转底炉工艺与熔融还原技术开发

1 转底炉工艺概述

1.1 前言

转底炉用于生产直接还原铁不过约30年的历史，其设备和结构原本脱胎于轧钢用的环形加热炉，其最初目的就是用于处理钢铁厂生产过程中产生的含铁和其他金属的粉尘和废弃物，实践证明其环保功能和价值甚至超过了金属回收本身。随着规模的扩大，也逐渐形成为一种炼铁新工艺，进入煤基直接还原法的先进行列，但仍处在初始阶段，目前最大的转底炉（美国动力钢公司）的规模年产铁不过50万吨，以铁精矿为原料，生产出的DRI经埋弧电炉熔分后为大电炉供应铁水。其他分布在美国、日本等地的一些转底炉几乎都是处理粉尘，其规模一般年产能力20万吨左右，生产出的DRI金属化率70～85％不等，一般不用作电炉原料，其用途或作为高炉原料，或给转炉作冷却剂，或经埋弧电炉熔分后生产出铁水，给炼钢电炉热装。

转底炉的环保效益是与其工艺特点分不开的，主要特点是高温快速还原。首先是把含金属氧化物的粉尘和废弃物还原成金属；其次是高温下许多有害元素和物质能够挥发或分解，能燃烧的用作燃料；第三是本身是封闭系统，微负压操作，过程中基本无排放，最终的固体产物和经过净化的烟气均符合环保要求，而且烟气余热得到充分利用。因此转底炉在一些发达国家（如美国、日本）已列为处理所在地域冶金厂粉尘和废弃物的有效措施，并要求冶金企业无偿提供，并倒贴一定处理费用。这些厂家因为国家环保要求深埋而要花费更高费用，所以也乐于如此。

1.2 发展状况

最早生产规模的转底炉处理冶金厂粉尘和废弃物的是美国INMETCO，由国际镍集团INCO.Ltd开发，该集团国际金属回收公司1978年在美国宾州Eillwood 城建成第一座转底炉，外径16.7米，炉底宽4.3米，主要是用来处理多种冶金厂含铁粉尘和废弃物，生产出的金属化率85～92％的金属化球团（DRI）进入埋弧电炉熔化，获得铁水和炉渣（作为副产品出售），与此同时还回收Zn、Ni、Cr

等金属。已运行近30年，效益良好，成为美国中东部钢铁厂废弃物处理中心。

此外，美国MR&E公司开发的Dry-Iron转底炉工艺于1997年4月在田纳西州的Jackson建成一座转底炉，年处理粉尘能力为20万吨，产品金属化率达90％，脱锌率达95％，同时还可脱锑、钾、钠等元素。

日本神户制钢同美国Midrex公司共同开发的Fastmet转底炉当前主要是用于处理含铁粉尘和废弃物，现在正常生产的有神户加古川1座，新日铁4座（广田1座，君津2座，光1座），详见附表。

附表国外处理含铁粉尘和废弃物的转底炉RHF

1.3 处理流程

一般转底炉处理含金属粉尘和废弃物的流程包含以下几个系统：

（1）、以转底炉为中心的主体系统，包括炉体和转动机构，以及辅助设施。

（2）、热工系统，包括供热、加热、热能利用等。

（3）、烟气处理系统以及后续的各种有关金属回收系统。

（4）、原料贮运及上料系统。

（5）、产品及副产品处理系统。

1.4 结语

转底炉的特点是高温还原过程，操作系统处于封闭微负压状态，有利于在回收有用金属的同时，保持环境友好，其经济效益与环保效益相得益彰。国外已有近30年的成功经验，中国作为世界钢铁大国，有效解决粉尘和废弃物的积压已提到议事日程。如何借鉴国外经验，结合我国实际进行转底炉工艺研究开发是目前钢铁工业的一个比较迫切需要解决的问题。北京科技大学有关科技人员对此已进行多年探索，积累了相应的知识和经验，并在山西建成了我国第一条连续生产的工业化转底炉生产线。该生产线在2006年～2007年连续生产了6个月，加工精矿粉9000多吨。

2 转底炉熔融还原技术开发