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北斗智库环保管家网讯：1、前言
钢铁厂作为能源消耗大户和污染严重的企业，在节能和环保方面的投资通常占总投资的20％～30％，如何用好这笔为数不小的节能、环保专项资金，仍然是钢铁厂新建和改造项目中的一大难题。本文就此介绍几项日本钢铁企业在节能和环保方面的一些做法和采用的新技术。
2、节能技术
就节能的技术对策而言，日本川崎钢铁公司主要实施了下列三项节能措施，并获得了20％以上的节能效果。主要措施有：
1）废能回收，设备高热效化和简化生产工序或工序连续化；
2）通过建立综合能源管理体系，使能源成本最小化；
3）通过销售氧气、氮气和氩气等从空气中分离出来的产品，提高能源附加值，同时提高钢铁产品的附加值。 现着重就有利于生产工序节能的废能回收、设备高热效化和简化生产工序、工序连续化等节能措施进行作一介绍。
2）通过建立综合能源管理体系，使能源成本最小化；
3）通过销售氧气、氮气和氩气等从空气中分离出来的产品，提高能源附加值，同时提高钢铁产品的附加值。 现着重就有利于生产工序节能的废能回收、设备高热效化和简化生产工序、工序连续化等节能措施进行作一介绍。
2.1 废能回收
能源对策的原则是通过工艺的高效化等措施减少废能的产生。但由于从设备性能方面着手减少废能发生量较困难，只有实施废能的回收。目前采取的措施从方式上有循环使用回收能、提高设备效率和在设备以外再次使用回收能源等。
所谓废能，其中之一就是余热。适用于前一种方式的装置有高炉热风炉余热回收设备、加热炉的高效换热器、燃气预热器等小规模装置。轧钢加热炉使用高效换热器进行助燃空气和燃气高温化（即空、燃气预热）节能需要降低NOx技术的支持，为此开发低NOx燃烧器。
另外就大规模装置，设置了干熄焦（CDQ）、烧结冷却器余热回收设备、高炉炉顶余压发电设备、转炉煤气显热回收设备和余热锅炉等。
当今余热回收方面尚在研究的课题是开发如何利用以低温余热为主的废热，低成本生产高价电力和蒸汽的技术。
2.2 设备高热效化
这主要是通过开发和采用高效生产设备，结合提高系统控制水平来提高生产系统的热效率。
焦炉高热效化技术的主要措施是设置端烟道升温燃烧器和煤干燥设备（CMC）。通过设置端部烟道升温燃烧器，可以提高低温焦炉两端的温度，通过降低平均炉温来节省能源和防止推焦时产生粉尘。另外，采用煤炭烘干设备，通过对煤进行事先干燥，可减少焦炉的燃料用量和增加体积密度，从而增加煤的装入量，提高焦炭强度和设备生产率。
在能源转换方面，要大量消耗能源的有发电装置和空分装置。作为发电设备的高热效化，开发了第一台燃烧副产煤气的联合发电设备和专烧高炉煤气的燃气透平联合循环发电机组。
蓄热式换热系统高效加热技术是一项比较成熟的高热效化技术，很早以前就在高炉热风炉和焦炉等高温炉上得到应用。蓄热式燃烧器的高热效率是人们所熟知的，但它使用的高温助燃空气，往往会带来NOx浓度升高和装置可靠性降低等问题。为解决这类问题，推广了在连续退火设备（CAL）中使用辐射管蓄热式燃烧器、连续式加热炉使用直燃式蓄热燃烧器、炼钢厂钢包和中间包加热使用无氧化加热装置（N2喷射加热器）等技术，取得了显著的节能效果。尤其是在轧钢工艺的加热炉和热处理炉等加热装置上，此项技术的应用是一种划时代的创新。
作为提高系统控制水平确保设备高热效化的事例还有：焦炉采用干馏控制系统，提高控制精度；将模糊理论应用于高炉热风炉控制；开发从轧钢加热炉入口至轧线末端的钢板温度预测模型，正确控制钢温变化等等。
2.3 简化生产工序和工序连续化
钢铁生产工序是在反复升温和降温的过程中生产产品，与节能密切相关的措施就是消除或简化降温的工序。
简化工序和工序连续化的代表性技术有不经过焦炉炼焦而进行高炉喷煤的技术（PCI）、连续浇铸（CC）技术、直接轧制（DR）技术、连续退火技术（CAL）、冷轧的酸－轧联机技术、热轧的无头轧制技术等等。其中无头轧制技术可以避免精轧机的头尾非正常现象，使轧制前后稳定，同时减少板厚和终轧温度的波动，不仅能够明显提高热轧钢板的质量，而且可大大节省能源。
3 减轻环境负荷的技术－环保技术
将环保视为最优先考虑的事项，开发了减少和控制SOX、NOX以及二恶英、苯等典型有害物质排放的技术。
3.1 大气环保
除烧结厂生产过程中铁矿石和焦炭所含的硫磺会变成SOX排入大气外，焦炉、蒸汽锅炉、加热炉等使用的燃料中含有的硫磺也会变成SOX需要进行大气排放。减少SOX排放的对策一方面是尽量使用低硫铁矿，同时多使用城市煤气或液化气（LPG）等燃气，另一方面是设置烧结烟气和焦炉煤气脱硫装置，对这类气体进行理。
针对烧结、焦化及加热炉加热燃烧等大量产生NOX的生产过程，专门开发了降低NOX的技术，研制出了低NOX燃烧器，在烧结机上采用了烟气脱硫装置。通过采取这些对策，使SOX排放量减少了90％，NOX排放量减少了50％。
在焦化生产中，采取了相应对策防止焦炉产生黑烟废气及炉门煤气泄漏而带出焦炉粉尘。焦炉产生黑烟的原因是有焦炉煤气从炭化室泄漏出来并逸入燃烧室所致，对此，采取了严格控制炭化室内压力和在烟道内设置除尘器等做法，彻底抑制粉尘的发生，同时推广专有补炉技术等措施。此外，还全炉采用了密闭性能好的空冷炉盖，对炉门集尘器进行改进，彻底消除了炉门漏气。
在铁矿石、煤炭等原料装卸作业中，对皮带输送机运输过程中所产生的粉尘采取了设置除尘器的方式进行收集排除，同时，在煤炭和矿石原料场设置固定式和移动式洒水装置，防止粉尘飞扬，此外还开发使用了24小时工作的激光雷达粉尘监视系统。
3.2 水质环保
作为减少水处理指标－化学需氧量（COD）的对策，开发了焦化废水处理和冷轧含油废水处理技术，并采用了废油再生设备和含油废水COD去除设备进行净化处理。为了降低废水中的氮，实施了含油废水的生物处理，此外还进行了离子交换树脂法回收不锈钢废酸的处理。
积极开发各种水处理新技术，对废水实施强化处理。采用了包括固化载体的循环式硝化脱氮法、膜分离活性污泥法以及使用湖泊沼泽和河流水质净化的浮游过滤材料进行生物过滤的水处理工艺（可逆浮动）等新技术。尤其是膜分离活性污泥法的废水强化处理技术，通过将循环式硝化脱氮与膜分离处理二法结合，既可节省空间，同时由于可高浓度保持各种细菌，又可应用于各类污染物质的分解处理。
3.3 降解有害物质的技术
积极采取对策，控制二恶英、苯等有毒污染物排放。在一般钢铁厂的生产工艺中，二恶英、苯的发生源是炼钢电炉和烧结厂，这类污染物质夹杂在废气中，其排放浓度应低于标准限定值1 ng/Nm?。对于焦炭生产过程中产生的副产物－苯，采取前述的焦炉炉门防漏气技术进行控制，达到了预定目标。
4 致力于环保型工厂建设
为了建设环保型工厂或工业园区，开展了钢铁厂洁净生产，“零废弃物”活动和将高温冶金技术应用于社区，服务于社会的活动，同时对其它产业的废弃物实施各种相应的处理和再利用。
4.1钢铁厂副产物的再利用技术
表1列出了一般钢铁厂副产废料的年发生量和所占比例。从表中不难看出，钢铁厂产生的各种废渣是主要的副产物。
表1 副产废料发生量和所占比例
4.1.1 废渣
100％再利用技术 对于发生量达82％的附产废渣，通过扩大钢厂内再利用和厂外利用，实现废渣埋填量为零的突破，具体开发了下列几项技术：
1）炼钢渣中含有Fe和CaO，一般用作返回料送烧结和高炉进行有效再利用；2）扩大以高炉水渣造水泥的利用比例；
3）开发将高炉水渣应用于土木建筑的技术和对水渣作硬质化处理后用作混凝土的骨料；4）开发将炼钢渣（包括不锈钢精炼钢渣）用作路基填料和基础砂桩压缩填料等再利用技术；5） 用高炉渣生产石棉纤维。
4.1.2粉尘再利用技术
除了过去实施的粉尘在烧结工序中再利用外，还推进了粉尘在铁水预处理中的应用。另外开发了2段风口式焦炭充填层型熔融还原炉（STAR炉），对不锈钢炼钢工艺中产生的含有难还原性铬的粉尘进行熔融还原处理，作为金属回收。回收的金属就此直接作为不锈钢的原料，发生的气体作为燃料，而剩余的渣子作为道路铺路材料，实施再利用。 采用热旋风器，抑制转炉粉尘发生的做法也是一种行之有效的措施。
4.1.3 污泥及其它废料
水处理污泥和厂内各工序除尘过程中收集的粉尘作为返回料送烧结使用。但污泥和粉尘的再利用率与其它回收废料相比，实现再利用要困难得多。
由于水处理污泥含水率高，又含有某种阻碍再利用的成分，所以实现资源化的步伐慢一些。比如轧钢系统水处理装置产生的污泥含有油分，镀锌系统排水装置产生的污泥含有锌和锡，不锈钢酸洗系统排水设施产生的污泥含有氟等等。正因为如此，各种污泥的性状有所不同，加之要在钢铁厂再利用需要除去其中的油分和分离出铁以外的物质，分离物本身如何再利用也是需要进一步研究的课题。
4.2 利用高温冶金的废物再利用技术
使用以钢铁生产过程形成的高温冶金技术为基础开发废料再利用技术，处理区域内产生的社会废弃物和其它产业的废弃物，有力地促进建立有效回收和利用其中的金属及燃气等的再利用体制。
4.2.1先进的粉尘熔炼炉（Z－SRAR炉）还原处理
在开发前述的STAR炉熔融还原技术与新开发的锌回收技术的同时，开发出了能源创新型Z－SRAR炉。使用该炉可处理迄今认为难以处理的可燃性物质、含锌铅的电炉粉尘、破碎机粉尘等。通过将可燃性物质及锌等高挥发性金属气化，然后分别进行回收和再利用，不排放二次废弃物。与此同时，以熔融金属的形式高效回收铁、电炉粉尘中的锌、铅等成分。
在开发前述的STAR炉熔融还原技术与新开发的锌回收技术的同时，开发出了能源创新型Z－SRAR炉。使用该炉可处理迄今认为难以处理的可燃性物质、含锌铅的电炉粉尘、破碎机粉尘等。通过将可燃性物质及锌等高挥发性金属气化，然后分别进行回收和再利用，不排放二次废弃物。与此同时，以熔融金属的形式高效回收铁、电炉粉尘中的锌、铅等成分。
4.2.2废弃物气化熔化炉处理
采用此类熔化炉，可在进行工业废料和一般废料处理时，一方面将二恶英的发生量几乎控制到零，另一方面对废料进行回收利用。废弃物气化熔化炉能将废料处理分离成可用于发电和化学原料的精制气体、金属和渣。
4.2.3生产垃圾固化燃料 （RDF）
由于对垃圾处理设施的二恶英类物质的排放问题及对再利用、未利用能源回收的高度重视，RDF设施受到人们的关注。RDF处理设施因燃烧特性、运输性和储藏性好而得到采用。但RDF处理装置规模小，形成的产品―碳化物（称为“重现炭”） 不仅在钢铁厂可作为还原剂使用，还有望作为土壤改良物质进行多样化利用。RDF技术为发展型技术，可望得到更广泛的普及。
4.2.4在钢铁生产工艺过程中进行废料再利用
向钢铁联合企业提供各种能源（副产煤气、氧气、氮气、氩气等空气分离产品等），在力求促进社区能源经济发展的同时，努力使钢铁厂的能源供求高效化和经济运用。此外，钢厂采取有效措施从各社会企业接受部分工业废料进行处理，相互有效利用钢厂废料和各种副产物，实现能源和资源创新。
5 结束语
以上不难看出，日本的钢铁企业在节能降耗、减少污染、洁净生产等方面已经采用了各种各样 的节能技术、环保技术、副产物资源再生技术和高温冶金再利用技术等有效措施，取得了较好的效果。但是，尽管日本已经成为工农业高度现代化的发达国家，高效生产适合于地球上人类生存的新产品，从事面向全球的环保技术开发、实现可持续发展等仍然是钢铁企业这类环境污染和能耗大户今后很长一段时间的重要科研与实践课题。
