转底炉工艺作为一种非高炉炼铁技术，近年来在钢铁工业固废资源化利用领域得到快速发展。本文系统解析了转底炉工艺的全流程，重点分析了Fastmet、Inmetco、ITmk3等典型工艺的技术特点与应用现状，并结合国内已投产的23座转底炉生产线数据，对金属化率、脱锌率、能耗等关键技术指标进行了对比分析。研究表明，现代大型转底炉可实现金属化率≥75%、脱锌率≥90%、单位产品综合能耗≤140kg标煤、铁锌固废资源综合利用率≥99%的先进指标。本文还探讨了高碱度原料处理、高品位氧化锌回收、智能化控制等前沿技术方向，并对转底炉工艺的未来发展进行了展望。 工艺流程全解析 转底炉工艺流程主要包括原料预处理、配料混匀、造球干燥、转底炉还原、产品处理及烟气净化等核心工序，各工序之间密切关联，形成完整的工艺链条。 1.1原料预处理 钢铁厂产生的含锌尘泥种类繁多，特性复杂，包括高炉瓦斯灰、转炉污泥、电炉粉尘、轧钢氧化铁皮等。不同来源的尘泥在成分、粒度、水分、锌含量等方面存在显著差异，因此原料预处理是保障转底炉稳定运行的首要环节。 1）均质化处理。针对不同来源的尘泥，首先进行均质化处理。通过研究不同转速、不同混合时间对均质混匀料水分、成分均匀度的影响，提升配料与成型的效率。对于含钙除尘灰，采用活性指数fCaO来判定其中氧化钙的消解程度，确定合适的消解时间。试验表明，混合灰消解初始阶段温度快速上升，3h后升温速度减慢，6h后趋于平稳，至10h附近开始出现下降拐点，消解过程基本完成。 2）高盐尘泥水洗。对于氯含量较高的除尘灰，采用水洗工艺进行脱盐处理。在适当的水灰比（如2∶1）和搅拌时间（1h）下，结合在线反冲洗方式，氯的脱除率可达到95%以上。 3）污泥干燥。对于黏性较大的炼钢污泥，采用打散烘干工艺，优化干燥参数，解决污泥易团聚、干燥差的问题，提升装备可靠性。 1.2配料与混匀 1）配料工序的目标是根据原料成分和目标产品要求，确定合理的配比方案。传统转底炉工艺认为“低碱度有利于低熔点渣相形成与球团强度”，但最新研究表明，在高碱度条件下（R>2.5）同样可以形成低熔点、高流动性的FeO-CaO系渣相，促进金属铁连晶高效聚集与致密化。 2）碱度对球团强度与脱锌效果的影响机理研究表明：高碱度条件下形成的铁相呈蠕虫状结构，而低碱度条件下铁相呈带状结构并包裹渣相，抑制了锌的还原挥发。试验数据显示，将碱度提升至2.5时，残锌量可降至0.41%，脱锌率较传统低碱度方案提高60%以上。 1.3造球与干燥 造球工序是将混匀后的原料制成具有一定强度和粒度的生球。球团质量直接影响后续还原效果。常用造球设备包括圆盘造球机和压球机，根据原料特性选择合适的造球方式。 1）造球参数控制。研究显示，当水分添加量为3%、粘结剂添加量为0.5%时，成型球团的落下强度和成型率可满足实际生产要求。球团粒度一般控制在8-12mm，过大的球团影响还原速度，过小的球团则增加粉尘产生量。 2）干燥工艺。生球在进入转底炉前需进行干燥，使其水分降至1%以下。干燥温度一般控制在160-180℃，可采用转底炉余热进行干燥，实现能源梯级利用。 1.4转底炉布料与还原 布料是转底炉还原的关键环节。生球通过布料装置均匀铺设在转动的炉底上，料层厚度一般控制在20-50mm。为解决环形炉床内外布料厚度不一致的问题，开发了可调节扇形均匀布料装置，通过优化流道设计，实现球团的可控制均匀布料。 1）布料均匀性影响。通过引入离散元法（DEM）对布料过程进行精细化数值模拟，发现球团颗粒间因粘滞力作用易在布料溜槽处发生堵料，影响料流分布，导致炉底宽度方向上料层厚度呈波浪形起伏。通过优化导流隔板结构，在溜槽末端形成高效混料区，可显著提升料流均匀性。 2）还原过程控制。炉内温度分区与球团还原特性密切相关。为适应高碱度原料结构下形成的FeO-CaO系低熔点渣相，避免过早、过多生成液相而恶化还原动力学条件，设计了阶段控温的焙烧制度，实现了金属化球团的充分焙烧和还原。 1.5出料与产品处理 1）还原后的金属化球团通过螺旋出料装置从转底炉排出。出料装置的可靠性直接影响生产线作业率。通过分析出料螺旋颗粒运动与受力分布，匹配不同料量下的螺距与转速排料能力，优化了高效排料的长寿命螺旋出料装置。 2）产品冷却。高温金属化球团（约1000℃）需进行冷却，采用膜式强化换热的回转球团冷却机，实现高效冷却和余热回收。冷却后的金属化球团可直接作为高炉或电炉的优质原料。 1.6烟气处理与锌回收 1）转底炉烟气系统承担着锌资源回收和余热利用的双重任务。烟气从炉内排出后，经过余热锅炉回收热量用于发电，然后进入除尘系统收集次氧化锌粉尘。 2）氧化锌品位提升。为实现高品位氧化锌产品的稳定回收，需要精准调控烟气系统参数，实现杂质元素的定向分离与分流。通过精确调控烟道温度场，将碱金属凝结区引导至空气交换换热器等易清理部位，避免其在余热锅炉等关键区段沉积；在烟道系统中设置多级组合降尘室，通过降低流速促进大颗粒提前沉降；采用声波、机械及激波等多种清灰方式，实现沉积物的在线及时清除。采用上述技术后，可稳定回收锌品位大于70%的高品质氧化锌产品。 典型转底炉工艺对比
转底炉工艺经过数十年发展，形成了多种技术路线。以下对几种典型工艺进行对比分析，见表1。各工艺主要区别在于最终产品和原料适应性。
2.1 Fastmet工艺
Fastmet工艺由美国和日本神户制钢公司联合开发，是应用较广的转底炉技术之一。铁料可使用铁精矿或钢铁厂含铁粉尘，还原剂采用含铁废料中的碳或添加煤粉。将混合料添加粘结剂造球，制成含碳球团，粒度为8-12mm，干燥后送入转底炉。还原温度为1250-1350℃，还原时间10-20min，产品金属化率为70%-85%。
1）应用案例。日本制铁在广畑厂建有2座年产能19万吨的Fastmet转底炉（分别于2000年和2005年投产），用于处理含铁废料。神户加古川厂有1座年产能1.6万吨的转底炉（2001年投产），用于处理含锌0.7%-0.9%的含铁废料。
2）特点与局限。该工艺脱硫能力较差，产品硫含量约0.15%-0.4%，金属化率相对较低，产品一般用于高炉而非直接炼钢。
2.2 Inmetco工艺
Inmetco工艺由加拿大国际镍集团（INCO）开发，是世界上首例通过处理冶金厂废弃物进行Zn、Ni、Cr等金属回收的转底炉工艺。1978年在美国宾州建成第一座商用转底炉，年处理4.7万吨循环料，成功运行约30年。该工艺与Fastmet基本相似，但在装料、炉温分布、烧嘴形式、高温废气热量利用等方面有所不同。采用带式输送机和专用振动输送给料机将生球均匀布入转底炉，炉内球团层总厚度为18-22mm（约2-3层球）。日本制铁君津厂分别于2000年和2002年各投产了一座Inmetco型转底炉，年处理能力分别为18万吨和14万吨。
2.3 ITmk3工艺
1）ITmk3工艺是日本神户制钢公司与美国米德兰公司联合开发的第三代炼铁技术，在20世纪90年代中后期取得突破性进展。该工艺将还原温度精确控制在Fe-C平衡相图中的固液共存区（约1350-1450℃），含碳球团被还原和熔化后，铁水从渣中分离出来，整个过程只需10min即可完成。
2）产品特点。所产粒状铁块（铁粒）金属化率很高，碳含量最高可达3.5%，硅、锰、磷含量取决于原料成分。由于还原后熔化残留的FeO很少，不存在对耐火材料的破坏问题。2007年末，神户制钢公司在美国明尼苏达州建设了一个年产能为50万吨的ITmk3商业生产厂。
2.4转底炉-埋弧炉双联工艺
1）为提高产品品质，使铁水可用于热装炼钢，将转底炉与埋弧电炉（EIF）双联，形成二步法熔融还原工艺。转底炉进行预还原，EIF实现终还原。Fastmelt是在Fastmet基础上开发的具有二步法工艺的技术，用EIF将直接还原铁（DRI）熔融成铁水，生产高品质铁水，供转炉使用。
2）德国曼内斯曼与意大利匹昂梯公司在Inmetco基础上开发出RedSmelt工艺，最终产品为铁水，DRI可在热态下送入EIF，电耗约550kWh/t，煤耗约400kg/t。后续德国SMS Demag公司用氧煤基熔融炉代替EIF形成RedSmelt NST工艺，以降低成本。
2.5其他工艺
1）DryIron工艺由美国MR&E公司开发，其特点是用自然干燥的原料和燃料，经高压成型机造块，不用粘结剂。球团中碳与铁氧化物的重量比控制在1.6∶1，金属化率可达90%以上。日本制铁在光厂建设了年产能2.8万吨的DryIron转底炉处理残渣。
2）Comet/Sidcomet工艺由卢森堡DRM研制中心开发，将铁精矿和煤粉（加石灰石）在转底炉内分层布料，料层厚度约6.4mm，加热时间约20min，金属化率可达92%。该工艺减少造球设备，降低了投资，但生产效率较低。
3）Primus工艺由卢森堡保尔沃特公司开发，主要装置为多层转底炉，直接使用铁矿粉，不用造块设备。多层转底炉由几个相似的单元竖直配置而成，炉料依靠重力下落。炉子工作温度达1100℃，年处理能力为8万吨。
国内转底炉技术指标与数据分析 3.1国内转底炉建设概况 我国转底炉技术研发始于20世纪90年代，北京科技大学等高校和科研单位开展了系统的基础研究和工程实践。近年来，随着环保政策趋严和资源循环利用需求增加，转底炉技术在钢铁企业得到快速推广。截至2024年底，国内已建成投运的转底炉生产线不少于23座。 1）宝武集团是国内转底炉运营的领军企业。2016年，宝武集团第一座转底炉在湛江钢铁顺利投产，这是国内首座投产后连续稳定运行、目前国内运行效率最高的转底炉。截至2021年5月，宝武集团环境资源科技有限公司旗下运营的转底炉已达到7座，成为国内运营转底炉数量最多、最稳定的公司，具备固废处理每年200万吨的规模，为钢铁企业“固废不出厂”提供了有力支撑。 2）中冶赛迪作为国内转底炉工程建设的核心力量，截至目前已累计承建转底炉生产线15座，市场占有率约80%，处理含铁含锌尘泥355万吨，有效促进了钢铁行业减污降碳协同增效发展。 3）主要投产项目包括：首钢京唐30万吨转底炉生产线（2020年投产）、宝武湛江含铁固废处置中心二期20万吨转底炉生产线（2020年点火、2021年投运）、中天钢铁绿色精品钢转底炉项目、燕钢转底炉项目（2015年投产，国内早期项目）、新余钢铁25万吨转底炉项目（2021年点火）等。 3.2关键技术指标 经过多年技术积累和创新，国内转底炉技术指标已达到世界先进水平。以首钢京唐含锌固废处置项目为例，采用“基于铁锌固废全量资源化利用的大型转底炉系统”技术成果，新建30万吨转底炉生产线和15万吨均质化生产线，技术指标如下：金属化率≥75%；脱锌率≥90%；单位产品综合能耗≤140kg标煤；铁锌固废资源综合利用率≥99%；长期运行作业率≥90%。 3.3工艺参数对能耗影响 钢铁研究总院有学者通过建立转底炉冶炼数学模型，研究了不同工艺参数对转底炉冶炼能耗的影响，主要结论如下。 1）煤气供应量影响。转底炉产品金属化率与烟气对含碳球团的二次氧化有关。增大还原区煤气供应量，可减少含碳球团二次氧化，提高产品金属化率。 2）助燃风预热温度影响。提高助燃风预热温度可降低燃烧消耗。助燃风预热温度每提高100℃，煤气消耗可减少75m3。 3）富氧率影响。提高助燃风富氧率可提高冶炼效率。当助燃风富氧率达到20%时，煤气消耗量减少50%，烟气量减少57%。 4）碱度影响。将碱度提升至2.5时，残锌量可降至0.41%，脱锌率较传统低碱度方案提高60%以上。 3.4锌资源回收效果 1）针对炼钢尘泥中锌资源的高效回收，沙钢开展了“转底炉工艺高效高值化回收锌资源关键技术创新与实践”项目。通过对炼钢全流程锌元素平衡的系统核算，将废钢划分为高锌废钢（锌含量1.8%-2.2%）、中锌废钢（锌含量1%-1.2%）及低锌废钢 （锌含量0-0.5%）三类，建立了废钢分类使用制度，实现了高锌污泥（Zn≥5%）与低锌污泥（Zn≤3%）的清晰分流和稳定产出。 2）在转底炉处理环节，通过优化配料、布料、焙烧工艺及烟气系统，实现了稳定可靠的高品位氧化锌产品生产，锌品位可达70%以上。电炉粉尘转底炉处理的试验研究表明，在1300℃还原温度条件下，铁金属化率可达86.2%，脱锌率接近94%。 3.5装备运行可靠性 1）针对高锌原料处理对装备稳定性的影响，有学者开展了耐材锌侵蚀机理研究。结果表明，当转底炉入炉原料锌含量约为2%时，传统硅铝酸盐耐材使用寿命超过14个月；当原料锌含量超过4%后，耐材寿命缩短至9个月左右。 2）基于上述研究，提出了焙烧区分级耐材配置方案：在预热区沿用常规硅铝酸盐耐材浇注料，在还原区选用抗锌侵蚀性更强、低孔隙率的镁铬质重型耐材浇注料。同时，针对出料机结瘤与磨损问题，创建了“压力场-气氛场协同控制”与“材料-工艺协同防护”技术体系，显著提升了装备在长期高锌工况下的运行可靠性。 3.6典型项目案例分析 国内主要转底炉项目汇总如表2所示。 3.6.1宝武湛江转底炉项目 宝武湛江转底炉项目是由宝武环科转底炉事业部负责运营，采用宝武集团自主研发的转底炉核心技术。 1）湛江钢铁转底炉一期项目自2016年投产以来，已连续稳定运行多年，是目前国内运行效率最高的转底炉生产线。依托该项目的成功实践，宝武环科进一步构建了钢铁固废处置专业化平台，为创建“无废工厂”、实现固废“资源化、减量化、无害化”利用提供了有力支撑。 2）湛江钢铁含铁固废处置中心二期项目总投资2.0382亿元。项目主要建设一条年处理能力为20万吨的转底炉生产线及配套公辅设施。该项目秉承“配套湛江钢铁三高炉”“固废不出厂”等原则，成功借鉴了宝武集团以往项目的好经验、好做法，凝聚了宝武集团转底炉的诸多先进技术。项目投产后，实现了一次资源的利用效率最大化、二次资源的回用价值最大化、三次资源的综合利用效益最大化，使钢铁主业与固废、产品、副产品利用业务协调发展。 3.6.2江西省转底炉项目 目前，江西省已知的转底炉项目为新余钢铁含铁资源综合利用项目。 1）新余钢铁转底炉项目。该项目总投资22847.06万元，年处理含铁除尘灰25万吨，年产返炉料17.9万吨、次氧化锌13356.52吨。建设内容包括原料烘干系统、配料混合系统、生球准备系统、焙烧还原系统、返炉料冷却系统等生产设施及相应公用辅助设施。 2）项目效益。该项目采用赛迪热工环保具有自主知识产权的转底炉含铁锌尘泥处置工艺，对新余钢铁厂内各生产环节产生的含铁含锌尘泥进行再生循环利用，彻底解决了含铁锌尘泥堆存和返回主工艺造成的环境和系统运行故障难题，实现了固废“零”出厂。 3.6.3唐山市转底炉项目 唐山市是河北省钢铁产业重镇，近年来在钢铁固废资源化利用领域积极推进转底炉技术应用。截至目前，唐山市已知的转底炉项目包括河北津西转底炉项目和九江线材转底炉项目。 1）河北津西转底炉项目。该项目位于河北省唐山市迁西县河北津西新材料科技有限公司厂内，由赛迪热工环保以EPC总承包模式承建。项目主要建设内容为1条处理规模25万吨/年的转底炉生产线和1条6万吨/年的成品粉冷压固废处理线。 该项目主要处理锌含量较高的高炉布袋灰、高炉重力灰、转炉二三次灰，同时兼顾处理转炉一次灰。项目采用中冶赛迪自主研发的以转底炉为核心的含铁含锌固废绿色高效处置技术集群，在确保充分脱除除尘灰中锌元素的同时，可生产出含铁品位较高的金属化球团产品，实现铁、锌资源综合回收最佳效果。 项目所需各类圆形筒仓共计20个，其中最大筒仓直径6.6m、高度10m，结构尺寸超宽，且施工现场占地面积较小，无法直接运输成品。项目技术人员采用环形分带、每带分3瓦制作的方式，在厂内预拼装后编号发至现场，成功解决运输难题。同时，转底炉本体结构精度要求极高（长宽高外形尺寸允许偏差±2mm，相邻两孔距离允许偏差±0.5mm），项目部通过详细图转换、建模、分类加工等方式，保证了现场结构安装精准无返工。 2）九江线材转底炉项目。该项目位于河北省唐山市迁安市，由中冶赛迪总承包建设，于2023年8月2日顺利点火烘炉。项目包括一条年处理能力为30万吨的转底炉生产线及配套设施，主要处理布袋灰、电炉灰、筛分除尘灰、转运及矿槽除尘灰、焦炭除尘灰、转炉灰等含铁含锌固废。项目采用了中冶赛迪自主研发的以转底炉为核心的含铁含锌固废绿色高效处置技术集群，具有集成化、绿色化、资源化的优势。该项目对全厂含铁含锌尘泥进行资源化处置，实现固废“零”出厂，助推九江线材实现绿色发展、打造绿色钢厂的标杆。 3.6.4唐山市及江西省转底炉布局分析 1）唐山地区作为中国钢铁产能最集中的区域之一，近年来在钢铁固废资源化利用领域加快布局。河北津西转底炉项目（25万吨/年）和九江线材转底炉项目（30万吨/年）的相继建成投产，使唐山地区转底炉年处理能力达到55万吨以上，有效支撑了区域钢铁企业的绿色发展需求。 2）江西省以新余钢铁转底炉项目（25万吨/年）为代表，填补了省内转底炉技术的空白，为江西省及周边地区钢铁企业含铁含锌尘泥的高效处置提供了可复制、可推广的示范样板。 结论 本文系统解析了转底炉工艺的全流程，从原料预处理到产品回收，对各环节的技术要点进行了详细阐述。 1）转底炉工艺通过内配碳自还原原理，在1250-1350℃高温下快速还原含碳球团，同步实现铁的还原和锌的挥发回收，是处理钢铁厂含锌尘泥的有效技术路线。 2）现代大型转底炉可实现金属化率≥75%、脱锌率≥90%、单位产品综合能耗≤140kg标煤、铁锌固废资源综合利用率≥99%的先进指标。 3）高碱度原料结构控制理论突破了传统低碱度配料局限，在碱度R>2.5条件下可形成低熔点、高流动性渣相，实现金属化球团强度与脱锌率的协同提升。 4）通过精准调控烟气系统参数，可实现锌品位大于70%的高品质氧化锌产品稳定回收。 5）宝武湛江转底炉项目作为国内运行效率最高的转底炉生产线，其连续稳定运行经验为行业提供了重要参考。河北津西、九江线材及新余钢铁等项目的相继建成，标志着转底炉技术在国内已进入规模化推广阶段。 技术发展趋势 1）智能化控制。开发转底炉系统能量分析及优化软件，以单位产品综合能耗、成本和二氧化碳排放量为目标，实现系统优化模型的单目标和多目标优化，实现整条生产线从原料投入到成品产出的全自动化与智能化管理。 2）高值化利用。针对炼钢尘泥中锌资源的高效回收，建立废钢锌源调控的炼钢尘泥锌含量分级控制技术，实现高锌和低锌尘泥的主动调控，从源头保障入炉原料锌含量的稳定控制，进一步提升氧化锌产品品位。 3）低碳化发展。在全球环保意识日益增强的背景下，转底炉技术的未来发展将更加注重与绿色环保理念的深度融合，进一步降低能耗和碳排放，推动该领域向更加可持续、生态友好的方向迈进。 推广前景 1）转底炉工艺契合了钢铁行业绿色、低碳的循环经济发展方向，是解决尘泥环保问题、实现有价资源“吃干榨净”的关键手段。随着国内钢铁企业环保压力增大和资源循环利用需求增加，转底炉技术的市场空间将进一步扩大。 2）实践经验表明，转底炉技术已具备规模化推广的基础。同时，随着废钢资源量的持续增长，来源于报废汽车、家电等镀锌制品的含锌废钢占比显著提升，转底炉工艺在处理炼钢尘泥方面的优势将更加凸显。此前，据中国废钢铁应用协会预测，2025年中国废钢资源总量约2.53亿吨，其中可用于炼钢的资源量约2.1亿吨，这为转底炉工艺提供了广阔的应用前景。
