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1、FASTMET经验证的铁钢厂废品料回收利用流程工艺James M.Mc clelland,Jr.P.EManager-Techincal SalesMidresx Technologes,Incorproated2725 Water Ridge ParkwayCharlotte,North Carolina,28217USATel:704-378-3359Fax:704-373-1611E-mail:关键词：FASTMET； 快速熔解 FASTMELT；环形高炉转底炉；直接还原产物；铁氧化物；电炉粉尘；钢厂废料；锌的回收利用。摘要：两个用于回收利用钢铁厂废料的 FASTMET 流程工厂现在已处
2、于商业运作。这些 FASTMET 流程设备正在将钢铁厂废料转变为有用的铁组织产品和有价值的副产品。本文将通过这两个工厂来讨论包括废弃油燃料油处理操作，产品质量，锌的回收利用和排放物的测试等生产运营操作经验。绪论Midrex 科技 技术公司 Inc 和与它的有合作关系的母公司，神户钢铁公司合作，已经开发出了一种以固体炭为基础的还原技术的 FASTMET 流程；: 这种流程可应用于加工铁矿砂石，也可应用于加工含有铁氧化物的材料，比如铁钢厂的废料。将电厂一台电感加热化铁炉添加到 FASTMET 流程就得到了 FASTMELT快速熔化流程-一种生产高质量铁水的经济的方法。许多大多数钢铁厂都正在寻求一种
3、合适的方式来回收利用包括高炉和碱性氧化顶吹转炉的粉尘和、淤泥、 ，细碎的剥落物轧钢皮、 ，以及电弧炉粉尘在内的各种钢铁生产废弃物。电弧炉生产炼钢粉尘的积聚以及对它们的处理已成为了一个世界性课题。电弧炉粉尘的回收利用包含两个方面：一方面是回收利用有价值的资源，回收含铁料来炼钢，回收粗氧化锌用于来造非铁材料回收有色金属；另一方面是降低对环境的污染。从经济与环保两方面来考虑，FASTMET 流程都是一种十分吸引人的电弧炉粉尘回收利用技术。在作为将粉尘回收起来做电弧炉和碱性氧气顶吹转炉的原料方面，这个流程有两个主要目标。一方面个是为了提高含铁氧化物的金属化率，这样可以减轻熔化过程的负担。另一方面是为了
4、提高锌的迁移脱除率，这样可以降低回收回路中锌的浓度。作为对高炉原料，高的压缩抗压强度是必要的，这一点在 FASTMET工艺也可以通过调整粘结剂与原料的配比来实现。经过实验室测试试验和 Koakogawa 示范性工厂的检验试验，FASTMET 流程被证实在粉尘回收方面可成功地提高金属化率和锌的回收率。通过这些测试，得出了建设一座商业化 FASTMET 厂的设计理念。在 新日铁公司的 Nippon Steels Hirobata 工厂 Works，第一座 FASTMET 厂已被建立起来建成、开工，并被交付给新日铁公司 Hirobata 工厂的客户投入商业化生产。而第二座商业化的FASTMET 工厂
5、 的建设也 正在神户公司加古川工厂生产操作中。本文所示的信息和数据均收集于这些最早的商业化 FASTMET 厂的开工与最初的生产运营期间。炼钢废料及相关问题今天，许多钢铁厂都在考虑如何处理生产中的废料。所这些考虑的问题年复一年地积累起来，因此钢铁生产部门厂应采用更积极的行动来寻求解决方案。这些问题包括：1、对含铁废弃物的处理从联合企业得到的无毒废料含有大量有价值的铁、碳元素。掩埋或倾倒？这些样处理废料会增加支出。电炉布袋收尘室粉尘，被美国 EPA 列为一种有毒物质（K061） ，若简单将其倾倒，会对环境造成一系列的危害，在掩埋这些废弃物之前对其进行特殊适当的热处理或热稳定化是很昂贵而且是对有价
6、值资源的浪费。2、终止封闭式定点掩埋 钢铁厂现在大多都将废弃物定点存放几年，甚至是几十年。理论上讲，由于占的土地是免费的，可以降低开支。然而，绝大数地点会被填满，并会使得环保机构的审查更加频繁。On site 是否可以翻译为“厂内”？3、回收利用有价值的铁元素联合企业每吨球团矿要付花费$4050/吨来造球团矿。对于如果使含铁达到典型的 65的含铁品位，可折算为每吨铁元素则这种转变的花费为$6070/吨。如果这些球团矿粉不能再利用，则厂家会损失一笔钱，对于而如果无论是使用直接还原铁为原料的紧凑型钢厂和小厂还是联合钢厂企业都采用直接还原铁作为原料，则不回收利用直接还原铁粉的经济代价是用氧化球团矿的
7、三倍。4、控制钢铁厂原料成本成功的钢铁厂必须持续地降低成本。一种有效的降成本的方式就是处理和回收利用废弃的材料，这样做还可以取消相关的掩埋费用。5、节约投资保护资本 大多数钢厂都限制在生产操作的冶炼工序投资，相反倾向于在下游工序集中投资。一个可能由第三方建设、拥有和运作的现场废料加工厂，使得钢铁厂能够节省投资和避免另外一个冶炼工序操作的责任。6、炼焦厂与烧结厂的环保问题对联合企业的排放物实施更严格的 EPA规则，特别是炼焦厂排放问题是一个主要问题。如果有可行的替代方式，许多厂家都将关闭炼焦厂和烧结厂。对废弃物处理方法问题的解决答案在过去 10 年，Midrex 和 Kobe 厂已经开发出了 F
8、ASTMET 流程，它将帮助钢铁厂解决废弃物的处理问题，FASTMET 通过添加或不添加铁矿砂粉来处理钢铁厂废弃物，将其放入以炭碳作还原剂的转底炉（RHF）炉中，冶炼为金属化的铁。这个流程的产物可以是冷 DRI、热 DRI 和 HBI，或者是铁水，具体是哪种形式取决于最终使用需要。FASTMET 流程的背景20 世纪 60 年代，RHF 炉最先被 Midrex 的前身 Midland Ross Corporation 用于生产直接还原铁，RHF 炉又被称为其名称为“热的快” 。这种快速加热流程包括将铁精矿和煤粉造球，炭粉和球团矿，将球团矿在炉篦子进行炉栅上的干燥球团矿，在转底炉炉中预先前还原的
9、球团矿，然后以及在竖炉冷却器冷炉身中的冷却球团矿。从 19631965 年到 1966 年，这种快速加热流程在明尼苏达州的 Cooley 的一个 2 吨/小时的实验性厂中以 2 吨/小时的测试试验取得成功。与 Heat Fast 开发的此同时，一种由快速加热发展而得到的以天然气作还原剂的直接还原流程Midrex 也得到发展，这种流程可以提供比快速加热更高质量的铁水产品并能降低经营成本（因为当时的天然气价格只有今天的十分之一） 。由于当时天然气流程的经营成本更低，使得快速加热流程的工作被中止并没有被用于商业生产开发。20 世纪 80 年代初，Midrex 对运用 RHF 生产直接还原铁 重新产生
10、兴趣而重现辉煌。多项研究表明，基于美国当时的条件，可以用开发出 RHF 流程生产以较低的价格生产直接还原铁的方法可以以诱人的价格得以发展。然而，气基流程的经济价值效益更加诱人，并且气基流程得到了很好的验证。还有就是，炭煤基还原流程已落后于传统的气基流程。在 20 世纪 90 年代，问题又被再一次提出，进一步的多项研究表证明，RHF炭煤基流程的经济价值是诱人的。基于这种观点，决定继续研发这种流程的商业化技术。以建设可追溯到 20 世纪 60 年代的快速加热的实验性工厂为基础进行建设可追溯到 20 世纪 60 年代，对技术进行了改进，使得改建是为了做出可以提高生产能力，提高产品质量，提高流程适应性
11、和提高流程效率的技术。最后就发展成 FASTMET 流程。Midrex 和 KSL 已经开发出了比 FASTMET 流程更优越的 FASTMELT 流程。它取消了可以使从 RHF 中热排放出来的直接还原铁的热辐射，而是减少并通过重力将直接还原铁装引入电化铁感炉内，这是一个为将热的直接还原铁熔化生产成铁热水而特别设计的熔化室炉，这种铁水就称之为 FASTIRON。FASTMET 流程的发展史20 世纪 60 年代 Midland Ross(Midrex=MIDland Ross Expreimental)开发了 HEAT FAST 流程；从 1965 年到 1966 年，2t/h 的实验性厂在明
12、尼苏达州的 Cooley 建成并投入运营1990 年 Midrex 开始研发 FASTMET 流程1992 年 FASTMET 实验性厂在 Midrex 技术中心建成，2.75m RHF,160kKg/h;1992 年至 1994 年共做了100 多次 的试验 FASTMET 实验性厂在 Midrex 技术中心建成。其经营活动从 1992 年持续到 1994 年。1995 年 8.5m RHF，2.5t/h 的 Kakogawa 示范性工厂在 KSLs Kakogawa 钢铁厂建成，并在 1995 年到 1998 进行了持续的开发型运营。1998 年 Midrex 技术中心安装 电感 电炼铁炉
13、；直接与FASTMET 实验性车间的 RHF 相配套，每小时生产150Kg 150kg 铁水；这个示范性的 FASTMELT 流程成为成功地通过纯氧化铁和钢铁厂废弃物生产出了高炉级质量的铁水2000 年 第一座商业性 FASTMET 工厂（PDPR）在新日铁公司的 Hirobata 厂建成； 21.5m 的 RHF；19.2 万吨转炉污泥和粉尘/年的处理能力；14 万吨热 DRI 和 2250 吨/年粗氧化锌的生产能力。2000 年 3 月 21 日：第一批产品2000 年 4 月：连续操作2000 年 7 月：达产试验结束，操作移交给新日铁2000 年 7 月：连续操作达一年，典型的金属化率
14、91.9，锌回收率 94，热 DRI 的送料温度大于1000，全年的作用率大于 90。2001 年 在 KSL 加古川钢厂的第二个商业化 FASTMET 工厂，8.5m 的 RHF；1.4 万吨转炉污尘、电炉尘和轧钢废料/年的处理能力；废燃料油；产品是 1.4 万吨 DRI 和1400 吨/年粗氧化锌的生产能力。2001 年 5 月：工厂开工FASTMET 流程概况FASTMET 流程将氧化铁球团矿炉料、粉矿和钢铁厂废料转变为有用的金属铁。 ，如果需要，使用煤粉或其它的含碳材料可作为还原剂。最终产物直接还原铁可以被热压成块被加热成热 DRI，作为热态 DRI 再被送入中转换容器；如果需要冷 D
15、RI，也可将它进行冷却后，或者直接送入电 化铁感炉（EIF）以炼出FASTIRON。表图 2 是关于 FASTMET/FASTMELT 流程的流程图：图 2 FASTMET/FASTMELT 的流程图在操作过程中，如果原料是如纯矿石， 、精矿粉和煤粉在装入 RHF 炉之前要经过烧结制成球团并经过干燥后，被以单层形式送入在 RHF 炉中炉料被铺成一层。当万一这些原料是钢铁厂废料，则它们首先应被压块。经过压块可以提供更多的灵活性适应性好的原料，并减少对这些原料的碾磨需求，而且不必要对生压块进行干燥还可以减少对未培烧的块矿加热的需求。这些压块矿在 RHF 中也是铺成一层也是经过单捻被送入炉中（见图
16、3） 。图 3 转底炉的简化纵剖面图和俯视图随着炉膛的旋转，这些压块矿被 RHF 炉中加热到高达 1300 摄氏度以上的温度通过辐射加热，使得铁氧化物被还原成金属铁。铁氧化物的还原过程基本上是在固体状态下由固定 C 与 Fe3O4 或 Fe2O3 反应生成金属铁（Fe 0）和固态维氏体（Fe0.95O） ，同时释放而 C 则被氧化成 CO 和 CO2 气体。部分单质炭碳则会固溶到金属铁中形成碳化铁素体（Fe3C） 。钢铁厂废料中的锌氧化物、铅氧化物和其它具有挥发性的金属氧化物也将在此过程中被还原成金属单质或被蒸发。这些金属蒸汽在从烟道出炉之前又将被烟气氧化。炉料在炉内的停留时间在 6 到 10 分钟。这个停留时间的不同取决于物料的种类金属的生产方法、压矿块的尺寸大小，以及其它因素。在这段停留时间里，85%到 95%的铁氧化物会被还原成金属铁。FASTMET 流程中的快速还原和高还原率速度归功于高的还原温度，高的热交换率速度，以及炭
