CN1201022C - 煤基炼铁工艺回收废料的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用还原熔化装置在煤基炼铁工艺中回收废料的方法，该装置包括用于还原矿石和副原料的还原炉、将还原炉中矿石还原-熔化成热金属的的熔融气化炉、收集熔融气化炉废气中的细粉尘然后将其运送到熔融气化炉并将去除细粉尘后的废气作为还原气体吹入还原炉的旋风式集尘器、一端接于旋风式集尘器，另一端接于熔融气化炉、用来熔化和冷凝细粉尘并把其吹入熔融气化炉的粉尘燃烧器。煤基炼铁工艺回收方法包括以下步骤：收集并干燥废料使其总铁、C、CaO和MgO组分的总量达到至少50重量%；分选干燥后的废料使其粒径为5mm或更少；将分选后的废料通过粉尘燃烧器吹入熔融气化炉。
Description
技术领域
本发明涉及一种回收钢铁厂产生的粉尘和污泥的方法，更具体地说，涉及将废料(如炼铁炼钢过程中产生的粉尘和污泥)在煤基炼铁工艺中作为燃料和原料回收的方法。
背景技术
一般来说，多数钢铁厂产生的副产品主要分为渣、粉尘和污泥。虽然由于富含Fe和C组分，粉尘和污泥可在一些炼铁和炼钢过程、熔炼或水泥生产过程中作为原料回收。但大部分副产品却通过固化掩埋而未被回收。因此副产品的处理和回收逐渐成为钢铁厂重要的环境问题。
钢铁厂的每一工序中都会产生粉尘和污泥。粉尘和污泥主要含有可用作热源和还原剂的碳化物组分、可用作铁原料的Fe组分、可用作副原料的Ca、Mg等。粉尘和污泥的粒径为1mm或更小，偶尔粒径能达到8mm。含湿量则依产生粉尘和污泥的工艺或粉尘和污泥的不同而显著不同。
粉尘和污泥的回收很大程度上依赖于这些条件如组分的不同、含湿量、粒径等。因此，粉尘由于其含湿量低且处理简单而可以大量回收，而产出的污泥则只能回收约一半。
COREX工艺，也就是一种煤基炼铁工艺，一般利用两个反应器(如熔融气化炉20和还原炉10)。在炼铁过程中，将作为原料的铁矿石与副原料一起装入还原炉10的顶部，在此铁矿石和副原料由于还原炉10的底部吹过还原性气体而发生还原和烧结。将还原后的铁矿石和烧结后的副原料供给到熔融气化炉20，热融后产生生铁。将煤装入热熔融气化炉20产生还原气并将还原气送入还原炉10，还原炉剩余煤中的炭在熔融气化炉的底部与氧气发应作为热源。同时，参考数字12、210和222分别表示矿石加料槽、粉尘回收管和排气管道。
采用上述两个反应器的煤基炼铁工艺中，大量的还原气体从下部的熔融气化炉20输送到了上部的还原炉10，从而煤的细粉尘、还原的铁矿石和副原料可随还原气体进入还原炉10中。由于这是恶化还原炉内部状况的主要原因，因此在熔融气化炉20和还原炉10之间设置了旋风式集尘器21以从气体中除去细粉尘。
被旋风式集尘器21收集的细粉尘通过二级加料槽再次被吹入熔融气化炉20，在此用粉尘燃烧器213进行熔化和冷凝以防止吹入的粉尘重新分散。该熔化和冷凝过程中，氧气随细粉尘一起进入粉尘燃烧器中，在粉尘燃烧器的前端，以煤中的碳作为燃料，以喷入的氧气和一些还原矿石中的氧作为氧化剂燃烧细粉尘。
这就使得还原后的矿石熔化和冷凝从而限制其再分散。粉尘燃烧器将熔化炉中产出的细粉尘再次吹起，细粉尘在其前端熔化和冷凝从而限制了再分散。
发明概述
因此本发明的目的是提供一种在煤基炼铁工艺中回收钢铁厂产生的废料(如粉尘和污泥)的方法。
为了达到上述目的，本发明提供一种在煤基炼铁工艺中用于回收废料的方法，它采用一个还原熔化装置，该装置包括一个用于还原矿石和副原料的还原炉，一个将从还原炉进给的还原的矿石还原-熔化成热金属的熔融气化炉，一个旋风式集尘器(其作用是收集熔融气化炉废气中的细粉尘并将其输送到熔融气化炉和将除去了细粉尘的废气作为还原气体输送到还原炉)和一个粉尘燃烧器(其一端与旋风式集尘器连接，另一端与熔融气化炉连接，用于熔化和冷凝细粉尘并将其吹入熔融气化炉)。该方法包含以下步骤：收集并干燥废料使其总铁、C、CaO和MgO的组分总量达到至少50重量％；分选干燥的废料以使其粒径为5mm或更小；用粉尘燃烧器将分选后的废料吹入熔融气化炉。
附图简述
通过参阅附图对本发明优选实施例的详细说明，可更明显地理解本发明的上述目的和其它优点。其中：
图1为普通煤基炼铁工艺的示意图；
图2为本发明炼铁工艺废料回收装置示意图。
实施例详述
以下将对本发明进行详细介绍。
如上所述，本发明的主要特点是钢铁厂产生的污泥和粉尘经调整组分和粒径后进行喷吹，从而在炼铁的还原-熔化工艺中进行回收。
首先，在本发明中炼铁炼钢工艺中产生的污泥和粉尘被收集以备回收。这时的污泥和粉尘必须含有炼铁工艺所需的有用组分如Fe、C和副原料(CaO、MgO)，且这些组分的总量至少为50重量％。这是因为装入的废料中，其有用组分的总量必须达到50重量％，否则就不能作为另外的燃料和原料加入。
如果所收集的污泥和粉尘含有大量的诸如碱金属化合物、Zn、S和P组分以致其有用组分的总量降到了50重量％以下，则这些污泥和粉尘是不宜于用来炼铁的，因为这些组分会沉积在熔化炉内或给热金属的预处理造成沉重负担。
也就是说，如果污泥和粉尘主要是由诸如Si、Al、S、P、Cl、Zn、Na和K等元素而不是上述有用组分组成的，则这些元素会给炼铁工艺的操作带来严重的问题。特别是在炼铁过程中，Si和Al组分作为渣而去除会直接影响渣的性能(如熔点、粘度、脱硫能力等)。所以大量回收含有Si和Al组分的污泥或粉尘会造成很多困难。而且，在选取燃料、原料和副原料时，这些组分也是受到严格限制的，因为它们会导致生铁品级的降低和在炉内形成沉积物，同时产生环境问题。
在这点上，本发明优选限制废料的组分以使收集到的污泥和粉尘中Si和Al组分分别为20重量％或更少，Zn、Na和K组分分别为5重量％或更少，P和Cl组分分别为1重量％或更少。下表1为适用于本发明的污泥和粉尘的实例。
然后将达到上述组分标准的废料收集进行干燥。当其含湿量太高时，用皮带或通过空气输送有一定的难度，而且废料也不适合用于炼铁工艺。
干燥后废料中的含湿量由干燥器控制，优选为10％或更少。
将上述经干燥的废料分选以使其具有一定的粒径或更小。依废料的适用于粉尘燃烧器的粒径，也就是，例如依据约70mm或更小(因为粉尘燃烧器喷吹部分的内径约为70mm)将其分类。
为了在炼铁过程中回收污泥和粉尘，有必要将其在粉尘燃烧器的火焰中熔化和冷凝，然而，发明人通过研究发现，基于铁矿石的粒径为5mm或更大的粉尘颗粒(不考虑其熔化程度，其中熔化程度随其组分而变化)，在粉尘燃烧器中几乎不能够熔化或冷凝。而且发明人还发现，如果铁矿石颗粒比重很大而且粒径为5mm或更大，为了将矿石颗粒气动输送到安装于距离地面至少50m的加料仓中，喷吹空气的速度至少应约为20m/s，否则就不能确保有效喷吹。
表1
| 类别 | MC*(重量％) | 总铁 | C | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 | Mn | P | S | Zn | Cl | K2O | Na2O | |
| 粉尘 | 1 | 0.0 | 53.54 | 14.33 | 2.26 | 0.26 | 3.04 | 1.19 | 0.20 | 0.06 | 0.43 | 0.09 | 0.04 | 0.64 | 0.10 |
| 2 | 0.0 | 49.80 | 2.87 | 37.30 | 1.50 | 2.63 | 0.73 | 0.48 | 0.08 | 0.54 | 2.39 | ||||
| 3 | 0.0 | 1.00 | 73.01 | 0.57 | 0.19 | 8.09 | 3.40 | 0.02 | 0.08 | 0.29 | 0.00 | ||||
| 污泥 | 1 | 19.7 | 40.90 | 19.40 | 3.40 | 0.80 | 5.90 | 2.40 | 0.00 | 0.05 | 0.45 | 0.90 | 0.00 | 0.13 | 0.01 |
| 2 | 52.5 | 24.70 | 38.20 | 5.20 | 2.00 | 6.50 | 4.20 | 0.07 | 0.11 | 0.63 | 0.04 | 0.03 | 1.82 | 0.25 | |
| 3 | 41.1 | 72.80 | 0.60 | 6.50 | 1.50 | 1.70 | 0.20 | 0.83 | 0.11 | 0.05 | 0.43 | 0.03 | 0.15 | ||
| 4 | 30.6 | 72.80 | 10.16 | 0.20 | 0.00 | 0.30 | 0.10 | 0.89 | 0.02 | 0.37 | 0.03 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
| 5 | 13.3 | 66.60 | 4.83 | 0.37 | 0.01 | 0.50 | 0.08 | 0.48 | 0.01 | 0.08 | 0.01 | ||||
| 6 | 13.6 | 61.10 | 1.99 | 0.83 | 0.03 | 2.33 | 0.30 | 0.45 | 0.08 | 0.04 | 0.04 | ||||
| 7 | 69.4 | 26.20 | 0.00 | 12.80 | 17.90 | 11.50 | 16.20 | 0.13 | 0.13 | 0.00 | 0.11 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
| 8 | 50.0 | 24.00 | 2.45 | 48.00 | 0.70 | 1.50 | 0.80 | ||||||||
MC*：含湿量
因此本发明限制废料粒径为5mm或更小，且考虑到有效喷吹和熔化，粒径优选为3mm或更小。
用粉尘燃烧器将粒径分类后的废料吹入熔融气化炉，从而钢铁厂产生的废料就可作为炼铁过程的燃料和原料进行有效回收。
以下对喷吹上述备好的废料的方法进行详细的说明。
图2为本发明实施方案的煤基炼铁工艺所用装置的简图，它一般包括用于还原矿石和副原料的还原炉10，用于将从还原炉供给的还原的矿石通过还原-熔化制成生铁的熔融气化炉20，和用于收集熔融气化炉中排出的废气并通过粉尘回收管210将废气中的细粉尘输送到熔融气化炉20，然后将去除粉尘后的废气作为还原气体通过气体导管22送入还原炉10的旋风式集尘器21。
此外，还原炉10通过一个矿石加料槽12与熔融气化炉20相连，从而实现与矿石相通，它包括一个一端与旋风式集尘器21相连，另一端与熔融气化炉10相连的粉尘燃烧器213以进行熔化和冷凝，然后将细粉尘吹入熔融气化炉20内。
首先，将钢铁厂产生的废料(如污泥和粉尘)收集到储料仓41，然后在干燥器如回转窑42中干燥收集的废料，将其含湿量调整到适于回收。将干燥后的废料在分选机43中调整至适于回收的粒径，在分选机43中分选后的粗废料颗粒被重新送到研磨机44，在此研磨到希望的粒径。
该方法中，将含有特定含湿量和粒径的废料储存在储料仓31中，然后通过一个旋转给料器34沿着给料线35将其装入用于临时储存废料的临时储料仓36中。临时储料仓36中的废料通过位于储料仓36下面的旋转给料器37装入储料仓212，然后进入粉尘燃烧器213中，通过粉尘燃烧器213将废料吹入到熔融气化炉20中。
同时，本发明优选在将废料装入粉尘燃烧器213之前，将用作炼铁过程燃料或原料的任何物质(如矿石或煤)混合，以加强具有上述组分和颗粒分布的废料的熔化和冷凝效率。
为了使吹入的细粉尘完全燃烧，在粉尘燃烧器的前端，对碳组分(原料)和矿石(考虑未被还原剂完全金属化的金属氧化物中的氧)的氧化状态进行检查，同时调整与细粉尘一起吹入的氧的量。因此，根据被处理废料中碳含量和铁氧化物的氧化程度，煤与矿石的复合程度可以变为任何值。化合比可根据操作状态而灵活调节，也就是说，当因完全燃烧熔融气化炉被热至过度升温时，可混合过量的氧化剂组分以阻止温度的升高。
下面的实施例可以更详细的阐明本发明，但并不限制本发明的范围。
实施例
为了确定污泥/粉尘能否在炼铁过程中回收，进行了以下的试验。该试验中所用的污泥/粉尘的组分如下表2所示。在表2中，发明实施例1至3中每个实施例中总铁、C、CaO和MgO组分的总量分别为50重量％或更多，而比较例1和2中相应组分的含量则低于50重量％。同时，本试验中所用的污泥/粉尘的粒径经过分选都达到了3mm和更小。
表2
| 类别 | 粒径 | ||||||||||||
| 总铁 | C | CaO | MgO | Al2O3 | SiO2 | K2O | Na2O | Zn | S | Cl | |||
| 本发明实施例 | 1 | 25 | 40 | 5 | 2 | 5 | 5 | 2 | 0.3 | 0.1 | 1.0 | 0.3 | 3μm或更小 |
| 2 | 70 | 0.5 | 5 | 2 | 2 | 1 | 0.03 | 0.2 | 0.4 | 0.05 | 0.02 | ||
| 3 | 40 | 20 | 3 | 1 | 6 | 3 | 0.1 | 0.01 | 0.9 | 0.5 | 0.01 | ||
| 比较例 | 1 | 5 | 3 | 3 | 1 | 1 | 70 | 0.1 | 0.1 | 0.01 | 0.1 | 0.03 | |
| 2 | 2 | 13 | 4 | 5 | 35 | 20 | 0.3 | 0.5 | 0.02 | 1 | 1 | ||
将具有上述组成且经过粒径分选的污泥/粉尘废料分别吹入如图2所示构造的还原-熔化装置的熔融气化炉中，为了在生产铁水的同时评价与废料喷吹相关的操作和设备问题，此过程以5t/hr的喷吹速度进行3天。
首先，为了确定未熔化和冷凝而残留在从熔融气化炉20排出的还原气体中的吹入的污泥/粉尘量，对粉尘回收管210中的粉尘循环量和喷吹前后通过还原炉10的空气量进行了测定。结果可以看出污泥和粉尘废料均对还原炉的透气性没有影响，而且，由于以下原因喷吹前后循环的粉尘量也没有变化。也就是说，由于在本发明的范围的污泥和粉尘废料的粒径均为3mm或更小，当吹入熔融气化炉时，它们可以充分熔化和冷凝。
然后，对污泥/粉尘组分的影响进行了评价。结果是，当将在本发明的范围内的发明实施例1至3的废料吹入熔融气化炉时，铁水量增加的同时，操作几乎没有变化。
相反地，吹入组分范围在本发明的范围外的比较例1和2的废料时，则需要另外添加一定量的石灰和白云石以调节渣的碱度，进而就会增加渣量。也就是说，当在熔融气化炉中吹入含有少量有用组分(如总铁、C、CaO、MgO)和大量Si和Al的污泥和粉尘时，渣量本身会增加，因为它们与作为炉渣产生的组分所起的作用是相同的。而且需要另外添加副原料调节渣的碱度，从而降低了生产率。
如上所述，为了在煤基炼铁工艺中回收炼铁炼钢生产中产生的污泥和粉尘，并考虑到热金属产量的增加和所用热源、副原料的减少，污泥和粉尘含有总铁、C、CaO和MgO的总量至少应为50重量％，废料粒径为5mm或更少。
根据上述的本发明，对钢铁厂产生的通常进行掩埋的污泥和粉尘作为炼铁工艺中的燃料和原料是很有效的。
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1.一种用于煤基炼铁工艺中回收废料的方法，该方法使用还原熔化装置，该装置包含用于还原矿石和副原料的还原炉；用于将来自还原炉的还原的矿石还原-熔化成热金属的熔融气化炉；用于收集熔融气化炉废气中的细粉尘并将其输送到熔融气化炉和将去除细粉尘后的废气作为还原气体输送到还原炉的旋风式集尘器；和一个一端接于旋风式集尘器，另一端接于熔融气化炉，用来熔化和冷凝粉尘并将其吹入熔融气化炉的粉尘燃烧器，所述的回收废料的方法包括以下步骤：
收集并干燥废料使其总铁、C、CaO和MgO的总量达到至少50重量％；
分选干燥后的废料使其粒径为5mm或更小；和
将分选后的废料通过粉尘燃烧器吹入熔融气化炉。
2.根据权利要求1的回收方法，其中干燥废料至其含湿量为10％或更少。
3.根据权利要求1的回收方法，其中分选干燥后的废料使其粒径为3mm或更少。
4.根据权利要求1的回收方法，其中喷吹分选的废料的步骤包括：将矿石或煤混合到分选后的废料中。
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