文/陳 明

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量固體廢棄物（以下簡(jiǎn)稱固廢），一般情況下，每生產(chǎn)1 噸鋼要產(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(shí)產(chǎn)生電爐灰、含油污泥、廢石棉等危險(xiǎn)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(diǎn)問(wèn)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(fèi)用，同時(shí)多數(shù)外部企業(yè)的處理產(chǎn)線水平低，環(huán)保不達(dá)標(biāo)，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(guò)程中必須的元素，隨著技術(shù)進(jìn)步，將鋼鐵企業(yè)固廢中的不同資源進(jìn)行回收利用，不僅能夠節(jié)約資源、降低排放，而且能夠帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)效益。

一、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(guò)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(fù)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?jí)m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?jí)m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(guò)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(guò)程中會(huì)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(duì)入爐鋅負(fù)荷進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，為了降低高爐入爐鋅負(fù)荷，部分高鋅粉塵進(jìn)行單獨(dú)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?jí)m泥發(fā)生總質(zhì)量的30%。部分企業(yè)由于沒(méi)有單獨(dú)的高鋅粉塵處理設(shè)施，此部分粉塵也返回?zé)Y(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(jìn)行壓球或造球，烘干得到冷態(tài)球團(tuán)，通過(guò)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℃，加熱過(guò)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(guò)程中被氧化收集，形成氧化鋅產(chǎn)品。轉(zhuǎn)底爐還原時(shí)間約為30min，產(chǎn)品金屬化率為70%，TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～65%，鋅回收率為85%，氧化鋅粉中ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%以上。轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)品主要指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 轉(zhuǎn)底爐DRI 產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)的金屬化球團(tuán)產(chǎn)品主要進(jìn)入高爐或煉鋼工序，但由于轉(zhuǎn)底爐金屬化球團(tuán)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(yuǎn)低于煉鋼用直接還原鐵的標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)鋼鐵企業(yè)塵泥發(fā)生數(shù)據(jù)，對(duì)于年產(chǎn)鋼600 萬(wàn)噸規(guī)模的鋼廠，高鋅粉塵發(fā)生量約為20 萬(wàn)噸，配套一座年產(chǎn)15 萬(wàn)噸金屬化球團(tuán)的轉(zhuǎn)底爐，殘鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%左右，此15 萬(wàn)噸金屬化球團(tuán)進(jìn)入高爐，將帶來(lái)900t/a 的鋅負(fù)荷，換算成噸原料約為90kg/t，根據(jù)高爐煉鐵設(shè)計(jì)規(guī)范，高爐原燃料總?cè)霠t鋅負(fù)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(fù)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(jià)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(guò)程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物，如廢石棉、廢布袋、含鉻污泥、有機(jī)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(guò)程將有機(jī)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(lǐng)域有應(yīng)用先例，熔融熱解過(guò)程中有機(jī)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(jī)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(tuán)、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(jī)廢物等。部分物料進(jìn)入熔融爐前需進(jìn)行預(yù)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(guò)配料、混合、造球，干燥之后進(jìn)行預(yù)還原成為具有一定強(qiáng)度的金屬化球團(tuán)或直接添加黏結(jié)劑壓球固結(jié)，形成一定強(qiáng)度后進(jìn)行熔融處理。鋼渣等經(jīng)過(guò)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(jìn)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(kāi)，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(dú)系統(tǒng)熔融處理固廢，避免固廢中有害元素對(duì)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(yù)還原造塊，并回收鋅，轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)品再進(jìn)入熔融爐進(jìn)行二次熔煉得到鐵水，熔融爐可同時(shí)處理鋼鐵企業(yè)其他固廢，轉(zhuǎn)底爐預(yù)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(jìn)入熔融爐熔煉成鐵水，回收轉(zhuǎn)底爐金屬化球團(tuán)中剩余的鋅，且可同時(shí)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(diǎn)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(shè)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(yīng)，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(jìn)行加料。裝料按先重物料、后輕物料的順序進(jìn)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(shí)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(fēng)口設(shè)置在熔煉區(qū)下部，預(yù)熱后由風(fēng)口鼓入700℃左右的熱風(fēng)，燃燒下行至風(fēng)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(guò)程中將熱量帶給爐料并進(jìn)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?fù)v打料，碳素?fù)v打料以上為鋁-碳化硅-碳磚。爐體外部及爐底設(shè)水冷。渣鐵在爐前撇渣器內(nèi)進(jìn)行分離，鐵水流至設(shè)置在爐前的保溫爐內(nèi)，集中后定期由鐵水罐車運(yùn)走。爐渣在爐前直接水淬粒化，脫水后定期外運(yùn)。頂部煤氣進(jìn)入燃燒室，在燃燒室內(nèi)燃燒成煙氣，燃燒室設(shè)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(yù)熱鼓風(fēng)。預(yù)熱器出口煙氣再進(jìn)入脫硫裝置脫硫，然后進(jìn)入布袋除塵器除塵，經(jīng)引風(fēng)機(jī)、煙囪排入大氣。

4、典型熔融處理工藝的技術(shù)指標(biāo)

600 萬(wàn)噸鋼鐵企業(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(wàn)t/a。整套系統(tǒng)年處理高鋅粉塵20萬(wàn)噸、金屬?gòu)U料或劣質(zhì)廢鋼10 萬(wàn)噸和渣鋼6 萬(wàn)噸，同時(shí)消納廢油桶、廢石棉等危廢1 萬(wàn)噸，年消耗焦炭9.5 萬(wàn)噸和熔劑1.0 萬(wàn)噸，年產(chǎn)鐵水24 萬(wàn)噸、富氧化鋅粉塵（ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%）1.6 萬(wàn)噸和水渣8.5 萬(wàn)噸。整套系統(tǒng)與生產(chǎn)主系統(tǒng)完全分開(kāi)，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(chǎng)價(jià)格計(jì)算，生成每噸鐵水的熔融過(guò)程（燃料、輔料及能源介質(zhì)）扣除回收后 成本約為400 元/噸，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(fèi)用，則熔融的 經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。根據(jù)測(cè)算，某600 萬(wàn)噸鋼廠建設(shè)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(duì)比高爐原料計(jì)算價(jià)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(duì)不易處理、其他工序無(wú)法消納的固廢進(jìn)行處理，對(duì)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

圖1 600 萬(wàn)t 鋼鐵企業(yè)熔融固廢處理工藝流程及物料平衡

鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中具有高溫、熔融的特點(diǎn)，能夠?yàn)楣虖U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(guò)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(guó)家發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同資源化處理城市及產(chǎn)業(yè)廢棄物工作的意見(jiàn)》，鼓勵(lì)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(dān)部分城市功能，不僅能促進(jìn)城市綠色發(fā)展，且有利于加快鋼鐵產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)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?gòu)U物，如汽車拆解后的切割渣、家電拆解的殘?jiān)C(jī)械加工行業(yè)的含油鐵屑和有色冶煉過(guò)程中的尾渣尾礦，可回收其中的金屬資源等；2)有機(jī)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(jī)物在爐內(nèi)熱解，并燃燒提供熔融過(guò)程所需熱量或金屬還原的所需還原劑；3)難處理的無(wú)機(jī)物，包括廢石棉、焚燒殘?jiān)⒎贌w灰和含鉻污泥等，熔融熱解爐內(nèi)溫度為2000℃，難處理無(wú)機(jī)物在熔融爐內(nèi)熔融進(jìn)行造渣，有害物質(zhì)分解，鉻等有害元素進(jìn)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(jì)效益。

（3）熔融熱解系統(tǒng)在處理鋼鐵固廢的同時(shí)，可協(xié)同處理社會(huì)固廢，實(shí)現(xiàn)鋼廠與城市共同發(fā)展，具有很好的社會(huì)效益。