一种高炉或竖炉的锌回收方法及其装置与流程

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种高炉或竖炉的锌回收方法及其装置。

背景技术：

在高炉炼铁、竖炉炼钢或直接还原竖炉冶炼过程中，锌会在炉内反复循环富集，造成炉况不佳，影响生产效率。

高炉冶炼时，物料中存在氧化锌或金属锌，其中，氧化锌被还原性气体还原成金属锌，金属锌被高温汽化成锌蒸汽，锌蒸汽随着烟气在炉内上升，遇到低温物料又冷凝成液态锌或固态锌，随着物料下行温度升高，又被汽化成锌蒸汽，这样在炉内反复循环，富集到一定程度时会恶化炉料透气性，影响炉子正常运行，这是高炉冶炼多年存在的问题。

目前，用废钢炼钢的一种带有煤气发生的竖炉，也存在锌富集的问题，由于竖炉炼钢是以破碎废钢为原料，破碎料里锌含量很高，带有煤气发生的竖炉内是还原性气氛，锌会在炼钢竖炉内发生和高炉一样的情况，锌在炉内反复富集，富集到一定程度时，造成炉子透气性变差，影响正常生产。

目前，钢铁冶炼的含锌粉尘处理成为业内难题，通常的做法是在烧结烟气中回收部分氧化锌粉尘，在高炉冶炼时回收部分高锌粉尘，炉内的锌蒸汽富集仍然没有办法，在使用高含锌原料时造成炉况不顺，经常造成透气性不好而停产。很多高含锌物料因此而没有办法使用，形成真正无用的固废。

在炼钢生产中，转炉炼钢生产工艺占据着主导地位，而在转炉炼钢过程中，废钢加入重量比例为15％左右，有的钢厂已经达到了20％，随着我国汽车废钢比例的不断增加，废钢含锌量剧增，从而导致转炉烟尘含锌量增长。由于转炉烟尘含锌氧化锌量的增加，导致转炉烟尘处理困难。目前转炉烟尘处理过程中，很多进入了高炉系统，所以高炉锌负荷很高，对冶炼运行和炉龄都造成影响。为了不影响冶炼正常运行，很多钢企都不敢用含锌高的粉尘，造成了大量高含锌冶金粉尘成为固废堆积。

我国锌资源短缺，一方面每年要进口大量锌矿，另一方面又浪费了很多锌资源，同时还造成大量的固废污染。本发明提出了一种高炉和竖炉金属锌的回收方法，解决了高含锌固体废物的处理问题，同时可以回收大量的金属锌，从而缓解我国锌资源短缺问题，实现固废绿色资源利用，变害为利，变废为宝。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种高炉或竖炉的锌回收方法及其装置，根据炉内压力不同，锌的物理状态转化温度不同，锌的富集区域也有差异，通过确定炉内不同段的压力和温度分布，再根据锌的蒸气压与温度压力关系曲线，预判出锌的循环区域，然后在高炉或竖炉锌为气态富集的区间段设置环形烟道，用管道把烟气引出炉外，并进入锌回收装置，以实现高炉或竖炉中锌的回收利用，然后再把烟气引回炉内，继续冶炼或加热，其具体技术方案如下：

一种高炉或竖炉的锌回收方法，包含如下步骤：

步骤1，设置环形烟道：

根据炼铁高炉、炼钢竖炉或直接还原竖炉的冶炼炉内部温区和压力分布，分析锌在炉内的气化区域和固态锌富集区域，在冶炼炉内的锌蒸气压高区域开设n个引出风孔，在冶炼炉外设置引出烟气环形下烟道1，在引出烟气环形烟道1上设置与冶炼炉的引出风孔相同数量和大小的n个气孔，冶炼炉的引出风孔与引出烟气环形烟道1的气孔通过引出烟气管2相连接，并在引出烟气管2上设有引出烟气管阀门3，调节烟气流量；然后，在冶炼炉的引出风孔上方开设m个引回风孔，在冶炼炉外设置引回烟气环形烟道13，在引回烟气环形烟道13上设置m个气孔，冶炼炉的引回风孔与引回烟气环形烟道13的气孔通过引回烟气管14相连接，并在引回烟气管14上设有引回烟气管阀门15，调节烟气流量；如图1-4所示；

步骤2，设置u型管道及换热器：

引出烟气环形烟道1的尾端出气口连接引出烟气管道4，在引出烟气管道4的进气端处设置引出烟气管道阀门5，在引出烟气管道4上设置换热器6，换热器6上下分别设置进水口7和出水口8，换热器6内部设置集锌槽9，集锌槽9下部设置出锌口10，引出烟气管道4与换热器6内腔前部相连通，引回烟气管道11与换热器6的内腔尾部相连接，引回烟气管道11中部设置引回烟气管道阀门12，引回烟气管道11的出气端连接引回烟气环形烟道13的进气口，以此形成设置有换热器的u型管道；如图1、4、6所示；

步骤3，锌的回收：

先将换热器6接入循环冷却水，然后依次打开引出烟气管阀门3、引出烟气管道阀门5、引回烟气管道阀门12和引回烟气管阀门15，控制烟气流速，锌蒸汽随着烟气通过引出烟气管2进入引出烟气环形烟道1，并进入引出烟气管道4，然后进入换热器6进行冷却，控制循环冷却水的流速，调整烟气通过换热器6的降温量，将换热器6的冷凝温降控制在30～100℃区间，含锌蒸汽的烟气在通过换热器6时，锌冷凝并吸附在换热器6内表面，具体选择温降幅度取决于生产工艺要求，温降幅度大，回收锌的速度快，可以缩短锌回收的时间，但是温降大，热损失就越大，会影响冶炼工艺；经过换热器6后的其它烟气，依次通过引回烟气管道11和引回烟气环形烟道13，最后经过引回烟气管14循回进入冶炼炉内；冷凝足够量的锌后，调节换热器6的循环冷却水，控制换热器6内部温度达到450～480℃，使凝固在换热器6内表面的锌全部熔化落入下面的集锌槽9中，打开出锌口10，锌水流出，或者在烟气粉尘较多，出锌口10堵塞时，依次关闭引出烟气管阀门3、引出烟气管道阀门5、引回烟气管道阀门12和引回烟气管阀门15，禁止冶炼炉内烟气流入管道，待锌回收装置温度降低到可操作温度时，打开换热器6的舱门，直接取出集锌槽9，完成一次回收锌；

所述步骤1中，冶炼炉引回风孔在冶炼炉引出风孔的上方，冶炼炉引出风孔处的气压大于冶炼炉引回风孔处的气压，冶炼炉引出风孔处与炼炉引回风孔处的气压差＞引出烟道压力损失+锌回收过程压力损失+引回烟道压力损失，利用炉内压力差作为动力，将回收完锌的剩余其它烟气吸回冶炼炉内；

上述一种高炉或竖炉的锌回收方法使用的装置，具体为一种高炉或竖炉的锌回收装置，包括引出烟气环形烟道1、引出烟气管2、引出烟气管道4、换热器6、引回烟气管道11、引回烟气环形烟道13和引回烟气管14，所述引出烟气环形烟道1的管壁内侧设置有n个气孔，所述引出烟气环形烟道1的气孔连接有引出烟气管2，用于连通冶炼炉；所述引出烟气环形烟道1的尾端出气口连接引出烟气管道4，所述引出烟气管道4上设置有换热器6，所述换热器6下部设置有进水口7，换热器6上部设置有出水口8；所述换热器6内部设置集锌槽9，集锌槽9下部设置出锌口10；所述引出烟气管道4的尾部出气端与换热器6内腔前部相连通，引回烟气管道11的进气口与换热器6的内腔尾部相连接，所述引回烟气管道11的出气端连接引回烟气环形烟道13的进气口，所述引回烟气环形烟道13的管壁内侧设置有m个气孔，所述引回烟气环形烟道13的气孔连接有引回烟气管14，用于连通冶炼炉；如图5-6所示；

所述引出烟气管2设置有引出烟气管阀门3，引回烟气管14设置有引回烟气管阀门15；

所述引出烟气管道4的进气端设置有引出烟气管道阀门5，引回烟气管道11的出气端设置有引回烟气管道阀门12；

所述引出烟气管道阀门5和引回烟气管道阀门12优选采用双阀门或水冷阀门，为防止煤气泄漏；

所述引出烟气环形烟道1、引出烟气管2、引出烟气管阀门3、引出烟气管道4、引出烟气管道阀门5、集锌槽9、引回烟气管道11、引回烟气管道阀门12、引回烟气环形烟道13、引回烟气管14、引回烟气管阀门15和换热器6的壳体内衬与高温烟气接触材料均为耐高温材质。

本发明的一种高炉或竖炉的锌回收方法及其装置，与现有技术相比，有益效果为：

一、通过引出含锌烟气经换热器回收金属锌，解决了冶炼炉由于锌富集造成的不顺行问题，降低了炉子运行阻力，既解决了生产顺行问题，也达到了节能目的。

二、烟气进入锌回收装置的炉体后稳压、降速、布气，然后与换热器接触降温，锌蒸汽液化或冷凝附着于换热器表面。由于换热器和烟气接触的机会有限，还会有部分锌蒸汽和已经冷凝成液态锌滴没有被换热器捕捉随烟气逃逸，所以将降温提锌后的烟气用管道再引回高炉或竖炉，以达到不污染环境，清洁除锌的效果，未被捕捉的锌蒸汽回炉内继续循环。提锌过程热量损失少，不会影响正常冶炼，而且回收锌以后炉况会顺行，既减少了运行阻力，实现节能，又保证了生产能够顺利进行。

三、含锌烟气回到炉内继续上行加热物料，烟气与物料换热后降温，随着烟气温度的不断降低，锌的饱和蒸气压不断降低，不断冷凝析出，并被炉料粘附，随物料下行，并随着下部温度的升高再被气化，反复循环富集，因此在富集区域反复启用锌回收装置进行除锌，可反复回收到大量的锌，达到全封闭循环除锌的效果。

四、烟气不断被引出降温提锌，炉内烟气中锌的蒸气压越来越低，回收效率随之降低，当锌的分压低到一定程度时，暂停锌回收装置的操作，回风动力利用冶炼炉烟气进出口压力差，节省动力能源。

五、本发明的锌回收方法不同于正常锌生产方法，因为大部分锌会在炉内富集，逃逸量有限，只要不影响冶炼生产即可，因此不需要回收的很彻底。待锌富集到一定浓度再回收，可以提高回收效率，降低回收成本。

六、当冶炼炉内透气性恢复正常时，暂停除锌操作，本发明方法进行间歇式除锌操作，可减少热量损失，减少运行费用。

七、以往锌的回收都是先回收氧化锌灰，再进行一系列的分选还原，其回收生产工艺能耗大、成本高。本专利是直接获得金属锌，使锌的回收更加节能、环保、高效。

八、传统回收锌只是在炉后，炉内无法回收，不能解决炉况不顺问题，本发明是在炉内回收锌，可实时保证炉炼铁、竖炉炼钢或直接还原竖炉的冶炼顺行。

综上所述，本发明解决了高锌物料的冶炼顺行问题，使高锌物料能够正常使用，并使固废变成有价值的资源，实现了高锌物料有价金属锌的回收；本专利的实施，可以获得大量的金属锌，可以缓解我国锌资源短缺问题。

附图说明

图1为高炉设置锌回收装置的结构示意图；

图2为锌回收装置的引回烟气环形上烟道与高炉的连接a-a截面结构示意图；

图3为锌回收装置的引出烟气环形下烟道与高炉的连接b-b截面结构示意图；

图4为竖炉设置锌回收装置的结构示意图；

图5为一种高炉或竖炉的锌回收方法装置结构示意图；

图6为一种高炉或竖炉的锌回收方法装置的换热器内部结构示意图；

图中：1-引出烟气环形烟道，2-引出烟气管，3-引出烟气管阀门，4-引出烟气管道，5-引出烟气管道阀门，6-换热器，7-进水口；8-出水口，9-集锌槽，10-出锌口，11-引回烟气管道，12-引回烟气管道阀门，13-引回烟气环形烟道，14-引回烟气管，15-引回烟气管阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

某钢铁企业，有30m³高炉冶炼炉用于含锌钢铁粉尘回收处理，由于锌负荷太大，经常因为鼓风阻力太大而停炉清理，每次清理都会清理出几吨锌，炉壁缝隙中也都有凝固的锌，对炉体寿命影响很大。

一种高炉或竖炉的锌回收方法，包含如下步骤：

步骤1，设置环形烟道：

在高炉冶炼炉大修时，根据冶炼炉中锌的分布区域，在30m³高炉内的750℃的区域开设6个引出风孔，在高炉外设置引出烟气环形烟道1，在引出烟气环形烟道1上设置与高炉引出风孔相同数量和大小的6个气孔，高炉的引出风孔与引出烟气环形烟道1的气孔通过引出烟气管2相连接，并在引出烟气管2上设有引出烟气管阀门3，调节烟气流量；然后，在高炉引出风孔的上方1.5米处开设6个引回风孔，在高炉外设置引回烟气环形烟道13，在引回烟气环形烟道13上设置与冶炼炉引回风孔相同数量和大小的6个气孔，高炉的引回风孔与引回烟气环形烟道13的气孔通过引回烟气管14相连接，并在引回烟气管14上设有引回烟气管阀门15，调节烟气流量；如图1-3所示；

步骤2，设置u型管道及换热器：

在引出烟气环形烟道1的尾端出气口连接引出烟气管道4，在引出烟气管道4的进气端处设置引出烟气管道阀门5，在引出烟气管道4上设置换热器6，换热器6上下分别设置进水口7和出水口8，换热器6内部设置集锌槽9，集锌槽9下部设置出锌口10，引出烟气管道4与换热器6内腔前部相连通，引回烟气管道11与换热器6的内腔尾部相连接，引回烟气管道11中部设置引回烟气管道阀门12，引回烟气管道11的出气端连接引回烟气环形烟道13的进气口，以此形成设置有换热器的u型管道；如图1、6所示；

步骤3，锌的回收：

在高炉冶炼炉运行前期用低锌烧结矿，待炉况运行正常时用高锌烧结矿，高炉运行两天后送风阻力明显增大，开始进行锌回收，首先将换热器6接入循环冷却水，然后依次打开引出烟气管阀门3、引出烟气管道阀门5、引回烟气管道阀门12和引回烟气管阀门15，控制烟气流速，锌蒸汽随着烟气通过引出烟气管2进入引出烟气环形烟道1，并进入引出烟气管道4，然后进入换热器6进行冷却，使用变频水泵控制换热器9冷却介质水的流速，调整烟气通过换热器6的降温量，将换热器6的冷凝温降控制在60℃，冷却水进水30℃，出水60℃；含锌蒸汽的烟气在通过换热器6时，锌冷凝并吸附在换热器6内表面，经过换热器6后的其它烟气，依次通过引回烟气管道11和引回烟气环形烟道13，最后经过引回烟气管14循回进入高炉内，回风动力来自于高炉引出风孔处与引回风孔处的压力差；运行6个小时，冷凝足够量的锌后，通过引出烟气管道阀门5调节烟气流量，并调节至关闭换热器6的循环冷却水，换热器6内部温度达到480℃，使凝固在换热器6内表面的锌全部熔化落入下面的集锌槽9中，打开出锌口10，锌水流出，连续收集；依次关闭引出烟气管阀门3、引出烟气管道阀门5、引回烟气管道阀门12和引回烟气管阀门15，禁止高炉内烟气流入管道，完成一次回收锌。

此次回收锌5.5吨，除锌后高炉冶炼炉鼓风恢复正常。运行28小时后，再次出现鼓风困难，再次进行锌回收，运行4个小时，回收锌4.8吨，以后每天除锌一次，平均每次回收锌4.5吨。在除锌过程中，高炉冶炼炉正常运行，对高炉炼铁产能稍有影响，但是除锌后产量明显高于除锌前，平均利用系数在4.2左右。焦比690公斤标准煤/吨铁，如果把锌考虑进去，则能耗为658公斤标准煤/吨铁锌。

上述一种高炉的锌回收方法使用的装置，具体为一种高炉的锌回收装置，包括引出烟气环形烟道1、引出烟气管2、引出烟气管道4、换热器6、引回烟气管道11、引回烟气环形烟道13和引回烟气管14，所述引出烟气环形烟道1的管壁内侧设置有n个气孔，所述引出烟气环形烟道1的气孔连接有引出烟气管2，用于连通冶炼炉；所述引出烟气环形烟道1的尾端出气口连接引出烟气管道4，所述引出烟气管道4上设置有换热器6，所述换热器6下部设置有进水口7，换热器6上部设置有出水口8；所述换热器6内部设置集锌槽9，集锌槽9下部设置出锌口10；所述引出烟气管道4的尾部出气端与换热器6内腔前部相连通，引回烟气管道11的进气口与换热器6的内腔尾部相连接，所述引回烟气管道11的出气端连接引回烟气环形烟道13的进气口，所述引回烟气环形烟道13的管壁内侧设置有m个气孔，所述引回烟气环形烟道13的气孔连接有引回烟气管14，用于连通冶炼炉；如图5-6所示；

所述引出烟气管2设置有引出烟气管阀门3，引回烟气管14设置有引回烟气管阀门15；

所述引出烟气管道4的进气端设置有引出烟气管道阀门5，引回烟气管道11的出气端设置有引回烟气管道阀门12；

所述引出烟气管道阀门5和引回烟气管道阀门12优选采用双阀门或水冷阀门，为防止煤气泄漏；

所述引出烟气环形烟道1、引出烟气管2、引出烟气管阀门3、引出烟气管道4、引出烟气管道阀门5、集锌槽9、引回烟气管道11、引回烟气管道阀门12、引回烟气环形烟道13、引回烟气管14、引回烟气管阀门15和换热器6的壳体内衬与高温烟气接触材料均为耐高温材质。

实施例2

某钢铁企业，有一全废钢炼钢竖炉，竖炉后配套一座高温煤气发生炉，煤气发生炉后煤气温度高于1000℃，高温煤气返回竖炉预热废钢，炉内烟气为还原性气氛，竖炉所用废钢全部为破碎料，锌含量比较高，炼钢竖炉产能为每小时产钢90吨，运行过程出现引风困难，停炉后发现是锌富集造成的炉料封堵。

一种竖炉的锌回收方法，包含如下步骤：

步骤1，设置环形烟道：

根据竖炉冶炼炉中锌的分布区域，在竖炉内的720℃的区域开设8个引出风孔，在竖炉外设置引出烟气环形烟道1，在引出烟气环形烟道1上设置与竖炉引出风孔相同数量和大小的8个气孔，竖炉的引出风孔与引出烟气环形烟道1的气孔通过引出烟气管2相连接，并在引出烟气管2上设有引出烟气管阀门3，调节烟气流量；然后，在竖炉引出风孔的上方2米处开设8个引回风孔，在竖炉外设置引回烟气环形烟道13，在引回烟气环形烟道13上设置与竖炉引回风孔相同数量和大小的8个气孔，竖炉的引回风孔与引回烟气环形烟道13的气孔通过引回烟气管14相连接，并在引回烟气管14上设有引回烟气管阀门15，调节烟气流量；如图4所示；

步骤2，设置u型管道及换热器：

在引出烟气环形烟道1的尾端出气口连接引出烟气管道4，在引出烟气管道4的进气端处设置引出烟气管道阀门5，在引出烟气管道4上设置换热器6，换热器6上下分别设置进水口7和出水口8，换热器6内部设置集锌槽9，集锌槽9下部设置出锌口10，引出烟气管道4与换热器6内腔前部相连通，引回烟气管道11与换热器6的内腔尾部相连接，引回烟气管道11中部设置引回烟气管道阀门12，引回烟气管道11的出气端连接引回烟气环形烟道13的进气口，以此形成设置有换热器的u型管道；如图4、6所示；

步骤3，锌的回收：

在冶炼炉引风阻力明显增加时，开始进行锌回收，首先将换热器6接入循环冷却水，然后依次打开引出烟气管阀门3、引出烟气管道阀门5、引回烟气管道阀门12和引回烟气管阀门15，控制烟气流速，锌蒸汽随着烟气通过引出烟气管2进入引出烟气环形烟道1，并进入引出烟气管道4，然后进入换热器6进行冷却，使用变频水泵控制换热器9冷却介质水的流速，调整烟气通过换热器6的降温量，将换热器6的冷凝温降控制在50℃，冷却水进水30℃，出水70℃；含锌蒸汽的烟气在通过换热器6时，锌冷凝并吸附在换热器6内表面，经过换热器6后的其它烟气，依次通过引回烟气管道11和引回烟气环形烟道13，最后经过引回烟气管14循回进入竖炉内，回风动力来自于竖炉引出风孔处与引回风孔处的压力差；运行6个小时，冷凝足够量的锌后，通过引出烟气管道阀门5调节烟气流量，并调节至关闭换热器6的循环冷却水，换热器6内部温度达到450℃，使凝固在换热器6内表面的锌全部熔化落入下面的集锌槽9中，打开出锌口10，发现有粉尘糊堵出锌口10，然后依次关闭引出烟气管阀门3、引出烟气管道阀门5、引回烟气管道阀门12和引回烟气管阀门15，禁止冶炼炉内烟气流入管道，最后，待锌回收装置温度降低到可操作温度时，打开换热器6的舱门，直接取出集锌槽9，完成一次回收锌。

此次回收锌4.5吨，除锌后竖炉引风恢复正常。运行25小时后，再次出现引风困难，再次进行锌回收，运行3个小时，回收锌4.1吨，以后每天除锌一次，平均每次回收锌4.0吨。在除锌过程中，竖炉冶炼炉正常运行，对竖炉产能稍有影响，但是除锌后产量明显高于除锌前，对竖炉能耗影响很小。

上述一种竖炉的锌回收方法使用的装置，具体为一种竖炉的锌回收装置，包括引出烟气环形烟道1、引出烟气管2、引出烟气管道4、换热器6、引回烟气管道11、引回烟气环形烟道13和引回烟气管14，所述引出烟气环形烟道1的管壁内侧设置有n个气孔，所述引出烟气环形烟道1的气孔连接有引出烟气管2，用于连通冶炼炉；所述引出烟气环形烟道1的尾端出气口连接引出烟气管道4，所述引出烟气管道4上设置有换热器6，所述换热器6下部设置有进水口7，换热器6上部设置有出水口8；所述换热器6内部设置集锌槽9，集锌槽9下部设置出锌口10；所述引出烟气管道4的尾部出气端与换热器6内腔前部相连通，引回烟气管道11的进气口与换热器6的内腔尾部相连接，所述引回烟气管道11的出气端连接引回烟气环形烟道13的进气口，所述引回烟气环形烟道13的管壁内侧设置有m个气孔，所述引回烟气环形烟道13的气孔连接有引回烟气管14，用于连通冶炼炉；如图5-6所示；

所述引出烟气管2设置有引出烟气管阀门3，引回烟气管14设置有引回烟气管阀门15；

所述引出烟气管道4的进气端设置有引出烟气管道阀门5，引回烟气管道11的出气端设置有引回烟气管道阀门12；

所述引出烟气管道阀门5和引回烟气管道阀门12优选采用双阀门或水冷阀门，为防止煤气泄漏；

所述引出烟气环形烟道1、引出烟气管2、引出烟气管阀门3、引出烟气管道4、引出烟气管道阀门5、集锌槽9、引回烟气管道11、引回烟气管道阀门12、引回烟气环形烟道13、引回烟气管14、引回烟气管阀门15和换热器6的壳体内衬与高温烟气接触材料均为耐高温材质。