日本长流程钢铁厂环保措施

从2008年3月起，新日铁君津厂有3台转底炉顺利运转。在转底炉的使用中确立了粉尘造粒、成形、反应条件控制、废气处理及高炉用高强度还原球团制造等一系列技术，从而最先在世界上实现了利用转底炉将铁厂粉尘作为高炉炼铁再资源化。
由于将转底炉和现有的再资源化设备有机组合，而构建成新的再循环系统，基本上可将钢铁生产过程中产生的全部粉尘和尘泥实现再资源化。
现在，由于转底炉的应用，可将原来被迫放弃回收的粉尘中的锌除去，因此现在基本上所有粉尘和尘泥都能进行再资源化了。
3.1基本工艺过程
脱锌是粉尘再资源化的首要目的，且须使脱锌率达90%。通过对现有能进行还原脱锌处理的各种工艺的比较，最终选定了转底炉。
君津厂应用转底炉，开发了用低含锌粉尘生产高强度还原球团的技术，可以实现向高炉的再资源化。
c.废旧塑料的热处理微粉化
若用破碎机将塑料破碎成微粉，所产生的摩擦热就会将之熔融软化。因此，为将其粉碎到1mm以下，必须具有特殊的冷冻破碎技术，不然废塑料的再资源化就难实用。然而，将废塑料进行加热处理而使之脆化，即使在常温下破碎也可实现微粉化。应用此原理，建设了采用废塑料、热处理工艺的APR设备，并于2007年投产。
从烧结车间停产前后的神户制铁所平面布置图可知：原来仅焦炭为筒仓贮存，煤和矿石都为原料场堆放；现在烧结车间和料场均已拆除，而成为IPP(火电厂)区域，在其中部分土地上建设了装煤的全密闭化12个筒仓，容量合计36万t，可同时向IPP(日用煤1万t)和高炉(日用煤0.8万t)供煤。另外，还新建了球团筒仓。
1.神户制铁所在炼铁领域的环境对策
神户制铁所是一个邻近住宅区的都市型钢铁生产企业，出于对环保的考虑，采取了降低厂内排出废气中SOx、NOx并抑制粉尘和臭气等一系列措施。
作为环保对策，该厂一直将抑制CO2的排放摆在最重要的位置。高炉是耗能大的大型设备，如何设法减少其C02排放对环保具有重要作用。
3.2粉尘再循环设备概要
在1号转底炉处理中，将原料粉尘用圆盘式造粒机造成球后再装入转底炉。具体流程是按预定的配比从各原料斗内放出不同的粉尘，在球磨机内混匀后，由圆盘造粒机制成球，再将此生球团干燥后投入转底炉炉内进行还原和脱锌。
2号转底炉的原料主要是高水分的尘泥，在预处理中需脱水和成形。将转底炉旋转1周而进行并完成了还原和脱锌的成品球团(隔绝空气)冷却后，贮存于成品槽中，可按需送入高炉炼铁。含锌废气经余热锅炉／热交换装置后，在集尘器中捕集浓缩了锌。
这样一来，原来堆积在料场上的矿石和煤，就因烧结这一前处理工序的省略，而实现了全部筒仓密闭贮存，加之运送的皮带机密闭化，从而大幅减少了制铁所内粉尘发生量。
b.引进高炉渣水淬设备
原来的高炉渣100%为缓冷处理，在缓冷时伴随洒水而产生硫的臭味。另一方面，由于政府最近制定了海砂限采规则及对购买进行了限制，故市场增加了对高炉水淬渣这种砂的代用品的需求。
因此，该所引进了高炉渣水淬设备并于2003年11月投产。利用实验室试验查明了洒水时间和高炉渣含硫气体发生量之间的关系如下：缓冷渣因渣温高而在初期就发生较多含硫气体，然后含硫气体随渣温下降而逐渐减少，但—段时间内仍能闻到硫味。另一方面，大水量淬渣时温度急降，含硫气体发生量很快就降至难以感知的程度。
4.住友金属的钢铁副产物再循环
住友金属公司2007年因钢铁生产而产生的炉渣、粉尘和尘泥等副产物为576万t。为减少最终的处理量，对之进行有效利用是个重要课题，即炉渣主要作为各种渣制品原料，而后二者则作为炼铁原料进行再循环利用。结果使该公司的副产物再循环率从2001年起连续7年均达98%，最终处理量减少到11.4万t，实现了钢铁业自主行动计划目标。除此之外，还采用KC资源循环炉对公司内、外的产业废弃物进行了循环利用。
APR设备由将废旧塑料熔融、脱氯和微粉碎工序构成：首先将塑料加热、脱氯、混合、再冷却固化，将经此处理过程脆化的塑料在常温下粉碎，可使制品粒径达到200—400um。这样制得的塑料微粉在高炉内的反应性比原来的颗粒要高得多，更能获得有效利用。
d.使用气化改质炉制造燃气
1.2节约能源
a.利用3号高炉大修降低燃料比
高炉是制铁所中耗能最大的设备，从高炉排放的C02约占制铁所总排放量的65%；并且，大部分CO2来自还原剂，故降低还原剂的使用率，对于减排C02具有很大作用。
一届寿命达24年的3号高炉于2007年11—12月经45天的超短期大修后点火投产。如前所述，此高炉是日本国内唯一采用全球团矿操作、利用大修扩大了炉口和炉腹直径，并将容积由原来的1845m3扩大到2112m3。容积的扩大不但确保了产量的增加，而且因炉体形状的最佳化而改善了炉料透气性，从而降低了燃料比。
日本在千叶地区建设了热选择(thermo-select)方式气化改质炉，以可燃性废弃物和塑料制包装容器为对象进行气化，向制铁所供应制造的燃气。热选择方式的特点，是在约1200℃的，高温下将可燃性废物气化，经由气体改质、精制过程而将二恶荚类有毒气体的发生抑制到极限，从而可回收提纯燃气，并可将熔渣、金属等无机物进行再资源化。
为解决这一问题，即提高消化效率而开发了一种加压式蒸汽消化设备。因在加压(0.6MPa)蒸汽氛围下进行消化反应，故其反应速度达常压下的24倍。用铲车将炼钢炉渣送进渣笼，然后用移动台车将渣笼送入高压蒸锅内进行消化，从而大大提高了处理效率并减轻了操作负荷。而且，因反应的均匀化提高了处理渣制品的质量，减少了占用土地和处理设备费用。另外，机械化作业既省力又确保了高安全性。
由于将原来作为废物丢弃的废旧塑料作为铁矿石还原剂加以利用，既可以在炼铁工序节省煤炭资源，又能避免因焚烧塑料而增加CO2的排放。这种塑料的再循环利用减少了化石燃料的消耗和对环境的负荷。
b.塑料制容器包装的利用
将塑料制容器包装再资源化的高炉原料化处理流程如下：将收集并压缩打包的废塑料拆捆后，送入分选机，在选出细颈瓶和软胶片的同时，除去各种杂质，再用破碎机将之破碎到预定颗粒直径，作为高炉还原剂；另一方面，软片类塑料经由破碎机破碎成预定粒径后，根据塑料的比重差用离心机赊去强腐蚀性的聚氯乙烯塑料，以剩下的薄片造粒后用作高炉还原剂。
3.5还原球团在高炉的使用效果
在高炉上的使用效果如下：降低了高炉燃料比，因含铁粉尘的使用而减少了主原料的单耗，而且高强度球团的使用改善了高炉操作。
查明了高炉使用还原球团成品的单耗与高炉燃料比之间有如下关系：每当向高炉装入30kg粉尘制成的还原球团，即可减少7kg还原剂消耗，从而定量确认了改善高炉操作的效果，且还原剂的减低效果超过了制造还原球团时的能源支出。另外，粉尘再资源化使原来可能被废弃的碳分和铁分得到有效利用，一年可节能1400TJ。
该厂自产的铁系粉尘作为高炉原料时，由于含锌，所以利用宅低。外来的产业废弃物也因含有Zn而难以再循环利用，从而使天然资源耗用增加；且废物中所含的碳不能有效利用，焚烧又会增加CO2排放。
以下特以高炉为中心，介绍近年该制铁所的环保对策及减排CO2的情况。
1.1减轻环境负荷
a.利用筒仓减少粉尘
该所3号高炉的烧结车间在1999年因兴建2x70万kW机组火电厂而关闭，炼铁主原料也从原来的自产烧结矿改为加古川制铁所生产的堆场烧结矿，最终从2001年起转向采用全球团矿操作，所用的球团矿含有加古川制铁所生产的碱性球团矿和进口球团矿。
2.1在炼铁工艺中将使用过的塑料再资源化
a.作为铁矿石还原剂的利用
将塑料破碎、造粒后从高炉下部风口吹入炉内、变成还原性气体能将铁矿石还原成铁。没有参与还原反应的气体，可从高炉上部回收，供制铁所内的加热炉和发电厂使用。即向高炉内吹入的塑料可以100%得到有效利用；并且，此过程为塑料中氢气的还原反应而不产生C02，故较之焦炭作还原剂，具有减排温室气体的特点。
2.JFE利用炼铁过程的塑料再循环利用
JFE将城市废弃物作为循环再利用的资源，如在炼铁工艺中作为原料再利用。
在京浜地区的JFE东日本制铁所，从1996年开始将废塑料代替部分焦炭作为高炉还原剂使用，其后一直将使用过的塑料容器包装等作为炼铁用原料进行了再资源化。
b.面向将来的C02减排技术
日本各钢厂虽也积极进行了降低高炉燃料比的试验研究，但在现有原料条件下，达到470-480kg／t基本上是最小值，要进一步降低是困难的。其中，神户制铁所根据全新的原理，进行了能有效降低燃料比的含碳人造块矿的开发。
含碳人造块矿是将粉碎的煤粉和铁矿粉加热，利用煤的熔融软化性在不同粘结剂的作用下加压成形。其特点如下：
①在100%使用劣质(中高结晶水)矿石时也能确保高炉所需块矿强度，并能适应今后矿石劣质化的形势。
②可100%使用比炼焦煤价格低的弱粘结性煤。
③其还原性和还原粉化性都优于普通烧结矿。
另外，新日铁的高炉内还原反应模拟和住友金属试验高炉的结果表明，在高炉入炉料中配入10%的含碳块矿，即可提高高炉内的还原效率(CO利用率)，从而将燃料比降低30kg／t铁水。
3.新日铁的粉尘再循环利用技术
对于钢铁生产过程中发生的各种副产物，新日铁将其作为循环资源而利用，并持续推进环境负荷少的零排放。以下介绍拥有基础技术的君津制铁所炼铁粉尘的再循环技术。
以前，厂内的含铁粉尘用作烧结原料或冷球团矿。然而烧结或球团矿生产中，锌含量高，对高炉操作不利，所以无法将含锌粉尘作为炼铁原料，只能放弃回收。
3.3粉尘再循环技术 Fra bibliotek因球团是直接用于高炉炼铁，故要求符合高炉对原料的性能要求。研究和试验的结果表明，可以制造出能耐高炉内磨擦与热冲击的高强度还原球团，从而为将粉尘作为高炉再资源化奠定了基础。
3.4还原球团成品性状
从球团的外观和断面图可知其有致密的金属化和足够高的强度；即使与一般烧结矿比较，此球团也是粉化率极低的优质料。
4.2鹿岛厂的回转窑式RC资源循环炉
原来对厂内的铁系粉尘，部分作为高炉炼铁原料进行再循环利用，余下的则填埋处理。对于Pe·c系污泥和电炉炼钢粉尘等外来废弃物，也是直接填埋或焚烧后填埋。