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【中國環(huán)保在線 技術(shù)前沿】從目前在國內(nèi)鋼鐵廠的應(yīng)用來看，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)行凈化的過程。
4、連鑄：合格鋼水在鑄機(jī)中冷卻成坯的過程。
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)過程。我國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，其冶煉過程就是由鐵礦石變成鋼材的過程。煉鐵過程實(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)中還原出來的過程。煉鋼過程則是通過氧化的方式(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。各國長短流程工藝占比并不相同，其中長流程占比，中國為94%，美國為37%，日本為78%，印度為43%，其存在差別的原因在于各國冶煉成本的經(jīng)濟(jì)性與品種質(zhì)量要求不同。
1、長流程：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)過程中，經(jīng)過傳熱、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，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)過程
鋼鐵生產(chǎn)過程中會(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源
軋鋼生產(chǎn)過程產(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、重金屬廢水和磷化廢水等。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)簡要梳理，從目前在國內(nèi)鋼鐵廠的應(yīng)用來看，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)是通過磁場力作用，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)可減少廢水中污染物含量、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)間長等問題。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)用案例來說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)勢在必行。通過考察比較，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
