冶金课程设计

专业课程设计

设计题目：钢铁的清洁生产和钢厂的环境治理专业年级：冶金工程091班

学生姓名：唐中琴

学生学号：0906300245

指导教师：高锋

广西大学资源与冶金学院

完成日期：2013年 1 月14 日

摘要钢铁工业对资源和能源消耗量大，社会可持续发展要求钢铁工业实施清洁生产。面对钢铁企业的可持续发展，国内外钢铁企业不断开发应用新技术新工艺，推行钢铁冶金行业的清洁生产，在能源结构调整、冶金工艺优化以及废弃物综合利用方面收到了良好的效果，实现了经济效益、社会效益和环境效益协调统一。清洁生产和可持续发展概念高度一致，两者相辅相成促进社会协调健康发展。

经济的高速发展和人类社会的不断进步，使人们的生活水平不断提高，各种基础设施不断完善，人们赖以生存的地球同时遭到严重破坏，影响了人类社会的可持续发展．面对环境日趋恶化、资源日趋短缺的局面，我们不得不对过去的经济发展过程进行反思，彻底改变长期沿用的大量消耗资源和能源的粗放式发展模式，推行行业的清洁生产，才能实现可持续发展。

钢铁冶金企业是高能耗、高污染的企业，推行清洁生产是实现环境保护和可持续发展的必由之路。近年来，许国家围绕着清洁生产不断地开发出了许多新技术和新工艺，带来的结果是能源结构的调整、工艺的优化革新和废弃物的综合利用，收到了可观的经济效益、社会效益和环境效益。清洁生产是钢铁工业可持续发展的必然选择。

关键词钢铁工业清洁生产可持续发展钢厂环境

1.问题的提出

在整个20世纪内，科学技术的进步促进了社会经济的发展，全球范围内工业化、城市化进程加快。与此同时，由于缺乏环境方面的综合认识，环境急剧恶化。环境问题日益复杂和突出，从而提出了可持续

发展的问题。

钢铁工业生产的主要特点是工序多、流程长、设备规模大、资源密集、能源消耗大、环境污染严重。钢铁工业作为国家的基础产业，对我国经济建设的发展具有巨大的作用。虽然目前我国的年钢产量超过了1 亿t，并且近10 年来企业在环境保护和二次资源综合利用以及节能降耗工作等方面取得了较大进步，但是，我国钢铁工业的总体装备水平与国外先进水平相比还有相当的差距，其生产工艺技术还较落后，尤其是环境配套设施建设的总体水平还比较差，某些中小企业甚至连基本的除尘设备和水处理设备都没有很好地配置。因此，我国钢铁企业的环境污染从总体上说是比较严重的。

要提高我国钢铁产品的国际竞争力，充分挖潜节能降耗，显著提高冶金二次资源的再利用率，实现钢铁工业的可持续发展，显著降低钢铁企业排除的环境污染物的水平，就必须的实现清洁生产。

2.钢铁的清洁生产

2.1清洁生产的基本概念

2.1.1清洁生产的发展历程

清洁生产的起源来自于1960的美国化学行业的污染预防审计。而“清洁生产”概念的出现，最早可追溯到1976年。

1979年4月欧共体理事会宣布推行清洁生产政策；

1984、1985、1987年欧共体环境事务委员会三次拨款支持建立清洁生产示范工程；

自1989年，联合国开始在全球范围内推行清洁生产以来，全球先后

有8个国家建立了清洁生产中心，推动着各国清洁生产不断向深度和广度拓展；

1989年5月联合国环境署工业与环境规划活动中心（UNEP IE/PAC）根据UNEP理事会会议的决议，制定了《清洁生产计划》，在全球范围内推进清洁生产。

1992年6月在巴西里约热内卢召开的“联合国环境与发展大会”上，通过了《21世纪议程》，号召工业提高能效，开展清洁技术，更新替代对环境有害的产品和原料，推动实现工业可持续发展。

中国政府亦积极响应，于1994年提出了“中国21世纪议程”，将清洁生产列为“重点项目”之一。

在1998年10月韩国汉城第五次国际清洁生产高级研讨会上，出台了《国际清洁生产宣言》，包括13个国家的部长及其它高级代表和9位公司领导人在内的64位签署者共同签署了该《宣言》，参加这次会议还有国际机构、商会、学术机构和专业协会等组织的代表。

20世纪90年代初，经济合作和开发组织（OECD）在许多国家采取不同措施鼓励采用清洁生产技术。

美国、澳大利亚、荷兰、丹麦等发达国家在清洁生产立法、组织机构建设、科学研究、信息交换、示范项目和推广等领域已取得明显成就。特别是进入21世纪后，发达国家清洁生产政策有两个重要的倾向：其一是着眼点从清洁生产技术逐渐转向清洁产品的整个生命周期；其二是从大型企业在获得财政支持和其他种类对工业的支持方面拥有优先权转变为更重视扶持中小企业进行清洁生产，包括提供财政补

贴、项目支持、技术服务和信息等措施。

2.1.2清洁生产的定义

清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。

（1）对生产过程，要求节约原材料与能源，淘汰有毒原材料，减降所有废弃物的数量与毒性；

（2）对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响；

（3）对服务，要求将环境因素纳入设计与所提供的服务中。

清洁生产在中国的定义

《中国21世纪议程》的定义：清洁生产是指既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施，其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。同时对人体和环境无害的绿色产品的生产亦将随着可持续发展进程的深入而日益成为今后产品生产的主导方向。

综上所述，清洁生产的定义包含了两个全过程控制：生产全过程和产品整个生命周期全过程。对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料与能源，尽可能不用有毒原材料并在生产过程中就减少它们的数量和毒性；对产品而言，则是从原材料获取到产品最终处置过程中，尽可能将对环境的影响减少到最低。

2.2清洁生产的主要内容

（1）清洁的能源

（2）清洁的生产过程

（3）清洁的产品

2.3清洁生产的特点

（1）清洁生产提供了环境管理的预防途径。

（2）清洁生产是一种思维方式。

（3）清洁生产不否定社会的发展。

（4）清洁生产是“双赢”策略。

（5）清洁生产不同于末端治理。

清洁生产与末端治理的不同

项目末端治理清洁生产产生时间20世纪70—80年代20世纪80年代末期

污染处理方式当工艺和产品已经开发

出来了，环境问题已经产

生时，才考虑污染控制污染预防作为产品及工艺研发活动的组成部分，将污染物消除在生产过程中

控制方式污染物达标排放控制生产全过程控制，产品生

命周期全过程控制

目标对象企业及周边环境全社会

成本/效益污染控制及环境改善增

加了企业的生产成本污染物及废物被当作潜在资源并可能转变为有价值的产品和副产品

清洁生产应是环保和绿色制造的基础，也就是强调以源头治理为主配合必要的末端治理来实现绿色制造。

2.4绿色的钢铁工艺

（1）钢铁工业生产概述

A、我国钢铁工业的生产现状：我国钢铁工业经建国50多年的发展，已经成为世界第一产钢大国。

2005年全国钢铁产品产量及增长率

指标钢生铁钢材

2005年产量/万t 34936.15 33040.47 37117.02

比2004年增长量/万t 6887.6 9317.4 7214 增长率/% 24.6 22.5 24.1

目前，我国钢铁业的发展特点：一是钢铁行业投资增长过猛；二是钢铁产能过大，且低水平生产能力占相当比重，增长率大部分来自内地的中、小企业；三是产品结构不合理，高技术含量和高附加值产品不能自给，产品质量不高，代表钢铁工业技术水平和钢材消费层次的板带比低。

B、我国钢铁工业的能耗现状：高能耗、高污染

钢铁工业废气的特点：a、排放量大、污染面广

b、烟尘颗粒强，吸附力强

c、废气温度高，治理难度大

d、废气具有回收价值

钢铁工业废水的特点：a、废水量大、污染面广

b、废水成分复杂、污染物质多

c、废水水质变化大，造成废水处理难度大

钢铁工业固体废物特点：a、量大面广，种类繁多

b、蕴含有价元素，综合利用价值高

c、有毒废物少，便于处理与应用

C、

（2）绿色的钢铁工业生产技术

绿色的钢铁工业是在清洁生产基础上进一步延伸、扩展，具体包括：a、从源头入手根治造成污染的制造过程，注意资源、能源的选择，高度关注钢铁产品绿色生命周期。

b、尽量将钢铁污染物消除在生产过程中。

c、所谓的污染是指在不同尺度上超过生态平衡所能接受的外源性污染，不同类型、相关类型之间形成生态工业链，促进构成污染物的“零”排放系统（或称为最小排放体系）。

d、强调持续性的对环境污染集成预防策略，追求构成可持续钢铁生产发展战略的最佳模式。

清洁生产作为工程技术经历了一段认识发展的过程。这种进程既有从微观、介观到宏观、整体的发展进程；又有从宏观顶层整体设计到微观介观的发展进程，面对可持续发展，清洁生产的大致对策如下: （1）单元制造过程内的优化，改善单元过程的功能—结构—效率，尽量减少制造过程中不必要的输入和输出，降低单元过程资源负荷、能源负荷；

（2）单元制造过程间的优化，尽量利用不同过程的排放物、废弃物、剩余能进行过程间的体系设计；

（3）对于暂时无法利用的排放物( 包括排放过程)、废弃物，寻求技术革新的方法，使之能够充分再利用；

（4）才用“末端治理技术”或采用生态学原理发挥生物圈的自身净

化能力等。

2.5钢铁工业现有流程的清洁生产

钢铁产品主要依靠铁矿石、煤为主要原料的高炉—转炉—连铸—热轧流程和主要依靠废钢为原料的电炉—连铸—热轧流程生产。针对钢铁工业的现有流程，要实现清洁生产而且使产品又具有竞争力，钢铁企业必须大幅度地降低原材料消耗，节省能源，减少生产中环境污染物的排放量，最大限度地进行二次资源的综合利用，建设冶金“三废”处理和利用的循环流程如废水的处理和循环利用等设施，提高钢铁制品的质量，降低钢铁的消耗量。

2.5.1 冶金煤气及其热值的充分利用

冶金生产过程排放的煤气，包括焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、电炉及铁合金炉的烟气等。这些煤气或烟气的温度较高，含有大量的物理热和化学热，是一种良好的能源。同时，冶金炉煤气中，含有的碳、氢化合物的比例很高，如利用得当是很好的化工资源。因此，应大力加强煤气利用的研究。

煤气余热利用的研究。从节能的角度出发，煤气的物理热应通过余热锅炉和烟气管道的冷却充分地回收和利用，或将煤气的余热和余压用于发电而回收能源。

煤气经过一定的处理和转换用作城市的供热和取暖技术的研究。由于安全的原因，煤气应进行一定的处理和转换用于供热和取暖。

煤气用作制取高附加值化工产品的研究。焦炉煤气中含有CH4的比例较高，可采取近似天然气的工艺制取合成氨，目前国内有少数厂家（如

攀钢等）生产。，用转炉煤气制造尿素有较好的技术经济优越性。

此外，利用冶金炉煤气中的CO 还可制作碳黑、草酸等许多其他化工制品。

2.5.2冶金炉渣的全量和高附加值利用

钢铁生产中的冶金炉渣包括高炉渣、转炉渣、电炉渣和铁合金渣等，目前大部分均得到了利用。但冶金炉渣远未达到全量和高附加值的利用水平。特别是我国共生复合矿炉渣的利用率还很低，而这些炉渣中还含有多种宝贵资源。如攀枝花的钒钛磁铁矿，钛的回收不到l0 %，钒仅4O %左右，其余10多种元素尚不能回收，其高炉渣中含有24 %左右的TiO2；白云鄂博复合铁矿的稀土元素的利用率仅3 %，铌的回收率< 5 %。因此，应重点研究如何经济地从这些炉渣中分离和利用其共生的金属元素，以及通过共生元素的分离全量经济地对炉渣进行综合利用。

我国的冶金渣广泛用作制造各种类型的矿渣水泥。

转炉渣中含有较高数量的铁（其比例可高达2O %），是一种具有较高利用价值的资源。转炉渣用得较广的还是作为制造水泥的原料使用。矿渣微晶玻璃（晶粒度< O.5 ~ l.O!m）是以矿渣和玻璃原料为主制成的具有较高附加值的产品，可广泛应用于冶金、化工、煤炭、机械制造和建筑装饰等行业。

3钢厂的环境治理

3.1钢铁生产废水的处理和循环利用

冶金生产工艺的典型废水主要包括焦化废水、炼铁炼钢废水、轧钢废

水、酸洗废水或废液等，其中含有大量的有机物、主含氧化铁的尘泥或氧化铁皮、有毒物、油类物质和酸类物质等。目前的当务之急是要提高冶金废水的净化处理水平，提高废水净化后的循环利用率，对分离出来的尘泥、油类等物质进行全量综合利用，并尽可能发挥出这些物质二次资源利用的经济水平。

废水的处理主要有物理法、化学法和生化法三类。将现代生物技术用于对环境污染的治理，在近10 年来得到了很大的发展，实践已证明此法是一种经济效益与环境效益俱佳的、能源消耗少的解决严重环境问题最有效的手段。应大力加强废水生化净化处理新方法的研究。如对焦化废水，应开展节能型的、工艺简单的脱酚、脱氨和脱氮新方法的研究。在已有研究的基础上，继续开展对冶金废水生化处理高效生物菌种的筛选工作。

对高炉或转炉湿法除尘后废水中分离出来的瓦斯泥、转炉尘泥、轧钢废水分离出来的氧化铁皮（铁鳞）等应进行全量和高附加值的综合利用。除通常用作烧结的原料外，应研究用作高附加值产品如作铁红、粉末冶金材料、CO转换为H2所用的催化剂和海绵铁等的技术。

应经济地处理和分离热轧和冷轧废水中油类物质、从酸洗工序产生的废水或废液中回收酸类物质并进行利用的研究。

3.2加强废气的治理，降低有害物质的排放量

应完善对废气或烟气的收集方式和除尘技术的研究。废气收集过程中进入的空气应尽量少，以充分利用烟气的物理热和有用的化学成分。除经济上的考虑外，还应研究对废气的不同除尘方式的净化程度和对

环境二次污染的影响，以便优化和改进现有的除尘方法。比如，对转炉煤气的除尘，通常采用的方法为湿法除尘，但研究和实践表明，LT 干法除尘净化与湿法比较则具有突出的优越性。冶金企业排放的废气中含有的气态污染物如SO2、NO1等浓度比较低。因而，要经济地进行处理和净化具有相当的难度。今后应从经济效益和环保效益两方面综合研究去除低浓度气态污染物的方法。特别应该提倡利用钢铁联合企业内部的资源，包括二次资源处理和净化所排放的污染物。比如，对于含SO2烟气的净化，经过长期的实践证明，最经济有效的方法还是碱液吸收法。研究对钢铁企业自备火力发电厂和烧结厂排放SO2 较多的烟气，用转炉炼钢工序煤气湿法处理后含Ca（OH）2的碱性废水（只要pH > 7 即可）处理将具有良好的经济效果，并可减少资源的消耗。应重视钢铁企业内部自备燃煤电厂排放的粉煤灰的利用技术研究。现在，粉煤灰主要用作水泥添加剂、铺路、新型墙体材料等。但总的来说，我国粉煤灰的利用率还很低。粉煤灰中由于含有较多的碳质材料、氧化铁、氧化镁、氧化铝等，还含有具有良好保温性能的微珠。研究如何经济地分离这些物质并对分离出的物质进行较高附加值的利用是很重要的。

总之，对钢铁企业废气的治理，其技术的发展应该是处理后的废气含尘量和气态污染物的残存量低，能够充分利用废气中的物理热和化学物质，治理技术具有良好的经济性。

3.3钢铁工业固体废物资源化综合利用

钢铁工业固体废物主要有尾矿、高炉渣、钢渣，这些固体废物以铁、

硅、铝、钙、镁的氧化物为主，含量在80％以上。经过多年的科学实验和大量的实践证明，钢铁工业固体废物可实现减量化、资源化和高价值综合利用。目前，钢铁渣主要利用途径在建筑材料商，特别是水泥行业，钢铁渣粉需求量前景非常广泛。

3.3.1高炉渣

高炉渣是高炉冶炼过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和熔剂（一般是石灰石）中的非挥发组分形成的固体废弃物。按冶炼生铁种类的不同，可分为铸造生铁渣、炼钢生铁渣、特种生铁渣和炼合金钢生铁渣4种。

我国通常是把高炉渣加工成水淬渣、矿渣碎石、膨胀矿渣和膨胀矿渣珠等形式加以利用。

A、水淬工艺

水淬工艺是我国高炉渣在利用之前加工处理的主要方法。目前我国有90％的高炉渣才用水淬工艺处理成粒状水渣，主要用于水泥等建材行业。

B、矿渣碎石工艺

矿渣碎石是高炉熔渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较为致密的矿渣后，再经过挖掘、破碎、磁选和筛选所得到的一种碎石材料。此法工艺简单，生产方便。可以采用炉前热泼。节省了抛渣费用。也可把炉渣装渣罐运到渣场热泼。

C、膨胀矿渣和膨胀矿渣珠工艺

膨胀矿渣是适量的冷却水急冷高炉熔渣而形成的一种多孔轻质矿渣。

膨胀渣珠的形成过程是热熔矿渣进入流槽后经喷水急冷，又经高速旋转的滚筒击碎、抛甩继续冷却，在这一过程中熔渣进行膨胀，并冷却成珠。

高炉渣的综合利用：

A、水淬渣。熔渣水淬急冷后磨细，与水作用可生成水硬性胶凝材料，故可用以支撑硅酸盐水泥。

B、做矿渣混凝土粗骨料。炉渣离开高炉后，在空气中自然冷却可形成坚硬的石质材料，经破碎作为粗骨料配制混凝土，具有保温隔热、耐热、抗渗性能，故被广泛用于建筑、防水工程。此外，经破碎的冷凝高炉渣还可替代石块用作铁路道渣。

C、热泼制取矿渣碎石。将熔融高炉渣泼成5~10㎝厚的渣层，喷以适量的水，凝固后经破碎和筛分成为碎石，可做混凝土骨料及道路材料。目前，我国已将其用到公路、工业及民用建筑工程之中。

D、生产膨胀矿渣和膨珠。熔渣与少量水作用可形成块状或粒状膨胀矿渣或膨胀矿珠，可用作建筑材料，膨珠也是空心砌块的优质原材料。

3.3.2钢渣

钢渣是炼钢过程中的副产物。钢渣按液量方法可分为平炉钢渣（初期渣、出钢渣，精炼渣，浇钢余渣）、转炉钢渣和电炉钢渣（氧化渣、还原渣）。

炼钢渣的综合利用：

A、钢渣矿渣水泥。主要原料是钢渣、高炉水渣、石膏和水泥熟料。

B、白钢渣水泥。以电炉还原渣为主要原料，掺入适量经700~800℃

煅烧的石膏，经混合磨细制成的一种新型胶凝材料。

C、氧化渣由于其稳定性较转炉钢渣好，现已应用在路基材料中或返回烧结利用。

D、碱性炼铁炉（托马斯炉）的钢渣经水淬后渣中钢形成小粒，可经磁选回收。选余渣再制造磷肥和水泥（其成本仅为普通水泥的一般）。

E、钢渣返回烧结矿或直接回高炉代石灰石作助溶剂。

4结论：钢铁的可持续发展和循环经济

循环经济强调“减量、再用、循环”，但三者的重要性不一样，三者的顺序也不能随意变动。循环经济的根本目标是要求在经济过程中系统地避免和减少废物，再用和循环都应建立在对经济过程进行了充分的源削减的基础之上。1996 年生效的德国《循环经济与废物管理法》规定，对废物的优先顺序是避免产生!循环利用!最终处置。该法的指导思想是清洁生产。

“减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循环(Recycle)”3R原则，是循环经济的核心内容，是提高资源、能源利用效率，保护生态和促进经济发展所必须遵循的基本原则。

钢铁生产是引起环境污染的主要行业。要有效降低冶金企业的环境污染，实现清洁生产，促进钢铁生产的可持续发展，必需进行冶金二次资源的综合利用，节能降耗，大力开展相关新技术新工艺的研究，使之更好地与环境相协调。要充分地利用冶金炉的煤气及其热值，对冶金炉渣、除尘净化得到的粉尘和尘泥等资源进行全量和高附加值的利用，提高废水的处理效果和循环利用率，推广连铸和连铸热装、连铸

直轧工艺并对各工序的环境污染进行综合评价。此外，还应大力开展对钢铁生产新流程如熔融还原、电炉/ 薄板坯短流程等技术的研究。钢铁企业提高经济效益!，走新型工业化道路，要以“钢铁产业发展政策”为指导，落实以人为本，全面协调可持续发展观，依靠科学进步，实施清洁生产，实现资源#能源的循环利用和废弃物的再资源化，建设资源节约型社会，转变经济增长方式，拓展生产功能，改善自然生态环境，实现人与自然的和谐发展。

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