含铁尘泥如何处理更经济环保？——富氧热风竖炉处理钢铁厂含铁尘泥工艺探讨

目前，Oxycup工艺在德国、墨西哥、日本和我国都得到了应用。我国太钢建有3个Oxycup竖炉，两个竖炉同时工作，第三个竖炉备用，每个炉子设计碳砖及其他含铁物料处理量为45t/h。

工艺基本原理。Oxycup竖炉冶炼过程主要由3个基本过程组成，即竖炉底部焦炭的燃烧、热量交换和冶金反应，其中底部焦炭的燃烧是Oxycup竖炉冶炼的基础。竖炉炉料分为两个部分，下部为底焦，上部为批料。底焦是指炉身下部装有的一定高度的焦炭，批料是指底焦上部由含铁物料、熔剂、层焦组成的物料。在冶炼过程中所消耗的底焦由料批中的焦炭来补充，使冶炼过程持续进行。

富氧热风经风口吹入底焦，使其燃烧，在风口以上形成由焦炭层氧化带和焦炭层还原带组成的燃烧带，产生高温的炉气，炉气往上与炉料接触，进行激烈的热交换，形成熔化带、直接还原带和预热带。

预热带：Oxycup竖炉加料口温度为200℃～400℃，从加料口到炉身1000℃以上的区域为Oxycup竖炉的预热带。炉料自加入竖炉后，通过与上升炉气的对流传热，逐渐升温，同时发生炉料中水分的蒸发、挥发分的逸出和碳酸盐的分解等反应，炉气的成分基本上不发生变化。同时，预热带内部分金属氧化物会被还原，主要以间接还原为主，但由于反应温度低和反应时间短，还原程度较弱。

直接还原带：Oxycup竖炉直接还原带为竖炉1000℃～1400℃温度区域。该区域可实现含铁炉料中铁等氧化物的快速还原，同时炉料开始熔化。在直接还原带的温度条件下，含铁尘泥中所含的铁、钾、钠、锌和铅等氧化物都能被还原，且反应温度较高，因此在短时间内可实现含铁尘泥中大部分金属氧化物的直接还原。

焦炭层还原带：该区域的特点为高温和缺氧，由焦炭层氧化带生成的部分CO2气体在该层与炽热的焦炭反应，生成CO。炉气的成分不断变化，CO含量自下而上逐渐增加。熔化带贯穿于直接还原带和焦炭层还原带，炉料在直接还原带即开始熔化，降至焦炭层还原带进一步熔化，铁液渗碳，炉渣逐渐形成，使渣、铁分离。

焦炭层氧化带：从风口到风口上方自由氧耗尽处为焦炭层氧化带。在该区域内，炉气成分中的CO2含量由下而上逐渐增加，焦炭层氧化带的上部CO2含量达到最大值，O2含量由最大值降至微量。该区域是Oxycup竖炉中温度最高的区域，温度可达2100℃以上，铁液在该区域急剧过热，造渣过程快速进行，炉渣成分不断变化。

炉缸：Oxycup竖炉风口以下至竖炉底部为炉缸，炉缸内的气氛为还原性气氛，铁液和炉渣成本基本上不再变化，仅在渣、铁界面上进行铁液和炉渣成分的调整和再分配，铁液和炉渣最终排出炉外。由于含铁原料和焦炭中有一定的硫含量，Oxycup竖炉生产的铁液硫含量一般较高，应对铁液进行炉外脱硫处理。

工艺特点。具体而言，Oxycup工艺具有以下特点：

Oxycup工艺使用的造块方法为冷固结球团法，可省去烧结和球团造块工序，减少能耗和降低污染是该工艺的一大优点。同时该造块方法对含铁尘泥原料特性的要求不高，可处理钢铁企业的大部分含铁尘泥。

Oxycup工艺采用的含铁物料是大小为100mm～150mm的六棱柱碳砖，粒度较大，因此碳砖内部传热较差，温度低于碳砖表面，高温下碳砖表面会被还原形成金属层，从而提高球团强度，减少因水泥黏结剂高温失效而造成的粉化现象。

Oxycup竖炉上部料仓的下方有环形炉气集气室，炉顶装料口的压力接近于零，在竖炉冶炼过程中可使炉顶没有烟气放散。该工艺可以回收得到含锌较高的干式除尘灰或湿式污泥，对外销售给制锌厂或者进行高附加值利用。

焦炭层氧化带焦炭燃烧放出大量热量，而焦炭层还原带反应吸收热量，故增大焦炭层氧化带有利于焦炭的高效利用。焦炭粒度适当增大，可使焦炭层氧化带拉长，同时改善炉膛内的燃烧。因此，Oxycup竖炉使用大块的铸造焦，但铸造焦的价格昂贵，导致Oxycup工艺冶炼成本增加。

Oxycup竖炉沿用了冲天炉预热送风与富氧送风的优势，采用富氧热风操作，可大幅度降低焦比，提高风口理论燃烧温度。目前富氧送风已发展为超音速吹氧技术，可将氧气吹到炉子中心，有利于改善竖炉中心燃烧，降低炉壳冷却水温。

Oxycup竖炉的废气中包含较大潜能，回收价值高。该工艺炉顶产生的炉气经冷却后由湿式洗涤器进行除尘，采用换热器对炉气热量进行利用，净化后的煤气可作为燃料，进入厂区的煤气网。利用废气中的物理热与CO的再燃烧对Oxycup竖炉进行预热送风，是Oxycup竖炉节能降耗最合理的途径。

总之，Oxycup工艺在处理钢铁企业含铁尘泥方面具有经济性和环保性等方面的较多优势，对钢铁企业来说具有一定的吸引力。但该工艺若想得到广泛推广和应用，须克服目前存在的造块工序投资成本高、流程复杂、使用大块铸造焦、燃料比高、设备运行周期短、维修工作量大等缺点。