我国钢铁工业的清洁生产和二次资源的综合利用

第36卷　第2期2001年2月

钢 铁

I RON AND ST EEL

V o l.36,N o.2

February2001我国钢铁工业的清洁生产和

二次资源的综合利用

陈登福　白晨光

(重庆大学)

摘　要　要实现钢铁工业的清洁生产和可持续发展,必须对冶金生产过程产生的二次资源和能源进行全量和高附加值的利用,进行冶金“三废”处置和净化新技术新工艺的研究,节能降耗。此外,还应积极进行与环境协调性好的冶金新工艺新流程的开发。

关键词　钢铁冶金　清洁生产　资源综合利用α

CL EAN PROD UCT I ON IN IRON AND STEEL IND USTRY

IN CH INA AND COM PREHENSIVE UT I L IZAT I ON OF

M ETALL URGI CAL SECONDARY RES OURCES

CH EN D engfu　BA I Chenguang

(Chongqing U n iversity)

ABSTRACT　In o rder to realize the clean p roducti on and the su stainab le developm en t of iron and steel indu stry,the secondary m aterial and energy resou rces resu lted from m etallu rgical p rocesses have to be u tilized to tally and w ith great added value.T he study of the new techno logy of w aste dispo sal and pu rificati on fo r energy saving as w ell as decreasing con sum p ti on has to be done.In additi on,the research shou ld be carried ou t fo r the new p rocess and m ethod in m etallu rgical p roducti on w h ich is environm en t friendly.

KEY WOR D S　iron and steel indu stry,clean p roducti on,com p rehen sive u tilizati on fo r m etallu rgical secondary resou rces

1　前言

钢铁工业生产的主要特点是工序多、流程长、设备规模大、资源密集、能源消耗大、环境污染严重。钢铁工业作为国家的基础产业,对我国经济建设的发展具有巨大的作用。虽然目前我国的年钢产量超过了1亿t,并且近10年来企业在环境保护和二次资源综合利用以及节能降耗工作等方面取得了较大进步,但是,我国钢铁工业的总体装备水平与国外先进水平相比还有相当的差距,其生产工艺技术还较落后,尤其是环境配套设施建设的总体水平还比较差,某些中小企业甚至连基本的除尘设备和水处理设备都没有很好地配置。因此,我国钢铁企业的环境污染从总体上说是比较严重的。

要提高我国钢铁产品的国际竞争力,充分挖潜节能降耗,显著提高冶金二次资源的再利用率,实现钢铁工业的可持续发展,显著降低钢铁企业排除的环境污染物的水平,实现清洁生产,笔者认为从技术的角度来说应做好以下两个方面的工作。

2　钢铁工业现有流程的清洁生产

在可预见的将来(如到2010年),钢铁产品主要依靠铁矿石、煤为主要原料的高炉—转炉—连铸—热轧流程和主要依靠废钢为原料的电炉—连铸—热轧流程生产[1]。针对钢铁工业的现有流程,要实现清洁生产而且使产品又具有竞争力,钢铁企业必须大幅度地降低原材料消耗,节省能源,减少生产中环境污染物的排放量,最大限度地进行二次资源的综合

α()

利用,建设冶金“三废”处理和利用的循环流程如废水的处理和循环利用等设施,提高钢铁制品的质量,降低钢铁的消耗量。

211　冶金煤气及其热值的充分利用

冶金生产过程排放的煤气,包括焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、电炉及铁合金炉的烟气等。这些煤气或烟气的温度较高,含有大量的物理热和化学热,是一种良好的能源。同时,冶金炉煤气中,含有的碳、氢化合物的比例很高,如利用得当是很好的化工资源。因此,应大力加强煤气利用的研究。

目前,冶金炉煤气主要用作冶金厂内部的燃料,比如用于热风炉的换热、加热炉内对钢锭的加热等。一般说来,冶金生产所产生的煤气量远大于冶金企业所使用的煤气量。富余的部分目前还没有很好地利用。

要使冶金炉煤气得到充分利用,必须要有良好的除尘设施和煤气中气态污染物的处理设施。煤气中的粉尘含量和硫化物等的含量必须小于所规定的标准(因为粉尘对管道和设备具有磨损和腐蚀作用;硫化物等在钢锭加热时对钢锭的表面质量产生有害影响,并在煤气制取化工产品时对催化剂具有很大的毒害作用)。国内目前的现状是由于环保设施不过关、煤气储存设备的容量不足、利用途径不多和利用量不足等原因,煤气的回收率与国外先进水平相比有很大差距。相比之下,转炉煤气回收利用的难度更大。1995年,我国高炉煤气的回收率仅为86%;转炉煤气的回收率为47m3 t[2],宝钢、武钢转炉煤气回收的水平较高,而攀钢、重钢等大型企业和许多中小型企业则没有回收。据统计,国内41家15t以上转炉的厂家中,回收煤气的仅有16家[3]。因此,加强转炉煤气回收及其利用的研究刻不容缓。

煤气余热利用的研究。从节能的角度出发,煤气的物理热应通过余热锅炉和烟气管道的冷却充分地回收和利用,或将煤气的余热和余压用于发电而回收能源。

煤气经过一定的处理和转换用作城市的供热和取暖技术的研究。由于安全的原因,煤气应进行一定的处理和转换用于供热和取暖。

煤气用作制取高附加值化工产品的研究。焦炉煤气中含有CH4的比例较高,可采取近似天然气的工艺制取合成氨,目前国内有少数厂家(如攀钢等)生产。高炉煤气中由于含有的CO比例不高(15%～25%),而含有的N2量很高(55%～60%),制取化工产品从经济的角度来说难度较大。转炉煤气含

有CO的量很高(依据煤气收集方式的不同达60%～90%),从理论上来说是一种很好的化工资源。

转炉煤气可以用作制取合成氨、尿素、甲醇等产品。其基本原理是使CO产生变换反应

CO+H2OΩH2+CO2

这一反应是一可逆反应,使用催化剂控制反应的平衡转化率。当制作合成氨时,要求反应进行彻底,在合成塔内经脱硫和脱CO2后与制氧机的副产品N2在催化作用下合成氨。N H3与脱下的CO2合成尿素(CO(N H2)2)。控制上述反应的平衡转化率使其部分转化为H2,再经脱硫和脱CO2后,将CO 和H2的混合气体合成甲醇。据理论估算并考虑到生产效率问题,年产100万t的转炉炼钢产生的煤气可合成氨约5万t,并可生产约10万t的CO2。若年产600万t钢的企业,其煤气可合成氨30万t左右,相当于国家的一个大型或特大型氨厂的产量,并且炼钢工艺和此合成氨工艺产生的N2和CO2的量对尿素合成所需的量来讲是足够的。因此,用转炉煤气制造尿素有较好的技术经济优越性。

此外,利用冶金炉煤气中的CO还可制作碳黑、草酸等许多其他化工制品[4]。

对于电炉烟气的利用,国际上很重视。90年代以来,相继开发出了双炉壳电炉、手指式竖炉电炉、炉料连续预热电炉(Con steel Fu rnace)等多种方法对电炉烟气的物理热和化学热进行利用。我国新建和即将投产的一些电炉如宝钢、安阳钢铁公司、沙钢、珠钢和贵阳钢厂等单位具有电炉烟气预热废钢的功能。目前的当务之急是将国内已生产多年的电炉的烟气利用起来。据国外文献报道,对超高功率电炉,废钢在密闭容器内预热,预热后的温度可达到300～500℃,烟气中含有很高氧化铁的粉尘将大部分被废钢过滤而进入电炉内当作原料使用,冶炼时间缩短8m in,耐火材料消耗下降17%,节电50 k W・h t[5]。因此,电炉烟气预热废钢的方法对环境保护、节能降耗、提高电炉工艺的竞争力均有重要意义。

电炉烟气中的粉尘含有较高的锌、铁和其他氧化物等物质,粒度细,是一种有毒有害物质。目前世界上对电炉粉尘利用的研究很重视。除废钢预热技术可明显降低电炉粉尘的排放外,德国德马克公司开发了转底炉—埋弧电炉、瑞典M efo s开发了空心电极直流电弧炉、德国鲁奇公司开发了回转窑及循环流化床处理含锌粉尘技术。也可将电炉粉尘和碳粉喷吹到高炉或其他熔融炉中代替一部分原燃料,

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