Введение. Пыль дуговой сталеплавильной печи (ДСП) большей частью состоит из оксидов железа и может быть возвращена в производственный цикл. Однако из-за накопления в ней щелочей и тяжелых металлов (в основном цинка и свинца) прямой возврат ухудшает условия работы агрегата.

Разработаны и применяются промышленные и пилотные пиро-, гидрометаллургические и гибридные технологические процессы переработки сталеплавильной пыли. Пирометаллургические методы предусматривают отделение цинка и свинца и получение железосодержащих продуктов различной степени восстановления (чугун, железистый плавленый шлак или спек). В гидрометаллургических процессах могут применяться методы совместного или селективного извлечения металлов.

Наиболее эффективны высокопроизводительные пирометаллургические процессы, для которых объем перерабатываемого сырья составляет 50 тыс. т и более. В то же время зачастую объем образования пыли на отдельном предприятии меньше, чем минимально необходимый для обеспечения окупаемости такого процесса.

Авторы проанализировали информацию о промышленно реализованных процессах переработки пыли ДСП и на основе сравнения их производительности и применимости получаемых продуктов обосновали выбор эффективного варианта организации процесса для условий современного мини-завода.

Высокопроизводительные процессы переработки пыли ДСП. Это вельц-процесс, FASTMET, FASTMELT, Oxycup, PRIMUS, Paul Wurth, отличающиеся типом используемого агрегата (вращающаяся печь, кислородная вагранка, многоподовая печь в комплексе с плавильной печью).

Наиболее распространен вельц-процесс. Перерабатываемую пыль в виде сырых окатышей загружают во вращающуюся печь. Цинк и свинец восстанавливаются углеродом, испаряются и вместе с отходящим газом удаляются из печи. Технология испытана в производственных условиях и признана наилучшей доступной технологией. Продукт процесса — сырой оксид цинка, который перерабатывают на цинковых заводах. Образующиеся в печи шлаки полностью инертны, однако содержащееся в пыли железо теряется безвозвратно.

Компания Мидрекс имеет успепшьгй опыт переработки пыли ДСП с использованием процессов FASTMET, FASTMELT. По сути FASTMELT представляет собой процесс FASTMET, дополненный электропечью (EIF) для производства чугуна из железа прямого восстановления FASTMET DRI. Процесс обеспечивает восстановление железа и самоокупаемость при большой производительности — не менее 200 тыс. т пыли ДСП в год.

Шахтная печь процесса Oxycup (Kuttner, Германия) представляет собой кислородную вагранку. Процесс состоит в соединении оксидов из сыпучих отходов с коксовым восстановителем; это соединение формуется в кирпичи (называемые C-кирпичами), которые загружают в шахтную печь вместе с другими железосодержащими побочными продуктами, коксом и флюсами. Горячий металл и шлак выплавляются непрерывно и проходят через разделитель металла и шлака; затем горячий металл направляют для дальнейшей обработки, а шлак — в систему кристаллизации. Содержащийся в оксидах цинк переходит в летучее состояние и удаляется из печи с колошниковым газом. Чугун используют в основных агрегатах. Производительность печи не менее 200 тыс. т в год.

Процесс PRIMUS, Paul Wurth предусматривает использование двух агрегатов: установки предварительного восстановления — многоподовой печи и плавильной печи (восстановление, удаление цинка, плавление, науглероживание, формирование шлака и десульфурация). Продукты переработки пыли — сырой оксид цинка, чугун и инертный шлак.

Процессы для переработки небольших объемов (до 50 тыс. т) пыли ДСП. Фирма Siemens VAI Metals Technologies GmbH&Co Linz/Austria адаптировала для переработки пыли ДСП широко опробованную в цветной металлургии технологию CONTOP (рис. 1).

Рис. 1. Плавильный циклон:
а — схема; б — циклон, установленный на Harzer Zink GmbH, Goslar

Процесс обработки пыли (и/или измельченного лома) ведут в очень компактном водоохлаждаемом циклоне при высокой температуре для испарения цинка и получения жидкого шлака. Цинк удаляется вместе с газами, сжигаемыми в процессе, и собирается в фильтре в виде сырого оксида. Твердый шлак экологически безопасен, и его можно использовать для различных целей. Однако все содержащееся в пыли железо переходит в шлак. Достоинство процесса — использование теплоты циклона и отходящих газов для выработки пара.

Экологически безопасный процесс D.S.M. (Daido Special Method of Dust Slag Melting) разработан японскими инженерами. Его концепция — использовать оксид железа в пыли ДСП и CaO, SiO₂ в восстановленном шлаке. Порошки пыли и восстановленного шлака подают в специальную топливно-кислородную горелку. Непрерывно вдуваемые в пламя, они полностью расплавляются благодаря высокой температуре. Поскольку углерод создает восстановительную атмосферу, цинк пыли восстанавливается, испаряется и собирается в фильтре. Расплавленный шлак периодически выпускается. Достоинства и недостатки процесса те же, что и в предыдущем случае.

Патентованный процесс PIZO — единственный непрерывный одностадийный процесс, осуществляемый в канальной индукционной печи (рис. 2), который позволяет перерабатывать пыль ДСП с получением сырого оксида цинка, чугуна и шлака.

Рис. 2. Внешний вид печи процесса PIZO

В настоящее время процесс PIZO проходит промышленное опробование. По результатам работы пилотной установки, он обеспечивает переход 95 % железа в чугун. Содержание цинка в сыром оксиде цинка 65—70 %, что выше, чем в продукте вельц-процесса.