摘要对宝钢炼铁系统固体废物资源控制与综合利用进行了总结分析.炼铁过程产生的大量固体废物资源是国内外钢铁企业所面临的共同难题,伴随着市场竞争的不断加剧和”循环经济”政策的引导,实现对固体废物资源的控制和综合利用越来越受到钢铁企业重视,近些年来,宝钢炼铁厂通过优化生产技术、开发新的回收技术和应用机会成本法实现了对固体废物资源的控制和综合利用，结果不仅未造成产品质量的下降，而且也成功实现了可观的经济效益。

关键词 炼铁 固体废物资源 控制 利用

1概述

    对于钢铁联合企业而言，炼铁是对原材料的初级加工过程，该过程包括原料的整理、铁矿粉烧结、冶金焦制作和高炉冶炼四个部分。炼铁过程会产生大量的固体废物资源，这些废物的处理和利用至今仍是国内外钢铁企业所面临的共同难题。伴随着市场竞争的不断加剧和“循环经济”政策的引导，实现对固体废物资源的控制和综合利用越来越受到众多钢铁企业重视和推广。具有“建设成全球最具竞争力的生态型钢铁企业”的宝钢，不仅在建设工程时就全面考虑对过程固体废物资源的控制，而且也始终坚持把对固体废物资源的合理回收利用作为“降本增效”的主要途径，这对企业的持续高速发展具有重要的战略意义。

    宝钢炼铁厂现有4000m³级的特大型高炉4座，450m²的大型烧结机3台，6m的大容积焦炉12座和1个储料量达495万t以上的大型原料场。宝钢炼铁厂目前的实际生产能力是每年生产优质铁水l 300万t左右。储料场的粉尘、烧结过程的粉尘、炼焦过程的焦油渣和微粒焦粉以及高炉的瓦斯灰和粉尘等是炼铁过程中的主要固体废物资源。根据炼铁系统的生产工艺特点把各种固体废物资源进行交叉利用是实现回收利用的主要形式。收集的粉尘和高炉瓦斯灰可以在烧结混料和高炉的相关工艺中得到高效利用，微粒焦粉和焦油渣都基本实现了炼铁系统内最大价值的利用等。有关炼铁系统固体废物资源综合利用的网络如图l所示。全面实现对炼铁过程的固体废物资源控制和利用，不仅能极大地减少固体废物资源对生态环境的污染影响，而且也通过对废物资源的综合利用成功实现了炼铁生产的低成本运营。

2炼铁过程中的固体废物资源

  炼铁过程相对于其他工艺过程而言是高消耗的过程，同时也是固体废物资源高产出的过程。这些废物资源不仅会使炼铁工艺过程的运行成本上升，造成大量的资源浪费，而且也会带来环境污染，严重影响企业的社会形象。这里所谈及的固体废物资源不仅包括炼铁生产工艺自身所产生的固体废物资源，而且还包括炼铁过程所综合利用的相关工艺的固体废物资源(如钢渣等)，见表l。

  (1)炼钢污泥。炼钢污泥又称OG泥，是炼钢烟气湿法除尘所产生的。OG泥中最有价值的部分是高含铁量。通常情况下OG泥的含铁量为50％左右，粒度为一200目占99％以上，碱度达2．15左右，同时炼钢污泥粘性较大。

  (2)泥饼。泥饼主要是指在进行某种产品加工过程中形成的沉淀物。根据物种的类别划分主要有石灰石泥饼和白云石泥饼。石灰石泥饼的主要有用成分CaO含量在52．5％以上，且平均粒度很小，可以替代石灰石粉作为烧结的熔剂使用。白云石泥饼的主要有用成分CaO和MgO的总量在50％以上。

  (3)烧结灰。烧结除尘系统的回收系排出的粉尘，属低锌灰，碱金属及铅含量略高。废弃系排出的粉尘碱金属及铅、锌含量高。烧结灰中的含铁量一般在35％左右。

  (4)活性污泥。活性污泥是化工生产废水处理后沉淀于污泥池的底泥，属于纯污染物。其特征是水分大，粘性强，有臭味。活性污泥中可利用的铁含量在34％左右。

    (5)钢渣。转炉钢渣简称钢渣。由于钢渣中的CaO、MgO含量高，并带有一定量的铁，所以它可以作为铁前钙镁系的替代原料，但是由于钢渣中含有比较高的P₂O₅，过高的P₂O₅会对下道工序的生产带来一定的负面影响。有关钢渣的化学成分见表2。

    (6)焦油渣。焦油渣是主要通过煤气净化系统的机械化氨水澄清槽、焦油氨水分离器以及焦油超级离心机产生的粘稠状废渣。焦油渣的主要成分有煤尘、焦粉、沥青粉、炭化室顶部热解产生的游离碳及清扫上升管和集气管时所带入的多孔物质、焦油和沥青的聚合物等含碳物质。焦油渣是属于有害、有毒的废渣，任何处理不当势必会造成环境污染。

    (7)除尘焦粉。除尘焦粉是指炼焦过程中产生的废气经过除尘设备捕集产生的微粒焦炭系列。由于焦粉是焦炭生成过程中的产品，所以其主要性能与同期焦炭基本相同，差别主要体现在粒度的大小与均匀性上。

    (8)高炉除尘灰。高炉除尘灰分为重力除尘器脱除下来的瓦斯灰、文丘里洗涤器洗除下来的瓦斯泥和出铁场除尘器收集的除尘灰等几种。产生量最大的是瓦斯灰和瓦斯泥。高炉瓦斯灰是高炉在炼铁过程中随高炉煤气带出的原燃料粉尘以及高温区激烈反应而产生的微粒，包括低沸点的有色金属蒸汽等，质轻、粒微，含有CNˉ、S²ˉ、As、及Pb、Bi、Zn等多种有害、有毒物质，是钢铁企业主要固体排放物之一。高炉除尘灰中的平均含铁量约在45％左右。

    (9)高炉渣。高炉渣的处理主要根据冷却方式可以分为干式和湿式两种。炉渣干式处理只是高温炉渣的最简单处理方式，结果不仅是炉渣资源完全废弃，而且还会因炉渣中硫挥发导致环境污染。炉渣湿式处理是指高温炉渣经高压水水淬冷却处理后的产品(简称水渣)。这样不仅保证了炉渣处理后的产品质量，而且还通过对水淬方式的调整使炉渣具有良好的物化性能，从而确保了炉渣产品的深层次加工要求。有关水渣产品的性能指标见表3。

3有效控制和综合利用

    生成废弃物相对于生产工艺而言都表现为资源的浪费，同时也会对环境保护产生较大的负面影响。因此，利用现有的生产条件或进行适当投资改造，实现对企业固体废物资源的控制和利用是当前企业所面临的主要任务。所谓控制固体废物资源就是采取适当措施尽量减少生产工艺过程固体废物资源的发生量；综合利用废物资源主要指通过工艺的调整和改进实现对已发生的固体废物资源进行“二次”利用，即循环利用。

    (1)优化生产与配矿技术。宝钢炼铁厂的生产经营始终贯彻“精料”方针，推行严格的原燃料过程管理，高炉瓦斯灰的发生量始终能稳定在一定的水平上。随着高炉喷煤水平的不断提升，喷入煤粉的置换比变化对高炉瓦斯灰发生量具有较大的影响，同时高炉喷煤比的大小也对煤粉置换比存在一定程度的影响。在高炉喷煤比200 kg/t以上水平时，通过使用高风温，降低鼓风湿度和提高风中含氧比例来提高煤粉的燃烧率，从而实现喷吹煤粉的高置换比。生产实践证明，煤粉置换比能保持在0．85左右是比较理想的水平，此时喷吹量的日常调剂变化将对高炉瓦斯灰的影响程度较小。同时，通过对煤气流分布的调节，适当降低炉内煤气流速，提高煤气利用效率，也能减少高炉瓦斯灰的发生量。有关高炉除尘灰的发生量(吨铁比)的变化如图2所示。

    矿粉除尘灰不仅具有粒度细、疏水性强的特性，而且也易于随风流动和漂浮，这样既会造成环境污染，又会影响物料层的透气性，最终将不利于正常生产的稳定。但是由于该类除尘灰中含有较高的有用价值成分，所以具有较高的利用价值。开发应用小球技术就是一项利用固体废物资源的综合技术。首先将不同的固体废物资源(主要包括烧结和高炉除尘灰等)通过理论计算按一定比例配加，然后通过控制黏结剂的量在造球机中形成具有一定强度的小球，最后将小球再加入到烧结过程的二次混匀进行混合，这样基本保证了烧结过程的使用效率。有关烧结灰和高炉灰的利用情况如图3所示。

    钢渣属于碱性渣，不仅CaO和MgO的含量比较高，而且还具有一定的铁含量。经过适当处理的钢渣可以作为钙镁系熔剂的替代品，但是由于钢渣中P₂O₅的含量偏高，所以匀矿中所配加的钢渣量必须能确保后道工序生产的需要。有关烧结中钢渣的使用量如图4所示。从图中可以看出，配加适量的钢渣不会对烧结矿的含磷量产生明显的影响(图中含磷量上升的原因主要是使用了高磷矿所造成)。

  (2)开发应用废物资源新技术。废物资源再利用的前提是该废物资源必须具备被利用的基本条件。在实际生产过程中，所产生的部分固体废物资源往往就不能被生产直接利用，只有通过对该类固体废物资源进行适当处理后才能使用。活性污泥是来自于炼焦化工的泥水混合物，根本就不能直接用于生产。活性污泥的处理过程是，首先将水和泥浆进行分离并将泥浆送入泥仓，然后再经过浓缩、过滤和压榨成含水在80％左右的泥饼送到原料场，在原料场经过晾干后才配入进匀矿。

  泥饼是指石灰石或白云石在焙烧过程中长期淀积后形成的饼块。对于石灰石或白云石泥饼首先是通过晾干使其脱水，将其水分由17％降至7％～10％，然后将其与标准产品按适当比例进行混合后输送到破碎系统进行加工，从而有效避免了泥饼因粘料而引起作业困难等难题。

  原料资源品质的不断劣化是当前生产所面临的实际问题。资源劣化的后果之一就是导致粉尘量增加。由于铁前系统所能处理的粉尘能力有限，所以开发新的利用途径很有必要。成功开发炉前铁后脱硅工艺技术既解决了固体废物资源的回收利用难题，又能为下道工序提供更高附加值铁水产品。炉前铁后脱硅工艺是将多种固体废物资源均匀混合后(使用种类和比例必需符合特定的要求)，通过专项设备将该混合物均匀高速喷入炽热的铁水中来完成脱硅的过程。脱硅作业所使用的粉尘量和脱硅效率如图5所示。

  虽然，脱硅工艺技术能解决一定数量的废物资源回收难题，但是脱硅工艺对使用原料是有一定质量要求的，并需要配备专用的脱硅设备。脱硅作业的目的主要是将符合要求的脱硅剂高速均匀地与炽热的铁水混合。由于常温的脱硅剂进入铁水后会导致铁水贮热急剧下降，所以对加入铁水中的脱硅剂量必须进行控制。另外，由于脱硅剂的颗粒小、比重轻，极易出现浮散，成功研制的特制喷枪结构可以使脱硅剂与铁水进行高效混合。此外对脱硅剂与铁水混合的速度必须进行有效控制。只有让适量的脱硅剂均匀地与铁水相混合，才能确保对铁水脱硅的高效率。长期实践证明，稳定脱硅剂消耗在30 kg／t的水平，既可以实现65％左右的高效脱硅能力，又能确保脱硅后的铁水完全满足后道工序的要求。

    高炉炉渣是炼铁系统产生量最大的废物资源。由于炉渣中凝聚着矿物中大量的有用价值成分，所以采用适当的方式处理炉渣是矿渣工业长期面临的难题。干式冷却和水式冷却是目前炉渣处理的通用方法，相比于干渣而言，水渣的利用价值明显较高。除炉渣的化学成分外，由于水渣玻璃体的特性使得水渣能够被应用于水泥工业、绝缘石棉工业，甚至陶瓷工业。尽量全部实现炉渣湿式处理是炉渣回收利用的主要形式。

    有效改善设备和生产维护水平是实现水渣高冲制率的基础。首先是强化炉前铁口维护，确保渣铁流速度的稳定；其次是在冷却槽易积渣区域安装搅拌管和定期采用低液位相结合的方法消除了积渣的难题；最后是在改变转鼓滤网材质的同时采用了水气复式转鼓清渣处理，通过控制空气温度确保了转鼓滤网基本不粘渣，从而大幅度提高了转鼓滤网渣水分离的能力。现在即使在高炉利用系数不断创新高的情况下，高炉水渣系统也基本实现了100％的水渣吹制率的理想效果。宝钢3号高炉的水渣吹制率如图6所示。

    (3)推行固体废物资源的机会成本法。所谓机会成本法主要指同一种废物资源通过不同的回收方法所能替代的其他物质量或回收效率产生变化后所能带来的比较效益。

    除尘焦粉是焦炭生产过程中随废气排出的微粒焦粉。过去除尘焦粉长期被用作烧结过程的燃料，但是由于焦粉的疏水性强的缘故，正常生产条件下焦粉很难实现与其他原料的混合与黏结，所以焦粉在烧结过程中的使用效率始终偏低。虽然微粒焦粉与煤粉之间存在较大的差别，但是通过大量的生产实践证明，风口喷焦是高效解决微粒焦粉的有效方法之一。由于喷吹设备的结构与性能是完全建立在喷吹煤粉的基础上的，所以解决焦粉的流动性差和焦粉输送对管壁磨损大是实现高比例焦粉喷吹的技术难关。有关喷吹焦粉与煤粉的质量特性见表4。通过大量研究与实践，在现有的设备条件下，经过全面调整操作参数和输送管道复式排布技术的应用，不仅成功实践了焦粉喷吹技术，而且也实现了全部焦粉喷吹的历史好水平。有关高炉微粒焦粉喷吹数量的情况如图7所示。

  焦油渣是炼焦过程的主要固体废物资源。由于该产品的良好性能，焦油渣一直被生产过程所使用。过去焦油渣作为替代部分原煤一直在粉碎机前端加入的，后来经过对焦油渣的特性进行全面研究分析发现，焦油渣不仅具有原煤的特性，而且还具有软沥青的性能。由于软沥青的价格远高于原煤的价格，所以将焦油渣的配加工艺改进为在成型机前端加入，从而替代了软沥青的部分使用量，焦炭性能在焦油渣配加流程改进前后基本没有变化。

4  综合利用对产品质量的影响效果

    虽然固体废物资源中存有较高的可利用成分，但是作为工艺流程的废弃品不可避免带有一定数量的有害成分，这也是众多企业固体废物资源不能有效回收利用的主要原因。宝钢炼铁厂不仅从生产工艺流程着手采取了诸多措施对废物资源的发生量进行了有效控制，而且也针对炼铁系统中各种固体废物资源的特点进行了交叉综合利用。长期的生产实践证明，在现有的废物资源综合利用水平条件下，生产产品(主要指烧结矿)的质量始终能稳定在理想的指标水平。有关烧结矿的主要质量特性如图8所示。

   通过对炼铁区域的固体废物资源的全面回收和高效应用，在取得可观的经济效益的同时厂区的环境也得到了明显的改善。历年厂区降尘量如图9所示。通过图9可以看出炼铁区域近几年的降尘量已明显下降，其中还包括2003到2004年4号高炉建设所造成的扬尘，即实际生产的尘量还要低一些。

5  固体废物资源回收利用的经济效益

    实现固体废物资源的回收，不仅可以有效降低废物资源对环境污染的影响程度，而且固体废物资源中的有益成分得到回收应用。在实现替代和成本优势的作用下，固体废物资源回收利用所产生的经济效益不仅数量上十分可观，而且在实现经济效益水平上有不断递增的趋势。2004年各种固体废物资源回收所产生的经济效益和累计经济效益分别见表5和图10所示。

6  结论

    由于炼铁过程会产生大量的固体废物资源，所以采用适当的回收应用技术是减少环境污染和增强经济效益的必需。

    (1)通过对生产过程参数的不断优化，提高煤  粉的置换率和运用小球技术能实现对生产系统固体废物资源发生量的控制。

    (2)通过开发固体废物资源回收利用技术，不仅能实现部分固体废物资源在经过适当处理后直接进入生产流程，通过炉前铁后脱硅技术的开发成功实现回收的高效益，而且在优化炉渣回收方式的基础上实现了产品和效益的最大化。

    (3)通过分析炼铁生产系统过程中同种固体废物资源不同应用方法所产生的经济效益差异的基础上推行机会成本最小化应用。

    (4)经过持续稳定实现过程固体废物资源的回收应用给生产经营带来了非常可观的经济效益。