1742 工程科学学报.第43卷，第12期 Solid waste Zinc-containing scrap Mix Maintenance Condensate briquette Stockyard Furnace Silo Top Coke High temperature block bin Dust ash Contains carbon dust Bag dust Furnace gas High-temperature collector Cyclone dust collector furnace gas Fusion coalgas Iron slag Hot blast stove Hot blast furnace coalgas Containing zinc,lead dust Lead slag Dust recyeling High-temperature purification bin Dust ash Zinc and lead refined products 图3鹤兴炉工艺流程 Fig.3 Hexing furnace process flow 生成铁块，同时脉石也熔化，形成渣铁分离，被命 20世纪90年代与舞阳钢铁公司合作建立起转底 名为第三代炼铁法7-5) 炉热模型，试验获得成功.1996年与鞍山市科委合 在我国，转底炉工艺是近30年发展起来的直 作，建成一座工业试验规模的转底炉，试验取得良 接还原工艺，针对钢铁尘泥处理具有自身优势四 好结果.2001年又与山西翼城明亮钢铁公司合作 北京科技大学孔令坛等是我国开发转底炉技术的 建成年产7万吨金属化球团矿的转底炉，后续改 先驱.北京科技大学一直致力于含碳球团还原的 进后达到正常生产水平.2007为了解决莱钢高炉 机理和实验研究，获得了大量的实验数据和工程 锌的危害，北科大与莱钢合作，在国家发改委循环 技术进展，充分证明由含碳球团自还原作用生产 经济示范工程项目的支持下，建成了年处理粉尘 金属铁是完全可以实现的.1997年北科大王东彦 30万吨的大型转底炉，并投入生产5通过多年的 等51通过模拟转底炉直接还原焙烧实验得到含锌 研究开发和生产实践，获得了丰富的经验与技术 铅粉尘配碳球团直接还原的最佳工艺条件为球团 积累，我国已经全面掌握了转底炉的工艺原理、相 碱度0.9，还原温度和时间分别为1250℃和25min. 关的设备设计制造、生产运行等关键技术，已经在 2006年张建良等5通过能谱、差热及热重等分析 国内获得较为广泛的应用. 手段验证了用还原焙烧的方法脱除高炉含锌粉尘 2.4.2转底炉工艺流程及应用 中锌的可行性.2009年佘雪峰等5阿通过多种检测 转底炉工艺全流程来看可以简单概括为配料 方法对莱钢提供的烧结灰、高炉灰、电炉灰等进 造球、直接还原脱锌、二次粉尘收集和成品处理 行了基础物性研究，提出转底炉直接还原工艺处 4个主干单元60其工艺流程如图4所示.转底炉 理粉尘的优势，并在实验室模拟转底炉实验获得 工艺是将含锌碱尘泥作为原料，再加入炭粉、黏结 成功.2013年佘雪峰等56建立了含锌粉尘内配碳 剂等混合造球形成含碳生球团，生球经干燥处理 球团直接还原一维非稳态数学模型.2011年安秀 送入转底炉.球团在1250~1350℃下，10~20min 伟等57，通过实验分析了转底炉直接还原过程中 时间内快速还原，得到直接还原铁6-6)球团中 Zn、Pb、K、Na脱除和烟气形成机理.2013年佘雪 的Zn、Pb等元素富集于烟尘，加工处理提取锌和 峰和孔令坛8建立了转底炉综合数学模型，该综 其他金属元素6例 合模型对研究和开发转底炉直接还原工艺具有重 目前，转底炉处理含锌粉尘工艺已在国内多 要的理论指导意义和广泛的应用前景 家钢厂应用，包括山东莱钢、广东宝钢湛江等多家 北京科技大学在大量实验数据和工程技术 钢厂.国内典型企业转底炉生产工艺情况如表5 进展的基础上，开展了大量的半工业、工业实验 所示65-约生成铁块，同时脉石也熔化，形成渣铁分离，被命 名为第三代炼铁法[47−51] . 在我国，转底炉工艺是近 30 年发展起来的直 接还原工艺，针对钢铁尘泥处理具有自身优势[52] . 北京科技大学孔令坛等是我国开发转底炉技术的 先驱. 北京科技大学一直致力于含碳球团还原的 机理和实验研究，获得了大量的实验数据和工程 技术进展，充分证明由含碳球团自还原作用生产 金属铁是完全可以实现的. 1997 年北科大王东彦 等[53] 通过模拟转底炉直接还原焙烧实验得到含锌 铅粉尘配碳球团直接还原的最佳工艺条件为球团 碱度 0.9，还原温度和时间分别为 1250 ℃ 和 25 min. 2006 年张建良等[54] 通过能谱、差热及热重等分析 手段验证了用还原焙烧的方法脱除高炉含锌粉尘 中锌的可行性. 2009 年佘雪峰等[55] ，通过多种检测 方法对莱钢提供的烧结灰、高炉灰、电炉灰等进 行了基础物性研究，提出转底炉直接还原工艺处 理粉尘的优势，并在实验室模拟转底炉实验获得 成功. 2013 年佘雪峰等[56] 建立了含锌粉尘内配碳 球团直接还原一维非稳态数学模型. 2011 年安秀 伟等[57] ，通过实验分析了转底炉直接还原过程中 Zn、Pb、K、Na 脱除和烟气形成机理. 2013 年佘雪 峰和孔令坛[58] 建立了转底炉综合数学模型，该综 合模型对研究和开发转底炉直接还原工艺具有重 要的理论指导意义和广泛的应用前景. 北京科技大学在大量实验数据和工程技术 进展的基础上，开展了大量的半工业、工业实验. 20 世纪 90 年代与舞阳钢铁公司合作建立起转底 炉热模型，试验获得成功. 1996 年与鞍山市科委合 作，建成一座工业试验规模的转底炉，试验取得良 好结果. 2001 年又与山西翼城明亮钢铁公司合作 建成年产 7 万吨金属化球团矿的转底炉，后续改 进后达到正常生产水平. 2007 为了解决莱钢高炉 锌的危害，北科大与莱钢合作，在国家发改委循环 经济示范工程项目的支持下，建成了年处理粉尘 30 万吨的大型转底炉，并投入生产[59] . 通过多年的 研究开发和生产实践，获得了丰富的经验与技术 积累，我国已经全面掌握了转底炉的工艺原理、相 关的设备设计制造、生产运行等关键技术，已经在 国内获得较为广泛的应用. 2.4.2    转底炉工艺流程及应用 转底炉工艺全流程来看可以简单概括为配料 造球、直接还原脱锌、二次粉尘收集和成品处理 4 个主干单元[60] . 其工艺流程如图 4 所示. 转底炉 工艺是将含锌碱尘泥作为原料，再加入炭粉、黏结 剂等混合造球形成含碳生球团，生球经干燥处理 送入转底炉. 球团在 1250～1350 ℃ 下，10～20 min 时间内快速还原，得到直接还原铁 [61−63] . 球团中 的 Zn、Pb 等元素富集于烟尘，加工处理提取锌和 其他金属元素[64] . 目前，转底炉处理含锌粉尘工艺已在国内多 家钢厂应用，包括山东莱钢、广东宝钢湛江等多家 钢厂. 国内典型企业转底炉生产工艺情况如表 5 所示[65−66] . Solid waste Silo Condensate briquette Stockyard High temperature block Coke Dust ash Bag dust collector Cyclone dust collector Hot blast stove Dust recycling bin High-temperature purification Dust ash Zinc and lead refined products Fusion furnace Lead slag Furnace gas furnace gas Hot blast coalgas Mix Maintenance Contains carbon dust coalgas Furnace Top bin Iron slag Zinc-containing scrap High-temperature Containing zinc, lead dust 图 3    鹤兴炉工艺流程 Fig.3    Hexing furnace process flow · 1742 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期