1.神戶制鐵所在煉鐵領(lǐng)域的環(huán)境對策

神戶制鐵所是一個(gè)鄰近住宅區(qū)的都市型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，出于對環(huán)保的考慮，采取了降低廠內(nèi)排出廢氣中SOx、NOx并抑制粉塵和臭氣等一系列措施。

作為環(huán)保對策，該廠一直將抑制CO2的排放擺在最重要的位置。高爐是耗能大的大型設(shè)備，如何設(shè)法減少其CO2排放對環(huán)保具有重要作用。

以下特以高爐為中心，介紹近年該制鐵所的環(huán)保對策及減排CO2的情況。

1.1減輕環(huán)境負(fù)荷

a.利用筒倉減少粉塵

該所3號高爐的燒結(jié)車間在1999年因興建2×70萬kW機(jī)組火電廠而關(guān)閉，煉鐵主原料也從原來的自產(chǎn)燒結(jié)礦改為加古川制鐵所生產(chǎn)的堆場燒結(jié)礦，最終從2001年起轉(zhuǎn)向采用全球團(tuán)礦操作，所用的球團(tuán)礦含有加古川制鐵所生產(chǎn)的堿性球團(tuán)礦和進(jìn)口球團(tuán)礦。

從燒結(jié)車間停產(chǎn)前后的神戶制鐵所平面布置圖可知：原來僅焦炭為筒倉貯存，煤和礦石都為原料場堆放；現(xiàn)在燒結(jié)車間和料場均已拆除，而成為IPP（火電廠）區(qū)域，在其中部分土地上建設(shè)了裝煤的全密閉化12個(gè)筒倉，容量合計(jì)36萬t，可同時(shí)向IPP（日用煤1萬t）和高爐（日用煤0.8萬t）供煤。另外，還新建了球團(tuán)筒倉。

這樣一來，原來堆積在料場上的礦石和煤，就因燒結(jié)這一前處理工序的省略，而實(shí)現(xiàn)了全部筒倉密閉貯存，加之運(yùn)送的皮帶機(jī)密閉化，從而大幅減少了制鐵所內(nèi)粉塵發(fā)生量。

b.引進(jìn)高爐渣水淬設(shè)備

原來的高爐渣100％為緩冷處理，在緩冷時(shí)伴隨灑水而產(chǎn)生硫的臭味。另一方面，由于政府最近制定了海砂限采規(guī)則及對購買進(jìn)行了限制，故市場增加了對高爐水淬渣這種砂的代用品的需求。

因此，該所引進(jìn)了高爐渣水淬設(shè)備并于2003年11月投產(chǎn)。利用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)查明了灑水時(shí)間和高爐渣含硫氣體發(fā)生量之間的關(guān)系如下：緩冷渣因渣溫高而在初期就發(fā)生較多含硫氣體，然后含硫氣體隨渣溫下降而逐漸減少，但一段時(shí)間內(nèi)仍能聞到硫味。另一方面，大水量淬渣時(shí)溫度急降，含硫氣體發(fā)生量很快就降至難以感知的程度。

1.2節(jié)約能源

a. 利用3號高爐大修降低燃料比

高爐是制鐵所中耗能最大的設(shè)備，從高爐排放的CO2約占制鐵所總排放量的65％；并且，大部分CO2來自還原劑，故降低還原劑的使用率，對于減排CO2具有很大作用。

一屆壽命達(dá)24年的3號高爐于2007年11～12月經(jīng)45天的超短期大修后點(diǎn)火投產(chǎn)。如前所述，此高爐是日本國內(nèi)唯一采用全球團(tuán)礦操作、利用大修擴(kuò)大了爐口和爐腹直徑，并將容積由原來的1845m3擴(kuò)大到2112m3。容積的擴(kuò)大不但確保了產(chǎn)量的增加，而且因爐體形狀的最佳化而改善了爐料透氣性，從而降低了燃料比。

b.面向?qū)淼腃O2減排技術(shù)

日本各鋼廠雖也積極進(jìn)行了降低高爐燃料比的試驗(yàn)研究，但在現(xiàn)有原料條件下，達(dá)到470～480kg/t基本上是最小值，要進(jìn)一步降低是困難的。其中，神戶制鐵所根據(jù)全新的原理，進(jìn)行了能有效降低燃料比的含碳人造塊礦的開發(fā)。

含碳人造塊礦是將粉碎的煤粉和鐵礦粉加熱，利用煤的熔融軟化性在不同粘結(jié)劑的作用下加壓成形。其特點(diǎn)如下：

①在100％使用劣質(zhì)（中高結(jié)晶水）礦石時(shí)也能確保高爐所需塊礦強(qiáng)度，并能適應(yīng)今后礦石劣質(zhì)化的形勢。

②可100％使用比煉焦煤價(jià)格低的弱粘結(jié)性煤。

③其還原性和還原粉化性都優(yōu)于普通燒結(jié)礦。

另外，新日鐵的高爐內(nèi)還原反應(yīng)模擬和住友金屬試驗(yàn)高爐的結(jié)果表明，在高爐入爐料中配入10％的含碳塊礦，即可提高高爐內(nèi)的還原效率（CO利用率），從而將燃料比降低30kg/t鐵水。

2.JFE利用煉鐵過程的塑料再循環(huán)利用

JFE將城市廢棄物作為循環(huán)再利用的資源，如在煉鐵工藝中作為原料再利用。

在京浜地區(qū)的JFE東日本制鐵所，從1996年開始將廢塑料代替部分焦炭作為高爐還原劑使用，其后一直將使用過的塑料容器包裝等作為煉鐵用原料進(jìn)行了再資源化。

2.1 在煉鐵工藝中將使用過的塑料再資源化

a.作為鐵礦石還原劑的利用

將塑料破碎、造粒后從高爐下部風(fēng)口吹入爐內(nèi)、變成還原性氣體能將鐵礦石還原成鐵。沒有參與還原反應(yīng)的氣體，可從高爐上部回收，供制鐵所內(nèi)的加熱爐和發(fā)電廠使用。即向高爐內(nèi)吹入的塑料可以100％得到有效利用；并且，此過程為塑料中氫氣的還原反應(yīng)而不產(chǎn)生CO2，故較之焦炭作還原劑，具有減排溫室氣體的特點(diǎn)。

由于將原來作為廢物丟棄的廢舊塑料作為鐵礦石還原劑加以利用，既可以在煉鐵工序節(jié)省煤炭資源，又能避免因焚燒塑料而增加CO2的排放。這種塑料的再循環(huán)利用減少了化石燃料的消耗和對環(huán)境的負(fù)荷。

b.塑料制容器包裝的利用

將塑料制容器包裝再資源化的高爐原料化處理流程如下：將收集并壓縮打包的廢塑料拆捆后，送入分選機(jī)，在選出細(xì)頸瓶和軟膠片的同時(shí)，除去各種雜質(zhì)，再用破碎機(jī)將之破碎到預(yù)定顆粒直徑，作為高爐還原劑；另一方面，軟片類塑料經(jīng)由破碎機(jī)破碎成預(yù)定粒徑后，根據(jù)塑料的比重差用離心機(jī)除去強(qiáng)腐蝕性的聚氯乙烯塑料，以剩下的薄片造粒后用作高爐還原劑。

c.廢舊塑料的熱處理微粉化

若用破碎機(jī)將塑料破碎成微粉，所產(chǎn)生的摩擦熱就會(huì)將之熔融軟化。因此，為將其粉碎到1mm以下，必須具有特殊的冷凍破碎技術(shù)，不然廢塑料的再資源化就難實(shí)用。然而，將廢塑料進(jìn)行加熱處理而使之脆化，即使在常溫下破碎也可實(shí)現(xiàn)微粉化。應(yīng)用此原理，建設(shè)了采用廢塑料熱處理工藝的APR設(shè)備，并于2007年投產(chǎn)。

APR設(shè)備由將廢舊塑料熔融、脫氯和微粉碎工序構(gòu)成：首先將塑料加熱、脫氯、混合、再冷卻固化，將經(jīng)此處理過程脆化的塑料在常溫下粉碎，可使制品粒徑達(dá)到200～400μm。這樣制得的塑料微粉在高爐內(nèi)的反應(yīng)性比原來的顆粒要高得多，更能獲得有效利用。

d.使用氣化改質(zhì)爐制造燃?xì)?/p>

日本在千葉地區(qū)建設(shè)了熱選擇（thermo-select）方式氣化改質(zhì)爐，以可燃性廢棄物和塑料制包裝容器為對象進(jìn)行氣化，向制鐵所供應(yīng)制造的燃?xì)�。熱選擇方式的特點(diǎn)，是在約1200℃的高溫下將可燃性廢物氣化，經(jīng)由氣體改質(zhì)、精制過程而將二惡英類有毒氣體的發(fā)生抑制到極限，從而可回收提純?nèi)細(xì)�，并可將熔渣、金屬等無機(jī)物進(jìn)行再資源化。

JFE西日本制鐵所從2005年開始，對一般廢棄物和工業(yè)廢棄物進(jìn)行了燃?xì)饣⒕迫細(xì)夤┙o該制鐵所使用。

2.2 伴隨再資源化的環(huán)境負(fù)荷

廢塑料的有效利用對于節(jié)省資源、能源和減排溫室氣體以保護(hù)地球環(huán)境都是有利的。根據(jù)各種再商品化方法的CO2減排效果和殘?jiān)l(fā)生量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，高爐原料化法利用1t包裝料時(shí)的殘?jiān)l(fā)生量為174kg，較之其它的化學(xué)再循環(huán)法雖然多些，但其CO2減排量比其他化學(xué)法如焦?fàn)t法，氣化制氨，油化的都高，表明高爐利用廢舊塑料對減排溫室氣體很有效。

3.新日鐵的粉塵再循環(huán)利用技術(shù)

對于鋼鐵生產(chǎn)過程中發(fā)生的各種副產(chǎn)物，新日鐵將其作為循環(huán)資源而利用，并持續(xù)推進(jìn)環(huán)境負(fù)荷少的零排放。以下介紹擁有基礎(chǔ)技術(shù)的君津制鐵所煉鐵粉塵的再循環(huán)技術(shù)。

以前，廠內(nèi)的含鐵粉塵用作燒結(jié)原料或冷球團(tuán)礦。然而燒結(jié)或球團(tuán)礦生產(chǎn)中，鋅含量高，對高爐操作不利，所以無法將含鋅粉塵作為煉鐵原料，只能放棄回收。

現(xiàn)在，由于轉(zhuǎn)底爐的應(yīng)用，可將原來被迫放棄回收的粉塵中的鋅除去，因此現(xiàn)在基本上所有粉塵和塵泥都能進(jìn)行再資源化了。

3.1基本工藝過程

脫鋅是粉塵再資源化的首要目的，且須使脫鋅率達(dá)90％。通過對現(xiàn)有能進(jìn)行還原脫鋅處理的各種工藝的比較，最終選定了轉(zhuǎn)底爐。

君津廠應(yīng)用轉(zhuǎn)底爐，開發(fā)了用低含鋅粉塵生產(chǎn)高強(qiáng)度還原球團(tuán)的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)向高爐的再資源化。

3.2粉塵再循環(huán)設(shè)備概要

在1號轉(zhuǎn)底爐處理中，將原料粉塵用圓盤式造粒機(jī)造成球后再裝入轉(zhuǎn)底爐。具體流程是按預(yù)定的配比從各原料斗內(nèi)放出不同的粉塵，在球磨機(jī)內(nèi)混勻后，由圓盤造粒機(jī)制成球，再將此生球團(tuán)干燥后投入轉(zhuǎn)底爐爐內(nèi)進(jìn)行還原和脫鋅。

2號轉(zhuǎn)底爐的原料主要是高水分的塵泥，在預(yù)處理中需脫水和成形。將轉(zhuǎn)底爐旋轉(zhuǎn)1周而進(jìn)行并完成了還原和脫鋅的成品球團(tuán)（隔絕空氣）冷卻后，貯存于成品槽中，可按需送入高爐煉鐵。含鋅廢氣經(jīng)余熱鍋爐/熱交換裝置后，在集塵器中捕集濃縮了鋅。

3.3粉塵再循環(huán)技術(shù)

因球團(tuán)是直接用于高爐煉鐵，故要求符合高爐對原料的性能要求。研究和試驗(yàn)的結(jié)果表明，可以制造出能耐高爐內(nèi)磨擦與熱沖擊的高強(qiáng)度還原球團(tuán)，從而為將粉塵作為高爐再資源化奠定了基礎(chǔ)。

3.4還原球團(tuán)成品性狀

從球團(tuán)的外觀和斷面圖可知其有致密的金屬化和足夠高的強(qiáng)度；即使與一般燒結(jié)礦比較，此球團(tuán)也是粉化率極低的優(yōu)質(zhì)料。

3.5還原球團(tuán)在高爐的使用效果

查明了高爐使用還原球團(tuán)成品的單耗與高爐燃料比之間有如下關(guān)系：每當(dāng)向高爐裝入30kg粉塵制成的還原球團(tuán)，即可減少7kg還原劑消耗，從而定量確認(rèn)了改善高爐操作的效果，且還原劑的減低效果超過了制造還原球團(tuán)時(shí)的能源支出。另外，粉塵再資源化使原來可能被廢棄的碳分和鐵分得到有效利用，一年可節(jié)能1400TJ。

從2008年3月起，新日鐵君津廠有3臺轉(zhuǎn)底爐順利運(yùn)轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)底爐的使用中確立了粉塵造粒、成形、反應(yīng)條件控制、廢氣處理及高爐用高強(qiáng)度還原球團(tuán)制造等一系列技術(shù)，從而最先在世界上實(shí)現(xiàn)了利用轉(zhuǎn)底爐將鐵廠粉塵作為高爐煉鐵再資源化。

由于將轉(zhuǎn)底爐和現(xiàn)有的再資源化設(shè)備有機(jī)組合，而構(gòu)建成新的再循環(huán)系統(tǒng)，基本上可將鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的全部粉塵和塵泥實(shí)現(xiàn)再資源化。

4．住友金屬的鋼鐵副產(chǎn)物再循環(huán)

住友金屬公司2007年因鋼鐵生產(chǎn)而產(chǎn)生的爐渣、粉塵和塵泥等副產(chǎn)物為576萬t。為減少最終的處理量，對之進(jìn)行有效利用是個(gè)重要課題，即爐渣主要作為各種渣制品原料，而后二者則作為煉鐵原料進(jìn)行再循環(huán)利用。結(jié)果使該公司的副產(chǎn)物再循環(huán)率從2001年起連續(xù)7年均達(dá)98％，最終處理量減少到11.4萬t，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵業(yè)自主行動(dòng)計(jì)劃目標(biāo)。除此之外，還采用RC資源循環(huán)爐對公司內(nèi)、外的產(chǎn)業(yè)廢棄物進(jìn)行了循環(huán)利用。

現(xiàn)以渣制品化處理的高效化為例，介紹該公司和歌山廠處理煉鋼渣的加壓式蒸汽消化設(shè)備和粉塵再循環(huán)，及公司外廢棄物應(yīng)用情況——鹿島廠的回轉(zhuǎn)窯型RC資源循環(huán)爐。

4.1 和歌山廠的煉鋼渣加壓式蒸汽消化設(shè)備

煉鋼渣因含有未熔融的生石灰和水反應(yīng)，造成體積膨脹，用作路基材料時(shí)易引起道路變形。因此，使用前要用水（或蒸汽）對其進(jìn)行處理，促使其充分消化，結(jié)束膨脹。此消化時(shí)間在自然狀態(tài)下需2年，即使進(jìn)行堆放式蒸汽消化也需2天，加之占地多，又是手工操作等，都是應(yīng)解決的課題。

為解決這一問題，即提高消化效率而開發(fā)了一種加壓式蒸汽消化設(shè)備。因在加壓（0.6MPa）蒸汽氛圍下進(jìn)行消化反應(yīng)，故其反應(yīng)速度達(dá)常壓下的24倍。用鏟車將煉鋼爐渣送進(jìn)渣籠，然后用移動(dòng)臺車將渣籠送入高壓蒸鍋內(nèi)進(jìn)行消化，從而大大提高了處理效率并減輕了操作負(fù)荷。而且，因反應(yīng)的均勻化提高了處理渣制品的質(zhì)量，減少了占用土地和處理設(shè)備費(fèi)用。另外，機(jī)械化作業(yè)既省力又確保了高安全性。

4.2 鹿島廠的回轉(zhuǎn)窯式RC資源循環(huán)爐

原來對廠內(nèi)的鐵系粉塵，部分作為高爐煉鐵原料進(jìn)行再循環(huán)利用，余下的則填埋處理。對于Fe·C系污泥和電爐煉鋼粉塵等外來廢棄物，也是直接填埋或焚燒后填埋。

為了節(jié)省資源并保護(hù)環(huán)境，該廠引進(jìn)了回轉(zhuǎn)窯式RC（即再循環(huán)的）資源循環(huán)爐并投入運(yùn)轉(zhuǎn)。

該廠自產(chǎn)的鐵系粉塵作為高爐原料時(shí)，由于含鋅，所以利用率低。外來的產(chǎn)業(yè)廢棄物也因含有Zn而難以再循環(huán)利用，從而使天然資源耗用增加；且廢物中所含的碳不能有效利用，焚燒又會(huì)增加CO2排放。

為解決這一問題，引進(jìn)了回轉(zhuǎn)窯設(shè)備并進(jìn)行了多項(xiàng)的技術(shù)開發(fā)，從而穩(wěn)定了操作和制品質(zhì)量并降低了成本。主要內(nèi)容如下：

·回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定操作

引進(jìn)碳的快速分析儀，并強(qiáng)化原料配比管理以穩(wěn)定原料中的碳濃度；開發(fā)高精度原料配合裝置以強(qiáng)化高精度管理；強(qiáng)化窯內(nèi)溫度監(jiān)測和控制，改善窯內(nèi)襯磚材質(zhì)以防止?fàn)t料粘附；強(qiáng)化原料成分管理以防止熔融溫度下降。

·提高粗ZnO品位

設(shè)置粉塵干式分級裝置，管理原料Zn含量。

·低成本化和環(huán)�；�

由于將廠內(nèi)的粉塵脫Zn后作為高爐原料進(jìn)行再循環(huán)，提取出的Zn可作為精煉Zn的原料，故整個(gè)生產(chǎn)過程中完全沒有副產(chǎn)物。以節(jié)約資源為目標(biāo)，將原來進(jìn)行填埋處理和焚燒處理的產(chǎn)業(yè)廢棄物進(jìn)行回收與再循環(huán)處理。另外，原來使用焦炭作為RC循環(huán)爐的還原劑，后來則利用原被焚燒處理的碳系廢棄物作為部分焦粉的代用品，不僅降低了成本，還減少了CO2排放。

鹿島廠構(gòu)建的此再循環(huán)系統(tǒng)改善效果如下：節(jié)省了天然資源；二次廢棄物實(shí)現(xiàn)了零排放；減少了CO2溫室氣體排放以防止地球變暖。

以上述效果為基礎(chǔ)進(jìn)行鐵分換算，鐵的回收量相當(dāng)于日本鐵產(chǎn)量的0.1％；按純Zn分計(jì)算，粗ZnO的產(chǎn)量相當(dāng)于日本Zn產(chǎn)量的1％。

為了滿足用戶需求，決定設(shè)置第二臺RC資源循環(huán)爐，預(yù)計(jì)2010年投產(chǎn)，將進(jìn)一步推進(jìn)住友金屬的資源化再循環(huán)工程。

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