资源综合利用论文

我国转炉炼钢生产的现状及污染、处理和利用分析 摘要：根据国内钢铁行业生产状况，分析了炼钢生产中钢产量、产能、及经营状况。重点介绍了转炉炼钢生产过程中的一系列技术经济指标。同时对转炉炼钢生产所产生的污染物做了介绍，列举了一些处理工艺。 关键词：转炉炼钢技术经济指标污染物 Converter Steelmaking Production in China The Status Quo and Pollution, Processing and Utilization Analysis Zhaowenbo Xi’an University of Architecture &Technology Abstract:According to the domestic steel industry production status, production capacity in steel production, steel production were analyzed, and the operating conditions. Introduced a series of technical and economic index in the process of converter steelmaking production. To pollutants produced by converter steelmaking production at the same time is presented, and lists some treatment technology. Keywords:The convertersteelmakingTechnical and economic indicatorspollutants 前言 炼钢作为钢铁生产的重要工序，对降低企业生产成本，提高产品质量等具有决定性影响。目前，转炉炼钢仍是世界上最主要的炼钢方法，而中国相对便宜的劳动力，紧缺的废钢资源以及昂贵的电价等又进一步促进了我国转炉炼钢技术的发展。20 世纪中期，氧气转炉炼钢法的诞生不仅推动了炼钢技术的进步，而且在其后的发展过程中也带动了高炉大型化、连铸及炉外精炼技术的发展，奠定了现代钢铁生产工艺的基础。进入21 世纪以来，钢铁工业的发展面临着严峻挑战，钢铁产能过剩，导致钢材价格下降，残酷的市场竞争将使一些落后的钢铁厂倒闭，同时钢铁工业的发展也受到资源、环境等因素的限制，原、燃料涨价也不断压缩钢铁厂的利润空间。 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。截止2012 年底，中国重点统计钢铁企业1 000 m3 及以上高炉占全国高炉生产能力的比例约为65%，3 000 m3 以上高炉达34 座; 转炉钢占钢产量的比例超过90 %，100 t 及以上转炉占全国转炉炼钢生产能力比例约为63%，大部分企业已配备铁水预处理、钢水二次精炼设施，精炼比达到70%。[1] 我国钢铁生产现状介绍    钢产量 我国粗钢产量自1996 年超过1 亿t 以来，已经连续17 年居世界第一位。新世纪以来，在工业化快速发展带来的强劲需求的拉动下和上世纪90 年代技术结构升级的支撑下，我国钢铁工业进入了连续10 年的高速发展期，粗钢年产量以年均18. 5%的增长速度，于2009 年达到5. 68亿t，增长趋势如图1 所示。[5]同时对近几年以及2015年的钢产量做了预测如表2所示。[2] 图1钢产量变化趋势 年份 2011 2012 2013 2014 2015 平均增幅 钢产量（万吨） 72247 78596 85792 94502 104055 9.56%               表2近几年钢产量及预测 我国国民经济的持续稳定快速发展，钢铁行业作为支柱产业，在其中扮演者不可缺少的角色，从这几年的钢产量及预测可看出经济建设对钢铁的需求依然巨大，但同时针对国家节能减排要求以及钢铁行业产能过甚等一些列问题，任务依然艰巨。 产能及产能利用率[3] 在产量大幅增长的情况下,钢铁产能也快速增加，据中国钢铁工业协会统计调研数据,2012年底,国内钢铁实际综合产能约9.76亿吨。从2008年起,我国钢铁产能利用率连续5年均低于80%的合理产能利用水平,过剩产能不断增加,2012年底达到最大,为2.6亿吨(产能利用率仅74%)。加之产能过剩严重,钢材供大于求,加之原材料等成本的高企,压缩钢铁行业微薄的利润。如图4-2所示,自2008年起,我国钢铁行业进入微利时代。 经营状况[3] 近几年，特别是20 1 2 年以来中国钢铁产业效益大幅下滑, 出现了多年未见的全行业亏损, 市场恶性价格竞争现象频现,重点统计企业实现利润为-6.72亿元，同比下降901.5亿元。可见, 国际金融危机以来中国钢铁产业整体经营状况不佳。 转炉技术经济指标 重点钢铁企业各主要生产工序能耗情况[1] 指标 2013年上半年 与2012年同期相比 综合能耗/ ( kg·t-1 ) 594.29 -9.42 电耗/ ( kWh·t-1 ) 465.84 -1.54 水耗/( m3·t -1 ) 3.48 -0.23 烧结/ ( kg·t-1 ) 49.77 -0.77 球团/ ( kg·t-1 ) 28.69 -0.02 焦化/ ( kg·t-1) 100.37 -5.97 高炉/ ( kg·t-1 ) 399.96 -2.17 转炉炼钢/ ( kg·t-1 ) -6.83 -1.96 电炉炼钢/ ( kg·t-1 ) 63.24 -4.41 轧钢/ ( kg·t-1 ) 59.55 -1.45       负能转炉炼钢[6] 转炉在炼钢工艺过程中，需要消耗大量的能源， 同时，炼钢工艺过程中产生的物理显热及CO气体， 又能够通过不同的方法加以回收利用。所谓负能炼钢，即是指转炉在炼钢工艺过程中所消耗的总能量，低于炼钢工艺过程中所回收的总能量 我国转炉主要技术参数与能耗指标 工厂 铁水比 % 炉容比 M3/t 供氧强度 Nm3/t.min 冶炼周期 min 利用系数 t/t·d 日历作业率% 氧耗 Nm3/t 钢铁料消耗kg/t 工序能耗 kgce/t 大型转炉 86.98 0.88 3.35 37.57 23.92 63.23 56.71 935.42 11.55 中型转炉 90.35 0.83 3.36 30.89 32.93 76.35 56.74 1094.61 16.4 小型转炉 85.15 0.6～0.7 3.9 24.7 64.872 85.91 58.9 1079.5 25.66                     国内负能炼钢厂炼钢工序实际能量消耗（kgce/kg） 单位 项目 电(kwh) 氧气(m3) 蒸汽(GJ) 煤气(m3) 生活水(t) 环水(t) 软水(t) 净水(t) 空气(m3) 氮气(m3) 氩气(m3) 合计 能耗 包钢 单耗t 17.77 63.94 0.05 3.56 0.17 5.25 0.15 0.42 36.42 36.42 0.14   折标煤kg 7.18 18.82 1.86 2.15 0.03 1.00 0.16 0.09 1.83 2.49 0.21 35.82 宝钢 单耗t 38.13 52.26 18.55kg 2.64   436.78kg 38.84kg 52.56kg   20.49 1.00   折标煤kg 15.4 15.678   1.04   0.072 0.03 0.007   1.34 1.5 35.07 武钢 单耗t 36.42 50.75 0.03 0.24GJ   26.96 0.1m3   43.49 34.95 1.41   折标煤kg 14.1 11.715 1.158 7.331   2.92 0.015   2.0 1.86 2.067 43.166 鞍钢 单耗t 16.99 55.63   0.126GJ   7.49m3 0.17m3 0.11m3 5.9 24.0     折标煤kg 6.86 15.58   4.3   1.01 0.08 0.03 0.28 1.82   29.96 马钢 单耗t 27.6 52.3   47.5MJ   14.5     27.8 28.4     折标煤kg 11.2 17.3   1.6   1.7     1.0 1.5   34.3 本钢 单耗t 20.61 56.98 0 0.04GJ       0.7   44.46     折标煤kg 8.33 11.56 0 1.20       0.12   8.98   30.19                             转炉炼钢过程中污染物及处理利用 转炉烟气[7] 2013 年中国粗钢产量已超过8 亿t，而我们粗钢产量90%以上由转炉生产，因此产生的转炉煤气，国内技术先进的企业可回收100 m3/t 钢。转炉冶炼时产生的转炉煤气温度达1500 ℃、CO 含量达86%及粉尘含量达80~150 g/m3，具有较高的潜热及显热，若通过净化回收系统对转炉煤气进行回收利用，不但可以减轻环境污染，而且可以实现废物利用，达到节能降耗、清洁生产的效果。 烟气三个方面的利用[7] 1.余热回收利用 转炉煤气出炉口温度约1400~1600 ℃，采用汽化冷却烟道（余热锅炉）进行初步冷却，经冷却后出口烟气温度约900 ℃，因此可实现回收蒸汽80~90kg/t 钢。 2.煤气回收利用 转炉煤气热值高，达到8000 kJ/m3，通过转炉煤气净化及回收系统进行冷却、净化后由煤气风机输送至煤气柜储存，可用于自备电厂、锅炉、高炉热风炉及热轧加热炉等。可实现回收煤气100 m3/t 钢。 3.粉尘回收利用 由于转炉冶炼过程中产生的烟气粉尘含量很高，因此一方面转炉煤气必须经过冷却、净化才能达标排放或送入煤气柜，另一方面经除尘系统捕集的粉尘中铁含量相当高，可回收利用，作为转炉入炉原料。 净化工艺应用状况[7] 目前国内常用的转炉煤气净化工艺有3 种：湿法工艺（OG）、干法工艺（LT）、半干法工艺。 烟气净化工艺优缺点对比 工艺名称 优缺点 传统OG法 净化效率低，能耗高，占地面积大，耗水量大 新OG法 较传统OG法流程简洁，设备少除尘效率高且RSW不易堵塞，阻损低 LT法 净化效果好，占地面积小，运行费用低，五污泥处理设施，但投资成本高，且除尘效率随烟气量、温度、成分而有所波动 半干法 投资较干法省，循环水量较OG法少     转炉污泥 在冶金企业生产过程中，转炉吹氧冶炼是炼钢企业的必要环节，在转炉吹炼过程中，吹入的氧气与生铁中的碳发生不完全氧化反应，生成含CO 的烟气流，同时又有铁及其他伴生金属元素以烟气的形式进入湿式烟气除尘系统，洗涤污水所携带的烟尘经沉淀后以含水污泥的形式存在，脱水后其含水率在27%~30%，呈黑色泥浆状，碱性物含量高，主要成分为氧化铁、石灰、二氧化硅等，就是常说的转炉污泥。转炉炼钢的粉尘产率约为10~30 kg/t，所以转炉污泥的产率也很高。转炉泥浆在碱性物质含量低的时候（15%~20%）静置沉降困难，含量较高时（35%~50%）又会使污泥粘性急剧增加，并且难以脱水，从而使转炉污泥成为一种较难处理的固体废弃物。另一方面，转炉污泥受冶炼条件变化的影响组分很不稳定，转炉污泥又具有表面能高、比表面积大、表面粗糙度高、粒度细腻均匀、表面活性高等特点，致使转炉污泥在堆放时极易发生氧化还原反应，从而使转炉污泥的物理化学性质以及性状发生变化，被称为极不稳定的人造矿石[1]。这也在一定程度上增加了转炉污泥的处理难度，所以，很难寻求一种固定化的模式对转炉污泥进行无害化处理，目前对转炉污泥的处理处置方式主要是以污泥资源化利用为主。 转炉污泥量[4] 转炉炼钢的粉尘产率约为10~30 kg/t，2013年约1500万吨尘泥，所以转炉污泥的产率也很高。转炉泥浆在碱性物质含量低的时候（15%~20%）静置沉降困难，含量（35%~50%）又会使污泥粘性急剧增加，并且难以脱水，从而使转炉污泥成为一种较难处理的固体废弃物。 转炉污泥综合利用[8] 1.作为含铁原料和熔剂返回烧结生产 在高炉炼铁工艺中，依据转炉污泥中富含铁和氧化钙的特性，将转炉污泥与石灰粉混合消化将转炉污泥的含水率降低3%~11%，以140~180 kg/t 的量作为烧结配料与烧结矿配料混合烧结，制成高炉原料，替代或部分替代含铁原材料，从而降低生产成本，节约矿产资源。合理利用转炉污泥具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。统计结果显示，每吨转炉污泥的利用，可以替代节约大约740 kg 的铁矿石、150 kg 的石灰石、33 kg 的锰矿石和37 kg 的烧结燃料。该方法是我国转炉污泥综合利用的主要方法，占综合利用率的50%以上[14-15]。 2.配加在竖炉球团中 转炉污泥泥饼掺混水泥等粘结剂和其他污泥进行混合磨润，并在自然条件下进行造球、筛分、自然养生和自然干燥，在圆盘造球机中进行造球，在室内固结2~3 天或者室外固结7~8 天后过80 mm 筛，筛上组分粒径约为0.8~2 cm，用于高炉或者转炉原料，筛下组分用作烧结配料。 3.作为炼钢造渣剂、冷却剂和助熔剂的原料 金属化球团工艺是按一定比例，混合转炉污泥和瓦斯灰，充分考虑两种冶金废弃物的互补特性，进行物料均匀混合，经润湿后添加粘结剂进入圆盘造球机造球，经低温焙烧和250 ℃干燥后进入回转窑进行固态还原，得到金属化球团，充分利用了污泥中的成分，同时在高温条件下去除了铅锌等有害元素。 尘泥的主要利用途径及优缺点对比[8] 利用途径 优点 缺点 烧结法 可利用现有烧结机, 操作简单, 投入少、见效快, 对瓦 斯灰(泥)等含铁较低的尘泥也适用 粗放利用, 能耗大, 作业条件差, 贮运困难, 配料难以混匀和精确计量, 有害元素恶性循环, 降低烧结矿质量,升高烧结矿成本, 危及高炉运行和炉衬寿命 炼铁法 尘泥能全面利用, 同时可除尘泥中的有色金属, ZnO去除率≥90 % 造块设备复杂, 投入较大, 要求入炉球团有一定的机械强度和较高金属化率 炼钢法 利用CaO、FeO等有用成分, 对尘泥块的强度要求相对较低 与多种造块工艺结合, 要求铁品位较高, 存在部分含铁低的尘泥无法利用等问题       转炉钢渣