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1、 1 / 8钢铁厂钢铁冶炼污染预防 学院：环境科学与工程学院专业：环境工程学号：201110701109姓名：普云指导教师：胡学伟 2 / 8钢铁厂钢铁冶炼污染预防摘要:进入21世纪以后，如何认识钢铁企业的社会经济角色，特别是如何认识钢铁冶炼流程的功能，是一个时代性的命题。仅从冶金学、材料学的角度上看，钢厂的功能只是钢铁冶炼与钢材生产而已。如果进一步扩展到资源、环境、生态、循环经济等视野来看，则钢厂应是工业生态链中的重要一环。从钢铁企业的未来社会、经济角色来看，钢铁厂生产流程应该(特别是高炉一转炉长流程)主要有3种功能：钢铁产品制造功能；能源转换功能；社会大宗废弃物处理一消纳功能。关键字：高炉
2、冶炼工艺流 污染预防 资源循环以昆明钢铁股份有限公司为例1 昆明钢铁股份有限公司1.1 简介：昆钢始建于 1939 年 2 月，总部位于春城昆明西南 32 公里的安宁市境内，占地面积约为 10 平方公里，云南省最大的钢铁联合生产基地，也是省内第一个销售收入突破 100 亿元的云南省属工业企业。现具备年产 550 万吨钢的综合生产能力，是一个集钢铁冶金、矿产开发、机械制造、建筑安装、房地产开发、耐火材料、建材、运输、商贸、进出口、工程设计、电子信息、环保、旅游为一体的企业集团。 1.2 生产部门：炼铁厂，炼钢厂，棒材厂，线材厂，板带厂，物流中心，煤焦经营部，矿业开发部，销售分公司，物资采购。1.
3、3 生产过程：现代化钢铁联合企业由以下生产环节组成：矿山采矿原料处理（烧结）焦化高炉炼铁炼钢轧钢；昆钢没有自己的矿山，所以只有原料处理（烧结）焦化高炉炼铁炼钢轧钢，这些流程。2.高炉炼铁厂2.1 高炉炼铁的冶炼原理 高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加
4、热炉、焦炉、锅炉等的燃料。化学方程式如下：主要反应：C+O2=CO2 CO2+C=高温=2CO FexOy+yCO=xFe+yCO2 (FexOy 中 x,y 为下标，表示各种铁矿石)如：Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2 Fe3O4+4CO=高温=3Fe+4CO2 造渣反应：CaCO3=高温=CaO+CO2 CaO+SiO2=高温=CaSiO3 3 / 82.2 工艺流程详解图一.高炉炼钢工艺流程详解：高炉冶炼用的原料主要由含铁原料（烧结矿、球团矿、块矿） 、燃料（焦炭、煤粉）和辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉顶装入高炉，构成供料系统。通常，冶炼 1 吨生铁需要 1
5、.5-2.0 吨铁矿石，0.4-0.6吨焦炭，0.2-0.4 吨熔剂，总计需要 2-3 吨原料。为了保证高炉生产的连续性，要求有足够数量的原料供应。因此，无论是生铁厂家还是钢厂采购原料的工作是尤其重要。高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年（昆钢的 20 年左右） 。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入含铁原料、焦炭、辅助性原料，从高炉下部的风口吹进热风（10001300 摄氏度，富氧） ，喷入油、煤粉等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳
6、将铁矿石中的氧夺取出来，得到生铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等含铁原料 辅助原料 焦炭供料系统高炉富氧鼓风机煤粉、油喷发系统 冲水渣槽 INBA 法渣 水分离水渣仓废水达标排放渣处理系统除尘器卡车煤气清洗 废水沉淀分离泥鱼类罐车铁水罐车炼钢铸铁机灰外煤气管铁水民用燃料 4 / 8熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出，工艺如图一。3.工艺流程中存在的污染源分析3.1 废水回用工艺。从工艺流程图中可以看出高炉中，流程用水从高炉中排出时水渣一起进入冲水渣槽中以后，用 INBA 渣水分离法进行分离，这里同
7、时产生了两大废物，其中废渣主要是矿石中不还原物质和石灰石等结合生成的废物，这是炼铁后产生的固废，这些废渣如若丢弃则会造成固废污染，这些废物可以是很好的路用建材。废水中还含有少量的矿渣，但含有的高毒性污染物较少，要经过处理达标排放虽然比较容易，但是也造成水资源的浪费，且要花费一笔资金，同时虽说废水已经达标，但是排到环境中，还是对环境造成一定的影响，影响公司的经济效益和环境效益，这里可以把这些废水稍加处理后再次用于工艺中。经分析这里产生了固液两大废物及其存在的价值。3.2 煤气回用工艺。高炉没有经过燃烧的烟气一般都含有一氧化碳、二氧化碳，少量的氮气、氢气等。另外就是含有一定量的粉尘。高炉的尾气实际
8、上一般都称作高炉煤气，里面一氧化碳的含量在 20%左右吧，现在一般的钢厂都会回收利用的，不会直接排空的。就如工艺图中的废气从高炉中排出后经过除尘器，去除其中的烟尘，再经煤气清洗可得到可燃性的煤气。但是产生的煤气却接到外煤气管输出民用了，而不是直接补给高炉用的燃料，虽然出售煤气可以给企业带来一定的经济效益，但是由于工艺本身就需要燃料，这些煤气其实可以直接用于工艺本身，来避免造成的燃料运输、采购支出。3.3. 生物质运用。焦炭是高温干馏处理过的炭，基本上不含 S,N 等的元素，尤其是处理过的焦炭其 S 的含量就更少了 它的燃烧产物主要是 CO2，不完全燃烧会生成 CO，其中的一氧化碳会结合人体内的
9、血红蛋白导致人窒息而死二氧化碳和增强空气的酸性。同时工业用焦炭,是用煤制造的，里面有大量的矿物质，主要是钙和硅的氧化物经煅烧过后，生成硅酸盐类化合物，也是产生的固体废物，这里可以用生物质焦炭来替代矿物焦炭，更有效的达到污染预防的效果。4.污染预防措施的提出4.1 对于用 INBA 渣水分离法进行分离后得到的废水。由于含有的高毒性污染物较少，可以经过简单的处理再次用于工艺生产本身，为了很好的节约处理的费用和增加废水的循环使用，由工艺图中分析可以得改进废水回用工艺如图二：高炉冲渣水槽 INBA 法分离 水渣仓 渣处理系统热水泵房冷却塔冲渣泵房 5 / 8图二.废水回用工艺流程从以上改进工艺图可以看
10、出，高炉废水经过 INBA 法渣水分离后经过热水泵房、冷却塔、冲渣泵房简单的冷却、分离处理后，可以回用于冲水渣槽，进行下一轮的生产用水使用，实现废水回用。4.2 对于从除尘器中除尘后得到的炉煤气，经过煤气清洗后得到干净的可燃性煤气燃料，但是产生的煤气却接到外煤气管输出民用，其实由工艺图可知，这些燃料可以直接补给高炉用的燃料，回用于现有工艺，达到资源的再生使用，其改进后工艺流程如图三：图三.煤气回用工艺图从以上改进工艺图可以看出，高炉煤气经过煤气清洗后，可由喷发系统回用于高炉燃料，进行下一轮的燃料供应，减少原需燃料的消耗，企业本身实现燃料的生产、消耗、生产的循环系统。4.3 焦炭燃烧一氧化碳：会
11、结合人体内的血红蛋白导致人窒息而死；二氧化碳：会增强空气的酸性，造成酸雨；硅酸盐：工业用焦炭是用煤制造的，里面有大量的矿物质，主要是钙和硅的氧化物经煅烧过后，生成硅酸盐类化合物，造成固废污染。生物质焦炭：木质炭、秸秆炭和成型锯末3种生物质作烧结燃料替代焦粉的研究，结果表明，生物质替代焦粉可降低单位烧结矿COx、SOx、NOx。的排放量，当木质炭、秸秆炭、锯末分别取代40、20、15的焦粉，COx排放分别可减少18 高炉 除尘器 煤气清洗 废水沉淀分离泥喷发系统焦炭废气废渣高炉硅酸盐COxSOxNOx 6 / 8.65、7.19、5. 39；SOx减排分别可达38 .15、31 .79、28 .
12、90；NOx排放量减排分别可达26. 76、18. 31、15 .49。而且生物质焦炭燃烧产生的固废物比原有焦炭燃烧固体废物有很大程度的降低。5.可行性分析5.1技术可行性分析以上方案的实施中废水的渣水分离，废水的流程处理都安全可靠，技术成熟，煤气的管道运输回用于工艺本身，生物质的采集与生物质焦炭的制造都有可靠的现实基础，具有技术可行性。5.2经济可行性分析通过对以上改进工艺的分析，废水回用工艺，可以有效的节约废水处理的投资，煤气回用工艺中可以明显减少运输与采购的资金消耗，生物质焦炭可以减少矿物燃料的使用，利用廉价的废弃生物质，在经济上具有很强的可行性。5.3环境可行性分析以上方案中，废水回用
13、工艺中，通过简单的处理后，废水再次回用于工艺本身，减少了废水的排放，同时避免了环境污染实现水资源的循环利用；煤气回用中实现了资源的合理化利用，采用生物质焦炭，在降低废气排放的同时，大幅度的减少了固体废物的产生，环境效益巨大。6.经济核算6.1废水回用经济核算产铁量：100吨/天采购用水：2元/吨达标处理：8元/吨回用处理：4元/吨每吨铁需要5吨水达标设备投资：100万元回用设备投资：300万元每年按运行350天计算每天按废水回用率80%计算第一年：原有工艺总投资：100*5*（2+8）*350+1000000=2750000（元）改进工艺总投资：（100*5）*2+500*80%*4*350+
14、3000000=3910000（元）投资差值：3910000-2750000=1160000（元）第二年：原有工艺总投资：100*5*（2+8）*350=1750000改进工艺总投资：400*80%*4+100*80%*4+100*2*350=630000（元）在原有工艺上节约：1750000-630000=1120000（元）这里仅以设备投资、原料采购及废水处理资金等决定性因素来核算，对于人工费、设备维护费用，由于原有工艺与改进工都需要，且相差不大，故省略次要因素。有以上计算可知，虽然初期投资比原有工艺大，但从第二年开始为企业节省大量的废水处理的投资，且同时减少了环境的污染，实现水资源的循环
15、利用。6.2煤气回用经济核算 7 / 8煤气价格：1.6元/m3煤粉价格：900元/吨1立方的液化煤气产生热值：71107350大卡煤的热值：7000千卡/千克煤气管道运输：0.08元/m3煤气密度：800kg/m3当煤气与煤粉产生的热值相当时，煤粉的采购价格远远大于煤气的采购价格，同时煤的运输成本比较煤气的管道运输高的多，同时煤气燃烧产生的固体废弃物明显较少。结束语：从上个世纪末开始，国际钢铁工业开始实施绿色战略和绿色制造，向资源利用合理化，废物产生少量化，对环境无污染或少污染的方向发展。为了实现钢铁工业环境友好和可持续发展，钢铁企业在结构调整的过程中要确立新的发展模式。钢铁企业应该积极推广
16、现有的先进工艺技术，大力开发新的符合绿色标准的生产工艺和技术；钢铁企业本身要做到清洁生产，与其他相关行业进行工业代谢循环，构成生态工业园区，使钢铁企业生态化，成为循环经济社会中生态工业的重要组成部分。附录：参考文献 1. 浅析露天铁矿开采对地下水的影响与保护对策(唐山首钢马兰庄铁矿有限责任公司，河北唐山 吕洪来 )2. 软岩地层地下铁矿开采岩体移动影响范围及变化趋势分析（河北大学建筑工程学院，河北保定 李文秀 郑小平 王晶）3. 生物质能用于铁矿烧结的特征及污染物减排（范晓慧 甘敏 陈许玲 姜涛中南大学资源加工与生物工程学院 ）4. 钢铁冶炼渣的路用特性与工程实践 薛明(同济大学道路与交通工程系)宋卫国(上海市建设工程管理公司)5. 钢铁冶炼深脱硫工艺研究 （ 金学虎 日照钢铁集团山东日）6. 钢厂模式与工业生态链-钢铁工业的未来发展模式 殷瑞钰(钢铁研究总院)7. 钢铁生产的环境协
