專利名稱：煤基煉鐵工藝回收廢料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種回收鋼鐵廠產生的粉塵和污泥的方法，更具體地說，涉及將廢料(如煉鐵煉鋼過程中產生的粉塵和污泥)在煤基煉鐵工藝中作為燃料和原料回收的方法。
背景技術：
一般來說，多數鋼鐵廠產生的副產品主要分為渣、粉塵和污泥。雖然由于富含Fe和C組分，粉塵和污泥可在一些煉鐵和煉鋼過程、熔煉或水泥生產過程中作為原料回收。但大部分副產品卻通過固化掩埋而未被回收。因此副產品的處理和回收逐漸成為鋼鐵廠重要的環(huán)境問題。
鋼鐵廠的每一工序中都會產生粉塵和污泥。粉塵和污泥主要含有可用作熱源和還原劑的碳化物組分、可用作鐵原料的Fe組分、可用作副原料的Ca、Mg等。粉塵和污泥的粒徑為1mm或更小，偶爾粒徑能達到8mm。含濕量則依產生粉塵和污泥的工藝或粉塵和污泥的不同而顯著不同。
粉塵和污泥的回收很大程度上依賴于這些條件如組分的不同、含濕量、粒徑等。因此，粉塵由于其含濕量低且處理簡單而可以大量回收，而產出的污泥則只能回收約一半。
COREX工藝，也就是一種煤基煉鐵工藝，一般利用兩個反應器(如熔融氣化爐20和還原爐10)。在煉鐵過程中，將作為原料的鐵礦石與副原料一起裝入還原爐10的頂部，在此鐵礦石和副原料由于還原爐10的底部吹過還原性氣體而發(fā)生還原和燒結。將還原后的鐵礦石和燒結后的副原料供給到熔融氣化爐20，熱融后產生生鐵。將煤裝入熱熔融氣化爐20產生還原氣并將還原氣送入還原爐10，還原爐剩余煤中的炭在熔融氣化爐的底部與氧氣發(fā)應作為熱源。同時，參考數字12、210和222分別表示礦石加料槽、粉塵回收管和排氣管道。
采用上述兩個反應器的煤基煉鐵工藝中，大量的還原氣體從下部的熔融氣化爐20輸送到了上部的還原爐10，從而煤的細粉塵、還原的鐵礦石和副原料可隨還原氣體進入還原爐10中。由于這是惡化還原爐內部狀況的主要原因，因此在熔融氣化爐20和還原爐10之間設置了旋風式集塵器21以從氣體中除去細粉塵。
被旋風式集塵器21收集的細粉塵通過二級加料槽再次被吹入熔融氣化爐20，在此用粉塵燃燒器213進行熔化和冷凝以防止吹入的粉塵重新分散。該熔化和冷凝過程中，氧氣隨細粉塵一起進入粉塵燃燒器中，在粉塵燃燒器的前端，以煤中的碳作為燃料，以噴入的氧氣和一些還原礦石中的氧作為氧化劑燃燒細粉塵。
這就使得還原后的礦石熔化和冷凝從而限制其再分散。粉塵燃燒器將熔化爐中產出的細粉塵再次吹起，細粉塵在其前端熔化和冷凝從而限制了再分散。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的目的是提供一種在煤基煉鐵工藝中回收鋼鐵廠產生的廢料(如粉塵和污泥)的方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種在煤基煉鐵工藝中用于回收廢料的方法，它采用一個還原熔化裝置，該裝置包括一個用于還原礦石和副原料的還原爐，一個將從還原爐進給的還原的礦石還原—熔化成熱金屬的熔融氣化爐，一個旋風式集塵器(其作用是收集熔融氣化爐廢氣中的細粉塵并將其輸送到熔融氣化爐和將除去了細粉塵的廢氣作為還原氣體輸送到還原爐)和一個粉塵燃燒器(其一端與旋風式集塵器連接，另一端與熔融氣化爐連接，用于熔化和冷凝細粉塵并將其吹入熔融氣化爐)。該方法包含以下步驟收集并干燥廢料使其T.Fe、C、CaO和MgO的組分總量達到至少50重量％；分選干燥的廢料以使其粒徑為5mm或更?。挥梅蹓m燃燒器將分選后的廢料吹入熔融氣化爐。
附圖簡述通過參閱附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細說明，可更明顯地理解本發(fā)明的上述目的和其它優(yōu)點。其中

圖1為普通煤基煉鐵工藝的示意圖；圖2為本發(fā)明煉鐵工藝廢料回收裝置示意圖。
實施例詳述以下將對本發(fā)明進行詳細介紹。
如上所述，本發(fā)明的主要特點是鋼鐵廠產生的污泥和粉塵經調整組分和粒徑后進行噴吹，從而在煉鐵的還原—熔化工藝中進行回收。
首先，在本發(fā)明中煉鐵煉鋼工藝中產生的污泥和粉塵被收集以備回收。這時的污泥和粉塵必須含有煉鐵工藝所需的有用組分如Fe、C和副原料(CaO、MgO)，且這些組分的總量至少為50重量％。這是因為裝入的廢料中，其有用組分的總量必須達到50重量％，否則就不能作為另外的燃料和原料加入。
如果所收集的污泥和粉塵含有大量的諸如堿金屬化合物、Zn、S和P組分以致其有用組分的總量降到了50重量％以下，則這些污泥和粉塵是不宜于用來煉鐵的，因為這些組分會沉積在熔化爐內或給熱金屬的預處理造成沉重負擔。
也就是說，如果污泥和粉塵主要是由諸如Si、Al、S、P、Cl、Zn、Na和K等元素而不是上述有用組分組成的，則這些元素會給煉鐵工藝的操作帶來嚴重的問題。特別是在煉鐵過程中，Si和Al組分作為渣而去除會直接影響渣的性能(如熔點、粘度、脫硫能力等)。所以大量回收含有Si和Al組分的污泥或粉塵會造成很多困難。而且，在選取燃料、原料和副原料時，這些組分也是受到嚴格限制的，因為它們會導致生鐵品級的降低和在爐內形成沉積物，同時產生環(huán)境問題。
在這點上，本發(fā)明優(yōu)選限制廢料的組分以使收集到的污泥和粉塵中Si和Al組分分別為20重量％或更少，Zn、Na和K組分分別為5重量％或更少，P和Cl組分分別為1重量％或更少。下表1為適用于本發(fā)明的污泥和粉塵的實例。
然后將達到上述組分標準的廢料收集進行干燥。當其含濕量太高時，用皮帶或通過空氣輸送有一定的難度，而且廢料也不適合用于煉鐵工藝。
干燥后廢料中的含濕量由干燥器控制，優(yōu)選為10％或更少。
將上述經干燥的廢料分選以使其具有一定的粒徑或更小。依廢料的適用于粉塵燃燒器的粒徑，也就是，例如依據約70mm或更小(因為粉塵燃燒器噴吹部分的內徑約為70mm)將其分類。
為了在煉鐵過程中回收污泥和粉塵，有必要將其在粉塵燃燒器的火焰中熔化和冷凝，然而，發(fā)明人通過研究發(fā)現，基于鐵礦石的粒徑為5mm或更大的粉塵顆粒(不考慮其熔化程度，其中熔化程度隨其組分而變化)，在粉塵燃燒器中幾乎不能夠熔化或冷凝。而且發(fā)明人還發(fā)現，如果鐵礦石顆粒比重很大而且粒徑為5mm或更大，為了將礦石顆粒氣動輸送到安裝于距離地面至少50m的加料倉中，噴吹空氣的速度至少應約為20m/s，否則就不能確保有效噴吹。
表1

MC*含濕量因此本發(fā)明限制廢料粒徑為5mm或更小，且考慮到有效噴吹和熔化，粒徑優(yōu)選為3mm或更小。
用粉塵燃燒器將粒徑分類后的廢料吹入熔融氣化爐，從而鋼鐵廠產生的廢料就可作為煉鐵過程的燃料和原料進行有效回收。
以下對噴吹上述備好的廢料的方法進行詳細的說明。
圖2為本發(fā)明實施方案的煤基煉鐵工藝所用裝置的簡圖，它一般包括用于還原礦石和副原料的還原爐10，用于將從還原爐供給的還原的礦石通過還原—熔化制成生鐵的熔融氣化爐20，和用于收集熔融氣化爐中排出的廢氣并通過粉塵回收管210將廢氣中的細粉塵輸送到熔融氣化爐20，然后將去除粉塵后的廢氣作為還原氣體通過氣體導管22送入還原爐10的旋風式集塵器21。
此外，還原爐10通過一個礦石加料槽12與熔融氣化爐20相連，從而實現與礦石相通，它包括一個一端與旋風式集塵器21相連，另一端與熔融氣化爐10相連的粉塵燃燒器213以進行熔化和冷凝，然后將細粉塵吹入熔融氣化爐20內。
首先，將鋼鐵廠產生的廢料(如污泥和粉塵)收集到儲料倉41，然后在干燥器如回轉窯42中干燥收集的廢料，將其含濕量調整到適于回收。將干燥后的廢料在分選機43中調整至適于回收的粒徑，在分選機43中分選后的粗廢料顆粒被重新送到研磨機44，在此研磨到希望的粒徑。
該方法中，將含有特定含濕量和粒徑的廢料儲存在儲料倉31中，然后通過一個旋轉給料器34沿著給料線35將其裝入用于臨時儲存廢料的臨時儲料倉36中。臨時儲料倉36中的廢料通過位于儲料倉36下面的旋轉給料器37裝入儲料倉212，然后進入粉塵燃燒器213中，通過粉塵燃燒器213將廢料吹入到熔融氣化爐20中。
同時，本發(fā)明優(yōu)選在將廢料裝入粉塵燃燒器213之前，將用作煉鐵過程燃料或原料的任何物質(如礦石或煤)混合，以加強具有上述組分和顆粒分布的廢料的熔化和冷凝效率。
為了使吹入的細粉塵完全燃燒，在粉塵燃燒器的前端，對碳組分(原料)和礦石(考慮未被還原劑完全金屬化的金屬氧化物中的氧)的氧化狀態(tài)進行檢查，同時調整與細粉塵一起吹入的氧的量。因此，根據被處理廢料中碳含量和鐵氧化物的氧化程度，煤與礦石的復合程度可以變?yōu)槿魏沃怠；媳瓤筛鶕僮鳡顟B(tài)而靈活調節(jié)，也就是說，當因完全燃燒熔融氣化爐被熱至過度升溫時，可混合過量的氧化劑組分以阻止溫度的升高。
下面的實施例可以更詳細的闡明本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的范圍。實施例為了確定污泥/粉塵能否在煉鐵過程中回收，進行了以下的試驗。該試驗中所用的污泥/粉塵的組分如下表2所示。在表2中，發(fā)明實施例1至3中每個實施例中T.Fe、C、CaO和MgO組分的總量分別為50重量％或更多，而比較例1和2中相應組分的含量則低于50重量％。同時，本試驗中所用的污泥/粉塵的粒徑經過分選都達到了3mm和更小。
表2

將具有上述組成且經過粒徑分選的污泥/粉塵廢料分別吹入如圖2所示構造的還原—熔化裝置的熔融氣化爐中，為了在生產鐵水的同時評價與廢料噴吹相關的操作和設備問題，此過程以5t/hr的噴吹速度進行3天。
首先，為了確定未熔化和冷凝而殘留在從熔融氣化爐20排出的還原氣體中的吹入的污泥/粉塵量，對粉塵回收管210中的粉塵循環(huán)量和噴吹前后通過還原爐10的空氣量進行了測定。結果可以看出污泥和粉塵廢料均對還原爐的透氣性沒有影響，而且，由于以下原因噴吹前后循環(huán)的粉塵量也沒有變化。也就是說，由于在本發(fā)明的范圍的污泥和粉塵廢料的粒徑均為3mm或更小，當吹入熔融氣化爐時，它們可以充分熔化和冷凝。
然后，對污泥/粉塵組分的影響進行了評價。結果是，當將在本發(fā)明的范圍內的發(fā)明實施例1至3的廢料吹入熔融氣化爐時，鐵水量增加的同時，操作幾乎沒有變化。
相反地，吹入組分范圍在本發(fā)明的范圍外的比較例1和2的廢料時，則需要另外添加一定量的石灰和白云石以調節(jié)渣的堿度，進而就會增加渣量。也就是說，當在熔融氣化爐中吹入含有少量有用組分(如T.Fe、C、CaO、MgO)和大量Si和Al的污泥和粉塵時，渣量本身會增加，因為它們與作為爐渣產生的組分所起的作用是相同的。而且需要另外添加副原料調節(jié)渣的堿度，從而降低了生產率。
如上所述，為了在煤基煉鐵工藝中回收煉鐵煉鋼生產中產生的污泥和粉塵，并考慮到熱金屬產量的增加和所用熱源、副原料的減少，污泥和粉塵含有T.Fe、C、CaO和MgO的總量至少應為50重量％，廢料粒徑為5mm或更少。
根據上述的本發(fā)明，對鋼鐵廠產生的通常進行掩埋的污泥和粉塵作為煉鐵工藝中的燃料和原料是很有效的。
權利要求
1.一種用于煤基煉鐵工藝中回收廢料的方法，該方法使用還原熔化裝置，該裝置包含用于還原礦石和副原料的還原爐；用于將來自還原爐的還原的礦石還原—熔化成熱金屬的熔融氣化爐；用于收集熔融氣化爐廢氣中的細粉塵并將其輸送到熔融氣化爐和將去除細粉塵后的廢氣作為還原氣體輸送到還原爐的旋風式集塵器；和一個一端接于旋風式集塵器，另一端接于熔融氣化爐，用來熔化和冷凝粉塵并將其吹入熔融氣化爐的粉塵燃燒器，所述的回收廢料的方法包括以下步驟收集并干燥廢料使其T.Fe、C、CaO和MgO的總量達到至少50重量％；分選干燥后的廢料使其粒徑為5mm或更??；和將分選后的廢料通過粉塵燃燒器吹入熔融氣化爐。
2.根據權利要求1的回收方法，其中干燥廢料至其含濕量為10％或更少。
3.根據權利要求1的回收方法，其中分選干燥后的廢料使其粒徑為3mm或更少。
4.根據權利要求1的回收方法，其中噴吹分選的廢料的步驟包括將合適量的礦石或煤混合到分選后的廢料中。
全文摘要
公開了一種用還原熔化裝置在煤基煉鐵工藝中回收廢料的方法，該裝置包括用于還原礦石和副原料的還原爐、將還原爐中礦石還原－熔化成熱金屬的熔融氣化爐、收集熔融氣化爐廢氣中的細粉塵然后將其運送到熔融氣化爐并將去除細粉塵后的廢氣作為還原氣體吹入還原爐的旋風式集塵器、一端接于旋風式集塵器，另一端接于熔融氣化爐、用來熔化和冷凝細粉塵并把其吹入熔融氣化爐的粉塵燃燒器。煤基煉鐵工藝回收方法包括以下步驟收集并干燥廢料使其T.Fe、C、CaO和MgO組分的總量達到至少50重量％；分選干燥后的廢料使其粒徑為5mm或更少；將分選后的廢料通過粉塵燃燒器吹入熔融氣化爐。
文檔編號C21B13/14GK1462312SQ02801403
公開日2003年12月17日 申請日期2002年4月26日 優(yōu)先權日2001年4月27日
發(fā)明者趙敏永, 李殷浩, 申明均, 李晙赫, 南宮源 申請人:Posco公司, 浦項產業(yè)科學研究院