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炼铁工艺的污染预防与治理
摘要：近两年钢铁行业每况愈下，利润下降甚至有多家钢铁企业产生亏损。且炼铁过程中产生大量的污染物给环境、人们生活带来极大的危害。因此，我们应从源头出发，在降低炼铁产生的污染同时也为企业带来可观的利益，实现经济、社会、环境多赢的局面。

关键词：炼铁 危害 尾气 二氧化硫 低成本战略

高炉炼铁是钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定高度。高炉生产是连续进行的。

一、 高炉炼铁
1、目的：将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水。副产品有水渣、高炉煤气等。
2、冶炼原理：从炉顶不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风，喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出，炉渣从出渣口放出。【1】
3、特点：高炉是一个多相复杂的巨型高温化学反应器；炉内两股逆向流动是一切反应的基础；高炉寿命厂；连续作业率高；热效率高；生铁质量稳定。
4、优点：既能利用多种原料，产品性能又能满足广泛的质量要求，铁的收得率高，又具备大规模生产的能力。

二、 流程图

高炉炼铁流程图

炼铁流程图

三、 高炉炼铁废弃物
高炉炼铁后会产生高炉渣和多种对环境有污染，对人体有危害的气体等多种有害物质。这些物质产生的同时伴随着大量能源的浪费，因此，对于这些废弃物的回收和利用应加大研究与利用。在为企业创造价值的同时也给减轻环境自净的负担。
1、高炉渣
高炉炉渣是铁矿石中脉石和焦炭中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液相。高炉渣处理方法分为出干渣和水淬渣。通常，对高炉渣采用冲水渣，水渣可以当作水泥的原料，或用于制造渣砖、轻质混凝土切块。对熔渣中的热量回收利用，提高热效率，降低吨钢综合消耗。然而，干渣的处理环境污染较严重，且资源回收利用率低，但随着科技进步与发展，高炉熔渣干粒化，除渣粒含很高可制造水泥和回收部分熔渣中的热量之外，还具有省去冲水渣时大量的水处理问题和节省了制作水泥中烘干水渣的热耗。【2】
其原理是固态高炉渣经高温熔块炉加热至1500摄氏度使之完全熔化变为液态后，从高温熔块内部的坩埚底部落到高速旋转的粒化器上。落到粒化器上面的高炉渣熔液与粒化器之间在摩擦力的作用下，高炉渣熔液随粒化器进行圆周运动，在离心力的作用下，高炉渣熔液逐渐向粒化器边缘运动，离心力和线速度也随之增加，到达粒化器边缘后的液态高炉渣呈片状被抛射出去，片状的高炉渣在飞行过程中在表面张力的作用下收缩成椭圆状或球形颗粒，并同时与空气等介质进行直接换热，换热后的颗粒下落到收集装置被回收，余热被空气等介质带走进行利用。【3】
在小范围的高炉渣的离心粒化实验得出：离心粒化设备对液态高炉渣的干法粒化处理是可行的；高炉渣干法离心粒化具有粒化效果好、粒化颗粒直径便于控制、工业流程简单及操作安全等优点；液态高炉渣从高炉流出后需迅速进行粒化，使液态高炉渣在粒化前热量损失不大，以保证在粒化过程中液态高炉渣粘度较小有很好的流动性；较高的粒化器转速不仅可以使粒化效果更好，而且可以提供给粒化颗粒较快的飞行速度，有利于粒化后的液态高炉渣急速冷却。【4】【5】此粒化法的特征：粒化中高炉渣和盘接触时间段，因此温度下降不大；粒化不需要产生大的离心力，则所需的能量小；因粒级范围小，渣粒的收集和热回收容易；渣粒尺寸能控制等特点。【6】
随着科技的发展，技术的进步，把原来只能在实验室或理论可成的工业技术在企业中具体实施。因此，在提出新设计后并在承钢做了此实验，在承钢新3号或新4号高炉进行高炉渣干法粒化及余热回收工业实验技术处理研究。【7】
该高炉出渣情况如下：

名称
单位
数量
高炉容积
m³
2500
生铁产量
t/d
～5400
实验计划处理渣量
万t/年
10～15
出渣温度
℃
1450
渣沟距地面高度
m
6.5

高炉渣干法粒化环保效益：

名称
单位
数值
节水量
t/t渣
0.8
水单价
元/t
5.0
节水价值
万元
40
节约标煤量
t/t渣
0.027
标煤单价
元/t
1500
节能价值
万元
405
减少硫化物排放量
g/t渣
5.0
年效益（年处理10万吨）
万元
445

实验计算结果表明，余热锅炉将1200℃渣粒冷却到200℃，那么1t渣放出的热量为1.2GJ，假设锅炉余热回收率为65%，则实际回收热量为0.78GJ，折合27kg标准煤。高炉年初渣量为10万吨的高炉，年效益为445万元，实验投资在9个月全部回收。且每年将少向大气中排放0.5吨硫化物，有效地减少了酸雨、酸雾的形成，其环保效益十分显著。若承钢全部高炉渣采用干法粒化及余热回收处理，那么经济效益和环保效益巨大。【8】

2、有毒害的废弃气体
在高炉炼铁过程中有许多对人体有害、对环境有污染的气体被排放出来。例如，二氧化硫，硫化氢，二氧化碳等。二氧化硫及其衍生物对人体的各种器官、系统、组织都会产生不同的影响。二氧化硫进入呼吸道后，因易溶于水，所以大部分被阻塞在上呼吸道，在湿润的豁膜上形成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸盐，使刺激作用增强，损害支气管和肺。【9】进而可以诱发各种呼吸道炎症【10】而且对其他多种器官均有毒害作用，是一种全身性毒物，并具有多种毒性的有毒化合物【11】通过破坏酶的活性，从而影响碳水化合物及蛋白质代谢，对肠胃及肝、肾等器官组织有一定伤害【12】。中国是二氧化硫排放量大国，二氧化硫污染及酸雨十分严重。仅1995年二氧化硫污染及酸雨造成的经济损失高达1100多亿元。
在废气排放到大气之前采用物理和化学方法的排烟脱硫治理技术，十分有效果。总的来说分为干法和湿法两大类。干法中有活性炭吸附法，利用活性氧化锰等金属氧化物吸收法及催化吸收法等；湿法则有碱式收发、氨吸收法及石灰浆吸收法等。【13】
干法工艺的优点：对锅炉负荷变化的适应性好，投资低、设备简单、占地小，可同时脱去二氧化硫、三氧化硫、氟化氢、氮氧化合物等多种污染物，烟气保持干燥，无需再热，净化后的烟气可直接从烟囱排放。但是脱硫效率相对较低，吸收剂较贵且利用率低，脱硫产物综合利用不完全。湿法工艺优点：气液反应，脱硫反应速度快、脱硫效率高。但是存在烟气密度大，温度低，排放后扩散能力低，造成对周围环境的影响；且不能有效地脱除三氧化硫，最重要的是排放的烟气中含有较高浓度的PM2.5，对人类健康和大气能见度有很大影响。随着科技的进步，更多的新型技术被开发利用。【14】
YCT一体化脱硫除尘，采用二极管道及箱内脱硫。由锅炉排出的烟尘与二氧化硫烟气经过烟道进入YCT一体化除尘脱硫装置的进气管，进气管内装有两排不同角度20只不锈钢无阻塞喷阻，呈雾状喷射碱性吸收液，烟气中大部分的二氧化硫被碱液吸收，当烟道中混合烟气进入YCT一体化脱硫除尘装置箱，并高速冲击箱体装置的碱性吸收液的液面时，液面形成水花、水雾和浪花，使在进气管中没有被吸收的含二氧化硫气体进入碱性水池，此碱性吸收池相当于一个水域式除尘器，烟气中的烟尘在水中得到去除，部分二氧化硫经过碱性吸收池，得到进一步的吸收净化。回收的二氧化硫可以进一步制成硫酸等副产物，给企业带来经济效益。【15】【16】也可以建设烟气回收二氧化硫制冷发电小型发电厂，其产生的电能供给其他环节利用。此方法利用DFZ循环原理，指以低沸点工质为循环制冷做功工质，以低品位热源，通过各工质间的能量转换，用以制冷与发电的循环。此发电站使用的热源是燃用矿物燃料排放的具有低品位热能的含硫烟气，因而，它不消耗一次能源，使发电成本很低；烟气回收二氧化硫制冷发电站回收重要化工原料是二氧化硫，减少了有毒气体排放到大气中对环境造成危害；发电站使用电能是它自己发出的电能，不消耗外部电能；发电站系统简单、设备少、建设周期短，建设费用低，一次投入，可循环使用。【17】【18】

若以3200×3000KW的烟气回收二氧化硫制冷发电站，依据其系统，在理想状态下，该制冷发电站发电功率3000KW，对外输出冷量3200KW，回收二氧化硫量500kg/h，各项指标如图所示

名称
单位
数量
发电功率
KW
3000
对外输出冷量
KW
3200
净化烟气量
Nm³/h
270000
回收二氧化硫量
Kg/h
500
高温烟气初始温度
℃
160
低温烟气最终温度
℃
-20
自用电量
KW
1466
冷却水量
t/h
1460
冷却水温度
℃
20
投资建设
万元/ KW
0.8～1.0

四、 结语
我国作为世界上第一钢铁生产大国，世界铁矿第一进口大国，世界钢铁业初级钢材第一出口大国，世界钢铁第一进口大国，世界钢铁产业人数最多的国家，世界钢铁厂最多的国家，中国必须认真思考中国钢铁业的下一步发展战略。不能以推动就业为借口，把钢铁业的发展寄托在国家巨型投资拉动钢铁业的繁荣，而要认真思考减少污染，提高产品附加值和适应市场的实际需求，提升效益。当今社会进入材料时代后，市场需求不再单单仅是传统材料，高炉炼铁的空间被缩减，造成钢铁产业利润还不如开采铁矿赚钱，我们应利用现今可利用的先进科学技术，将原有的高炉炼铁改成一种绿色工业，将生产中废弃的资源合理利用起来，创造副产业价值，降低或将污染从源头消灭，充分给企业、环境、社会带来可观的经济效益。也可重新创造一种简单、低污染、高效益的炼铁的方法代替原有的炼铁技术，充分满足国家，人民的需求。

参考文献

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[2]、贾艳 李文幸，高炉炼铁基础手册 北京 冶金工业出版社， 2004
[3]、王海风，张春霞，齐渊洪 高炉渣处理和热能回收的现状及发展方向 中国冶金，2007,17（6）
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[8]、高峰，张述明，张伟 承钢高炉渣干法粒化及余热回收工业实验技术方案 钒钛工程技术研究中心
[9]、Bernstein J A, Alexis N,Barnes C,et al.Health effects of air pollution Allergy Clin Immunol,2004,114
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