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激光CO分析儀 原位測(cè)量工業(yè)過(guò)程氣體
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【中國(guó)環(huán)保在線 技術(shù)前沿】從目前在國(guó)內(nèi)鋼鐵廠的應(yīng)用來(lái)看，三段式熱軋廢水處理技術(shù)與稀土磁盤熱軋廢水處理技術(shù)為熱軋廢水治理的主流技術(shù)。本文就鋼鐵水環(huán)境治理中熱軋廢水治理技術(shù)工藝及現(xiàn)狀做一個(gè)簡(jiǎn)要梳理，以饗廣大讀者。
概念詞
1、煉鋼工藝：指以鐵水或廢鋼為原料，經(jīng)高溫熔煉、提純、脫碳、成分調(diào)整后得到合格的鋼水，并澆鑄成鋼坯的過(guò)程。
2、軋鋼工藝：是指以鋼坯為原料，經(jīng)備料、加熱、軋制及精整處理、終加工成成品鋼材的生產(chǎn)過(guò)程。軋鋼工藝主要分為熱軋和冷軋，產(chǎn)品包括板帶材、棒/線材、型材和管材等。
3、鋼鐵行業(yè)焦化工藝：是指將配比好的煤粉粉碎為合格顆粒，裝入焦?fàn)t炭化室高溫干餾生成焦炭，再經(jīng)熄焦、篩焦得到合格冶金焦，并對(duì)荒煤氣進(jìn)行凈化的過(guò)程。
4、連鑄：合格鋼水在鑄機(jī)中冷卻成坯的過(guò)程。
5、燒結(jié)：就是把鐵礦粉造塊，為高爐提供精料的一種方法。是利用鐵礦粉、熔劑、燃料及返礦按一定比例制成塊狀冶煉原料的一個(gè)過(guò)程。我國(guó)鐵礦石大部分都是貧礦，貧礦直接入爐煉鐵很不合算，因此必須將貧礦進(jìn)行破碎、選出高品位的精礦后，再將精礦粉造塊成為人造富礦才能入高爐冶煉。所以，粉礦造塊是充分合理利用貧礦的不可缺少的管控環(huán)節(jié)。
正文
鋼鐵——兼具強(qiáng)度與塑性的鐵碳合金。
鋼鐵的定義是由鐵(Fe)、碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)以及少量其他元素組成的合金，其中，為重要的兩種元素是鐵(Fe)元素和碳(C)元素。
鋼鐵冶煉的主要原料是鐵礦石，其冶煉過(guò)程就是由鐵礦石變成鋼材的過(guò)程。煉鐵過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將鐵(Fe)從其自然形態(tài)——礦石等含鐵化合物(磁鐵礦Fe3O4和赤鐵礦Fe2O3)中還原出來(lái)的過(guò)程。煉鋼過(guò)程則是通過(guò)氧化的方式(吹氧)去除鐵水中的雜質(zhì)元素，然后再用脫氧劑進(jìn)行還原脫氧，后進(jìn)行合金化處理，完成煉鋼的工藝操作過(guò)程。
鋼鐵冶煉工藝可分為兩大類：一種是以鐵礦石、焦炭等為原料，采用燒結(jié)爐、高爐和轉(zhuǎn)爐等設(shè)備，開展燒結(jié)、煉鐵和煉鋼等工序的長(zhǎng)流程工藝；另一種為以廢鋼為主要原料，利用電爐(電弧爐、中頻爐等)設(shè)備，進(jìn)行廢鋼重熔精煉的短流程工藝。各國(guó)長(zhǎng)短流程工藝占比并不相同，其中長(zhǎng)流程占比，中國(guó)為94%，美國(guó)為37%，日本為78%，印度為43%，其存在差別的原因在于各國(guó)冶煉成本的經(jīng)濟(jì)性與品種質(zhì)量要求不同。
1、長(zhǎng)流程：高爐為主，高溫還原反應(yīng)
煉鐵：脫氧存鐵，還原本色
高爐冶煉的核心即為通過(guò)固態(tài)焦炭、氣體CO和H2等還原劑從鐵氧化物中還原金屬鐵，其中CO和H2主要來(lái)自于高爐底端的風(fēng)口回旋區(qū)的燃燒反應(yīng)。鐵氧化物包括三種：Fe2O3、Fe3O4和FeO，其中FeO只能在溫度高于570℃區(qū)域穩(wěn)定存在，因此鐵的還原順序分為：
t>570℃，F(xiàn)e2O3→Fe3O4→FeO→Fe；
t<570℃，F(xiàn)e2O3→Fe3O4→Fe。
煉鐵工藝具體為：將70%~80%燒結(jié)礦與20%~30%球團(tuán)礦或鐵礦、焦炭和煤粉等燃料和石灰石等少量熔劑分批從高爐爐頂裝入高爐，礦石和焦炭在高爐內(nèi)部呈現(xiàn)規(guī)律的分層分布，同時(shí)熱風(fēng)爐在高爐下端風(fēng)口鼓入熱風(fēng)以催化焦炭和煤粉燃燒并生成CO和H2還原氣體。高溫還原氣體在向上流動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)傳熱、還原、熔化、脫炭作用，將鐵氧化物還原成金屬鐵，從而實(shí)現(xiàn)Fe-O分離；煤氣熱量將生鐵熔化并過(guò)熱，從而實(shí)現(xiàn)鐵渣分離，爐底鐵水間斷地放出裝入鐵水罐，開展下一步煉鋼工序。
2、短流程：電爐為軸，高溫熔融煉化
煉鐵：擺脫焦炭依賴，衍生直接還原和熔融還原法
由于部分地區(qū)冶金焦資源缺乏，煉鐵工藝除了傳統(tǒng)主流燒結(jié)-高爐法之外，逐步衍生出以直接還原和熔融還原為主的現(xiàn)代化非高爐煉鐵體系。相比于高爐，直接還原法由于在鐵礦石軟化溫度之下進(jìn)行還原，因而節(jié)省大量焦炭燃燒所需熱量；取消焦化和燒結(jié)等工序?qū)е缕湮廴据^小；同時(shí)海綿鐵中硫和磷等雜質(zhì)含量低，更有利于冶煉鋼種。不過(guò)，直接還原法存在還原劑原料要求較高和產(chǎn)物海綿鐵價(jià)格比廢鋼更高等缺點(diǎn)。
鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程
鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大氣、水、固廢、噪聲四大污染物。煉鋼工藝中主要污染物為大氣污染物，包括顆粒物、少量一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、氟化物、二噁英、鉛、鋅等；煉鋼工藝產(chǎn)生的廢水主要為轉(zhuǎn)爐煤氣洗滌廢水和連鑄廢水，主要污染物為懸浮物和石油類污染物；煉鋼工產(chǎn)生的固體廢棄物主要為鋼渣和除塵灰，還包括少量氧化鐵皮、廢油、廢鋼、廢耐火材料、脫硫渣等，其中廢油屬危險(xiǎn)廢物。煉鋼工藝產(chǎn)生的噪聲污染主要在85~130dB(A)之間。
轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)
軋鋼工藝中產(chǎn)生的污染包括大氣污染、水污染、固體廢棄物污染和噪聲污染，其中水污染是主要環(huán)境問(wèn)題。軋鋼工藝中產(chǎn)生的大氣污染為少量的燃燒廢氣(煙塵、二氧化硫、氮氧化物等)、粉塵、油霧、酸霧、堿霧和揮發(fā)性有機(jī)廢水(VOC)等。軋鋼工藝產(chǎn)生的固體廢物主要為冷軋酸洗廢液、除塵灰、水處理污泥、鋅渣和廢油等。軋鋼工藝產(chǎn)生的噪聲污染通常在85~130dB(A)之間。
軋鋼工藝流程
軋鋼工藝主要污染物及來(lái)源
軋鋼生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的大量廢水如果直接排放，不僅污染環(huán)境，而且造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。對(duì)軋鋼廠廢水進(jìn)行處理，以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 123456-2012))。
鋼鐵軋鋼工藝產(chǎn)生的廢水分為熱軋廢水和冷軋廢水。熱軋廢水主要為軋制過(guò)程中的直接冷卻水，含有氧化鐵皮及石油類污染物等，溫度較高；熱軋廢水還包括設(shè)備間接冷卻水、帶鋼層流冷卻廢水，以及熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)中產(chǎn)生的石墨廢水等。冷軋廢水主要包括濃堿及乳化液廢水、稀堿含油廢水、酸性廢水，還包括少量的光整廢水、濕平整廢水、重金屬?gòu)U水和磷化廢水等。本文就鋼鐵水環(huán)境治理中熱軋廢水治理技術(shù)工藝及現(xiàn)狀做一個(gè)簡(jiǎn)要梳理，從目前在國(guó)內(nèi)鋼鐵廠的應(yīng)用來(lái)看，三段式熱軋廢水處理技術(shù)與稀土磁盤熱軋廢水處理技術(shù)為熱軋廢水治理的主流技術(shù)。
1、三段式熱軋廢水處理技術(shù)(絮凝-沉淀-過(guò)濾工藝)
該工藝是傳統(tǒng)的熱軋廢水處理技術(shù)，廢水先后流經(jīng)一次沉淀池(旋流井)、二次沉淀池(平流沉淀池或斜板沉淀池)去除較大的顆粒懸浮物和油質(zhì)，出水進(jìn)入高速過(guò)濾器，進(jìn)一步對(duì)廢水中的懸浮物和石油類污染物進(jìn)行過(guò)濾，后經(jīng)冷卻塔冷卻后循環(huán)使用。
出水效果參考值：Oil<5mg/L SS<30mg/L
該技術(shù)可以去除廢水中的大部分氧化鐵皮和泥沙，適用于軋鋼工藝熱軋直接冷卻廢水的處理，處理后的出水經(jīng)冷卻返回?zé)彳垵岘h(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。
2、稀土磁盤熱軋廢水處理技術(shù)
稀土磁盤熱軋廢水處理技術(shù)是通過(guò)磁場(chǎng)力作用，去除廢水中的可磁化懸浮物。出水效果參考值：Oil<3mg/L SS<20mg/L
該技術(shù)不添加化學(xué)藥劑，避免了二次污染；占地面積小，工藝流程短，投資低。適用于軋鋼工藝熱軋直接冷卻廢水的處理。處理后的處理經(jīng)冷卻返回?zé)彳垵岘h(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。
3、兩段式熱軋廢水處理技術(shù)
兩段式熱軋廢水處理技術(shù)是利用一次鐵皮沉淀池與化學(xué)除油器組合的方式進(jìn)行廢水的處理。出水效果參考值：Oil<5mg/L SS<30mg/L。弊端在于沉降效果不穩(wěn)定，出水水質(zhì)波動(dòng)大。
4、旁濾冷卻層流冷卻廢水處理技術(shù)
旁濾冷卻層流冷卻廢水處理技術(shù)是針對(duì)層流冷卻系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)要求不高的特點(diǎn)，僅對(duì)層流冷卻后的部分廢水進(jìn)行過(guò)濾、冷卻處理；處理后的出水在于未經(jīng)處理的層流冷卻廢水混合，返回層流冷卻系統(tǒng)循環(huán)使用。該技術(shù)可減少?gòu)U水中污染物含量、降低水溫，出水水質(zhì)可達(dá)到層流冷卻回用水要求。
5、混凝沉淀石墨廢水處理技術(shù)
混凝沉淀石墨廢水處理技術(shù)是通過(guò)投加混凝劑使廢水中的懸浮物以絮狀沉淀物形式從廢水中分離。該技術(shù)處理后的出水懸浮物濃度低于200mg/L，出水與清水混合后可返回濁環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。
三段式熱軋廢水處理技術(shù)作為傳統(tǒng)工藝，在國(guó)內(nèi)鋼鐵廠得到廣泛應(yīng)用，其處理效果基本可以滿足再生水用作直接冷卻水和洗滌用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但不能滿足補(bǔ)充水和工藝用水要求，同時(shí)存在占地面積大、水力停留時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。稀土磁盤工藝作為新興的熱軋廢水處理技術(shù)，憑借占地面積小、投資及運(yùn)行費(fèi)用少、工藝流程短和能夠?qū)崿F(xiàn)油泥全部回收等優(yōu)點(diǎn)，在熱軋廢水處理領(lǐng)域得到了較快的發(fā)展和應(yīng)用。
下面將用三個(gè)應(yīng)用案例來(lái)說(shuō)明稀土磁盤工藝在熱軋連機(jī)組、中(寬)厚板軋制機(jī)組、棒/線材軋制機(jī)組、型材軋制機(jī)組等設(shè)備直接冷卻水處理的應(yīng)用。
1、稀土磁盤工藝在熱軋連機(jī)組生產(chǎn)工序中直接冷卻水處理的應(yīng)用
該廠于2006年初提出年產(chǎn)量擴(kuò)大三倍的生產(chǎn)計(jì)劃，原有的濁環(huán)水處理系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)的需要，由于受到地理?xiàng)l件的限制，尋求一種占地小、投資省、出水好的水處理技術(shù)勢(shì)在必行。通過(guò)考察比較，終決定選用占地面積小的稀土磁盤分離凈化技術(shù)。
廢水來(lái)源：濁環(huán)水
處理規(guī)模：9300m³/h
占地面積：360㎡
2、稀土磁盤工藝在中(寬)厚板軋制機(jī)組生產(chǎn)工序中直接冷卻廢水處理的應(yīng)用
3、稀土磁盤工藝在棒/線材軋制機(jī)組生產(chǎn)工序中直接冷卻廢水處理的應(yīng)用
