【正文】 利用還原方法除去鋅的工藝看，在對處理能力、鋅的除去能力、設(shè)備成本和運轉(zhuǎn)成本等進行大量研究之后，回轉(zhuǎn)窯工藝是最佳的爐塵處理工藝?！　‘?dāng)開始回收作為鋼鐵生產(chǎn)原料的爐塵時，首先要考慮單獨生產(chǎn)過程（高爐、轉(zhuǎn)爐和電爐等）很可能使用爐塵制造的原料時對爐塵的限制。當(dāng)用爐塵制造的原料用于高爐時，較低的鋅濃度和很高的強度是非常重要的。而當(dāng)爐塵制造的原料用于轉(zhuǎn)爐和電爐時，硫濃度和金屬化率則特別重要。因此，必須確定使用爐塵制造原料最有效的工藝。在新日鐵公司君津廠，利用回轉(zhuǎn)窯制造低鋅濃度、高強度還原球團技術(shù)的開發(fā)，使之可以回收爐塵用于高爐生產(chǎn)。因此，可以經(jīng)濟地回收爐塵而不必除去硫或提高球團的金屬化率。在利用回轉(zhuǎn)窯進行爐塵處理生產(chǎn)高質(zhì)量還原產(chǎn)品的一個最重要的技術(shù)是利用爐塵預(yù)處理技術(shù)使用于回轉(zhuǎn)窯的顆粒最佳化。須進行預(yù)處理的爐塵和塵泥顆粒尺寸范圍從不到1微米到若干毫米，而濕度從零到98％。因此，必須根據(jù)爐塵和塵泥的特定物理性能對其進行適當(dāng)處理。首先，爐塵回收設(shè)備應(yīng)該可以處理相當(dāng)容易處理的干爐塵和低濕度爐塵。為了使回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的反應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量最佳化，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)所需質(zhì)量球團的技術(shù)積累非常有助于回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定處理爐塵?！　∨c低濕度爐塵相比，高濕度塵泥的回收更加困難，原因是技術(shù)和經(jīng)濟方面的問題，其中最主要的原因是：　　生產(chǎn)效率較低和不能完全除去水分；　　形成很難碎裂的團塊。　　因此，引入了新的脫水器用于高濕度塵泥的脫水。此外，也開發(fā)了新的技術(shù)制造小團塊供脫水器使用。由于這些團塊幾乎不會在較高溫度爆裂，因此可以直接喂入回轉(zhuǎn)窯而不必使用設(shè)備，如用干燥器對團塊進行預(yù)處理?！　∮捎谛麻_發(fā)的團塊脫水工藝可以將塵泥的濕度降到所需的水平而無須考慮其性能變化以及相對容易地生產(chǎn)團塊，因此使處理和回收各種性能塵泥成為可能?！　⌒麻_發(fā)的預(yù)處理技術(shù)顯著特點是：　　生產(chǎn)的團塊可以直接喂入回轉(zhuǎn)窯而無須進行預(yù)干燥處理；　　預(yù)處理工藝幾乎不受塵泥性能的影響，由此可以應(yīng)用于各種塵泥的處理；　　該工藝可以從塵泥中除去堿金屬和其它水溶性物質(zhì)，因而可以改進塵泥的性質(zhì)；　　設(shè)備設(shè)計簡單?！　?．回轉(zhuǎn)窯工藝要點　　圖2所示為從喂料區(qū)到出料區(qū)的回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)。原料球團從喂料機通過可移動底板喂至加熱區(qū)。在加熱區(qū)，原料球團被加熱到1000℃或更高。然后，在還原區(qū)，球團達(dá)到反應(yīng)溫度，即高于1100℃，氧化鋅和氧化鐵被碳還原。在還原區(qū)，隨著鋅從球團中蒸發(fā)，鋅被除去。過剩的一氧化碳通過二次燃燒被作為熱源。燃燒的煤氣和反應(yīng)氣流方向與回轉(zhuǎn)窯底板運動方向相反，并通過廢氣口排出。還原后的球團通過出料口排出，在輸送到高爐之前通過冷卻器冷卻?！　?．爐塵回收設(shè)備概要　　采用回轉(zhuǎn)窯的兩個爐塵回收設(shè)備構(gòu)造、流程圖如圖3和圖4所示，設(shè)備、工藝和產(chǎn)品主要指標(biāo)見表1。1號設(shè)備使用的是用于預(yù)處理的圓盤式造球機?；谝?guī)定的混合比，一定數(shù)量的不同的爐塵分別從各自的漏斗加到球磨機，在球磨機爐塵被混合，然后通過圓盤式造球機制成球團。這些生球團在裝入回轉(zhuǎn)窯之前被干燥。在2號設(shè)備中，通過管線或箱式車直接輸送到設(shè)備的各種塵泥臨時儲存在塵泥坑中。根據(jù)規(guī)定的混合比，塵泥在混合槽中混合，通過脫水器脫水，再通過擠壓機制成生球團，然后喂入回轉(zhuǎn)窯。在鋅通過回轉(zhuǎn)窯中還原反應(yīng)除去之后，球團被冷卻和儲存在產(chǎn)品料槽中，直到用于高爐。排出的含有鋅的廢氣通過鍋爐和換熱器被冷卻，然后，含有濃縮鋅的爐塵被除塵器收集?！　?．還原產(chǎn)品強度比較　　對熟球團和用于高爐生產(chǎn)的普通燒結(jié)礦的強度進行了比較。根據(jù)震裂試驗和轉(zhuǎn)鼓試驗結(jié)果，由兩套回轉(zhuǎn)窯設(shè)備生產(chǎn)的球團有較低的粉化比和較高的強度?！　?．在高爐中使用還原球團的作用　　自從1號爐塵回收設(shè)備投入運營以來，還原球團已經(jīng)用于高爐生產(chǎn)。在還原球團于高爐生產(chǎn)中的使用量增加的過程中，高爐還原劑比降低，表明最初的預(yù)期作用已經(jīng)實現(xiàn)。通過分析高爐中還原球團的消耗量與高爐燃料比之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在高爐中每使用30kg還原球團可節(jié)約7kg還原劑?！　?．采用回轉(zhuǎn)窯的爐塵回收總系統(tǒng)　　在爐塵回收總系統(tǒng)中，爐塵和塵泥走向不同，也就是說不同的爐塵和塵泥的處理方法和使用要由其性能和狀態(tài)決定。各種含有少量水分、鋅、氯和堿金屬的爐塵類型包括氧化鐵皮、燒結(jié)礦粉塵，以及收自于高爐煤氣的爐塵、高爐灰，這些爐塵可以用于燒結(jié)礦生產(chǎn)。由除塵器收集的帶式燒結(jié)機排氣道粉塵只含有少量水分和鋅，但有相當(dāng)大量氯和堿金屬。因此，這些爐塵不能用于燒結(jié)工藝，它只能以冷球團的方式用于高爐。從轉(zhuǎn)爐爐氣中收集的爐塵、轉(zhuǎn)爐塵泥以及脫水的高爐濃灰是干燥的或低濕度爐塵，這些物質(zhì)含有大量的鋅，因此用于1號爐塵回收設(shè)備，可以去除所含的鋅。高濕度高爐濃灰和轉(zhuǎn)爐脫水塵泥以及軋制線塵泥是在2號爐塵回收設(shè)備中處理?！　「鶕?jù)爐塵的性能，對各種爐塵配置最佳化以適合于處理工藝，使得鋼廠可以回收處理許多種爐塵和塵泥?！　? 表 1 設(shè)備、工藝和產(chǎn)品主要指標(biāo) 　　——————————————————————————————————　　 1號爐塵回收設(shè)備 2號爐塵回收設(shè)備　　——————————————————————————————————　　團塊 球團（圓盤式造球機） 濕法處理（壓實機）　　爐膛直徑，m 20（爐膛中心） 20（爐膛 中心）　　爐膛面積，m22 230 230 　　處理能力，t／h 22 17 　　生球團（干）產(chǎn)量，t／m 15000 10000 　　生球團直徑，mm 5～20 5～30 　　處理溫度，℃ 1250～1300 1250～1300 　　處理時間，min 10～20 15～30 　　——————————————————————————————————　　9．結(jié)論　　安裝在新日鐵公司君津廠的兩套回轉(zhuǎn)窯回收設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況非常好。通過利用回轉(zhuǎn)窯，鋼廠可以開發(fā)出設(shè)備穩(wěn)定化技術(shù)（爐塵造球技術(shù)、反應(yīng)狀態(tài)控制技術(shù)和尾氣處理技術(shù)等）和開發(fā)出生產(chǎn)高爐用高強度還原球團技術(shù)。這是首次使用回轉(zhuǎn)窯回收各種爐塵和塵泥用于高爐生產(chǎn)。今后，通過綜合使用回轉(zhuǎn)窯和冷凝結(jié)球團方法，可以建立新的回收系統(tǒng)，從而可以回收鋼廠產(chǎn)生的所有爐塵和塵泥。REC導(dǎo)報期號=200704發(fā)表日期=2007/01/23作者=廖建國標(biāo)題=鋼鐵生產(chǎn)工藝中加熱和冷卻技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 導(dǎo)報分類=0101。0104。0310關(guān)鍵詞=鋼鐵。生產(chǎn)正文=　　從冶金學(xué)或加工的必要性來看，在鋼鐵生產(chǎn)工藝中，從鐵礦石的還原和熔融到加工成最終產(chǎn)品的過程是一個反復(fù)加熱和冷卻的過程。為解決提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定操作、設(shè)備的緊湊化和節(jié)能等各種課題，日本各鋼鐵公司開發(fā)了適應(yīng)各生產(chǎn)工序的最佳加熱和冷卻技術(shù)?？梢哉f，日本鋼鐵工業(yè)的能源單耗和產(chǎn)品質(zhì)量能夠居世界領(lǐng)先水平，如果沒有鋼鐵生產(chǎn)工藝中的最佳加熱和冷卻技術(shù)，就不可能實現(xiàn)。近年來，為進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，日本對提高加熱和冷卻能力及對目標(biāo)溫度的高精度控制提出了要求，同時還對考慮到環(huán)保節(jié)能的加熱和冷卻技術(shù)提出了要求?！　?．加熱和冷卻的基本形式　　熱傳輸?shù)男问娇煞譃闊醾鲗?dǎo)、對流傳熱和熱輻射等3種。熱傳導(dǎo)是物質(zhì)內(nèi)部的熱傳輸，是構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子的振動傳播使能量傳輸?shù)默F(xiàn)象。對流傳熱是物質(zhì)表面和周圍氣體、液體或固體的宏觀流形成流動和混合，產(chǎn)生熱傳輸?shù)默F(xiàn)象。熱輻射是物體內(nèi)部所具有的能量以電磁波的形式從其表面放射出，并向周圍傳遞的現(xiàn)象?！　￡P(guān)于物質(zhì)的加熱或冷卻過程，只要給出物質(zhì)表面的對流傳熱及熱輻射的臨界值，通過數(shù)值解析，就能準(zhǔn)確求出。也就是說，要想準(zhǔn)確預(yù)測出加熱和冷卻過程，就必須給出準(zhǔn)確的臨界值。但是，由于決定各傳熱形式的熱物性值、流體模型和相變等熱傳輸量的因素很多，而且在實際的加熱和冷卻過程中，這些傳熱形式很少是單獨存在的，幾乎是一種相互關(guān)聯(lián)、非常復(fù)雜的現(xiàn)象。因此，在對作為對象工序的加熱和冷卻進行大量的傳熱實驗后，對熱傳輸量進行了定量，并給出了計算式，同時根據(jù)現(xiàn)場積累的操作數(shù)據(jù)，開發(fā)了適合各生產(chǎn)工序的最佳加熱和冷卻技術(shù)。　　2．加熱技術(shù)　　在鋼鐵生產(chǎn)工藝中應(yīng)用了許多適合各工序的加熱技術(shù)，但從能量消耗量的大小或嚴(yán)格控制溫度的必要性來看，熱軋工序和連續(xù)退火及浸鍍工序的加熱技術(shù)的發(fā)展值得一提?！　≡跓彳埞ば蛑?，板坯在加熱爐中的放射加熱、薄板坯連接用的感應(yīng)加熱或激光加熱已應(yīng)用于實際。在冷軋鋼板的連續(xù)退火和浸鍍工序中，應(yīng)用了許多加熱技術(shù)，如采用輻射管的放射加熱或使用還原性火焰的對流加熱、利用從廢氣中回收的高溫氣體進行對流加熱和在爐內(nèi)及爐外對鋼板進行感應(yīng)加熱等。加熱能力的大小取決于表面對流或放射產(chǎn)生的熱流束的大小。　　雖然感應(yīng)加熱或激光加熱是一種局部加熱，但它們能在非常大的熱流束(106～107W／m2)下進行加熱。板坯加熱爐的噴嘴火焰產(chǎn)生的放射加熱熱流束可達(dá)1～4105W／m2，連續(xù)退火爐的還原火焰產(chǎn)生的放射及對流加熱熱流束可達(dá)1～3105W／m2，連續(xù)退火爐的輻射管產(chǎn)生的放射加熱熱流束可達(dá)1～5104W／m2，氣體射流產(chǎn)生的對流加熱熱流束可達(dá)1～2104W／m2?！　≡阡撹F生產(chǎn)工序中，雖然熱流束的覆蓋范圍廣，但應(yīng)從冶金學(xué)上所要求的加熱速度的大小、溫度的均勻性、加熱氣氛條件(氧化及還原)、設(shè)備及燃料的經(jīng)濟性和設(shè)備的維護性等各方面綜合考慮后再選擇適宜的加熱方法。以下就鋼鐵生產(chǎn)工藝中的加熱技術(shù)，尤其是近年來引人關(guān)注的加熱技術(shù)進行介紹?！　?．1節(jié)能加熱技術(shù)　　作為鋼鐵生產(chǎn)工藝中的加熱源，主要使用高爐、焦?fàn)t等產(chǎn)生的副產(chǎn)氣體。為實現(xiàn)節(jié)能，重要的是要減少廢氣損失，即盡可能地回收廢氣的熱能，循環(huán)利用于生產(chǎn)工序中。為此，開發(fā)了蓄熱式燒嘴系統(tǒng)，應(yīng)用于板坯加熱爐或冷軋鋼板的連續(xù)退火爐等許多設(shè)備。板坯加熱爐的蓄熱式燒嘴系統(tǒng)由一對交叉燃燒式燒嘴構(gòu)成，每個燒嘴中裝有由陶瓷球或陶瓷蜂窩構(gòu)成的蓄熱體，利用切換閥使空氣和燃燒氣體交叉流入蓄熱體中，由此可通過空氣回收儲存于蓄熱體中的燃燒氣體的顯熱，作為高溫預(yù)熱空氣進行燃燒?！　￠y的切換時間以大約30秒為間隔進行循環(huán)，對于1300℃的爐溫，平均循環(huán)一次就能將空氣預(yù)熱到1100℃。另一方面，廢氣溫度的下降僅大約250℃，可將廢氣熱損失降到最低。大型連續(xù)式板坯加熱爐或連續(xù)退火爐的輻射管燒嘴應(yīng)用蓄熱式燒嘴系統(tǒng)后取得了大幅度節(jié)能的效果，節(jié)能效果比以往普通燒嘴提高20％～25％?！　?．2低污染加熱技術(shù)　　為提高爐子的加熱能力，有效的辦法是提高火焰溫度，但提高火焰溫度會出現(xiàn)NOx增大的問題。尤其是采用蓄熱式燒嘴時，空氣被預(yù)熱到非常高的溫度后會出現(xiàn)高溫燃燒，NOx呈指數(shù)形式增大成為一個課題。為解決這一課題，研究了采用高溫低氧濃度燃燒技術(shù)來提高熱效率和減少NOx發(fā)生量的技術(shù)?！　「鶕?jù)以往的燃燒概念可知，當(dāng)空氣中的氧濃度下降時，火焰的穩(wěn)定性會下降，難以維持穩(wěn)定的燃燒，而且未燃排放物呈增加的趨勢。但是，如果空氣溫度超過1000℃，即使空氣中的氧濃度低于5％，也能穩(wěn)定維持燃燒。采用碳?xì)浠衔锶剂蠒r，如果氧濃度降低到2％左右，火焰會呈現(xiàn)無法觀測到的無焰氧化反應(yīng)狀態(tài)，雖然火焰又長又大，但能持續(xù)穩(wěn)定燃燒。采用普通氧濃度的空氣進行燃燒時，當(dāng)空氣預(yù)熱溫度升高時，NOx發(fā)生量會呈指數(shù)形式增大，但采用高溫低氧濃度燃燒時，NOx的增加比例與溫度的關(guān)系小，即使空氣溫度達(dá)到1150℃，當(dāng)氧濃度下降到5％時，NOx濃度也非常低(大約100ppm)，此時，CO和UHC的排放也幾乎可以忽略不計?！　?．3冷軋鋼板的快速無氧化加熱技術(shù)　　在冷軋鋼板的連續(xù)退火工序中，有采用輻射管的放射加熱方式(下稱輻射管加熱)和采用還原火焰燒嘴的火焰噴流進行對流加熱的方式(下稱直焰加熱)。采用輻射管加熱時，鋼帶的放射率小，另外從金屬管的耐熱使用壽命來看，使用溫度存在極限，因此存在著不能形成大的熱流束的問題。而采用直焰加熱時，它幾乎不受放射率的影響，由于火焰是高速沖撞到鋼板，由此能獲得大的熱流束?！　「鶕?jù)輻射管加熱和直焰加熱的加熱速度比較可知，直焰加熱的加熱速度是輻射管加熱速度的大約4倍。直焰加熱可以使火焰具有還原性，用途很廣，為此開發(fā)了將燃料和空氣分別供給進行燃燒的擴散燃燒式燒嘴和預(yù)先將空氣和燃料進行充分混合后供給的預(yù)混合燃燒式燒嘴。為使火焰具有高的還原性能，從原理上來看，可以說預(yù)混合燃燒式燒嘴具有優(yōu)越性。但是，預(yù)混合燃燒存在著回火的問題，因此空氣預(yù)熱溫度難以提高，難以應(yīng)用于高溫爐。為解決這些問題，開發(fā)了高溫預(yù)熱空氣還原燒嘴。考慮到高溫預(yù)混合氣體的燃燒速度，對氣體流速進行了設(shè)計，并對噴嘴的隔熱和冷卻結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，以便即使在低負(fù)荷燃燒時(負(fù)荷25％)，噴嘴內(nèi)也不會發(fā)生回火。由此可使預(yù)混合式的直焰加熱技術(shù)得以應(yīng)用于實際，其預(yù)熱空氣溫度可達(dá)到400℃，爐溫可達(dá)到1350℃。當(dāng)空氣溫度在400℃時，爐效率為大約59％，與沒有空氣預(yù)熱相比，可節(jié)能大約20％，同時可大幅度縮短爐子的長度?！　?．冷卻技術(shù)　　與加熱技術(shù)一樣，從溫度嚴(yán)格控制的必要性來看，熱軋工序和連續(xù)退火工序的冷卻技術(shù)的發(fā)展值得一提。在熱軋工序中，為提高鋼材的強度、韌性和焊接性等，因此一直在改進水冷卻技術(shù)。在連續(xù)退火工序中，為控制冷軋鋼板的冷卻速度，已應(yīng)用了各種冷卻技術(shù)，如采用氣體射流的對流冷卻、采用輻射管的放射冷卻、采用旋轉(zhuǎn)軋輥的接觸冷卻和水冷卻等?！　?．1水冷卻技術(shù)　　在熱軋工序中，采用水冷控制組織，提高鋼材的強度、韌性和焊接性的材質(zhì)控制工藝TMCP(熱機械控制工藝)在上世紀(jì)80年代由日本率先采用，從此以后