泥中部分金属氧化物还原为金属，低熔点的元素进入烟气，在所述烟气处理系统中富集回收。

所述预还原炉烟气出口温度为1000～1250℃，经过余热回收回收蒸汽，烟气经沉降室和余热锅炉后进入除尘器收集系统中粉尘，预还原炉中的锌进入烟气处理系统后，在烟气降温过程中，被氧化成氧化锌，与粉尘一起被粉尘收集系统收集，作为氧化锌产品，除尘后的烟气经引风机及烟囱后排放。

所述预还原炉还原后的预还原料经加料装置加入终还原炉，终还原炉通过配料系统加入一定比例的焦炭及石灰石，根据铁水需求，配加不同比例的废钢，加入后的炉料在炉内进行加热、熔融、还原过程，还原熔炼温度1500～2000℃，将预还原料还原熔炼成铁水，部分锌等有害元素被还原后进入烟气处理系统收集。

所述终还原炉在冶炼过程中副产煤气，熔炼产生的煤气由炉顶料面下抽出，煤气由引风机先引入重力除尘器或旋风除尘器进行粗除尘，除尘后的煤气进入煤气净化系统进行湿式除尘工艺或干式除尘工艺进行二次除尘处理。

当采用湿式除尘工艺时，粗除尘后的煤气进入煤气洗涤塔，在煤气洗涤塔中对煤气进行除尘及降温，然后进入环缝洗涤器进行精除尘并对煤气进一步降温，所述环缝洗涤器出口煤气经湿旋脱水器脱水后由煤气引风机引出。

当采用干式除尘工艺时，煤气经粗除尘后进入布袋除尘，布袋除尘后的煤气经煤气引风机引出。

所述煤气引风机出口煤气部分送热风炉燃烧为预还原炉及终还原炉提供热风，部分送至预还原炉工序用于干燥或预还原炉燃烧，剩余部分送至全厂煤气管网。

进一步的，通过调节环缝洗涤器的环缝开度或通过调节煤气引风机转速，使熔炼炉炉顶压力维持在-50～0pa，防止煤气外逸。

综上所述，本发明提出的含铁含锌固废资源化利用的装置及方法，将含铁含锌固废等废弃物经预处理后配加粘结剂及焦粉压制成球，烘干后进入环形预还原炉进行预还原，还原的预还原料进行压块或直接进入终还原熔炼炉，还原熔炼成铁水及炉渣，环形预还原炉烟气通过余热回收后及经除尘器收集得到富氧化锌产品。本发明可将含铁含锌废弃物资源化利用，直接生产铁水及富氧化锌粉尘，解决了冶炼过程中有害元素的问题，提供了冶炼尘泥的综合解决方案。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。