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)向采用全球團礦操作，所用的球團礦含有加古川制鐵所生產(chǎn)的堿性球團礦和進口球團礦。

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個筒倉，容量合計36萬t，可同時向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，而實現(xiàn)了全部筒倉密閉貯存，加之運送的皮帶機密閉化，從而大幅減少了制鐵所內(nèi)粉塵發(fā)生量。

b.引進高爐渣水淬設(shè)備

原來的高爐渣100％為緩冷處理，在緩冷時伴隨灑水而產(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，該所引進了高爐渣水淬設(shè)備并于2003年11月投產(chǎn)。利用實驗室試驗查明了灑水時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，但一段時間內(nèi)仍能聞到硫味。另一方面，大水量淬渣時溫度急降，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火投產(chǎn)。如前所述，此高爐是日本國內(nèi)唯一采用全球團礦操作、利用大修擴大了爐口和爐腹直徑，并將容積由原來的1845m3擴大到2112m3。容積的擴大不但確保了產(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行了降低高爐燃料比的試驗研究，但在現(xiàn)有原料條件下，達到470～480kg/t基本上是最小值，要進一步降低是困難的。其中，神戶制鐵所根據(jù)全新的原理，進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。其特點如下：

①在100％使用劣質(zhì)（中高結(jié)晶水）礦石時也能確保高爐所需塊礦強度，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。

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，在選出細頸瓶和軟膠片的同時，除去各種雜質(zhì)，再用破碎機將之破碎到預(yù)定顆粒直徑，作為高爐還原劑；另一方面，軟片類塑料經(jīng)由破碎機破碎成預(yù)定粒徑后，根據(jù)塑料的比重差用離心機除去強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

若用破碎機將塑料破碎成微粉，所產(chǎn)生的摩擦熱就會將之熔融軟化。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用。然而，將廢塑料進行加熱處理而使之脆化，即使在常溫下破碎也可實現(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)爐制造燃氣

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行氣化，向制鐵所供應(yīng)制造的燃氣。熱選擇方式的特點，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)細猓⒖蓪⑷墼?、金屬等無機物進行再資源化。

JFE西日本制鐵所從2005年開始，對一般廢棄物和工業(yè)廢棄物進行了燃氣化，并將精制燃氣供給該制鐵所使用。

2.2 伴隨再資源化的環(huán)境負荷

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減排效果和殘渣發(fā)生量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，高爐原料化法利用1t包裝料時的殘渣發(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)推進環(huán)境負荷少的零排放。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)原料或冷球團礦。然而燒結(jié)或球團礦生產(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90％。通過對現(xiàn)有能進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)高強度還原球團的技術(shù)，可以實現(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，在球磨機內(nèi)混勻后，由圓盤造粒機制成球，再將此生球團干燥后投入轉(zhuǎn)底爐爐內(nèi)進行還原和脫鋅。

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周而進行并完成了還原和脫鋅的成品球團（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度還原球團，從而為將粉塵作為高爐再資源化奠定了基礎(chǔ)。

3.4還原球團成品性狀

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

3.5還原球團在高爐的使用效果

查明了高爐使用還原球團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，即可減少7kg還原劑消耗，從而定量確認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時的能源支出。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度還原球團制造等一系列技術(shù)，從而最先在世界上實現(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，對之進行有效利用是個重要課題，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98％，最終處理量減少到11.4萬t，實現(xiàn)了鋼鐵業(yè)自主行動計劃目標(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，用作路基材料時易引起道路變形。因此，使用前要用水（或蒸汽）對其進行處理，促使其充分消化，結(jié)束膨脹。此消化時間在自然狀態(tài)下需2年，即使進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）蒸汽氛圍下進行消化反應(yīng)，故其反應(yīng)速度達常壓下的24倍。用鏟車將煉鋼爐渣送進渣籠，然后用移動臺車將渣籠送入高壓蒸鍋內(nèi)進行消化，從而大大提高了處理效率并減輕了操作負荷。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)備費用。另外，機械化作業(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)省資源并保護環(huán)境，該廠引進了回轉(zhuǎn)窯式RC（即再循環(huán)的）資源循環(huán)爐并投入運轉(zhuǎn)。

該廠自產(chǎn)的鐵系粉塵作為高爐原料時，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，焚燒又會增加CO2排放。

為解決這一問題，引進了回轉(zhuǎn)窯設(shè)備并進行了多項的技術(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

引進碳的快速分析儀，并強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化高精度管理；強化窯內(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)?；?/p>

由于將廠內(nèi)的粉塵脫Zn后作為高爐原料進行再循環(huán)，提取出的Zn可作為精煉Zn的原料，故整個生產(chǎn)過程中完全沒有副產(chǎn)物。以節(jié)約資源為目標(biāo)，將原來進行填埋處理和焚燒處理的產(chǎn)業(yè)廢棄物進行回收與再循環(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2010年投產(chǎn)，將進一步推進住友金屬的資源化再循環(huán)工程。