鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量固體廢棄物(以下簡稱固廢)，一般情況下，每生產(chǎn)1t鋼要產(chǎn)生高爐水渣、鋼渣、含鐵塵泥等各類固廢約650KG，根據(jù)生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品的不同，還同時產(chǎn)生電爐灰、含油污泥、廢石棉等危險廢物。鋼鐵生產(chǎn)中的固廢處理一直是鋼鐵行業(yè)企業(yè)關(guān)注的重點問題。隨著環(huán)保要求的提高，傳統(tǒng)的粗放處理模式將逐漸被取締，委托外部企業(yè)處理不僅需要支付一定的處理費用，同時多數(shù)外部企業(yè)的處理產(chǎn)線水平低，環(huán)保不達標，往往形成二次污染。
鋼鐵企業(yè)固廢一般富含金屬、含碳等生產(chǎn)過程中必須的元素，隨著技術(shù)進步，將鋼鐵企業(yè)固廢中的不同資源進行回收利用，不僅能夠節(jié)約資源、降低排放，而且能夠帶來較好的經(jīng)濟效益。
鋼鐵行業(yè)企業(yè)固廢利用的現(xiàn)狀
1。爐渣利用
鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高爐渣、鋼渣等主要用于生產(chǎn)礦渣微粉、水泥熟料、混凝土添加劑和磚塊等，其主要資源化利用新技術(shù)有高爐渣生產(chǎn)微晶玻璃、熱態(tài)高爐渣制備礦渣棉、高爐渣生產(chǎn)硅肥以及高爐渣修復海洋生態(tài)環(huán)境等，高爐渣綜合利用率在95%以上。鋼渣主要用于筑路、工程回填料、廠內(nèi)循環(huán)利用及用于水泥或建材，鋼渣綜合利用率約為30%。
2。塵泥利用
鋼鐵企業(yè)含鐵塵泥發(fā)生量約為100~130KG， 主要在鋼鐵廠內(nèi)部返生產(chǎn)利用。塵泥產(chǎn)生的工序不同，主要包括原料粉塵、燒結(jié)粉塵、瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐塵泥、電爐粉塵和軋鋼氧化鐵皮等，根據(jù)不同工序段產(chǎn)生塵泥的成分及性質(zhì)，返回不同工序利用，主要包括以下3類：1)塵泥壓塊返煉鋼。塵泥壓塊返煉鋼， 直接回收利用塵泥中的鐵、CaO資源，此部分約占塵泥發(fā)生總質(zhì)量的30%，要求塵泥中含鐵、CaO較高，含硫較低，主要包括高爐爐前除塵灰、氧化鐵皮和熱軋污泥等。2)均質(zhì)化返燒結(jié)配料。均質(zhì)化返燒結(jié)配料，利用塵泥中的鐵、碳、CaO等資源，約占塵泥發(fā)生總質(zhì)量的40%，要求塵泥中鋅含量較低， 主要包括低鋅的高爐瓦斯灰、燒結(jié)除塵灰、原料除塵灰和轉(zhuǎn)爐塵泥等。3)含鋅粉塵資源化利用。隨著鋼鐵生產(chǎn)過程廢鋼比的提高，鋼鐵粉塵中的鋅含量逐漸升高，鋅在高爐冶煉過程中會在高爐爐內(nèi)或高爐-燒結(jié)之間循環(huán)富集，影響高爐順行和高爐壽命。
目前，高爐對入爐鋅負荷進行了嚴格的控制，為了降低高爐入爐鋅負荷，部分高鋅粉塵進行單獨處理，回收其中的鐵和鋅，主要包括電爐粉塵、鋅含量高的轉(zhuǎn)爐粉塵及高爐瓦斯灰(泥)，約占塵泥發(fā)生總質(zhì)量的30%。部分企業(yè)由于沒有單獨的高鋅粉塵處理設施，此部分粉塵也返回燒結(jié)系統(tǒng)。高鋅粉塵處理目前采用最多的為轉(zhuǎn)底爐工藝，將含鐵塵泥、黏結(jié)劑以及焦粉或混勻后進行壓球或造球，烘干得到冷態(tài)球團，通過布料裝置加入至爐內(nèi)，轉(zhuǎn)底爐采用煤氣加熱，爐內(nèi)溫度為1300°C，加熱過程中鐵氧化物被逐步還原成直接還原鐵，鋅氧化物還原成鋅蒸氣隨煙氣帶走，在后續(xù)煙氣降溫過程中被氧化收集，形成氧化鋅產(chǎn)品。轉(zhuǎn)底爐還原時間約為30min，產(chǎn)品金屬化率為70%，TFe質(zhì)量分數(shù)為60~65%，鋅回收率為85%，氧化鋅粉中ZnO質(zhì)量分數(shù)在40%以上。轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)品主要指標見表1。
轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)的金屬化球團產(chǎn)品主要進入高爐或煉鋼工序，但由于轉(zhuǎn)底爐金屬化球團中硫含量較高、 鐵含量較低、金屬化率較低以及雜質(zhì)含量較高，質(zhì)量遠低于煉鋼用直接還原鐵的標準;根據(jù)鋼鐵企業(yè)塵泥發(fā)生數(shù)據(jù)，對于年產(chǎn)鋼600萬t規(guī)模的鋼廠，高鋅粉塵發(fā)生量約為20萬t，配套一座年產(chǎn)15萬t金屬化球團的轉(zhuǎn)底爐，殘鋅質(zhì)量分數(shù)為0.6%左右，此15萬t金屬化球團進入高爐，將帶來900t/a的鋅負荷，換算成噸原料約為90kg/t，根據(jù)高爐煉鐵設計規(guī)范，高爐原燃料總?cè)霠t鋅負荷建議控制在150g/t，而僅此部分直接還原鐵帶入的鋅占鋅負荷入爐要求的60%，這不是高爐的理想原料。
3。危廢及部分其他固廢處理
其他部分低價固廢主要為金屬含量低的固廢， 一般在廠內(nèi)堆存或委托外部企業(yè)處理。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的危險廢物，如廢石棉、廢布袋、含鉻污泥、有機廢物、油漆桶等，大部分委托有資質(zhì)的企業(yè)處理。
二、鋼鐵行業(yè)企業(yè)固廢的熔融熱解處理
1、熔融處理的固廢種類
熔融熱解處理過程將有機固廢的熱解和金屬氧化物的還原以及金屬與爐渣熔融相結(jié)合，在固廢處理領域有應用先例，熔融熱解過程中有機固廢徹底分解，金屬氧化物最終形成鐵水和爐渣。熔融處理的廢物類型主要包括含鐵廢物、含碳廢物、含熔劑廢物及部分有機廢物，主要有渣鋼、含鐵塵泥(包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼及軋鋼系統(tǒng)收集的除塵灰泥和連鑄氧化鐵皮等)、轉(zhuǎn)爐渣、劣質(zhì)金屬化球團、劣質(zhì)廢鋼等一般固廢及納入危廢管理的廢石棉、廢布袋、部分含油廢物和有機廢物等。部分物料進入熔融爐前需進行預處理，根據(jù)不同固廢的類型采用不同工藝，粉塵、 污泥等粉料經(jīng)過配料、混合、造球，干燥之后進行預還原成為具有一定強度的金屬化球團或直接添加黏結(jié)劑壓球固結(jié)，形成一定強度后進行熔融處理。鋼渣等經(jīng)過破碎后直接加入熔融爐。
2、含鋅粉塵的轉(zhuǎn)底爐-熔融爐兩步法處理
熔融處理工藝的主要理念為專用熔融爐將鋼鐵企業(yè)固廢及粉塵等進行熔融處理，將金屬和渣分離， 得到鐵水和熔渣。固廢處理系統(tǒng)和主生產(chǎn)系統(tǒng)分開，鋼鐵企業(yè)主系統(tǒng)為規(guī)?；?、大型化生產(chǎn)，需要穩(wěn)定的工藝條件，熔融處理采用一套單獨系統(tǒng)熔融處理固廢，避免固廢中有害元素對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)主系統(tǒng)的影響。轉(zhuǎn)底爐-熔融爐聯(lián)合處理工藝將塵泥在轉(zhuǎn)底爐中預還原造塊，并回收鋅，轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)品再進入熔融爐進行二次熔煉得到鐵水，熔融爐可同時處理鋼鐵企業(yè)其他固廢，轉(zhuǎn)底爐預還原速度快，適用于塵泥壓塊直接還原，熔融爐高溫，操作靈活，熔煉徹底， 渣鐵有效分離，有害物質(zhì)徹底分解。轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)品進入熔融爐熔煉成鐵水，回收轉(zhuǎn)底爐金屬化球團中剩余的鋅，且可同時利用部分劣質(zhì)廢鋼，熔融爐產(chǎn)出煤氣可作為轉(zhuǎn)底爐燃料，并可發(fā)揮熔融爐高溫熔融的特點消納部分其他固廢及城市廢物。
3、熔融處理的工藝及系統(tǒng)組成
熔融熱解設施主要包括配料及上料系統(tǒng)、熔融熱解爐本體系統(tǒng)、鐵水及爐渣處理系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)。熔融熱解爐采用豎式熔煉爐， 爐內(nèi)為逆流反應，各種固廢原料、焦炭及部分熔劑由爐頂加入，由于不同固廢的形狀及塊度差別較大，熔融爐采用料籃加料，根據(jù)生產(chǎn)配料要求，分批次進行加料。裝料按先重物料、后輕物料的順序進行，即先裝金屬料，后裝焦炭和輔料。熔融熱解爐本體包括裝料區(qū)、還原熔煉區(qū)及爐底爐缸，裝料區(qū)用于接受爐料，并保證不同物料的均勻，同時煤氣自裝料區(qū)抽出。爐料在還原熔煉區(qū)被上行煤氣逐漸加熱，風口設置在熔煉區(qū)下部，預熱后由風口鼓入700左右的熱風，燃燒下行至風口的焦炭提供熔融所需熱量并產(chǎn)生煤氣，焦炭在爐內(nèi)起著骨架作用，煤氣上升過程中將熱量帶給爐料并進行部分間接還原，爐料在爐內(nèi)被還原熔煉成鐵水及爐渣，渣鐵由鐵口排出。熔融熱解爐為水冷耐材結(jié)構(gòu)，爐身上部采用高鋁質(zhì)澆鑄料，爐身下部為剛玉質(zhì)澆鑄料;爐底為耐火混凝土及碳素搗打料，碳素搗打料以上為鋁-碳化硅-碳磚。爐體外部及爐底設水冷。渣鐵在爐前撇渣器內(nèi)進行分離，鐵水流至設置在爐前的保溫爐內(nèi)，集中后定期由鐵水罐車運走。爐渣在爐前直接水淬粒化，脫水后定期外運。頂部煤氣進入燃燒室，在燃燒室內(nèi)燃燒成煙氣，燃燒室設SNCR脫硝，燃燒室煙氣出口溫度為1000左右，經(jīng)余熱鍋爐及換熱器回收蒸汽并預熱鼓風。預熱器出口煙氣再進入脫硫裝置脫硫，然后進入布袋除塵器除塵，經(jīng)引風機、煙囪排入大氣。
4、典型熔融處理工藝的技術(shù)指標
600萬t鋼鐵企業(yè)的熔融固廢處理工藝流程及物料平衡如圖1所示，單位為萬t/a。整套系統(tǒng)年處理高鋅粉塵20萬t、金屬廢料或劣質(zhì)廢鋼10萬t和渣鋼6萬t，同時消納廢油桶、廢石棉等危廢1萬t， 年消耗焦炭9.5萬t和熔劑1.0萬t，年產(chǎn)鐵水24萬t、 富氧化鋅粉塵(ZnO質(zhì)量分數(shù)為50%)1.6萬t和水渣8.5萬t。整套系統(tǒng)與生產(chǎn)主系統(tǒng)完全分開， 直接利用固廢產(chǎn)出鐵水及富氧化鋅產(chǎn)品。根據(jù)上述主要消耗，主要原燃料按市場價格計算，生成每噸鐵水的熔融過程(燃料、輔料及能源介質(zhì))扣除回收后成本約為400元/t，系統(tǒng)鐵水成本低于同期高爐鐵水，若考慮固廢委托外部企業(yè)處理的費用，則熔融的經(jīng)濟效益更為顯著。根據(jù)測算，某600萬t鋼廠建設一套熔融熱解系統(tǒng)投資約為2億元(不包括轉(zhuǎn)底爐， 轉(zhuǎn)底爐DRI按鐵含量對比高爐原料計算價格)，投資回收期約為4年。熔融熱解爐可作為鋼廠固廢處理的最后一道工序，對不易處理、其他工序無法消納的固廢進行處理，對鋼鐵企業(yè)固廢不出廠起到關(guān)鍵作用。
三、城市固廢及危廢的協(xié)同處理
鋼鐵生產(chǎn)過程中具有高溫、熔融的特點，能夠為固廢分解及利用提供有效的溫度環(huán)境，而部分固廢可提供冶煉過程中的金屬資源或造渣劑或替代部分燃料，具備很好的消納城市廢棄物的條件。2014年，國家發(fā)布的《關(guān)于促進生產(chǎn)過程協(xié)同資源化處理城市及產(chǎn)業(yè)廢棄物工作的意見》，鼓勵電廠、冶金廠及水泥廠協(xié)同處理城市廢棄物。鋼廠努力承擔部分城市功能，不僅能促進城市綠色發(fā)展，且有利于加快鋼鐵產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)鋼廠與城市共同發(fā)展。
熔融熱解爐可協(xié)同處理的城市固廢類型如下：1)含金屬廢物，如汽車拆解后的切割渣、家電拆解的殘渣、機械加工行業(yè)的含油鐵屑和有色冶煉過程中的尾渣尾礦，可回收其中的金屬資源等;2)有機廢物及高分子廢物，包括廢輪胎、廢塑料、廢橡膠、皮革及白色污染物，有機物在爐內(nèi)熱解，并燃燒提供熔融過程所需熱量或金屬還原的所需還原劑;3)難處理的無機物，包括廢石棉、焚燒殘渣、焚燒飛灰和含鉻污泥等，熔融熱解爐內(nèi)溫度為2000，難處理無機物在熔融爐內(nèi)熔融進行造渣，有害物質(zhì)分解，鉻等有害元素進入鐵水形成合金，熔融爐渣為玻璃態(tài)，作為建筑材料利用。
四、主要結(jié)論
(1)熔融熱解處理工序可作為鋼廠固廢處理的最后工序，固廢徹底分解，形成鐵水及爐渣，能夠?qū)崿F(xiàn)資源分類回收，固廢不出廠。
(2)熔融熱解處理以含鐵、含碳的固廢為原料， 加工成本較低，具有很好的經(jīng)濟效益。
(3)熔融熱解系統(tǒng)在處理鋼鐵固廢的同時，可協(xié)同處理社會固廢，實現(xiàn)鋼廠與城市共同發(fā)展，具有很好的社會效益。
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