第九章钢铁工业清洁生产Word下载.docx
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图9－1钢铁联合企业主要工艺及其污染物排放
表9－1钢铁厂吨轧材排放的污染物kg/t材
污染物
因子
烧结
炼焦
炼铁
炼钢
轧钢
综合
总量
颗粒物
粉尘
3
1
2
0.5
0.6
—
7.1
烟尘
烟
气
SOx
4
0.3
0.32
0.2
2.0
7.0
NOx
0.1
CO
40
5
15
0.33
60.63
HF
0.04
微量
0.01
不定
0.05
CxHr
0.60
废
水
SS
0.28
0.06
0.24
0.07
0.20
0.85
COD
0.08
0.16
0.14
0.63
NH3
0.03
0.11
酚
0.005
氰化物
0.02
氯化物
0.30
硫酸盐
0．004
0.003
0.40
0.407
固
体
物
循环利用
12
30
79
泥渣
10
渣
300
100
400
氧化铁皮
含油废物
其
它
耐火材料
20
工业垃圾
生活垃圾
（二）烟气排放及其特点
钢铁厂的烧结、球团、炼焦、化学付产、炼铁、炼钢、轧钢、锻压、金属制品与铁合金、耐火材料、碳素制品及动力等生产环节，拥有排放大量烟尘的各种窑炉。
全国钢铁工业每年废气排放量可达12000亿m3左右，其中，二氧化硫等外排放废气约占全国1/6，排放量仅次于电力工业，居全国第二位。
钢铁工业在各工业部门中是废气污染环境的大户之一。
根据钢铁企业排放的废气，大体可分为三类：
第一类是生产工艺过程化学反应中排放的废气，如冶炼、烧焦、化工产品和钢材酸洗过程中产生的烟尘和有害气体；
第二类是燃料在炉、窑中燃烧产生的烟气和有害气体；
第三类是原料、燃料运输，装卸和加工等过程产生的粉尘。
现将排放量大的烟尘、粉尘和二氧化硫的来源列于表9－2。
表9－2铁钢企业烟尘、粉尘、二氧化硫的主要来源一览表
生产工艺
主要污染物
排放源
一、原料处理
二、烧结（球团）
三、炼铁
四、炼钢
五、轧钢
六、铁合金
粉尘
烟尘、二氧化硫
烟尘，二氧化硫
烟尘
原料堆场
原料运输机转运
矿石破碎筛分设备
煤粉碎设备
烧结机机关
带式（或竖炉）球团设备
烧结机机尾
烧结矿筛分系统
贮矿槽
粉焦粉碎系统
炉前原料贮存槽
原料转运站
高炉出铁场
高炉煤气放散
铸铁机
混铁炉
平炉（吹氧平炉）
转炉（顶吹氧转炉）
连铸、火焰清理机
电炉
炉外精炼炉
化铁炉
铁水脱硫
散状料转运站
辅助物料破碎
加热炉（烧煤）
钢坯火焰清理机
机械清理机
热带连轧、精轧机
冷带连轧、双平整机
敞开式电炉
封闭式电炉
精炼电弧炉
回转窑
熔炼炉
七、炼焦
八、耐火
九、炭素制品
十、机修
十一、动力
十二、辅助原料加工
焦炉装煤设备
出焦设备
熄焦设备
焦炉
煤及焦粉碎、筛分、转运点
竖窑
隧道室
破碎、筛分设备
运输系统
锻烧炉
焙烧炉
石墨化炉
浸焙炉
原料破碎、筛分转运点
锅炉
石灰窑
白云石窑
矿石破碎、筛分、转运点
钢铁工业废气的物点是：
1、排放量大、污染面广
钢铁工业生产过程中释放的废气，每吨钢的废气排放量约为20000m3（标）,在全国40个行业中，钢铁工业废气年排放量占全国总排放量的18%，位居第二。
钢铁企业的工业窑炉规模庞大、设备集中。
全国40个行业中，废气排放量在100万m3（标）以上的76个大户中，钢铁企业即有14户，占18.4%。
2、烟尘颗粒细，吸附力强
钢铁冶炼过程中排放的多为氧化铁烟尘，其粒径在1µ
以下的占多数。
由于尘粒细，比表面积大，吸附力强，易成为吸附有害气体的载体。
3、废气温度高，治理难度大
冶金窑炉排出的废气温度一般为400～1000℃，最高可达1400～1600℃。
在钢铁企业中，有1/3烟气净化系统处理高温烟气，处理烟气量占整个钢铁企业总烟气量的2/3。
由于烟气温度高，对管道材质、构件结构，以及净化设备的选择均有特殊要求；
高温烟气中含硫、一氧化碳，使烟气在净化处理时，必须妥善处理好“露点”及防火、防爆问题。
所有这些特点，构成了高温烟气治理中的艰巨性和复杂性，使处理技术难度大、设备投资高。
4、烟气阵发性强，无组织排放多
金属冶炼是非常复杂的反应过程。
其间，烟气的产生具有阵发性，而且随着冶炼过程的不同，散发烟气的成分及数量也不同，波动极大。
一般净化系统主要是控制烟气最大的冶炼过程（即一次烟气），而对一次集尘系统未捕集到以及其它辅助工艺过程所散发的烟气（即二次烟气），形成了无组织地通过厂房或天窗外逸。
二次烟气中的烟尘虽一般仅占总烟尘量的7～10%左右，但其尘粒细、分散度高，对环境的污染影响更大。
5、废气具有回收价值
钢铁生产排出的废气虽然对环境有害，但高温烟气中的余热可通过热能回收装置转换为蒸汽或电能；
可燃成分如煤气可作为燃料；
净化过程收集的尘泥多数富含氧化铁，可以回收利用。
（三）废水排放及其特点
钢铁工业用水量很大，每炼一吨钢，约用200～250m3水，外排废水量约占全国的1/7，仅次于化工，位居第二。
钢铁生产过程中排出的废水，主要来源于生产工艺过程用水、设备与产品冷却水、设备和场地清洗水等。
70%的废水来源于冷却用水，生产工艺过程排出的只占一小部分。
废水含有随水流失的生产用原料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。
钢铁工业废水通常按下述方法分为三类：
第一类，按所含的主要污染物性质，可分为含有机污染物为主的有机废水和含无机污染物（主要为悬浮物）为主的无机废水以及仅受热污染的冷却水；
第二类，按所含污染物的主要成分，可分为含酚氰污水、含油废水、含铬废水、酸性废水、碱性废水和含氟废水等；
第三类，按生产和加工对象，可分为烧结厂废水、焦化厂废水、炼铁厂废水、炼钢厂废水和轧钢厂废水等。
各厂又有几种主要废水以及这些废水处理工艺的选择，如表9－3所示。
表9－3钢铁企业主要废水及其单元处理工艺选择一览表
排
放
的
工
厂
按污染物主要成份分类的废水
单元处理工艺选择
含酚氰废水
含氟废水
含油废水
重金属废水
含悬浮物废水
热
酸废∧液∨水
碱
沉
淀
混
凝沉淀
过
滤
冷
却
中
和
浮
化学氧化
生物处理
离子交换
膜分离
活性炭
磁分离
蒸发结晶
化学沉淀
混凝气浮
萃
取
烧结厂
●
焦化厂
炼铁厂
炼钢厂
轧钢厂
铁合金
其它
钢铁工业废水的特点是：
1、废水量大，污染面广
钢铁工业生产过程中，从原料准备到钢铁冶炼以至成品轧制的全过程中，几乎所有工序都要用水，都有废水排放。
2、废水成分复杂、污染物质多
表9－4列出了钢铁工业废水的污染特征和主要污染物质。
从中可以看出钢铁工业废水污染特征不仅多样，而且往往含有严重污染环境的各种重金属和多种化学毒物。
表9－4钢铁工业废水的污染特征和主要污染物
排放废水的单元（车间）
污染特征
主要污染物
浑浊
臭味
颜色
有机
污染物
无机
污染
染
热污染
苯
硫化物
氟化物
油
酸
锌
镉
砷
铅
铬
镍
铜
锰
钒
焦化
酸洗
3、废水水质变化大，造成废水处理难度大
钢铁工业废水的水质因生产工艺和生产方式不同而有很大的差异。
有的即使采用同一种工艺，水质也有很大变化。
如氧气顶吹转炉除尘污水，在同一炉钢的不同吹炼期，废水的pH值可在4～13之间，悬浮物可在250～25000mg/L之间变化。
间接冷却水在使用过程中仅受热污染，经冷却后即可回用。
直接冷却水因与物料等直接接触，含有同原料、燃料、产品等成分有关的各种物质。
由于钢铁工业废水水质的差异大、变化大，无疑加大废水处理工艺的难度。
（四）固体废物排放及其特点
钢铁工业固体废物（即冶金渣或废渣）是指钢铁生产过程中产生的固体、半固体或泥浆废弃物。
主要包括：
采矿废石、矿石洗选过程排出的尾矿、冶炼过程产生的各种冶炼矿渣、轧钢过程中产生的氧化铁皮和各生产环节净化装置收集的各种粉尘、污泥以及工业垃圾。
此外，按固体废物管理范畴还包括容器盛装的酸洗废液和废油等。
钢铁工业固体废物产生于钢铁生产的各个环节，换言之，伴随着从矿石的采掘到钢铁成品的出厂，每一步工序都有其特定的固体废物的产生、排放，其品种因工序而异，其发生量因工艺技术而增减。
表9－5列出了钢铁厂通常产生的固体废物和副产品。
表9－5钢铁工业中的废物和副产品（节选）
生产阶段
副产品和废物
焦炭生产
硫酸铵、苯、浓焦油、萘、沥青、粗酚、硫酸、焦油；
锅炉与冷却器清除残渣；
氨生产中排出的石灰泥浆；
焦化废水机械澄清排出的污泥；
熄焦水与温法除尘器排出的湿尘泥；
焦化废水处理的活性污泥；
废气净化产生的粉尘；
二次烟尘产生的粉尘
高炉
高炉渣；
铸造场烟气除尘产生的粉尘；
煤气净化产生的粉尘；
煤气洗涤水净化产生的污泥
钢渣；
二次排放控制产生的粉尘；
干法烟气除尘产生的粉尘；
钢厂除尘用工艺水产生的污泥
热成型和连铸
铁屑
轧机污泥
铁皮坑渣
辗磨与切削废物
轧辊辗磨产生的污泥
精加工
来自表面机械处理的铁屑；
工艺水处理产生的铁屑；
粉尘；
再生设备产生的Fe2O3；
再生设备产生的FeSO4·
7H2O；
酸洗废液；
中和污泥；
废热处理盐；
来自金属表面除油与清洗的残渣
其它辅助部门
含油废弃物：
液态废弃物：
如废油和废油乳化液，含油污泥；
含油固体废弃物：
如润滑剂生成的固体废物及含油的金属切削物
轧钢废料，建造和拆除的废钢
废耐火材料
屋顶集尘；
挖掘出的土；
下水道污泥；
家庭废物；
大块的废物。
钢铁工业固体废物的特点是：
1、量大面广，种类繁多
如前所述，钢铁生产消耗原材料和燃料多，但80%以上的消耗又以各种形式的废物排出。
其中除废水外，以重量计又以固体废物为主，即每生产1吨钢，固体废物排放量即超过半吨。
我国现已成为世界第一产钢大国，年产量逾2亿吨，其固体废物产生量之大不言而喻，约占我国工业固体废物发生总量的1/5，排在矿业和电力行业之后，位居第三。
从表9－5中又可以看出固体废物产生于钢铁生产的各个环节，不仅涉及面广，而且种类各异、品种繁多。
2、蕴含有价元素，综合利用价值高
钢铁工业原料多为各种元素共生矿物。
生产过程中“取主弃辅”，必然导致排出废物中蕴含各种不同的有价元素，如：
铁、锰、钒、铬、钼、铝等金属元素和钙、硅、硫等非金属元素。
这些元素对主产品或许是无益甚至是有害的，但对其他产品生产则可能是重要原料。
因此，钢铁工业固体废物是一项可再利用的大宗二次资源。
有些固体废物稍加处理即可成为其他生产部门的宝贵原料，如高炉渣经水淬处理成为粒化高炉矿渣，是生产矿渣水泥的重要原料。
尤其应指出的是，含铁固体废物即是钢铁厂内部循环利用的金属资源，不仅综合利用价值高，而且减少废物外排，有利于减少污染。
从图9－2“综合性钢铁企业中主要的副产品与废物流程图”中不难看出，相当一部分固体废物（确切地说应是副产品）可以在本企业中循环利用。
图9－2综合性钢铁企业中主要的副产品与废物流程图
3、有毒废物少，便于处理与利用
钢铁工业除金属铬与五氧化二钒生产过程产生的水浸出铬渣和钒渣；
特殊钢厂铬合金钢生产过程中产生的电炉粉尘以及炭素制品厂产生的焦油、轧钢过程表面处理废水治理产生的含铬污泥等少量有毒有害废物外，其它固体废物，如尾矿、钢铁渣、含铁尘泥等，虽然量大，但基本属于一般工业固体废物。
因而，较易燃、易爆、腐蚀性、有毒等危害的危险固体废物易于收集、输送、加工、处理，也便于作为二次资源加以利用。
第二节钢铁生产工艺过程
一．概述
目前钢铁生产有两种主要工艺流程，主要差异是它们所用的含铁原料和类型不同。
同时还存在着这两种工艺流程的变化和组合。
以这两种主要工艺流程构成钢铁联合企业（高炉/转炉法）和电炉（EAF法）钢厂，即“长流程”和“短流程”的钢铁生产。
“长流程”钢铁生产（高炉/转炉法）
长流程的钢铁联合企业主要使用铁矿石以及少量废钢铁。
在生产过程中，首先是从矿石炼铁，随后将铁炼成钢。
这一工艺流程所用的原料包括：
铁矿石、煤、石灰石以及回收的废钢、能源和其他数量不同的各种辅助材料，如油料、耐火材料、合金材料、水等。
其基本工艺流程见图9－3。
目前高炉/转炉法长流程炼钢生产约占世界钢产量的60%。
我国某钢铁联合企业生产工艺流程如图9－4所示。
图9—3钢铁联合企业基本生产工艺流程
图9－4我国某钢铁联合企业生产工艺流程
“短流程”电炉炼钢（EAF法）
电炉炼钢主要使用废钢或越来越多地使用其它来源的金属铁，例如直接还原铁（DRI）。
EAF炼钢主要工艺过程示意如图9－5。
电炉炼钢不需要钢铁联合企业所采用的炼铁工序，而是直接在电炉内熔炼回收的废钢铁，并通过通常在较小的钢包炉（LF）中添加合金元素来调节金属的化学成分。
用于熔炼的能源主要是电力，也可直接喷入电炉氧气和其他矿物燃料来代替或补充电能。
EAF法主要投入和产出的主要物料平衡如图9－6所示。
图9－5电炉炼钢厂主要生产工艺流程示意图
对钢铁联合企业炼钢相比，电炉炼钢工艺工序简单，占地较少。
下游工艺步骤如浇铸或连铸、轧制，与联合企业类似。
目前电炉（EAF法）钢厂生产约占世界总产量1/3。
平炉炼钢
平炉炼钢以铁水、部分废钢为主要原料并入熔剂，以燃油作燃料，使用高温空气，生成强烈火焰。
空气通过平炉烟气余热加热，熔炼过程中亦可喷入氧气使熔池中碳组分迅速燃烧，加快冶炼过程。
平炉炼钢实质上仍属于“长流程”冶炼。
但因其能耗高、效率低现已被逐步淘汰，其产量所占比重甚少。
二．钢铁生产过程
（一）原料装运/准备
原料是生产的基础，钢铁生产消耗大量的原材料与燃料。
因此，钢铁企业的原料供应从装运到备料，系统十分庞杂。
1．装运与准备
由于需要运输和装卸数量极大的原料，所以原料运输费用是选择钢铁联合企业位置时的一项主要因素。
因此，厂址大多位于易利用当地矿石或其他原料的地区，或位于拥有必要港口设施的地区。
这些设施还可以为出口成品提供便利。
所以随着大型、高效远洋运矿巨轮（最大吨位可达32万吨）的出现，钢铁联合企业的厂址不一定为了节省成本而非要位于供矿地附近。
原料主要通过海运输送到炼钢厂，其次是通过公路、铁路或河运。
铁矿粉（直接从远洋货轮或从铁路货车/公路货车/河运货船）卸下、贮存，然后露天混合。
混合可以提供更为均匀的用料，以便提高生产效率和减少浪费。
混合过的铁矿通过焙烧制成烧结块或烧结成球团，以供高炉使用。
选用烧结矿还是球团作为高炉进料，取决于当地情况，例如原料可得性、费用、操作要求、环境法规等。
煤的准备包括“清洗”以去除矿物杂质，然后在炼焦炉中炼成焦炭，以供高炉使用。
非焦煤可以粉化，作为焦炭的代替物直接喷入高炉。
石灰石可以直接送入高炉，或在特殊炉窑中转化为锻烧石灰，用于烧结矿或球团生产，或用作炼钢的添加剂。
废钢的准备包括：
切碎、分类和筛选，以便大量去除不需要的有色金属，以及部分去除有机涂料和其他杂质。
2、装运/准备过程的环境问题
与原料装运有关的主要环境问题是，卸料过程中产生的粉尘、来自贮料堆的粉尘以及车辆运输产生的粉尘和噪声。
这些问题通常通过下列方法来加以控制：
向贮料堆喷水或结壳剂；
确保车轮和道路保持清洁；
以及使装卸作业区远离居民区。
来自原料装卸场的径流通常被收集和处理，以便去除其中的悬浮固体物和油。
（二）烧结/造球
烧结矿和球团的物理特性和化学特性，是决定高炉运行好坏的极为重要的因素，所以这些原料是炼铁过程的关键性组成部分。
1、烧结生产工艺
烧结过程指的是对带有助熔剂和焦炭粉的细铁矿粉加热，生产一种半熔状物质，这种物质再固化成具有作为高炉进料所必需的大小和强度特性的多孔烧结物。
烧结层厚度最大为600mm的湿料被传送到不停运行的炉蓖上。
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