導(dǎo)讀：富氧熱風(fēng)豎爐工藝(Oxycup工藝)是目前熔融還原法循環(huán)利用含鐵塵泥物料并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的代表之一。
　　
　　鋼鐵企業(yè)含鐵塵泥主要來(lái)自于燒結(jié)、球團(tuán)、高爐、轉(zhuǎn)爐和軋制等各工序的除塵和廢水治理工藝，一般TFe含量為30%～70%，同時(shí)含有一定量的碳和有害元素。在傳統(tǒng)的高爐—轉(zhuǎn)爐鋼鐵生產(chǎn)流程中，含鐵塵泥的產(chǎn)生量為鋼產(chǎn)量的10%左右，對(duì)我國(guó)含鐵塵泥進(jìn)行資源化回收利用意義重大。
　　
　　含鐵塵泥處理的主要工藝
　　
　　含鐵塵泥處理工藝主要分為物理法處理工藝、濕法處理工藝、火法處理工藝及含鐵塵泥高附加值利用。目前鋼鐵工業(yè)主要采用火法工藝對(duì)含鐵塵泥予以處理和回收利用，主要方法有燒結(jié)法、球團(tuán)法、粉塵噴吹法、直接還原法、熔融還原法和造塊返回?zé)掍摲ā?br />　　
　　作為原料直接配入燒結(jié)、球團(tuán)料的方法zui為簡(jiǎn)單，能一定程度上實(shí)現(xiàn)鐵資源的回收利用，具有投入少、見(jiàn)效快、無(wú)須改變?cè)泄に嚨葍?yōu)點(diǎn)，但存在配料、混合困難等問(wèn)題，且會(huì)造成有害元素的循環(huán)和富集，給高爐帶來(lái)危害。
　　
　　粉塵噴吹法主要是將含鐵、含碳粉塵以一定比例混合噴吹到高爐或其他熔融爐中代替部分原料進(jìn)行循環(huán)回收利用，從而達(dá)到降低煉鐵生產(chǎn)成本的目的。該方法對(duì)噴吹物料有相當(dāng)高的技術(shù)要求，而且其處理量不大，應(yīng)用受到了一定的限制。
　　
　　將含鐵塵泥造塊返回?zé)掍摴に?，用作煉鋼冷卻劑是含鐵塵泥資源化利用的又一途徑，目前國(guó)內(nèi)外許多企業(yè)已使用這種方法。該方法可充分利用粉塵中的FeO和CaO，代替部分造渣劑和冷卻劑，而且對(duì)粉塵強(qiáng)度要求不高，可降低煉鋼石灰和鋼鐵材料消耗，從而降低煉鋼成本，但該方法不適合處理低品位、高碳、高堿粉塵。
　　
　　直接還原法和熔融還原法能處理鋼鐵企業(yè)大部分含鐵塵泥，不僅能有效利用塵泥中的鐵、碳和CaO等物質(zhì)，同時(shí)還可脫除塵泥中Pb、Zn、S等有害雜質(zhì)，生產(chǎn)金屬化球團(tuán)和鐵水，具有較好的處理效果。
　　
　　轉(zhuǎn)底爐是目前比較受關(guān)注的用于處理各鋼廠含鋅、鉛粉塵的快速直接還原裝置。該工藝將含鐵塵泥通過(guò)混合—配料—成型—轉(zhuǎn)底爐直接還原等工序脫除鉛、鋅等有害元素，得到直接還原鐵，可返回鋼鐵生產(chǎn)流程使用。其優(yōu)勢(shì)在于處理效率高，處理能力適中，對(duì)能源要求不是很高，可以直接用鋼鐵廠的副產(chǎn)煤氣作為熱源，能夠很好地回收含鐵塵泥中的鐵、鋅、鉛等金屬。其缺點(diǎn)包括爐膛高、料層薄、能源利用效率不高等，還有待進(jìn)一步研究和完善。
　　
　　富氧熱風(fēng)豎爐工藝(Oxycup工藝)是目前熔融還原法循環(huán)利用含鐵塵泥物料并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的代表之一。該工藝的金屬收得率高，處理含鐵物料的范圍廣，生產(chǎn)鐵水可直接用于煉鋼，不需要燒結(jié)機(jī)，環(huán)保效果相對(duì)較好。但該工藝冶煉過(guò)程須使用大塊的鑄造焦，影響到其運(yùn)行成本，同時(shí)也存在設(shè)備運(yùn)行周期短等缺點(diǎn)。
　　
　　鋼鐵企業(yè)含鐵塵泥資源化利用的發(fā)展方向是含鐵塵泥的集中化處理，應(yīng)按含鐵塵泥的基礎(chǔ)特性對(duì)其進(jìn)行綜合分類和管理。同時(shí)資源化利用方式應(yīng)能夠達(dá)到一定的規(guī)模和效率，才能實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)各工序產(chǎn)生的全部含鐵塵泥的回收利用。因此，富氧熱風(fēng)豎爐工藝是未來(lái)我國(guó)含鐵塵泥資源化利用較為理想的工藝之一。
　　
　　富氧熱風(fēng)豎爐處理含鐵塵泥的特點(diǎn)
　　
　　工藝概況及流程。富氧熱風(fēng)豎爐工藝即Oxycup工藝，源自于沖天爐冶煉鑄鐵工藝，其工藝流程主要包括原料收集、配料混料、壓塊、硬化干燥和豎爐熔煉等過(guò)程。
　　
　　含鐵塵泥和固廢須要造塊，以滿足豎爐冶煉過(guò)程對(duì)透氣性的要求。Oxycup工藝采用冷固結(jié)球團(tuán)法進(jìn)行造塊，用于壓塊的含鐵物料為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種含鐵塵泥，還原劑主要有焦粉、無(wú)煙煤等，黏結(jié)劑主要使用水泥。將含鐵物料、還原劑、黏結(jié)劑和水充分混合，經(jīng)過(guò)壓球機(jī)壓制成大小為100mm～150mm的六棱柱碳磚，養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，碳磚具有一定的強(qiáng)度，便可送往Oxycup豎爐冶煉。
　　
　　Oxycup工藝的主體裝置是一個(gè)富氧熱風(fēng)化鐵豎爐。Oxycup工藝的熱量來(lái)源為豎爐底部焦炭的燃燒，可為豎爐提供熔煉的熱量，完成含鐵物料的預(yù)熱、還原、熔化、渣鐵分離和過(guò)熱。
　　
　　含鐵塵泥球團(tuán)、廢鋼、渣鋼、焦炭、熔劑等冶煉原料由爐頂料倉(cāng)加入豎爐，進(jìn)行高溫冶煉。富氧熱風(fēng)由豎爐下部的風(fēng)口吹入爐內(nèi)，使豎爐下部的焦炭燃燒，放出熱量，產(chǎn)生高溫?zé)煔?，爐料與熾熱的焦炭和高溫爐氣接觸，進(jìn)行激烈的熱交換，完成含鐵物料的預(yù)熱、還原、熔化、渣鐵分離等冶金過(guò)程，zui終生成鐵水、爐渣和煤氣。鐵水采用虹吸的方式排出爐外，經(jīng)預(yù)處理后由鐵水罐送往煉鋼車間或鑄造成塊;采用?；b置處理爐渣，將出渣口流出的爐渣用水急冷，爐渣被破碎，隨水流流至沉降池，可作為建筑材料或進(jìn)行其他綜合利用;煤氣經(jīng)濕式凈化后可作為豎爐空氣預(yù)熱燃料或并入煤氣管網(wǎng)，煤氣凈化產(chǎn)生的粉塵或污泥含鋅量較高，可外售給制鋅廠或進(jìn)一步進(jìn)行高附加值利用。
　　
　　目前，Oxycup工藝在德國(guó)、墨西哥、日本和我國(guó)都得到了應(yīng)用。我國(guó)太鋼建有3個(gè)Oxycup豎爐，兩個(gè)豎爐同時(shí)工作，第三個(gè)豎爐備用，每個(gè)爐子設(shè)計(jì)碳磚及其他含鐵物料處理量為45t/h。
　　
　　工藝基本原理。Oxycup豎爐冶煉過(guò)程主要由3個(gè)基本過(guò)程組成，即豎爐底部焦炭的燃燒、熱量交換和冶金反應(yīng)，其中底部焦炭的燃燒是Oxycup豎爐冶煉的基礎(chǔ)。豎爐爐料分為兩個(gè)部分，下部為底焦，上部為批料。底焦是指爐身下部裝有的一定高度的焦炭，批料是指底焦上部由含鐵物料、熔劑、層焦組成的物料。在冶煉過(guò)程中所消耗的底焦由料批中的焦炭來(lái)補(bǔ)充，使冶煉過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。
　　
　　富氧熱風(fēng)經(jīng)風(fēng)口吹入底焦，使其燃燒，在風(fēng)口以上形成由焦炭層氧化帶和焦炭層還原帶組成的燃燒帶，產(chǎn)生高溫的爐氣，爐氣往上與爐料接觸，進(jìn)行激烈的熱交換，形成熔化帶、直接還原帶和預(yù)熱帶。
　　
　　預(yù)熱帶：Oxycup豎爐加料口溫度為200℃～400℃，從加料口到爐身1000℃以上的區(qū)域?yàn)镺xycup豎爐的預(yù)熱帶。爐料自加入豎爐后，通過(guò)與上升爐氣的對(duì)流傳熱，逐漸升溫，同時(shí)發(fā)生爐料中水分的蒸發(fā)、揮發(fā)分的逸出和碳酸鹽的分解等反應(yīng)，爐氣的成分基本上不發(fā)生變化。同時(shí)，預(yù)熱帶內(nèi)部分金屬氧化物會(huì)被還原，主要以間接還原為主，但由于反應(yīng)溫度低和反應(yīng)時(shí)間短，還原程度較弱。
　　
　　直接還原帶：Oxycup豎爐直接還原帶為豎爐1000℃～1400℃溫度區(qū)域。該區(qū)域可實(shí)現(xiàn)含鐵爐料中鐵等氧化物的快速還原，同時(shí)爐料開(kāi)始熔化。在直接還原帶的溫度條件下，含鐵塵泥中所含的鐵、鉀、鈉、鋅和鉛等氧化物都能被還原，且反應(yīng)溫度較高，因此在短時(shí)間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)含鐵塵泥中大部分金屬氧化物的直接還原。
　　
　　焦炭層還原帶：該區(qū)域的特點(diǎn)為高溫和缺氧，由焦炭層氧化帶生成的部分CO2氣體在該層與熾熱的焦炭反應(yīng)，生成CO。爐氣的成分不斷變化，CO含量自下而上逐漸增加。熔化帶貫穿于直接還原帶和焦炭層還原帶，爐料在直接還原帶即開(kāi)始熔化，降至焦炭層還原帶進(jìn)一步熔化，鐵液滲碳，爐渣逐漸形成，使渣、鐵分離。
　　
　　焦炭層氧化帶：從風(fēng)口到風(fēng)口上方自由氧耗盡處為焦炭層氧化帶。在該區(qū)域內(nèi)，爐氣成分中的CO2含量由下而上逐漸增加，焦炭層氧化帶的上部CO2含量達(dá)到zui大值，O2含量由zui大值降至微量。該區(qū)域是Oxycup豎爐中溫度zui高的區(qū)域，溫度可達(dá)2100℃以上，鐵液在該區(qū)域急劇過(guò)熱，造渣過(guò)程快速進(jìn)行，爐渣成分不斷變化。
　　
　　爐缸：Oxycup豎爐風(fēng)口以下至豎爐底部為爐缸，爐缸內(nèi)的氣氛為還原性氣氛，鐵液和爐渣成本基本上不再變化，僅在渣、鐵界面上進(jìn)行鐵液和爐渣成分的調(diào)整和再分配，鐵液和爐渣zui終排出爐外。由于含鐵原料和焦炭中有一定的硫含量，Oxycup豎爐生產(chǎn)的鐵液硫含量一般較高，應(yīng)對(duì)鐵液進(jìn)行爐外脫硫處理。
　　
　　工藝特點(diǎn)。具體而言，Oxycup工藝具有以下特點(diǎn)：
　　
　　Oxycup工藝使用的造塊方法為冷固結(jié)球團(tuán)法，可省去燒結(jié)和球團(tuán)造塊工序，減少能耗和降低污染是該工藝的一大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該造塊方法對(duì)含鐵塵泥原料特性的要求不高，可處理鋼鐵企業(yè)的大部分含鐵塵泥。
　　
　　Oxycup工藝采用的含鐵物料是大小為100mm～150mm的六棱柱碳磚，粒度較大，因此碳磚內(nèi)部傳熱較差，溫度低于碳磚表面，高溫下碳磚表面會(huì)被還原形成金屬層，從而提高球團(tuán)強(qiáng)度，減少因水泥黏結(jié)劑高溫失效而造成的粉化現(xiàn)象。
　　
　　Oxycup豎爐上部料倉(cāng)的下方有環(huán)形爐氣集氣室，爐頂裝料口的壓力接近于零，在豎爐冶煉過(guò)程中可使?fàn)t頂沒(méi)有煙氣放散。該工藝可以回收得到含鋅較高的干式除塵灰或濕式污泥，對(duì)外銷售給制鋅廠或者進(jìn)行高附加值利用。
　　
　　焦炭層氧化帶焦炭燃燒放出大量熱量，而焦炭層還原帶反應(yīng)吸收熱量，故增大焦炭層氧化帶有利于焦炭的利用。焦炭粒度適當(dāng)增大，可使焦炭層氧化帶拉長(zhǎng)，同時(shí)改善爐膛內(nèi)的燃燒。因此，Oxycup豎爐使用大塊的鑄造焦，但鑄造焦的價(jià)格昂貴，導(dǎo)致Oxycup工藝冶煉成本增加。
　　
　　Oxycup豎爐沿用了沖天爐預(yù)熱送風(fēng)與富氧送風(fēng)的優(yōu)勢(shì)，采用富氧熱風(fēng)操作，可大幅度降低焦比，提高風(fēng)口理論燃燒溫度。目前富氧送風(fēng)已發(fā)展為超音速吹氧技術(shù)，可將氧氣吹到爐子中心，有利于改善豎爐中心燃燒，降低爐殼冷卻水溫。
　　
　　Oxycup豎爐的廢氣中包含較大潛能，回收價(jià)值高。該工藝爐頂產(chǎn)生的爐氣經(jīng)冷卻后由濕式洗滌器進(jìn)行除塵，采用換熱器對(duì)爐氣熱量進(jìn)行利用，凈化后的煤氣可作為燃料，進(jìn)入廠區(qū)的煤氣網(wǎng)。利用廢氣中的物理熱與CO的再燃燒對(duì)Oxycup豎爐進(jìn)行預(yù)熱送風(fēng)，是Oxycup豎爐節(jié)能降耗zui合理的途徑。
　　
　　總之，Oxycup工藝在處理鋼鐵企業(yè)含鐵塵泥方面具有經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面的較多優(yōu)勢(shì)，對(duì)鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)具有一定的吸引力。但該工藝若想得到廣泛推廣和應(yīng)用，須克服目前存在的造塊工序投資成本高、流程復(fù)雜、使用大塊鑄造焦、燃料比高、設(shè)備運(yùn)行周期短、維修工作量大等缺點(diǎn)。