电弧炉粉尘回收装置以及方法
【专利摘要】本技术提供了一种用于回收电弧炉（EAF）粉尘的示意性装置以及使用相关装置的方法。该装置具有联接至分离空间的热控制区域，并且包括至少一个磁体和冷却区域。热控制区域在足以将至少一些EAF粉尘转化成气态锌和一种或多种附加金属的混合物的温度下操作。磁体从气态锌和一种或多种附加金属的混合物中分离富含铁的材料，并且冷却区域冷凝气态锌。
【专利说明】电弧炉粉尘回收装置以及方法
技术背景
[0001]下面的描述被提供以帮助读者理解。所提供的信息或所引用的参考文献均不被承认为现有技术。
[0002]在电弧炉(EAF)中生产钢，这通常会导致每生产一吨钢有大约15至20公斤的有毒重金属粉尘的副产品。EAF粉尘已经被美国环境保护署列为有害废物并且是美国境内产生的量最大的有害废物。2007年在美国境内通过美国的炼钢电弧炉产生了大约一百万吨EAF粉尘。
[0003]已经开发了各种EAF粉尘回收方法，导致了与EAF粉尘回收相关的新型产业的发展。目前每年在美国境内回收的EAF粉尘多于750，000吨。诸如威尔兹回转窑工艺的各种回收工艺用于从EAF粉尘中回收锌、不锈钢添加剂和富含铁渣的废料。然而，传统的EAF粉尘回收工艺需要大量的EAF粉尘，并且因此在现场利用传统尺寸的电弧炉实施这样的工艺通常不具有成本效益。因此，钢铁生产企业通常必须需要额外的花费将他们的EAF粉尘运离现场以进行回收和/或处理。
【发明内容】
[0004]本技术包括用于回收电弧炉(EAF)粉尘的示意性方法。本方法包括:在热控制区域内对EAF粉尘的温度进行控制，从而使得EAF粉尘的温度足以将EAF粉尘的至少一部分转化成气态锌和一种或多种附加金属的混合物，该一种或多种附加金属包括富含铁的材料和不锈钢添加剂。该方法还包括:从气态锌和一种或多种附加金属的混合物中以磁性的方式分离富含铁的材料，将气态锌引导至冷却区域，以及在冷却区域中冷凝气态锌。
[0005]本技术提供了一种示意性的EAF粉尘回收装置。该装置包括热控制区域和分离空间。热控制区域被构造成控制EAF的温度，以将EAF粉尘的至少一部分转化成气态锌和一种或多种附加金属的混合物，该一种或多种附加金属包括富含铁的材料和不锈钢添加剂。该分离空间联接至热控制区域并且包括至少一个磁体和冷却区域。该至少一个磁体被构造成用于从气态锌和一种或多种附加金属的混合物中以磁性的方式分离富含铁的材料。冷却区域被构造成用于冷凝气态锌。
[0006]本技术还提供了一种用于回收EAF粉尘的示意性的装置。该装置包括用于控制EAF粉尘的温度以生产气态锌和一种或多种附加金属的混合物的温度控制机构、用于从气态锌和一种或多种附加金属的混合物中以磁性的方式分离富含铁的材料的分离机构以及用于冷凝气态锌的冷凝机构。
[0007]前面的概述仅仅是示意性的并且不是旨在以任何方式进行限定。除了上述示意性的方面、实施方式和特征外，其他的方面、实施方式和特征将通过参照下面的附图和详细的说明而变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]本公开的前述特征和其它特征通过下面的描述和附带的权利要求，并结合附图将变得更加明显。应理解的是，这些附图仅描述了关于本公开的几个实施方式，并且因此不被考虑为用于限制本公开的范围，本公开将利用附加的特征和细节通过使用附图进行描述。
[0009]图1描述了一种根据示意性的实施方式的电弧炉粉尘回收装置。
[0010]图2描述了根据示意性的实施方式的用于回收EAF粉尘的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011]在下面的具体描述中参照形成该描述一部分的附图。在附图中，类似的符号通常指定类似的部件，除非上下文另有说明。在具体描述、附图和权利要求中描述的示意性的实施方式并不是为了限制。在不背离本文呈现的主题的精神和范围的情况下，可以使用其他实施方式，并且可以进行其他改变。应该理解的是，如本文一般描述的以及附图中所描述的本公开的方面可以被布置、替换、组合以及设计成多种不同的构造，所有这些都被明确考虑，并成为本公开的一部分。
[0012]各种传统的回收工艺用于从EAF粉尘中回收锌、不锈钢添加剂和富含铁渣的废料。这种工艺已经包括玻璃化工艺，、湿法冶金工艺、火法冶金工艺和粉尘工艺。然而，为了使传统的EAF粉尘回收工艺具有经济可行性，这种工艺通常需要EAF粉尘的加载量的数量级为数吨。此外，这种工艺需要非常大型的专用炉具来处理这些大的加载量。因此，在传统尺寸的炼钢电弧炉情况下执行这种工艺通常不具有成本效益。
[0013]本文所描述的是用于在尺寸较小的情况下回收EAF粉尘的示意性的方法和装置，从而允许在生产钢的同时在现场进行EAF粉尘回收。这种方法和装置允许EAF粉尘的大小数量级为公斤，从而来代替吨，并且不需要使用大型炉具来加热EAF粉尘。在实施方式中，这种装置包括热控制区域，其构造成用于控制EAF的温度，以将EAF粉尘转化成多种气态和固体成分的混合物。联接至热控制区域的分离空间被构造用于接收和分离EAF粉尘的多种成分。分离空间可以包括吸引和分离EAF粉尘的富含铁的成分的磁体和用于冷却和冷凝EAF粉尘的气态成分的冷却区域。
[0014]图1描述了根据示意性的实施方式的EAF粉尘回收装置100。EAF粉尘回收装置100包括输入部分110，该输入部分构造成用于接收待被回收的EAF粉尘材料115。在一种实施方式中，EAF粉尘材料115在诸如氢气或一氧化碳气体的还原气氛中提供。在另选的实施方式中，还原气氛可以包括游离氨或其他任何对于本领域技术人员已知的被构造成用于移除氧气的气氛。此外，可以有选择性地在将还原气氛和EAF粉尘材料115输入至输入部分110中之前，将诸如碳粉或其他任何对于本领域技术人员已知的合适的还原剂的附加还原剂加入其中。
[0015]在另一实施方式中，EAF粉尘材料115可以根据指定钢的化学成分是PH值平衡的。这样的PH值平衡允许诸如金属盐的腐蚀性的微量元素(通常与现代化的微型工厂所使用的再生钢材相关联)被中和。这种PH平衡操作可以包括如本领域技术人员已知的EAF粉尘材料115的气态中和过程或PH值平衡。在一种实施方式中，PH值平衡可以通过将EAF粉尘材料115与诸如硼酸盐缓冲溶液、磷酸盐缓冲溶液或如本领域技术人员已知的任何其他的缓冲溶液的缓冲溶液混合来实现。
[0016]在一种实施方式中，输入部分110可以联接至从炉105出来的输出流，从而使得由炉105生产的EAF粉尘材料直接被引导至EAF粉尘回收装置100的输入部分110。根据这样的实施方式，由炉105生产的EAF粉尘材料可以主要包括具有少量固体颗粒的被加热的电弧炉气体。在另一实施方式中，输入部分110可以不直接联接至炉的输出流，而是可以构造成用于接收被冷却的EAF粉尘材料。
[0017]输入部分110联接至热控制区域160，使得热控制区域160可以接收来自输入部分110的EAF粉尘材料115。在一种实施方式中，热控制区域160通过处理管件或管道联接至输入部分110。处理管件或管道通常可以具有任意直径，这可根据待被处理的EAF粉尘材料的所希望的量进行改变。例如，管道可以具有大约I厘米(cm)至大约IOcm的直径。在另选的实施方式中，根据系统的具体设计需求，管道可以具有超出该尺寸范围的直径。管件的尺寸可以根据每个特定的EAF粉尘回收装置100的需求，基于预期的EAF粉尘的批量大小进行修改。在一种实施方式中，处理管件可以包括诸如陶瓷或砖的耐热金属，以允许高温操作。处理管件可以包括诸如高岭棉的绝缘材料，并可以利用安全护罩或周侧护边来防止人员接触或受伤。在一种实施方式中，热控制区域160定位在炉105附近以避免不必要的热损失。在一种实施方式中，处理管件可以具有大约75米的长度。在另选的实施方式中，处理管件可以具有从大约I米至几百米的长度。
[0018]在另选的实施方式中，热控制区域160被构造成用于控制EAF粉尘材料115的温度，从而使得EAF粉尘材料115的至少一部分被转化成气态和固体成分的适当的混合物。热控制区域160的特定尺寸还可以根据每个特定的EAF粉尘回收装置100的需求，基于预期的EAF粉尘的批量大小和混合进行变化。大的批量大小和高流动速率需要大尺寸的热控制区域160，而小的批量大小和低流动速率允许小尺寸的热控制区域160。在一种实施方式中，热控制区域160包括直径约为IOcm长度约为75cm的管件。管件的直径和长度可以根据流动速率变化，只要EAF粉尘材料115将所需的温度保持充分长的时间，以沉淀各种如下面进一步描述的固体颗粒。在一种实施方式中，EAF粉尘材料115的温度被控制成，使得形成气态锌、固体的富含铁的颗粒、固体的不锈钢成分的材料颗粒以及可能的附加的金属颗粒。EAF粉尘材料115可以包括任何输入至炉105中的钢的组成材料。因此，EAF粉尘材料115的成分将依赖于钢的成分。在一种实施方式中，EAF粉尘材料115还可以包括娃、硫、磷、铅、锰和锡的颗粒。
[0019]在一种实施方式中，热控制区域160将EAF粉尘材料115的温度保持在大约1665华氏度(大约907摄氏度)和大约2000华氏度(大约1093摄氏度)之间的范围内。在一种实施方式中，EAF粉尘材料115被保持在热控制区域160内约30秒。在另选的实施方式中，EAF粉尘材料115可以在热控制区域160内保持任意的时长以沉淀上述的固体颗粒。如此的温度范围允许富含铁的金属和其他微量金属基本上沉淀成固体形式或以固体形式保持，同时允许锌改变成气体形式或以大致的气体形式保持。
[0020]在一种实施方式中，热控制区域160包括加热结构，该加热结构构造成必要时加热EAF粉尘材料115以将EAF粉尘材料115的温度产生或保持在所需的温度范围内。EAF粉尘材料115可以包括来自炉105的气体。在一种实施方式中，加热结构包括如本领域技术人员已知的碳增强的感应加热元件。在另外的实施方式中，加热元件可以通过微波增强。在另选的实施方式中，可以使用任何本领域技术人员已知的加热结构。
[0021]在另一实施方式中，热控制区域160可以包括冷却结构，该冷却结构被构造成将EAF粉尘材料115冷却在所需的温度范围内。根据这样的实施方式，热控制区域160可以是绝缘的，从而使得当EAF粉尘材料115经过热控制区域160时，热控制区域可以控制EAF粉尘材料115的冷却。绝缘可以包括高岭棉、玻璃纤维、聚酯薄膜、气隙或任何其他的本领域技术人员已知的绝缘。在实施方式中，被动冷却(即，没有能量或冷却空气加入至系统中)可以用于冷却EAF粉尘材料115。在另一种实施方式中，外部冷却空气可以被注射到热控制区域160中或在热控制区域160附近通过以冷却EAF粉尘材料115。
[0022]在一种实施方式中，反馈系统可以用于控制热控制区域160内的加热和/或冷却。这种反馈系统可以包括各种定位在整个热控制区域160内的温度感应器，并且通信地联接至反馈电路。当与所需的温度比较时，反馈电路控制根据由温度感应器探测到的温度来控制热控制区域160的加热和/或冷却。在另选的实施方式中，可以使用任何本领域技术人员已知的控制系统来控制热控制区域160的加热/冷却。
[0023]在一种实施方式中，热控制区域160包括位于输入部分110和分离空间170之间的竖向结构。根据这种实施方式，热控制区域160可以构造成当EAF粉尘材料115在热控制区域160内朝向分离空间170下落时，控制EAF粉尘材料115的温度。
[0024]如上所述，EAF粉尘回收装置100还包括分离空间170，该分离空间联接至热控制区域160。从热控制区域160转化的EAF粉尘材料120进入分离空间170。在一种实施方式中，分离空间170包括一个或多个磁体180。磁体180被构造成用于通过借助富含铁的材料130与磁体180的吸引力，从被转化的EAF粉尘材料120中分离富含铁的材料130。当转化的EAF粉尘材料120进入分离空间170时，富含铁的材料130被从转化的EAF粉尘材料120朝向磁体180拉动，并且被分离的富含铁的材料130被收集在收集区域135中。磁体180应该具有足够大的力量来克服流经分离空间170的空气流，从而将富含铁的材料130从空气流中拉动。在一种实施方式中，磁体180可以包括如本领域技术人员已知的电磁体。因此电磁体可以通过应用或断开电源被开启和关闭，从而促进对富含铁的材料180的收集。在另一实施方式中，磁体180可以包括非电磁体，该非电磁体可以暂时附接至分离空间170的充满物质的空间的外部。非电磁体可以选择性地从分离空间170的外表面移除，以促进对富含铁的材料180的收集。
[0025]分离空间170包括输入部分，该输入部分被构造成用于接收来自热控制区域160的被转化的EAF粉尘材料120。在一种实施方式中，固体的非磁性材料140 (例如不锈钢成分材料)被收集在收集区域145中。在一种实施方式中，收集区域145位于分离空间170的输入部分的正下方，从而使得不被磁体180吸引的固体材料140在进入分离空间170时直接落入收集区域145中。在另选的实施方式中，收集区域145可以位于分离空间170的其他位置或位于分离空间170的外部，固体材料140可以经由本领域技术人员已知的任何途径、方法或装置被引导至收集区域145。在一种实施方式中，固体材料140可以包括含例如铬钒成分的不锈钢添加剂。在其他实施方式中，，固体材料140可以包括原钢的任何杂质或附加成分，其包括但不限于硅、硫、磷、铅、锰和锡。
[0026]在一种实施方式中，分离空间170还可以包括冷却区域190。在进入分离空间170后，被转化的EAF粉尘120的气态材料150流入冷却区域190。在一种实施方式中，冷却区域190包括冷却空气注入端口 192，通过该冷却空气注入端口，冷却空气可以被引入冷却区域190中。在一种实施方式中，冷却空气可以与氧化锌引子颗粒混合以促进成核。在一种实施方式中，当与冷却空气混合时，氧化锌引子颗粒可以处于室温。在其他实施方式中，冷却区域190可以利用任何本领域技术人员已知的冷却装置被冷却。
[0027]在一种实施方式中，气态材料150包括气态锌。在附加的实施方式中，气态材料150可以包括气态的原钢的任何杂质或附加成分，其包括但不限于硅、硫、磷、铅、锰和锡。当注入的冷却空气冷却气态锌时，气态锌与冷却空气发生反应并且冷凝成氧化锌，并且落入收集区域155中。不同等级的氧化锌将在不同温度下冷凝和从气态材料150中掉落出来。因此，收集区域155可以具有分别收集不同等级的氧化锌的一个或多个子区域。在一种实施方式中，冷却区域190和收集区域155在长度上可以延伸数十英尺。在另选的实施方式中，冷却区域190和收集区域155可以根据特定的EAF粉尘回收装置的设计需求具有另选的尺寸。例如，在一实施方式中，冷却区域190可以包括充满物质的空间，该空间长度大约30英尺(大约9.144米)，宽度大约为10英尺(大约3.048米)，高度为大约10英尺(大约3.048米)。该空间的长度可以被分成多个收集区域。例如，该空间可以被分成每个约为100平方英尺(大约9.29平方米)的三个收集区域。在一种实施方式中，每个收集区域可以具有以与收集端口呈约45度的角度向下延伸的收集槽。为了收集积聚的氧化锌粉末，收集槽和/或收集端口可以被打开并且允许粉末通过收集槽和/或收集端口下落至收集容器中。
[0028]分离空间170还包括排出剩余的未沉淀的气态材料150的输出部195。在一种实施方式中，输出部195包括构造成用于过滤剩余的未沉淀的气态材料150的过滤器的过滤系统。在一种实施方式中，过滤系统可以被构造成用于过滤汞或其他任何经由分离过程所产生的不需要的材料。在一种实施方式中，过滤系统可以包括如本领域技术人员已知的流化床反应器、空气洗涤器或现成的过滤器。
[0029]图2描述了根据示意性的实施方式的用于回收电弧炉(EAF)粉尘的方法的流程图。在操作200中，EAF粉尘材料在EAF粉尘回收装置的输入部分处被接收。在一种实施方式中，EAF粉尘回收装置的输入部分可以联接至炉具的输出流，从而使得由炉具产生的EAF粉尘材料被直接引导入EAF粉尘回收装置的输入部分中。根据这种实施方式，由炉具产生的EAF粉尘材料可以主要包含具有少量固体颗粒的被加热的电弧炉气体。
[0030]在一种实施方式中，输入部分可以不被直接联接至炉具的输出流，而是可以接收从输出炉具开始已经被冷却的EAF粉尘材料。在一种实施方式中，被冷却的EAF粉尘材料可以在被输入至EAF粉尘回收装置中之前被磨细，从而减小EAF粉尘材料的颗粒尺寸。在一种实施方式中，被冷却的EAF粉尘材料可以利用研磨机或其他任何本领域技术人员已知的合适的装置被磨细。
[0031]在另一实施方式中，EAF粉尘材料在诸如氢气或一氧化碳气体的还原气氛中被提供。此外，在将还原气氛和EAF粉尘材料输入至EAF粉尘回收装置的输入部分之前，可以可选地将诸如碳粉或其他任何本领域技术人员已知的合适的还原剂的附加的还原剂添加给还原气氛和EAF粉尘材料。在一种实施方式中，使用适量的还原剂，从而从还原气氛中移除所有氧气，并且还原剂的一部分被留下，以在EAF粉尘材料的后续处理过程中移除附加的氧气。在另一实施方式中，EAF粉尘材料可以利用气态中和工艺，水性工艺或经由其他任何本领域技术人员已知的PH值平衡工艺进行PH值平衡。
[0032]在操作210中，接收的EAF粉尘材料的温度由热控制区域控制，以将所接收的EAF粉尘材料的至少一部分转化成气态的和固体成分的混合物。例如，在一种实施方式中，接收的EAF粉尘材料的温度被控制，使得生产出气态锌，固体的富含铁的颗粒，固体的不锈钢成分材料颗粒以及可能的附加金属颗粒的混合物。在一种实施方式中，EAF粉尘材料的温度保持在大约1665华氏度(大约907摄氏度)和大约2000华氏度(大约1093摄氏度)之间。如此的温度范围允许富含铁的金属和其他微量金属基本上沉淀和形成固体颗粒，同时允许锌以大致的气体形式被保持。
[0033]在一种实施方式中，EAF回收装置的输入部分直接联接至炉具的输出部，所接收的EAF粉尘材料可以主要包括超出2000华氏度(大约1093摄氏度)的加热的电弧炉气体。根据这种实施方式，EAF回收装置的热控制区域可以被构造成执行受控的EAF粉尘材料/加热的电弧炉气体的冷却，从而使得EAF粉尘材料/加热的电弧炉气体的温度在大约1665华氏度(大约907摄氏度)和大约2000华氏度(大约1093摄氏度)之间的所需的温度范围内，使得EAF粉尘材料/加热的电弧炉气体的富含铁的材料和不锈钢成分材料沉淀,形成固体颗粒，而混合物的锌成分保持气态形式。
[0034]在另一实施方式中，所接收的EAF粉尘材料可以在被输入EAF粉尘回收装置时，具有小于大约1665华氏度(大约907摄氏度)的初始温度。根据这种实施方式，EAF粉尘回收装置的热控制区域可以将所接收的EAF粉尘材料加热至高于大约1665华氏度(大约907摄氏度)，但低于大约2000华氏度(大约1093摄氏度)的温度，从而使得富含铁的材料和其他微量金属以大致固体颗粒的形式被保留，而锌成分被转化成大致气态的形式。
[0035]在操作220中，被转化的EAF粉尘混合物从EAF粉尘回收装置的热控制区域经过到达分离空间，分离空间被构造用于分离EAF粉尘混合物的各种成分。EAF粉尘混合物经由分离空间的输入部分被引入分离空间。在操作230中，EAF粉尘混合物的富含铁的材料成分通过分离空间内的一个或多个磁体与EAF粉尘混合物以磁性的方式分离。在一种实施方式中，当EAF粉尘混合物进入分离空间时，EAF粉尘混合物的富含铁的材料成分被拉向磁体，并且被收集在分离空间的富含铁的材料收集区域中。
[0036]在操作240中，不被一个或多个磁体吸引的固体金属颗粒被收集在分离空间的第二收集区域中。在一种实施方式中。第二收集区域位于分离空间的输入部分的正下方，从而使得当进入分离空间时，不被一个或多个磁体吸引的固体金属颗粒直接掉落至第二收集区域中。在另选的实施方式中，第二收集区域可以位于分离区域的其他位置或位于分离空间外部，不被一个或多个磁体吸引的固体金属颗粒可以经由旋风分离器，高温过滤器或任何其他的本领域技术人员已知的合适的装置被引导至第二收集区域。
[0037]在操作250中，来自EAF粉尘混合物的气态的EAF粉尘材料经过分离空间的冷却区域，并且被冷却和冷凝。在一种实施方式中，冷却空气经由冷却空气注入端口被引入冷却区域中。冷却空气可以被过滤室外/环境空气，因此可以具有类似于室外温度的温度(即，在大约0摄氏度和大约35摄氏度之间)，然而冷却空气的另选的温度和来源也是可行的。在一种实施方式中，冷却空气可以与氧化锌引子颗粒混合，以促进氧化锌的成核和形成。在其他实施方式中，冷却区域可以利用任何本领域技术人员已知的冷却装置被冷却。
[0038]在一种实施方式中，气态材料150包括气态锌。在附加的实施方式中，气态材料150可以包括气态的原钢的任何杂质或附加成分，其包括但不限于硅、硫、磷、铅、锰和锡。当注入的冷却空气冷却气态锌时，气态锌与冷却空气发生反应并且冷凝成氧化锌，并且落入收集区域155中。不同等级的氧化锌将在不同温度下冷凝并从气态材料150中掉落出来。因此，收集区域155可以具有分别收集不同等级的氧化锌的一个或多个子区域。在一种实施方式中，冷却区域190和收集区域155在长度上可以延伸数十英尺。在另选的实施方式中，冷却区域190和收集区域155可以根据特定的EAF粉尘回收装置的设计需求具有另选的尺寸。例如，在一实施方式中，冷却区域190可以包括充满物质的空间，该空间长度大约30英尺(大约9.144米)，宽度大约为10英尺(大约3.048米)，高度为大约10英尺(大约3.048米)。该空间的长度可以被分成多个收集区域。例如，该空间可以被分成每个约为100平方英尺(大约9.29平方米)的三个收集区域。在一种实施方式中，每个收集区域可以具有以与收集端口呈约45度的角度向下延伸的收集槽。为了收集积聚的氧化锌粉末，收集槽和/或收集端口可以被打开并且允许粉末通过收集槽和/或收集端口下落至收集容器中。
[0039]分离空间170还包括排出剩余的未沉淀的气态材料150的输出部195。在一种实施方式中，输出部195包括构造成用于过滤剩余的未沉淀的气态材料150的过滤器的过滤系统。在一种实施方式中，过滤系统可以被构造成用于过滤汞或其他任何经由分离过程所产生的不需要的材料。在一种实施方式中，过滤系统可以包括如本领域技术人员已知的流化床反应器、空气洗涤器或现成的过滤器。
[0040]图2描述了根据示意性的实施方式的用于回收电弧炉(EAF)粉尘的方法的流程图。在操作200中，EAF粉尘材料在EAF粉尘回收装置的输入部分处被接收。在一种实施方式中，EAF粉尘回收装置的输入部分可以联接至炉的输出流，从而使得由炉产生的EAF粉尘材料被直接引导入EAF粉尘回收装置的输入部分中。根据这种实施方式，由炉产生的EAF粉尘材料可以主要包含具有少量固体颗粒的被加热的电弧炉气体。
[0041]在另一种实施方式中，输入部分可以不被直接联接至炉的输出流，而是可以接收因为正从炉输出而已经被冷却的EAF粉尘材料。在一种实施方式中，被冷却的EAF粉尘材料可以在被输入至EAF粉尘回收装置中之前被研磨，从而减小EAF粉尘材料的颗粒尺寸。在一种实施方式中，被冷却的EAF粉尘材料可以利用研磨机或其他任何本领域技术人员已知的合适的装置被研磨。
[0042]在另一实施方式中，EAF粉尘材料在诸如氢气或一氧化碳气体的还原气氛中被提供。此外，在将还原气氛和EAF粉尘材料输入至EAF粉尘回收装置的输入部分之前，可以可选地将诸如碳粉或其他任何本领域技术人员已知的合适的还原剂的附加的还原剂添加给还原气氛和EAF粉尘材料。在一种实施方式中，使用适量的还原剂，从而从还原气氛中移除所有氧气，并且还原剂的一部分被留下，以在EAF粉尘材料的后续处理过程中移除附加的氧气。在另一实施方式中，EAF粉尘材料可以利用气态中和工艺、水性工艺或经由其他任何本领域技术人员已知的PH值平衡工艺进行PH值平衡。
[0043]在操作210中，接收的EAF粉尘材料的温度由热控制区域控制，以将所接收的EAF粉尘材料的至少一部分转化成气态的和固体的成分的混合物。例如，在一种实施方式中，接收的EAF粉尘材料的温度被控制，使得生产出气态锌、固体的富含铁的颗粒、固体的不锈钢成分材料颗粒以及可能的附加金属颗粒的混合物。在一种实施方式中，EAF粉尘材料的温度保持在大约1665华氏度(大约907摄氏度)和大约2000华氏度(大约1093摄氏度)之间。如此的温度范围允许富含铁的金属和其他微量金属基本上沉淀并形成固体颗粒，同时允许锌以大致的气体形式被保持。
[0044]在一种实施方式中，EAF回收装置的输入部分直接联接至炉的输出部，所接收的EAF粉尘材料可以主要包括超出2000华氏度(大约1093摄氏度)的加热的电弧炉气体。根据这种实施方式，EAF回收装置的热控制区域可以被构造成执行EAF粉尘材料/加热的电弧炉气体的受控的冷却，从而使得EAF粉尘材料/加热的电弧炉气体的温度在大约1665华氏度(大约907摄氏度)和大约2000华氏度(大约1093摄氏度)之间的所需的温度范围内，使得EAF粉尘材料/加热的电弧炉气体的富含铁的材料和不锈钢成分材料沉淀,形成固体颗粒，同时混合物的锌成分保持气态形式。
[0045]在另一实施方式中，所接收的EAF粉尘材料可以在被输入EAF粉尘回收装置时具有小于大约1665华氏度(大约907摄氏度)的初始温度。根据这种实施方式，EAF粉尘回收装置的热控制区域可以将所接收的EAF粉尘材料加热至高于大约1665华氏度(大约907摄氏度)但低于大约2000华氏度(大约1093摄氏度)的温度，从而使得富含铁的材料和其他微量金属以大致固体颗粒的形式被保留，同时锌成分被转化成大致气态的形式。
[0046]在操作220中，被转化的EAF粉尘混合物从EAF粉尘回收装置的热控制区域到达分离空间，分离空间被构造成用于分离EAF粉尘混合物的各种成分。EAF粉尘混合物经由分离空间的输入部分被引入分离空间。在操作230中，EAF粉尘混合物的富含铁的材料成分通过分离空间内的一个或多个磁体与EAF粉尘混合物以磁性的方式分离。在一种实施方式中，当EAF粉尘混合物进入分离空间时，EAF粉尘混合物的富含铁的材料成分被拉向磁体，并且被收集在分离空间的富含铁的材料收集区域中。
[0047]在操作240中，不被一个或多个磁体吸引的固体金属颗粒被收集在分离空间的第二收集区域中。在一种实施方式中，第二收集区域位于分离空间的输入部分的正下方，从而使得当进入分离空间时，不被一个或多个磁体吸引的固体金属颗粒直接掉落至第二收集区域中。在另选的实施方式中，第二收集区域可以位于分离区域的其他位置或位于分离空间外部，并且不被一个或多个磁体吸引的固体金属颗粒可以经由旋风分离器、高温过滤器或任何其他的本领域技术人员已知的合适的装置被引导至第二收集区域。
[0048]在操作250中，来自EAF粉尘混合物的气态的EAF粉尘材料经过分离空间的冷却区域，并且被冷却和沉淀。在一种实施方式中，冷却空气经由冷却空气注入端口被引入冷却区域中。冷却空气可以被过滤室外/环境空气，因此可以具有类似于室外温度的温度(即，在大约O摄氏度和大约35摄氏度之间)，然而冷却空气的另选的温度和来源也是可行的。在一种实施方式中，冷却空气可以与氧化锌引子颗粒混合，以促进氧化锌的成核和形成。在其他实施方式中，冷却区域可以利用任何本领域技术人员已知的冷却装置被冷却。
[0049]在一种实施方式中，气态EAF粉尘材料包括气态锌。当被注入的冷却空气冷却气态锌时，气态锌作为氧化锌沉淀，并且掉落至第三收集区域中。不同等级的氧化锌将在不同的温度下沉淀且从气态EAF粉尘材料中掉出。氧化锌的沉淀在低于约1665华氏度(大约907摄氏度)的温度下发生。不同等级的氧化锌由尺寸均匀性和化学计量的质量决定。在一种实施方式中，不同等级的氧化锌将在分离空间的冷却区域内沉淀并在各自不同的位置处掉出，因此允许对不同等级进行有效的收集。因此，第三收集区域可以具有一个或多个子区域，这些子区域分别收集不同等级的氧化锌或其他沉淀的材料。
[0050]在操作260中，剩余的未沉淀气态EAF粉尘材料被排出分离空间并且可能被过滤。在一种实施方式中，过滤系统可以被构造成用于过滤汞或其他任何经由EAF粉尘回收过程产生的不希望的材料。在一种实施方式中，过滤系统可以包括流化床反应器、空气洗涤器或如本领域技术人员已知的现成的过滤器。[0051]实施例
[0052]在实施例中，电弧炉处理具有约为100吨的批量大小的钢。电弧炉处理钢大约40分钟，在处理过程中排放气体。电弧炉每吨钢生成大约15公斤的气化输出材料。每吨钢，气化输出材料与大约40立方米的氧气混合(在标准温度和压力下)。气化输出材料主要包括锌(每摩尔原子量65.4克)和铁(每摩尔原子量55.8克)，使该气化输出材料的每摩尔原子量大约为60.6克。因此，15公斤的气化输出材料每吨钢包括大约247.5摩尔的气体输出，或者每吨处理钢大约为5600升(或5.6立方米)的气化输出材料(在标准温度和压力下)。
[0053]作为电弧炉处理的一部分而被注入钢中的氧气的大约百分之十可以与气化输出材料混合，导致电弧炉的输出每吨钢包括大约4立方米的氧气和大约5.6立方米的EAF粉尘/气化输出材料。气化输出材料直接从电弧炉的输出端口经过，进入EAF粉尘回收装置的输入部分。具有每吨钢大约6立方米的一氧化碳(CO)还原剂的合成气体被引至从电弧炉接收的气体输出材料。一氧化碳被引入以从气化输出材料中吸收和移除氧气。一氧化碳可以通过将碳粉尘引入还原气氛中来创造。因此，每吨钢大约创造10至15立方米的气化输出材料，或者整个100吨批量的钢创造大约I千立方米的气化输出材料。大约1000立方米的气化输出材料在钢批量的大约40分钟的处理时间过程中被处理。
[0054]当从电弧炉中排出时，气化输出材料具有大约2000华氏度(大约1093摄氏度)至大约3500华氏度(大约1927摄氏度)的温度。气化输出材料从EAF粉尘回收装置的输入部分被引导至热控制区域，在热控制区域，气化输出材料被冷却至大约1665华氏度(大约907摄氏度)至大约2000华氏度(大约1093摄氏度)之间。当考虑作为理想气体定律的结果的体积差异时(注意之前的体积估算基于标准温度和压力)，进入热控制区域的气化输出材料的总体积为大约5000立方米(假设气化输出材料的温度大约为2000华氏度(大约1093摄氏度))。该体积持续40分钟的批量处理时间，给出气化输出材料通过热控制区域的空气流动速率为大约2立方米每秒。
[0055]在另选的示例实施方式中，气化输出材料可以在被输入EAF粉尘回收装置之前被冷却为固体EAF粉尘材料。固体EAF粉尘材料的回收可以涉及比气化EAF粉尘材料的回收更少的氧气，并且因此在与气化EAF粉尘材料相比时，固体EAF粉尘材料的回收过程可以使用更少量的还原剂。在一种实施方式中，固体EAF粉尘材料的回收比气化EAF粉尘材料的回收少需要大约百分之九十的还原剂。
[0056]热控制区域包括由诸如陶瓷的耐热材料形成的处理管件。管件直径大约为10厘米，长度大约为75米。热控制区域包括蜿蜒的管束，管束具有15个沿着管件间隔5米分隔开的感应加热器。感应加热器连接至控制电路，控制电路被构造成，响应于来自定位在热控制区域中的温度感应器的反馈，将热控制区域保持在所需温度。这样的构造为气化输出材料提供30秒的热浸泡时间，该气化输出材料(假设流动速率为约2立方米每秒)通过热控制区域。因此，气化输出材料在热控制区域内保持介于大约1665华氏度(大约907摄氏度)至大约2000华氏度(大约1093摄氏度)之间的温度持续大约30秒，因此引起在气态锌和可能的其他气体内，固体的富含铁的颗粒、固体不锈钢成分材料颗粒以及可能的附加的金属颗粒的沉淀。
[0057]来自热控制区域的固体颗粒和气态材料的混合物进入分离空间中。分离空间包括一个或多个可以有选择性地被开启和关闭的电磁体。当进入分离空间时，来自固体颗粒和气态材料的混合物的富含铁的颗粒被电磁体吸引，并且被拉入第一收集区域。示例性的电磁体可以包括尺寸为大约IOcm乘20cm的铁芯，并且可以需要大约20mA至大约250mA的电流进行操作。这样的电磁体可以在比较短的范围内施加数百磅的力，并且能够当进入分离空间减速时，将富含铁的颗粒从空气中拉出。多个电磁体或高导磁率栅格可以用于增大用于富含铁的材料的第一收集区域。收集在第一收集区域内的富含铁的材料的数量可以根据电弧炉中使用的残余料的类型发生改变。在一种实施方式中，所收集的富含铁的材料的数量可以为大约I公斤至大约10公斤每吨被处理的钢。
[0058]不被电磁体吸引的固体颗粒由于重力作用从热控制区域掉落至第二收集区域中，该第二收集区域定位分离空间的输入部的正下方。这些固体颗粒可以包括铬钒、硅、硫、磷和其他非磁性材料。不被电磁体吸引的和被收集在第二收集区域内的固体颗粒的数量可以根据电弧炉中使用的残余料的类型发生变化。在实施方式中，这些固体颗粒的数量可以为每吨被处理的钢大约I公斤至大约10公斤。
[0059]固体颗粒和气态材料的混合物的气态部分主要包括气态锌，该气态部分流入分离空间的冷却区域中，冷却气体经由注入端口注入冷却区域。被注入的冷却空气处于室温或大约70华氏度(大约21摄氏度)。在冷却空气中包括氧化锌引子，以促进锌的成核。在实施方式中，每吨被处理的钢可以使用大约10公斤的氧化锌引子。氧化锌引子有助于冷却，并且可以增加锌的产量。氧化锌引子材料可以影响收集到的氧化锌的最终等级。例如，如果氧化锌引子材料是低等级的，它将在所有收集区域中混合，因此降低收集到的氧化锌的等级。如果收集到的氧化锌的等级不是很重要，则氧化锌引子颗粒可以通过从收集区域抓取收集到的氧化锌并使其通过预冷却阶段，然后回到冷却空气注入端口，以重新进入分离空间的冷却区域来实现。另选地，如果收集到的氧化锌的等级是重要的，则较少量的高等级氧化锌可以用于氧化锌引子颗粒。当气态锌低于1665华氏度(大约907摄氏度)冷却时，气态锌氧化和沉淀/冷凝，掉落至第三收集区域内。在实施方式中，收集到的氧化锌的数量可以为每吨被处理的钢大约7公斤至大约10公斤。
[0060]本文中可能使用了一个或多个流程图。流程图的使用不是为了限制执行的操作的顺序。本文所描述的主题有时说明包含于其中的、与之连接的不同的组成部分、不同的其他其他组成部分。应该理解的是，这样描述的体系结构仅仅是示意性的，并且实际上可以执行许多其他的体系结构来实现相同的功能性。从概念上讲，任何用以实现相同的功能性的组成部分的布置都是有效地“关联的”，从而实现所需的功能性。因此，本文中任意的两个结合使用以实现特定的功能性的组成部分可以看作是彼此“关联的”，从而实现所需的功能性，不论是体系结构或中间组成部分。同样的，任何两个如此关联的组成部分可以看作是彼此“可操作地连接的”或“可操作地联接的”，以实现所需的功能性。“可操作地联接的”的特定示例包括但不限于物理上可匹配的和/或物理上相互作用的组成部分和/或可以无线的方式相互作用的和/或以无线的方式相互作用的组成部分和/或逻辑上相互作用的和/或逻辑上可相互作用的组成部分。
[0061]对于本文中的基本上任何复数的和/或单数的术语的使用而言，那些本领域技术人员可以将复数转换成单数和/或将单数转换成复数，以适合于上下文和/或申请。为清楚起见，各种单数/复数的置换可在本文中明确阐述。
[0062]本领域技术人员应该理解的是，通常本文所使用的术语和尤其在附带的权利要求中使用的术语(例如附带的权利要求的主体)一般作为“开放的”术语(例如，术语“包括”应该解释为“包括但不限于”，术语“具有”应该被解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员还应该理解的是，如果目的为引入的权利要求陈述的特定数量，则这样的意图将在权利要求中被明确陈述，并且在缺乏这样的陈述的情况下，不呈现这样的意图。例如，为了帮助理解，下面附带的权利要求可以包含介绍性的短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求的陈述。然而，这样的短语的使用不应该被解释为意味着通过不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”引入的权利要求陈述将任何包含这种引入的权利要求陈述的特定的权利要求限制为仅包含一个这种陈述的发明，即使当相同的权利要求包括介绍性的短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词“a”或“an”(例如，“a”和/或“an”通常应该被解释为代表“至少一个”或“一个或多个”)时；这同样适用于用于介绍权利要求陈述的定冠词的使用。此外，即使当特定数量的引入的权利要求被明确说明时，那些本领域技术人员将认识到，这样的陈述应该通常被解释为意味着至少被陈述的数量(例如“两个陈述”的公开陈述，没有其他修饰语，通常表示为至少两个陈述，或两个或多个陈述)。此外，在这些示例中，使用了类似于“A、B和C中的至少一个等”的格式，通常这样的结构的目的是为了本领域技术人员将理解该约定(例如“系统具有A、B和C中的至少一个”将包括但不限于只具有A，只具有B，只具有C，具有A和B，具有A和C，具有B和C和/或具有A、B和C的系统等)。在这些示例中，使用了类似于“A、B或C中的至少一个”的格式，通常这样的结构的目的是为了本领域技术人员将理解该约定(例如“系统具有A、B或C中的至少一个”将包括但不限于只具有A，只具有B，只具有C，具有A和B，具有A和C，具有B和C和/或具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员还将理解的是，实际上任何代表两个或多个可选的术语的转折词和/或短语，不论在说明书，权利要求或附图中，应该理解为考虑包括术语中的一个，术语中的任一个，或所有术语的可能性。例如短语“A或被理解为包括“A”或“B”或者“A和B”的可能性。
[0063]前述示意性实施方式的描述已经出于示意和说明的目的被呈现。其目的不是为了排除或限定被公开的精确的形式，在上述说明的指导下可以进行修改和变化，或者可以从所公开的实施方式的实践中获得修改和变化。其目的在于，通过附带的权利要求和其等同物来限定本发明的范围。
【权利要求】
1.一种用于回收电弧炉粉尘材料的方法，该方法包括: 在热控制区域内对电弧炉粉尘材料的温度进行控制，从而使得所述电弧炉粉尘材料的温度足以将所述电弧炉粉尘材料的至少一部分转化成气态锌和一种或多种附加金属的混合物，其中，所述一种或多种附加金属包括富含铁的材料和钢添加剂； 从所述气态锌和一种或多种附加金属的所述混合物中分离所述富含铁的材料； 将所述气态锌引导至冷却区域；以及 在所述冷却区域内冷凝所述气态锌。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热控制区域包括竖向结构，并且其中对电弧炉粉尘材料的温度进行控制包括在所述电弧炉粉尘材料在所述竖向结构内掉落时以感应的方式加热所述电弧炉粉尘材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，足以将所述电弧炉粉尘材料的至少一部分转化成气态锌和一种或多种附加金属的温度高于大约910摄氏度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，冷凝所述气态锌包括将冷却空气引至所述气态锌，以产生冷凝的氧化锌。
5.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括在将所述冷却空气引至所述气态锌之前，将氧化锌引至所述冷却空气。
6.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在加热所述电弧炉粉尘材料之前，将还原剂引至所述电弧炉粉尘材料。
7.根据权利要求6所`述的方法，其中，所述还原剂包括碳粉、一氧化碳气体和氢气中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在加热所述电弧炉粉尘材料之前，平衡所述电弧炉粉尘材料的PH值。
9.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括研磨所述电弧炉粉尘材料，以减小所述电弧炉粉尘材料的颗粒尺寸。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，冷凝所述气态锌在以磁性的方式分离所述富含铁的材料之后进行。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述电弧炉粉尘材料的温度进行控制包括对新近从电弧炉释放的电弧炉粉尘材料的冷却进行控制。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，分离所述富含铁的材料包括从所述气态锌和一种或多种附加金属的所述混合物中以磁性的方式分离所述富含铁的材料。
13.一种用于回收电弧炉粉尘材料的装置，该装置包括: 热控制区域，该热控制区域被构造成控制电弧炉粉尘材料的温度，从而使得所述电弧炉粉尘材料的温度足以将所述电弧炉粉尘材料的至少一部分转化成气态锌和一种或多种附加金属的混合物，其中，所述一种或多种附加金属包括富含铁的材料和钢添加剂；以及 分离空间，该分离空间联接至所述热控制区域，并且被构造成用于接收气态锌和一种或多种附加金属的所述混合物，其中所述分离空间包括: 分离单元，该分离单元构造成用于在所述分离空间内从气态锌和一种或多种附加金属的所述混合物分离所述富含铁的材料；以及 冷却区域，该冷却区域被构造成用于冷凝所述气态锌。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述热控制区域包括感应加热元件。
15.根据权利要求13所述的装置，其中，足以将电弧炉粉尘材料的至少一部分转化成气态锌和一种或多种附加金属的温度高于大约910摄氏度。
16.根据权利要求13所述的装置，该装置还包括用于所述富含铁的材料的第一收集区域、用于不锈钢添加剂的第二收集区域和用于被冷凝的锌的第三收集区域。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述热控制区域包括以感应方式加热的竖向结构，该竖向结构被构造成用于在所述电弧炉粉尘材料在该竖向结构内掉落时加热所述电弧炉粉尘材料。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述第二收集区域被定位在所述竖向结构的正下方。
19.根据权利要求13所述的装置，其中，所述冷却区域包括冷却空气注入端口，该冷却空气注入端口被构造成用于将冷却空气与所述气态锌混合。
20.根据权利要求13所述的装置，该装置还包括还原剂引入部件，该还原剂引入部件被构造成用于将还原剂引至所述电弧炉粉尘材料。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述还原剂包括碳粉、一氧化碳气体和氢气中的一种或多种。
22.根据权利要求13所述的装置，其 中，所述热控制区域联接至电弧炉的输出部，并且被构造成用于接收来自所述电弧炉的所述输出部的所述电弧炉粉尘材料，并且其中，所述热控制区域被构造成控制所接收到的电弧炉粉尘材料的冷却，从而使得所述电弧炉粉尘材料被转化成气态锌和一种或多种附加金属的所述混合物。
23.根据权利要求13所述的装置，其中，所述分离单元包括至少一个磁体，所述磁体被构造成从气态锌和一种或多种附加金属的所述混合物以磁性的方式分离所述富含铁的材料。
24.一种用于回收电弧炉粉尘材料的装置，该装置包括: 温度控制机构，该温度控制机构用于控制电弧炉粉尘材料的温度，以产生气态锌和一种或多种附加金属的混合物； 分离机构，该分离机构用于从气态锌和一种或多种附加金属的所述混合物分离富含铁的材料；以及 冷凝机构，该冷凝机构用于冷凝所述气态锌。
【文档编号】C22B7/02GK103688122SQ201180072362
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2011年8月16日 优先权日:2011年8月16日
【发明者】E·克鲁格里克 申请人:英派尔科技开发有限公司