一种连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统及其回收方法
阅读说明：本技术 一种连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统及其回收方法 (Comprehensive recycling system and method for fly ash of continuous injection electric furnace entering furnace ) 是由 周庆子 刘高 朱兴华 江新军 侯玉伟 王海鹏 佘文文 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统及其回收方法,属于固废资源综合利用领域。它包括按除尘灰流向依次排列并连通的电炉系统除尘站、除尘灰仓、输送机一、干燥机、输送机二、粉料搅拌机、喷吹装置和电弧炉,粉料搅拌机还与还原剂料仓连通,电弧炉上方连通电炉烟尘捕集罩,电炉烟尘捕集罩与电炉系统除尘站连通,形成整个除尘灰流向的循环系统；整个循环系统中的除尘灰可循环处理,直至铅、锌等易挥发金属元素经过还原、氧化后重新进入电炉系统除尘站并进行富集至预定的百分比；除尘灰中其他氧化物也融入炉渣中,从而实现有价金属的有效分离并回收利用,提高了电炉除尘灰中金属收得率,同时减少了重金属元素对环境的影响。(The invention discloses a comprehensive recycling system and a recycling method for fly ash of a continuous injection electric furnace entering a furnace, and belongs to the field of comprehensive utilization of solid waste resources. The device comprises an electric furnace system dust removal station, a dust removal ash bin, a first conveyor, a dryer, a second conveyor, a powder stirrer, a blowing device and an electric arc furnace which are sequentially arranged and communicated according to the flow direction of dust removal ash, wherein the powder stirrer is also communicated with a reducing agent bin; the dedusting ash in the whole circulating system can be circularly treated until the volatile metal elements such as lead, zinc and the like are reduced and oxidized and then enter the dedusting station of the electric furnace system again and are enriched to a preset percentage; other oxides in the fly ash are also blended into the furnace slag, so that the effective separation and recycling of valuable metals are realized, the metal yield in the electric furnace fly ash is improved, and the influence of heavy metal elements on the environment is reduced.)
技术领域
本发明属于固废资源综合利用领域，更具体地说，涉及一种连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统及其回收方法。
背景技术
电炉除尘灰是在电弧炉冶炼时烟气被第四孔及除尘罩捕集、经除尘烟道导入布袋除尘器处理收集得到的产物，文献“中国电炉炼钢粉尘处理现状”中提到电炉除尘灰的吨钢产量约为10～20kg。电炉除尘灰作为电炉炼钢生产过程中的副产品，其主要成分是Fe氧化物以及Zn、Pb、Ca、Mg、K、Na等有色金属氧化物，TFe含量达到30％～50％，铅、锌等含量约占5％～15％，具有很高的回收利用价值。电炉除尘灰中重金属含量较高，属于危废产品，为有效利用其中的有价元素同时减少危废排放对环境的危害，目前对电炉灰常用的处理方式是将电炉灰作为烧结球团的原料，烧结球团产品直接进去高炉进行循环利用，但电炉灰中Zn、Pb、K等碱金属元素会造成高度炉壁结瘤，恶化高炉炉况，影响高炉顺行，Pb在炉缸内富集还会影响高炉寿命。
针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN201711386572.8，公开日为2018年6月29日，该专利公开了一种含重金属除尘灰的处理方法，该方法包括：(1)将待处理的含重金属除尘灰与还原剂混合，得到待处理料；(2)在未密闭的空间内，将所述待处理料加热至1800℃以上，得到液态的铁水、无害渣和含铅与锌的混合气态物，所述含铅与锌的混合气态物遇氧气氧化后分离得到氧化锌和氧化铅的混合粉料。该专利的不足之处在于：为了确保含重金属除尘灰与还原剂反应，需建设电弧反应炉产生1800℃的高温，消耗大量能源，不利于低能耗生产；更重要的是，熔炼过程中产生的铅与锌蒸汽遇空气氧化形成的铅、锌氧化物粉体需要经一次重力除尘、降温、二次旋风除尘和布袋除尘收集，整个工艺流程长，后期维护复杂，高温烟气的热量也没有得到很好地利用。
又如中国专利申请号CN201910372126.4，公开日为2019年7月26日，该专利公开了一种电炉布袋除尘灰资源化利用方法，包括以下步骤：a)向电炉布袋除尘灰中加入还原剂、粘结剂以及水，搅拌均匀，放入造球机上进行造球，得到半成品铁碳球；b)将制成的半成品铁碳球自然养护或者在105～110℃环境下干燥；c)将干燥好的铁碳球放入转底还原炉进行加热还原，控制转底还原炉温度在1100～1400℃，保温25～45min后，收集挥发出来的烟尘和还原炉炉渣，收集得到的烟尘作为粗锌产品。该专利的不足之处在于：转底炉内气氛的还原性不高，同时加入粘结剂后成球的致密度较高，球团还原较慢且不充分，都会导致金属化率和脱锌率不高，铁、锌分离效果差；该方法工艺流程长，投资成本较高。
发明内容
1、要解决的问题
本发明目的在于有效利用电炉除尘灰中的有价元素同时减少危废排放对环境的危害，提供一种连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统及其回收方法；本发明是将除尘灰中铁氧化物在还原气氛中被还原成铁液进入钢液中；铅、锌等易挥发金属元素经过还原、氧化后重新进入电炉系统除尘站并进行富集；Ca、Mg等元素以氧化物形式可充当一部分渣料，减少入炉渣料的用量；除尘灰中其他氧化物也融入炉渣中，从而实现有价金属的有效分离并回收利用，提高了电炉除尘灰中金属收得率，同时减少了重金属元素对环境的影响。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统，包括按除尘灰流向依次排列并连通的电炉系统除尘站、除尘灰仓、输送机一、干燥机、输送机二、粉料搅拌机、喷吹装置和电弧炉，所述粉料搅拌机还与还原剂料仓连通，所述电弧炉上方连通电炉烟尘捕集罩，所述电炉烟尘捕集罩与电炉系统除尘站连通，形成整个除尘灰流向的循环系统；整个循环系统中的除尘灰可循环处理，直至铅、锌等易挥发金属元素经过还原、氧化后重新进入电炉系统除尘站并进行富集至预定的百分比；Ca、Mg等元素以氧化物形式可充当一部分渣料，减少入炉渣料的用量；除尘灰中其他氧化物也融入炉渣中，从而实现有价金属的有效分离并回收利用，提高了电炉除尘灰中金属收得率，同时减少了重金属元素对环境的影响。
进一步的技术方案，干燥机还与高温工业废气站或生物质燃料热风炉通过管道连通，从而达到热量能源充分利用的目的。
进一步的技术方案，除尘灰仓还与湿法提Zn装置通过管道连通，直接将富集的Zn元素进行回收再利用。
进一步的技术方案，输送机一和输送机二均为螺旋输送机，输送效率高，成本低；所述干燥机为超细粉滚筒干燥机，对粉料的干燥效率高；所述电弧炉为超高功率电弧炉，可根据要求调节不同的温度要求。
一种连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统的回收方法，步骤为：
步骤一、烘干：将电炉系统除尘站中的除尘灰转入除尘灰仓暂存，再通过输送机一将除尘灰仓中的除尘灰送入干燥机中烘干；
步骤二、混合：烘干后的除尘灰经输送机二转入粉料搅拌机，再将还原剂料仓中还原剂转入粉料搅拌机，在粉料搅拌机内将除尘灰和还原剂混合均匀后转入喷吹装置中；
步骤三、喷吹：在电弧炉的钢液熔池中通入铁水，将混合后的粉料通过喷吹装置高压喷入电弧炉中的铁水中充分反应；
步骤四、循环：充分反应后的除尘灰中的挥发成分被电炉烟尘捕集罩捕集后转入电炉系统除尘站中，形成整个除尘灰流向的循环。
进一步的回收方法，步骤一中，干燥机中热量分别通过高温工业废气站的高温工业废气或生物质燃料热风炉产生的高温烟气提供，温度为150～200℃；步骤二中所述还原剂为碳粉，所配除尘灰中铁含量与碳粉中碳含量重量比为7:1；步骤三中，通入铁水的量为混合后的粉料的40％；所述步骤四中，循环次数为3～4次。
进一步的回收方法，步骤三中，喷吹装置高压的射流介质气体为压缩空气，压力控制在0.6～0.7MPa；粉料喷入量为每吨钢中8～10kg。
进一步的回收方法，步骤四中，除尘灰中锌、铅等元素含量富集到30～35％时，不再进行循环流程，在除尘灰仓暂存后，转运到湿法提Zn装置进行提锌工艺操作。
进一步的回收方法，步骤三中，粉料充分融入熔池参与渣-金界面反应，造泡沫渣，提高炉渣活性，随着熔池温度升高，反应如下：
Fe2O3(s)+3C(s)→2Fe(s)+3CO(g)↑
Fe2O3(s)+3CO(g)→2Fe(s)+3CO2(g)↑
Fe(s)→Fe(l)
ZnO(s)+C(s)→Zn(g)+CO(g)↑
ZnO(s)+Fe(s)→Zn(g)+FeO(s)↑
ZnO(s)+CO(g)→Zn(g)+CO2(g)↑；
还原反应后，除尘灰中铁氧化物在还原气氛中被还原成铁液进入钢液中；易挥发金属元素经过还原、氧化后重新进入电炉烟尘捕集罩进行富集；
除尘灰中Ca、Mg元素主要以氧化物、氢氧化物及碳酸盐形式存在，在熔池中370～700℃时受热可完全分解，反应如下：
CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)↑
MgCO3(s)→MgO(s)+CO2(g)↑
Ca(OH)2(s)→CaO(s)+H2O(g)↑
Mg(OH)2(s)→MgO(s)+H2O(g)↑；
产生的Ca、Mg氧化物的造渣料融入炉渣中。
3、有益效果
(1)本发明的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统，电炉除尘系统收集的除尘灰干燥后与碳粉还原剂按一定比例混匀，无需加粘结剂润湿造球，除尘灰与碳粉接触面积接大，确保入炉后充分反应；
(2)本发明的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统，利用碳粉喷吹装置喷吹除尘灰粉料，充分混匀的粉料经高压喷入反应熔池中，射流充分搅拌熔池，粉料与熔池充分融合，反应迅速，金属收得率高；
(3)本发明的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统，粉料融入熔池后，铁氧化物可提高熔池氧化性，提高熔渣活性，Ca、Mg等氧化物可作为造渣料，对于热装铁水冶炼电炉，可在减少冶炼供氧量和入炉渣料的同时加速冶炼前期脱碳、脱磷进度，缩短冶炼周期提高产能，同时在一定程度上缓解热装铁水冶炼电炉供氧与脱碳、脱磷之间的矛盾；
(4)本发明的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统，利用电炉烟尘捕集罩对粉料中重金属进行富集，粉料铁氧化物在熔池中被充分还原成铁液进入钢液，锌、铅等易挥发金属在熔池中被还原成单质蒸汽重新进入电炉除尘系统，多次循环往复后铅、锌等元素被富集，其含量由5％～15％可富集到30％～35％，富集后的除尘灰可转至有色工艺提取，大大提高了从除尘灰中提取锌、铅的效率；
(5)本发明连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统的回收方法，除尘灰干燥后与碳粉还原剂直接混匀，混匀后以粉状直接喷入电炉熔池内，铅、锌等挥发元素重新进入除尘系统，进行富集；相较已有公知工艺，整个工艺流程短，设备成本投资大大节省。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、电炉系统除尘站；2、除尘灰仓；3、输送机一；4、干燥机；5、输送机二；6、粉料搅拌机；7、还原剂料仓；8、喷吹装置；9、电弧炉；10、电炉烟尘捕集罩；11、湿法提Zn装置；12、高温工业废气站或生物质燃料热风炉。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统，包括按除尘灰流向依次排列并连通的电炉系统除尘站1、除尘灰仓2、输送机一3、干燥机4、输送机二5、粉料搅拌机6、喷吹装置8和电弧炉9，所述粉料搅拌机6还与还原剂料仓7连通，所述电弧炉9上方连通电炉烟尘捕集罩10，所述电炉烟尘捕集罩10与电炉系统除尘站1连通，形成整个除尘灰流向的循环系统；干燥机4还与高温工业废气站或生物质燃料热风炉12通过管道连通，从而达到热量能源充分利用的目的。除尘灰仓2还与湿法提Zn装置11通过管道连通，直接将富集的Zn元素进行回收再利用。输送机一3和输送机二5均为螺旋输送机，输送效率高，成本低；所述干燥机4为超细粉滚筒干燥机，对粉料的干燥效率高；所述电弧炉9为超高功率电弧炉，可根据要求调节不同的温度要求。
本实施例的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统的回收方法，步骤为：
步骤一、烘干：将电炉系统除尘站1中的除尘灰转入除尘灰仓2暂存，再通过输送机一3将除尘灰仓2中的除尘灰送入干燥机4中烘干；
步骤二、混合：烘干后的除尘灰经输送机二5转入粉料搅拌机6，再将还原剂料仓7中还原剂转入粉料搅拌机6，在粉料搅拌机6内将除尘灰和还原剂混合均匀后转入喷吹装置8中；
步骤三、喷吹：在电弧炉9的钢液熔池中通入铁水，将混合后的粉料通过喷吹装置8高压喷入电弧炉9中的铁水中充分反应；粉料融入熔池后，铁氧化物可提高熔池氧化性，提高熔渣活性，Ca、Mg等氧化物可作为造渣料，对于热装铁水冶炼电炉，可在减少冶炼供氧量和入炉渣料的同时加速冶炼前期脱碳、脱磷进度，缩短冶炼周期提高产能，同时在一定程度上缓解热装铁水冶炼电炉供氧与脱碳、脱磷之间的矛盾；
步骤四、循环：充分反应后的除尘灰中的挥发成分被电炉烟尘捕集罩10捕集后转入电炉系统除尘站1中，形成整个除尘灰流向的循环。
本实施例的整个循环系统中的除尘灰可循环处理，直至铅、锌等易挥发金属元素经过还原、氧化后重新进入电炉系统除尘站并进行富集至预定的百分比；Ca、Mg等元素以氧化物形式可充当一部分渣料，减少入炉渣料的用量；除尘灰中其他氧化物也融入炉渣中，从而实现有价金属的有效分离并回收利用，提高了电炉除尘灰中金属收得率，同时减少了重金属元素对环境的影响。
实施例2
本实施例的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统，基本结构同实施例1，应用于一条140t电炉生产线，该电炉生产线配置工程容量140t超高功率电电弧炉，该电弧炉带废钢水平连续加料，电弧炉其特征是平熔池冶炼，尤其是指带废钢预热的水平连续加料电炉，其冶炼周期40～45min，2套容积50m3碳粉喷吹罐，每个碳粉喷吹罐连接一套炉壁氧枪模块，可独立工作。除尘灰由电炉系统除尘站1收集，经抽样检测，除尘灰中主要成分的质量百分含量如下：TFe：45.55％、CaO：7.57％、SiO2：6.46％、Al2O3：1.93％、MgO：6.27％、Zn：6.69％、Pb：0.92％、K：2.15％等，含水量5.00％。
将上述除尘灰通过螺旋输送机连续不断地添加到超细粉滚筒干燥机中，按照吨钢8～10kg除尘灰加入量，干燥机产能不小于2.2t/h，干燥机内通入150～200℃工业废气，干燥40分钟，最终含水量控制在3.0％以下；150～200℃的温度要求，因为灰中含水量较高，需要充分的干燥，才能保证后续跟碳粉混合时能够充分混合，同时往炉内喷吹也需要干燥，防止混合粉末粘贴到管道造成堵塞，200℃即就能保证粉末充分干燥，温度再提高没有必要，造成能源浪费。
干燥后的除尘灰与碳粉还原剂按照7:1的比例一并加入粉料搅拌机6中进行充分混匀，7:1的比例是根据氧化物和碳粉反应平衡取的，氧化物加多了没法完全还原导致电炉烟尘没必要的增多，增加除尘荷载，取小了就是碳粉量多了，多的碳粉喷到炉子中会提高出钢钢水温度，影响正常生产，同时多的碳粉燃烧会产生大量烟气，也会增加除尘风量，除尘荷载增大，只有按照二者反应平衡取的比例，二者能充分反应完全，不增加系统负担；而且，该比例无需加粘结剂润湿造球，除尘灰与碳粉接触面积接大，可确保入炉后充分反应，取得预料不到的技术效果。
将混匀的粉料运至电炉冶炼车间其中一个碳粉喷吹罐内，碳粉中主要为固定碳，约85％左右，10％左右为灰分，还有2％左右的挥发分，开始电弧炉冶炼操作。
电弧炉采用40％热装铁水冶炼工艺，冶炼周期40min，冶炼第4min开始连续加入废钢，冶炼第5min开始兑入铁水，混匀粉料在冶炼第4min时开始喷入，射流介质气体为压缩空气，喷吹压力0.6～0.7MPa，喷吹速度70kg/min，在23min内喷吹完毕，混匀料中的金属氧化物在还原气氛中充分被还原，同时进行脱碳、脱磷冶炼操作；粉料充分融入熔池参与渣-金界面反应，造泡沫渣，提高炉渣活性，随着熔池温度升高，反应如下：
Fe2O3(s)+3C(s)→2Fe(s)+3CO(g)↑
Fe2O3(s)+3CO(g)→2Fe(s)+3CO2(g)↑
Fe(s)→Fe(l)
ZnO(s)+C(s)→Zn(g)+CO(g)↑
ZnO(s)+Fe(s)→Zn(g)+FeO(s)↑
ZnO(s)+CO(g)→Zn(g)+CO2(g)↑；
PbO(s)+C(s)→Pb(g)+CO(g)↑
PbO(s)+Fe(s)→Pb(g)+FeO(s)↑
PbO(s)+CO(g)→Pb(g)+CO2(g)↑
还原反应后，除尘灰中铁氧化物在还原气氛中被还原成铁液进入钢液中；Zn、Pb等易挥发金属元素经过还原、氧化后重新进入电炉烟尘捕集罩10进行富集。
除尘灰中Ca、Mg元素主要以氧化物、氢氧化物及碳酸盐形式存在，在熔池中370～700℃时受热可完全分解，反应如下：
CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)↑
MgCO3(s)→MgO(s)+CO2(g)↑
Ca(OH)2(s)→CaO(s)+H2O(g)↑
Mg(OH)2(s)→MgO(s)+H2O(g)↑；
产生的Ca、Mg氧化物的造渣料融入炉渣中。
粉料中锌、铅等氧化物被还原成单质挥发电炉烟尘捕集罩10捕集后重新进入电炉系统除尘站1，在除尘烟道内冷却过程中与空气接触被氧化成氧化物沉降到除尘灰中，循环利用数次后除尘灰中锌、铅等氧化物被富集，循环次数为4次后，含量达到30～35％，可将此除尘灰运至湿法提Zn装置(11)的冶金工艺流程进行提锌操作。
实施例3
本实施例的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统，基本结构同实施例2，也以一条140t电炉生产线为例，除尘灰由电炉系统除尘站1收集，除尘灰中主要成分的质量百分含量如下：TFe：43.2％、CaO：8.5％、SiO2：4.5％、Al2O3：2.1％、MgO：6.3％、Zn：8.2％、Pb：0.8％、K：2.2％等，含水量5.5％。
将上述除尘灰通过螺旋输送机连续不断地添加到超细粉滚筒干燥机中，按照吨钢10kg除尘灰加入量，干燥机产能不小于2.2t/h，干燥机内通入150～200℃工业废气，干燥40分钟，最终含水量控制在3.0％以下。
干燥后的除尘灰与碳粉还原剂按照7:1的比例一并加入粉料混匀搅拌机中进行充分混匀。
将混匀的粉料运至电炉冶炼车间其中一个碳粉喷吹罐内，开始电炉冶炼操作。
电炉采用100％废钢冶炼工艺，冶炼第4min开始连续加入废钢，同时开始喷入混匀粉料，喷吹压力0.6～0.7MPa，喷吹速度60kg/min，在27min内喷吹完毕，混匀料中的金属氧化物在还原气氛中充分被还原。
粉料中锌、铅等氧化物被还原成单质挥发重新进入电炉除尘系统，在除尘烟道内冷却过程中与空气接触被氧化成氧化物沉降到除尘灰中，循环利用数次后除尘灰中锌、铅等氧化物被富集，循环次数为3次后，含量达到30～35％，可将此除尘灰运至湿法冶金工艺流程进行提锌操作。
本实施例的连续喷吹电炉除尘灰入炉综合回收系统的回收方法，整个回收工艺流程短，设备成本投资大大节省。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
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