1、台湾中钢冶金粉尘和尘泥循环利用新工艺（2010.08）钢铁集团公司在炼铁、炼钢和轧钢过程中不可避免的会产生大量粉尘和尘泥（简称废料）。在台湾的中国钢铁有限公司（简称台湾中钢公司）将所有废料用作烧结矿原料。为了减少烧结过程中的二噁英排放量，台湾中钢公司决定从烧结矿的混合废料中去除含有油污和氯的废料共计 9 种，每年总产量约 22 万 t。由于废料中的 FeO 和 C 含量很高，碳热还原技术被认为是台湾中钢公司实现废料处理的最佳技术。通过对技术可行性、设备适用性、产品质量、 污染物排放和运行成本的研究，认为转底炉（RHF）工艺与冷粘结球团（CBP）工艺 相结合是实现操作高效性、运行高稳定性、无二次
2、废弃物和最低污染物排放的最好工艺技术组合。RHF 工艺和CBP 工 艺生 产的产品分 别是用于高炉炼铁的直接还原铁 DRI 和冷粘结球团 CBP。转底炉工艺的副产品是可售给炼锌厂的粗锌粉。台湾中钢公司的这座复合工艺于 2007 年 1 月开工建设，2008 年初投产，2008 年底达产。1 基本情况绝大多数废料是从炼钢和炼铁厂的除尘设备中收集的。在台湾中钢公司，废 料按照来源和性质可分成大约 20 种，每年总重（干重）约60 万 t。为保 护环境，台湾环保局不准许将废 料作为垃圾倒掉，也不准许填埋处理。2008 年前，由于台湾中钢公司的废料中的 FeO 和 C 含量较高，所以绝大多数作为铁矿石
3、烧结原料由烧结机生产烧结矿返回高炉炼铁。含 Zn 量很高的其它废料则送水泥厂用作生产水泥的辅助材料。为了防止直接使用废料损坏烧结床的渗透性和引起烧结矿化学成分波动， 2008 年前台湾中钢公司设计、运行了一套废料预处理系统。废料经预处理后再进入烧结机生产烧结矿。预处理系统由三个单元组成：只有混合功能的 X-混合料场；具有混合筛分和破碎功能的 Y-混合料场；具有混合和成球功能的微型制球厂。因为三个单元并行工作，所以，任何一种废料在烧结前只能通过其中一个单元进入烧结机。每种类型废料的处理路线主要由材料的性质，特别是粒度尺寸和湿度决定。自从 2001 年在烧结机排出的废气中检查出含有很高二噁英后，台
4、湾中钢公司便承受着环保局要求逐年降低二噁英排放的巨大压力。2006 年规定的二噁英排放极限为 2.0ng-TEQ/Nm3，2008 年降低至1.0ng-TEQ/Nm3。到 2010 年则要求降至 0.5ng-TEQ/Nm3。2002 年台湾中钢公司分析了烧结机排放二噁英浓度后发现目前的生产技术已不能满足 2006 年的二噁英排放要求。为此，启动了烧结工艺二噁英形成机理研究，同时进行了一系列测试。研究证实，二噁英是废料中的油和氯在一定温度条件下经一系列复杂的化学变化生成的。为了有效降低二噁英排放，台湾中钢公司决定从几十种废料组成的烧结混合料中去除 9 种含油和含氯的废料。同时研究其他路线以代替目
5、前应用的废料处理路线。此后，称 这 9 种废料为有害废料。为了减排二噁英，台湾中钢公司决定重建目前的废料处理系统。2 处理废料的工艺选择2.1 技术选择重建的第一项任务是探索一种最佳的废料处理技术。台湾中钢公司根据技术成熟性、生产的清洁性、稳定性，对许多技术进行了选择与对比，确定 氢化和高温冶金路线，碳热还原技术等是最好的技术。之后便开始在实验室进行了一系列的有害废料的碳热还原实验。结果发现，根据各种生产比例对有害废料混合料进行合理配方，在反应温度为 1250和反应时间为 15min-20min 内可生 产出金属化率很高（85.7%），而 K、Na、Pb、Zn 含量很低（去除率分别达到87.4
6、%、88.9%、98.5%和 99.38%）的高炉炼铁直接还原铁（DRI）。2.2 反应器选择实验证明，碳热还原反应可在回转窑（RK）、转底炉或多膛焙烧炉等不同的反应器中进行。通过分析和反应特点、二噁英形成、产品质量、能源供应、 设备维护和可靠性比较，台湾中钢公司决定选择转底炉作为反应器处理有害废料。转底炉的主要优点是整个反应室内温度高于 1000，氧浓度低于 5%，炉内无二噁英形成，有利于环境保护 和满足 2010 年二噁英排放标准。2.3 制块机选择整个转底炉工艺可以分成三个子系统：即原料处理系统、转底炉和废气处理系统。钢铁公司产生的废料就其形态而言可分为固体干态（即粉尘）和湿态（称之为尘
7、泥）。为提高碳热还原效率，其先决条件是废料加进RHF 炉反 应器之前必 须良好混合同时压制成 块。因此，原料处理系统必须具备上述两种功能。系统的核心部分是制块设备。有三种类型的制块设备即罐式造球机、辊式制块机和螺旋式剂压机被广泛应用于粉末材料压块。因为螺旋式挤压机操作简单、成本低廉和生产清洁，加之挤压机之前不需要任何干燥设备。所以，中钢公司决定采用螺旋式挤压机。使用螺旋式挤压机唯一需要注意的是严格控制原料中的水含量。因为水份太多不仅影响成球效果和球的质量，而且含水量太多的球会在 RHF 反应器发 生热炸裂。此外，球含水量高使 RHF 炉的部分还原能力变成了干燥功能，从而降低 RHF 的生产率和
8、增大反应器内的废气量。由此可见，为了节能， 废热回收设备 是废气处理系统必须的设备。3 废气处理系统实践得知，RHF 炉反应器中的废气是一种含有大量粉尘和液滴的高温煤气流。为回收废气热和满足环保要求，废气排放到大气前首先要进行冷却和除尘。为了防止废气流在冷却期间再次形成二噁英，中钢公司决定采用锅炉和换热器串联使废气流的温度能在几秒内从大约 1000连续而快速地降至 250。锅炉产生的高压蒸汽用于炼钢生产。换热器贮存热则用于加热 RHF 反应器的燃烧器燃烧时需要的空气。经测试证实，通过对 RHF 反应器内的空气含量的严格控制，SOx 和 NOx 的生成量将大大减少，完全满足环保局的排放要求。因此
9、，整个处理系统只需在换热器后安装一台袋式除尘器除去废气中的粉尘，经风机冷却后即可排放至大气。4 废料生产直接还原铁工艺路线选择由 RHF 工艺生产的直接 还原铁是一种含有矿渣和硫、但金属化率很高的产品，适用于高炉。中钢公司经过评估和对比，认为直接还原铁对炼钢和炼铁的负面影响最小。所以，决定将 DRI 用于高炉炼铁。然而，由于高炉对 DRI 有着很高的质量要求，如粒度必 须大于 5mm、金属含量必须超过 60%等，否则会降低高炉生 产率。由此可见，在无热压成块的情况下，利用 RHF 生产质量完全合格的高炉炼铁用 DRI是很有挑战性的。5 冷粘结成球工艺的选择工艺选择完全确定之前，对有害废料进行了
10、一系列的碳热还原实验。 结果发现 ，当 DRI 的残余含碳量超过 3%时，它的抗压强度总是低于高炉冶炼需要的抗压强度。尽管 DRI 抗 压强度测试试样是由根据生产比例进行了合理配方的有害废料混合料制成，但由于残余含C 量 较 高，结果 DRI 的抗 压强度同样很低。为了确保用有害废料生产的 DRI 的抗压强度能满足高炉冶炼要求，中钢公司决定采用冷粘结造球工艺（CBP）处理高 C 废料。其工 艺产品称为冷球团（CBP ）。经科学论证，台湾中钢公司最后选择了由RHF 工 艺和 CBP 工艺组成的复合工艺，以实现 有害废料处理的运行高效、稳定、无二次 废 弃物和最低的污染排放的目标。6 新工艺的建设
11、与运行选择的新工艺已得了相关部门的确认与批准。RHF 和 CBP 工艺每年的处理能力分别为 12.8 万 t 和 8 万 t。两种工艺均于 2007 年 1月 9 日开工建设，并于当年 12 月 15 日建成投产。12 月 19 日 RHF 生产出第一炉 DRI，2008 年 10 月 8 日通过性能 测试。CBP 工艺于 2008年 1 月 15 日开始正式生产，10 月 8 日通过设计性能测试。7 结论自 RHF+CBP 联合工艺处 理有害废料起， 烧结机排放的二噁英含量已大幅度减少。目前的二噁英排放已低于 2010 年环保局规定的排放要求，即已低于 0.5ng-TEQ/Nm3。这时的联 合工艺已有能力并开始处理 2008 年前，因不能处理而只得卖给水泥厂作辅助材料，且含 Zn量很高的废料。
