钢铁水环境处理工艺(热轧)概述

【中国环保在线 技术前沿】从目前在国内钢铁厂的应用来看，三段式热轧废水处理技术与稀土磁盘热轧废水处理技术为热轧废水治理的主流技术。本文就钢铁水环境治理中热轧废水治理技术工艺及现状做一个简要梳理，以飨广大读者。

概念词
1、炼钢工艺：指以铁水或废钢为原料，经高温熔炼、提纯、脱碳、成分调整后得到合格的钢水，并浇铸成钢坯的过程。
2、轧钢工艺：是指以钢坯为原料，经备料、加热、轧制及精整处理、终加工成成品钢材的生产过程。轧钢工艺主要分为热轧和冷轧，产品包括板带材、棒/线材、型材和管材等。
3、钢铁行业焦化工艺：是指将配比好的煤粉粉碎为合格颗粒，装入焦炉炭化室高温干馏生成焦炭，再经熄焦、筛焦得到合格冶金焦，并对荒煤气进行净化的过程。
4、连铸：合格钢水在铸机中冷却成坯的过程。
5、烧结：就是把铁矿粉造块，为高炉提供精料的一种方法。是利用铁矿粉、熔剂、燃料及返矿按一定比例制成块状冶炼原料的一个过程。我国铁矿石大部分都是贫矿，贫矿直接入炉炼铁很不合算，因此必须将贫矿进行破碎、选出高品位的精矿后，再将精矿粉造块成为人造富矿才能入高炉冶炼。所以，粉矿造块是充分合理利用贫矿的不可缺少的管控环节。
正文
钢铁——兼具强度与塑性的铁碳合金。
钢铁的定义是由铁(Fe)、碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)以及少量其他元素组成的合金，其中，为重要的两种元素是铁(Fe)元素和碳(C)元素。
钢铁冶炼的主要原料是铁矿石，其冶炼过程就是由铁矿石变成钢材的过程。炼铁过程实质上是将铁(Fe)从其自然形态——矿石等含铁化合物(磁铁矿Fe3O4和赤铁矿Fe2O3)中还原出来的过程。炼钢过程则是通过氧化的方式(吹氧)去除铁水中的杂质元素，然后再用脱氧剂进行还原脱氧，后进行合金化处理，完成炼钢的工艺操作过程。
钢铁冶炼工艺可分为两大类：一种是以铁矿石、焦炭等为原料，采用烧结炉、高炉和转炉等设备，开展烧结、炼铁和炼钢等工序的长流程工艺；另一种为以废钢为主要原料，利用电炉(电弧炉、中频炉等)设备，进行废钢重熔精炼的短流程工艺。各国长短流程工艺占比并不相同，其中长流程占比，中国为94%，美国为37%，日本为78%，印度为43%，其存在差别的原因在于各国冶炼成本的经济性与品种质量要求不同。
1、长流程：高炉为主，高温还原反应
炼铁：脱氧存铁，还原本色
高炉冶炼的核心即为通过固态焦炭、气体CO和H2等还原剂从铁氧化物中还原金属铁，其中CO和H2主要来自于高炉底端的风口回旋区的燃烧反应。铁氧化物包括三种：Fe2O3、Fe3O4和FeO，其中FeO只能在温度高于570℃区域稳定存在，因此铁的还原顺序分为：
t>570℃，Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe；
t<570℃，Fe2O3→Fe3O4→Fe。
炼铁工艺具体为：将70%~80%烧结矿与20%~30%球团矿或铁矿、焦炭和煤粉等燃料和石灰石等少量熔剂分批从高炉炉顶装入高炉，矿石和焦炭在高炉内部呈现规律的分层分布，同时热风炉在高炉下端风口鼓入热风以催化焦炭和煤粉燃烧并生成CO和H2还原气体。高温还原气体在向上流动过程中，经过传热、还原、熔化、脱炭作用，将铁氧化物还原成金属铁，从而实现Fe-O分离；煤气热量将生铁熔化并过热，从而实现铁渣分离，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，开展下一步炼钢工序。
2、短流程：电炉为轴，高温熔融炼化
炼铁：摆脱焦炭依赖，衍生直接还原和熔融还原法
由于部分地区冶金焦资源缺乏，炼铁工艺除了传统主流烧结-高炉法之外，逐步衍生出以直接还原和熔融还原为主的现代化非高炉炼铁体系。相比于高炉，直接还原法由于在铁矿石软化温度之下进行还原，因而节省大量焦炭燃烧所需热量；取消焦化和烧结等工序导致其污染较小；同时海绵铁中硫和磷等杂质含量低，更有利于冶炼钢种。不过，直接还原法存在还原剂原料要求较高和产物海绵铁价格比废钢更高等缺点。

钢铁工业生产过程
钢铁生产过程中会产生大气、水、固废、噪声四大污染物。炼钢工艺中主要污染物为大气污染物，包括颗粒物、少量一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、氟化物、二噁英、铅、锌等；炼钢工艺产生的废水主要为转炉煤气洗涤废水和连铸废水，主要污染物为悬浮物和石油类污染物；炼钢工产生的固体废弃物主要为钢渣和除尘灰，还包括少量氧化铁皮、废油、废钢、废耐火材料、脱硫渣等，其中废油属危险废物。炼钢工艺产生的噪声污染主要在85~130dB(A)之间。

转炉炼钢工艺流程及产污环节
轧钢工艺中产生的污染包括大气污染、水污染、固体废弃物污染和噪声污染，其中水污染是主要环境问题。轧钢工艺中产生的大气污染为少量的燃烧废气(烟尘、二氧化硫、氮氧化物等)、粉尘、油雾、酸雾、碱雾和挥发性有机废水(VOC)等。轧钢工艺产生的固体废物主要为冷轧酸洗废液、除尘灰、水处理污泥、锌渣和废油等。轧钢工艺产生的噪声污染通常在85~130dB(A)之间。

轧钢工艺流程

轧钢工艺主要污染物及来源
轧钢生产过程产生的大量废水如果直接排放，不仅污染环境，而且造成水资源的严重浪费。对轧钢厂废水进行处理，以达到国家排放标准或相关标准。(《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 123456-2012))。
钢铁轧钢工艺产生的废水分为热轧废水和冷轧废水。热轧废水主要为轧制过程中的直接冷却水，含有氧化铁皮及石油类污染物等，温度较高；热轧废水还包括设备间接冷却水、带钢层流冷却废水，以及热轧无缝钢管生产中产生的石墨废水等。冷轧废水主要包括浓碱及乳化液废水、稀碱含油废水、酸性废水，还包括少量的光整废水、湿平整废水、重金属废水和磷化废水等。本文就钢铁水环境治理中热轧废水治理技术工艺及现状做一个简要梳理，从目前在国内钢铁厂的应用来看，三段式热轧废水处理技术与稀土磁盘热轧废水处理技术为热轧废水治理的主流技术。
1、三段式热轧废水处理技术(絮凝-沉淀-过滤工艺)
该工艺是传统的热轧废水处理技术，废水先后流经一次沉淀池(旋流井)、二次沉淀池(平流沉淀池或斜板沉淀池)去除较大的颗粒悬浮物和油质，出水进入高速过滤器，进一步对废水中的悬浮物和石油类污染物进行过滤，后经冷却塔冷却后循环使用。
出水效果参考值：Oil<5mg/L SS<30mg/L

该技术可以去除废水中的大部分氧化铁皮和泥沙，适用于轧钢工艺热轧直接冷却废水的处理，处理后的出水经冷却返回热轧浊环水系统循环使用。
2、稀土磁盘热轧废水处理技术
稀土磁盘热轧废水处理技术是通过磁场力作用，去除废水中的可磁化悬浮物。出水效果参考值：Oil<3mg/L SS<20mg/L

该技术不添加化学药剂，避免了二次污染；占地面积小，工艺流程短，投资低。适用于轧钢工艺热轧直接冷却废水的处理。处理后的处理经冷却返回热轧浊环水系统循环使用。
3、两段式热轧废水处理技术
两段式热轧废水处理技术是利用一次铁皮沉淀池与化学除油器组合的方式进行废水的处理。出水效果参考值：Oil<5mg/L SS<30mg/L。弊端在于沉降效果不稳定，出水水质波动大。
4、旁滤冷却层流冷却废水处理技术
旁滤冷却层流冷却废水处理技术是针对层流冷却系统对水质要求不高的特点，仅对层流冷却后的部分废水进行过滤、冷却处理；处理后的出水在于未经处理的层流冷却废水混合，返回层流冷却系统循环使用。该技术可减少废水中污染物含量、降低水温，出水水质可达到层流冷却回用水要求。
5、混凝沉淀石墨废水处理技术
混凝沉淀石墨废水处理技术是通过投加混凝剂使废水中的悬浮物以絮状沉淀物形式从废水中分离。该技术处理后的出水悬浮物浓度低于200mg/L，出水与清水混合后可返回浊环水系统循环使用。
三段式热轧废水处理技术作为传统工艺，在国内钢铁厂得到广泛应用，其处理效果基本可以满足再生水用作直接冷却水和洗涤用水的水质标准，但不能满足补充水和工艺用水要求，同时存在占地面积大、水力停留时间长等问题。稀土磁盘工艺作为新兴的热轧废水处理技术，凭借占地面积小、投资及运行费用少、工艺流程短和能够实现油泥全部回收等优点，在热轧废水处理领域得到了较快的发展和应用。
下面将用三个应用案例来说明稀土磁盘工艺在热轧连机组、中(宽)厚板轧制机组、棒/线材轧制机组、型材轧制机组等设备直接冷却水处理的应用。
1、稀土磁盘工艺在热轧连机组生产工序中直接冷却水处理的应用

该厂于2006年初提出年产量扩大三倍的生产计划，原有的浊环水处理系统已不能满足生产的需要，由于受到地理条件的限制，寻求一种占地小、投资省、出水好的水处理技术势在必行。通过考察比较，终决定选用占地面积小的稀土磁盘分离净化技术。
废水来源：浊环水
处理规模：9300m³/h
占地面积：360㎡
2、稀土磁盘工艺在中(宽)厚板轧制机组生产工序中直接冷却废水处理的应用

3、稀土磁盘工艺在棒/线材轧制机组生产工序中直接冷却废水处理的应用