一种非高炉炼铁设备和冶金粉尘综合利用方法与流程

1.本发明属于冶金粉尘处理技术领域，特别涉及一种非高炉炼铁设备和冶金粉尘综合利用方法。


背景技术：

2.目前，我国钢铁企业每年冶金粉尘(尘泥)的产生量在4500
‑
9200万吨左右，数量庞大，是钢厂中除冶炼渣外产量最大的固废。
3.对于钢铁冶金粉尘(尘泥)的处理，通常直接返回生产流程，回收其中的fe和c。但现有钢铁工艺流程原燃料系统环境除尘灰的铁和碳成分波动大，不利于烧结矿质量稳定、影响烧结工序的产量。并且冶金粉尘(尘泥)中zn、pb、k、na等元素在流程中循环积累，影响烧结工序的产量和球团质量，甚至影响高炉顺行。目前研究者开发了多种钢铁冶金粉尘(尘泥)的处理工艺，总体来说主要分为湿法和火法工艺两大类。
4.其中，火法处理工艺包括回转窑与转底炉技术等等。其中，回转窑工艺投资低、运行简单，但金属化率低、生产不稳定等。主要应用有住友12万吨含铁尘泥、德国kuettner、墨西哥sicartsa、日本jfe、日本nippon steel等钢厂；转底炉工艺主要适宜于处理高铁高锌尘泥，但该工艺能源利用效率不高，投资高，占地面积大。
5.oxycup技术基本可以处理传统炼钢炼铁各工序产生的块状固废，也可处理含锌烟尘等细颗粒废物，但该工艺冶炼过程需要使用焦炭，尤其是铸造焦的使用将提高其运行成本，同时也存在设备运行周期短等缺点。主要应用的有德国kuettner、中国太钢等。


技术实现要素：

6.为了解决现有钢铁工艺流程原燃料系统环境除尘灰中铁和碳成分波动大，不利于烧结矿质量稳定、影响烧结工序的产量，甚至影响高炉顺行的技术问题，本发明提供了一种非高炉炼铁设备和冶金粉尘综合利用方法，通过该设备和方法可实现冶金粉尘的高效利用，同时，也避免了冶金粉尘铁和碳成分波动导致的烧结矿质量和产量的问题。
7.本发明通过以下技术方案实现：
8.本发明实施例提供一种非高炉炼铁设备，所述炼铁设备包括含碳灰仓、含铁灰仓、燃料仓、预热预还原设备、喷吹设备、热风加热设备和熔融还原炉，所述喷吹设备、所述热风加热设备均与所述熔融还原炉相连，所述喷吹设备为3个，分别为喷吹设备一、喷吹设备二和喷吹设备三，所述喷吹设备一与所述预热预还原设备相连，所述预热预还原设备连接所述含铁灰仓和熔剂仓一，所述喷吹设备二连接所述含碳灰仓和所述燃料仓，所述喷吹设备三连接熔剂仓二。
9.可选的，所述预热预还原设备与所述喷吹设备一之间安装有钾钠锌分离系统，所述燃料仓与所述喷吹设备二之间安装有磨煤机。
10.可选的，所述热风加热设备包括制氧设备、鼓风机和热风炉，所述制氧设备和所述鼓风机与所述热风炉相连，所述鼓风机与所述熔融还原炉相连。
11.可选的，所述熔融还原炉设有铁水口、炉渣口和排气口。
12.可选的，所述铁水口连接铁水罐。
13.可选的，所述炉渣口连接炉渣处理设备。
14.可选的，所述排气口连接煤气处理装置。
15.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种冶金粉尘综合利用方法，包括：
16.将含铁灰和含碳灰分别输送至含铁灰仓和含碳灰仓内，将熔剂一和熔剂二分别输送至熔剂仓一和熔剂仓二内，将燃料输送至燃料仓内；
17.将所述含铁灰和所述熔剂一混合后输送至预热预还原设备进行预还原，预还原温度为800
‑
1300℃，预还原时间为30
‑
80min，预还原结束后进入钾钠锌分离系统分理出k、na和h，后进入喷吹设备一；
18.所述燃料经磨煤机处理后与所述含碳灰混合，后进入喷吹设备二；
19.所述熔剂二进入喷吹设备三；
20.制氧设备产生的氧气与鼓风机空气进入热风炉混合加热，加热温度为900
‑
1300℃；
21.将喷吹设备一、喷吹设备二、喷吹设备三和热风炉同时将物料喷吹进入熔融还原炉进行反应，反应时间为0.5
‑
10min，反应温度为1300
‑
2500℃；
22.反应完毕后，产生的铁水通过铁水口排出，产生的炉渣通过炉渣口排出，产生的废气通过排气口排出。
23.可选的，所述含铁灰、含碳灰、燃料、熔剂一和熔剂二的重量比为：70∶20∶9.3∶0.2∶0.5，所述热风炉的流量为100m3/s，所述含铁灰的化学成分包括：tfe：35
‑
50％，so2：3
‑
9％，cao：5
‑
20％，mgo：1
‑
6％，al2o3：0.5
‑
4.5％，k2o：0.5
‑
12％，na2o：0.5
‑
15％，zno：0.5
‑
5.0％，s：0.05
‑
0.50％；
24.所述含碳灰的化学成分包括：固定碳：60
‑
80％，挥发分：1.0
‑
2.0％，灰分：10
‑
20％，硫分：1.0
‑
2.5％。
25.可选的，所述燃料为煤粉，所述熔剂一为白云石粉，所述熔剂二为石灰石粉，所述含铁灰和所述含碳灰均通过钢铁冶炼除尘工艺获得。本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
26.1.本发明实施例提供的一种非高炉炼铁设备，该设备可用于非高炉炼铁工艺，将冶金粉尘直接返回生产流程，回收其中的fe和c，由于不采用传统的高炉炼铁路线，因而克服了因冶金粉尘中铁和碳成分波动大，不利于烧结矿质量稳定、影响烧结工序的产量的问题，并克服了因冶金粉尘中zn、pb、k、na等元素在流程中循环积累，影响烧结工序的产量和球团质量，甚至影响高炉顺行的缺陷，可实现冶金粉尘的高效利用。
27.2.本发明实施例提供的一种金粉尘综合利用方法，以冶金粉尘中的含铁灰和含碳灰作为非高炉炼铁原料，含铁灰替代铁粉，含碳灰替代部分燃料，可以实现冶金粉尘的非高炉冶炼，在实现冶金粉尘的高价值利用的同时，节约了非高炉炼铁工艺对于铁粉和燃料的消耗，降低冶金粉尘处理成本和炼铁成本。
28.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
30.图1是本发明实施例1非高炉炼铁设备结构示意图。
31.图中：1
‑
含碳灰仓，2
‑
含铁灰仓，3
‑
燃料仓，4
‑
预热预还原设备，5
‑
热风加热设备，51
‑
制氧设备，52
‑
鼓风机，53
‑
热风炉，6
‑
熔融还原炉，71
‑
喷吹设备一，72
‑
喷吹设备二，73
‑
喷吹设备三，8
‑
熔剂仓一，9
‑
熔剂仓二，10
‑
钾钠锌分离系统，11
‑
磨煤机，12
‑
铁水罐，13
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炉渣处理设备，14
‑
煤气处理装置。
具体实施方式
32.下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
33.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
34.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
35.还需要说明的是，本发明中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
36.同时，本发明中的术语“第一”、“第二”等，不表示任何顺序或次数，可将这些单词解释为名称。
37.本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
38.目前对于钢铁冶金粉尘(尘泥)的处理，通常直接返回生产流程，回收其中的fe和c。但现有钢铁工艺流程原燃料系统环境除尘灰的铁和碳成分波动大，不利于烧结矿质量稳定、影响烧结工序的产量，并且冶金粉尘(尘泥)中zn、pb、k、na等元素在流程中循环积累，影响烧结工序的产量和球团质量，甚至影响高炉顺行。为了更好的处理冶金粉尘(尘泥)，需采用新的工艺路线和思路，以解决冶金粉尘(尘泥)的综合利用。
39.根据本发明一种典型的实施方式，提供一种非高炉炼铁设备，所述炼铁设备包括含碳灰仓、含铁灰仓、燃料仓、预热预还原设备、喷吹设备、热风加热设备和熔融还原炉，所述喷吹设备、所述热风加热设备均与所述熔融还原炉相连，所述喷吹设备为3个，分别为喷吹设备一、喷吹设备二和喷吹设备三，所述喷吹设备一与所述预热预还原设备相连，所述预热预还原设备连接所述含铁灰仓和熔剂仓一，所述喷吹设备二连接所述含碳灰仓和所述燃料仓，所述喷吹设备三连接熔剂仓二。
40.作为一种可选的实施方式，所述预热预还原设备与所述喷吹设备一之间安装有钾
钠锌分离系统，所述燃料仓与所述喷吹设备二之间安装有磨煤机。
41.作为一种可选的实施方式，所述热风加热设备包括制氧设备、鼓风机和热风炉，所述制氧设备和所述鼓风机与所述热风炉相连，所述鼓风机与所述熔融还原炉相连。
42.作为一种可选的实施方式，所述熔融还原炉设有铁水口、炉渣口和排气口。
43.作为一种可选的实施方式，所述铁水口连接铁水罐。
44.作为一种可选的实施方式，所述炉渣口连接炉渣处理设备。
45.作为一种可选的实施方式，所述排气口连接煤气处理装置。
46.根据本发明另一种典型的实施方式，提供一种冶金粉尘综合利用方法，包括：
47.将含铁灰和含碳灰分别输送至含铁灰仓和含碳灰仓内，将熔剂一和熔剂二分别输送至熔剂仓一和熔剂仓二内，将燃料输送至燃料仓内；
48.将所述含铁灰和所述熔剂一混合后输送至预热预还原设备进行预还原，预还原温度为800
‑
1300℃，预还原时间为30
‑
80min，预还原结束后进入钾钠锌分离系统分理出k、na和h，后进入喷吹设备一；
49.所述燃料经磨煤机处理后与所述含碳灰混合，后进入喷吹设备二；
50.所述熔剂二进入喷吹设备三；
51.制氧设备产生的氧气与鼓风机空气进入热风炉混合加热，加热温度为900
‑
1300℃；
52.将喷吹设备一、喷吹设备二、喷吹设备三和热风炉同时将物料喷吹进入熔融还原炉进行反应，反应时间为0.5
‑
10min，反应温度为1300
‑
2500℃；
53.反应完毕后，产生的铁水通过铁水口排出，产生的炉渣通过炉渣口排出，产生的废气通过排气口排出。
54.作为一种可选的实施方式，所述含铁灰、含碳灰、燃料、熔剂一和熔剂二的重量比为：70∶20∶9.3∶0.2∶0.5，所述热风炉的流量为100m3/s，所述含铁灰的化学成分包括：tfe：35
‑
50％，so2：3
‑
9％，cao：5
‑
20％，mgo：1
‑
6％，al2o3：0.5
‑
4.5％，k2o：0.5
‑
12％，na2o：0.5
‑
15％，zno：0.5
‑
5.0％，s：0.05
‑
0.50％；
55.所述含碳灰的化学成分包括：固定碳：60
‑
80％，挥发分：1.0
‑
2.0％，灰分：10
‑
20％，硫分：1.0
‑
2.5％。
56.作为一种可选的实施方式，所述燃料为煤粉，所述熔剂一为白云石粉，所述熔剂二为石灰石粉，所述含铁灰和所述含碳灰均通过钢铁冶炼除尘工艺获得。
57.本发明中，加入一定量的熔剂，目的是配合冶炼造渣需要，目的是使脉石中高熔点氧化物(sio2、al2o3、gao)生成低熔点物质，形成良好流动性的炉渣，达到渣铁分离和去除有害杂质的目的。先将熔剂一单独与含铁灰混合，再进行预热预还原，这是由于含铁灰中存在高熔点氧化物(sio2、al2o3、cao)，加入熔剂一的目的是在预热预还原过程中，更好的促进铁氧化物的还原，提高预热预还原效率，从而提高作业运行效率。钾钠锌分离系统的设置目的是确保物料在预热预还原后，含钾钠锌的元素从物料中分离出来，提高进入直接熔融炉物料的含铁品位，减少直接熔融炉的燃料消耗，同时减少后道工序因烟气温度变化造成钾钠锌物料的凝结造成设备运行故障，保证生产的稳定运行；原理就是利用钾钠锌物料的熔点(熔点分别是770℃、800℃、960℃)不同，在高温下还原汽化，在烟气系统冷却后再进行回收钾钠锌元素。
58.本发明中，含铁灰、含碳灰、燃料、熔剂一和熔剂二的重量比采用上述比值范围，可以更好的促进高熔点物质向低熔点物质的转化，稳定炉况调节炉渣碱度，保证合理的炉渣碱度，同时可以尽可能的提高铁品位，减少燃料消耗，提高产量保证生产的稳定顺行。
59.本发明实施例中，非高炉炼铁设备中涉及的部件，如：含碳灰仓、含铁灰仓、燃料仓、预热预还原设备、喷吹设备、热风加热设备、熔融还原炉、熔剂仓、铁水罐和钾钠锌分离系统均采用现有结构或设备，其结构和工作原理在此不再描述。
60.本发明实施例采用非高炉炼铁技术处理冶金粉尘，以冶金粉尘中的含铁灰和含碳灰作为非高炉炼铁原料，含铁灰替代铁粉，含碳灰替代部分燃料，采用n2气流将煤粉、含铁粉料、含碳粉料和熔剂通过喷吹设备一同喷入熔融还原炉，喷入的煤粉和含碳粉料在高温下一部分迅速会挥发形成c颗粒熔入金属熔池，使铁水增c；另一部分与含铁粉料共同卷入炉渣，在熔渣内完成还原反应：c feo
→
fe co，还有一部分随上升气流冲出渣层形成粉尘，可以实现冶金粉尘的非高炉冶炼，在实现冶金粉尘的高价值利用的同时，节约了非高炉炼铁工艺对于铁粉和燃料的消耗，降低冶金粉尘处理成本和炼铁成本。
61.本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
62.(1)本发明实施例提供一种非高炉炼铁设备，可实现冶金粉尘的高效利用，同时，也避免了冶金粉尘铁和碳成分波动导致的烧结矿质量和产量的问题，原理在于：采用非高炉炼铁工艺，将冶金粉尘直接返回生产流程，回收其中的fe和c，由于不采用传统的高炉炼铁路线，因而克服了因冶金粉尘中铁和碳成分波动大，不利于烧结矿质量稳定、影响烧结工序的产量的问题，并克服了因冶金粉尘中zn、pb、k、na等元素在流程中循环积累，影响烧结工序的产量和球团质量，甚至影响高炉顺行的缺陷。
63.(2)本发明实施例提供一种冶金粉尘综合利用方法，以冶金粉尘中的含铁灰和含碳灰作为非高炉炼铁原料，含铁灰替代铁粉，含碳灰替代部分燃料，可以实现冶金粉尘的非高炉冶炼，在实现冶金粉尘的高价值利用的同时，节约了非高炉炼铁工艺对于铁粉和燃料的消耗，降低冶金粉尘处理成本和炼铁成本。
64.下面将结合实施例、对比例及实验数据对本技术一种非高炉炼铁设备和冶金粉尘综合利用方法进行详细说明。
65.实施例1
66.本实施例提供一种非高炉炼铁设备，如图1所示，所述炼铁设备包括含碳灰仓1、含铁灰仓2、燃料仓3、预热预还原设备4、喷吹设备、热风加热设备5和熔融还原炉6，所述喷吹设备、所述热风加热设备5均与所述熔融还原炉6相连，所述喷吹设备为3个，分别为喷吹设备一71、喷吹设备二72和喷吹设备三73，所述喷吹设备一71与所述预热预还原设备4相连，所述预热预还原设备4连接所述含铁灰仓2和熔剂仓一8，所述喷吹设备二72连接所述含碳灰仓1和所述燃料仓3，所述喷吹设备三73连接熔剂仓二9。
67.可选的，所述预热预还原设备4与所述喷吹设备一71之间安装有钾钠锌分离系统10，所述燃料仓3与所述喷吹设备二72之间安装有磨煤机11。
68.可选的，所述热风加热设备5包括制氧设备51、鼓风机52和热风炉53，所述制氧设备51和所述鼓风机52与所述热风炉53相连，所述鼓风机52与所述熔融还原炉6相连。
69.可选的，所述熔融还原炉6设有铁水口、炉渣口和排气口。
70.可选的，所述铁水口连接铁水罐12。
71.可选的，所述炉渣口连接炉渣处理设备13。
72.可选的，所述排气口连接煤气处理装置14。
73.实施例2
74.本实施例一种冶金粉尘综合利用方法，包括：
75.(1)将通过钢铁冶炼除尘工艺获得的含铁灰和含碳灰分别输送至含铁灰仓2和含碳灰仓1内，将白云石粉和石灰石粉分别输送至熔剂仓一8和熔剂仓二9内，将燃料输送至燃料仓3内；
76.其中，所述含铁灰的化学成分为：
77.所述含铁灰的化学成分包括：tfe：45％，so2：9％，cao：13％，mgo：4％，al2o3：3.5％，k2o：5.5％，na2o：4.0％，zno：3.2％，s：0.15％；
78.所述含碳灰的化学成分包括：固定碳：78％，挥发分：1.9％，灰分：18％，硫分：2.1％。
79.(2)将所述含铁灰和白云石粉混合后输送至预热预还原设备4进行预还原，预还原温度为800
‑
1300℃，预还原时间为30
‑
80min，预还原结束后进入钾钠锌分离系统10分理出k、na和h，后进入喷吹设备一71；
80.(3)所述燃料经磨煤机11处理后与所述含碳灰混合，后进入喷吹设备二72；
81.(4)石灰石粉进入喷吹设备三73；
82.(5)制氧设备51产生的氧气与鼓风机52空气进入热风炉53混合加热，加热温度为900
‑
1300℃℃；
83.(6)将喷吹设备一71、喷吹设备二72、喷吹设备三73和热风炉53同时将物料喷吹进入熔融还原炉6进行反应，反应时间为0.5
‑
10min，反应温度为1300
‑
2500℃；
84.其中，所述含铁灰、含碳灰、燃料、白云石粉和石灰石粉的重量比为：70∶20∶9.3∶0.2∶0.5，所述热风炉53的流量为100m3/s。
85.(7)反应完毕后，产生的铁水通过铁水口排出，产生的炉渣通过炉渣口排出，产生的废气通过排气口排出。
86.本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
87.(1)本发明实施例提供一种非高炉炼铁设备，可实现冶金粉尘的高效利用，同时，也避免了冶金粉尘铁和碳成分波动导致的烧结矿质量和产量的问题，原理在于：采用非高炉炼铁工艺，将冶金粉尘直接返回生产流程，回收其中的fe和c，由于不采用传统的高炉炼铁路线，因而克服了因冶金粉尘中铁和碳成分波动大，不利于烧结矿质量稳定、影响烧结工序的产量的问题，并克服了因冶金粉尘中zn、pb、k、na等元素在流程中循环积累，影响烧结工序的产量和球团质量，甚至影响高炉顺行的缺陷。
88.(2)本发明实施例提供一种冶金粉尘综合利用方法，以冶金粉尘中的含铁灰和含碳灰作为非高炉炼铁原料，含铁灰替代铁粉，含碳灰替代部分燃料，可以实现冶金粉尘的非高炉冶炼，在实现冶金粉尘的高价值利用的同时，节约了非高炉炼铁工艺对于铁粉和燃料的消耗，降低冶金粉尘处理成本和炼铁成本。
89.最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的
要素。
90.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
91.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。