钢铁工业用水管理理论与实践，水资源高效利用

钢铁工业生产工艺特点是各生产工序均在高温状态下进行。生产装备在运行中均需用水进行降温以保证设备正常运转；生产工序的产品加工过程均需用水进行冷却。因此，钢铁工业是用水大户，用水量多、废水量大、废水种类繁多、性质各异。约80%为间接冷却水，约18%为工艺水，间接冷却水中95%是可以回收利用的，其他属直接冷却用水、煤气洗涤等环节用水均可经处理复用。目前许多钢铁厂的水重复利用率均在80%～90%，首钢的水重复利用率达93.01%。据有关资料报导，钢铁工业水重复利用率的合理水平应达90%～95%。

（一）各环节用水状况

1.焦化厂

焦化厂的主要生产任务是进行煤的高温干馏一炼焦，在炼焦过程中可得12%～25%的可燃气体，经净化及加工后，可得到纯净的煤气及焦油、苯、氨、萘、蒽、酚等。大量应用冷却水和洗涤水，如用于煤气冷却时的分离水、煤气洗涤水、蒸氨塔排水、回收化工产品的车间排水、熄焦废水以及焦油分离水等。其排水特征是含酚，因此常称焦化废水为含酚废水，其中也含焦油、氨、硫化物和氰化物等有毒物质。

2.烧结厂

烧结厂的用水按用水性质可分为两大类，一是冷却各种设备，如轴承、抽风机、烟道、点火器、真空泵等冷却用水，这种水使用后仅提高了温度、水质并未污染，常称为净用水系统；另一部分用水是对废气及用于通风的空气进行净化，常采用湿式空气净化器或烟气除尘旋风洗涤器，以及冲洗地板、设备等的用水，常称为浊用水系统。

3.炼铁厂

炼铁厂的用水主要用于两大类，一是冷却炉体的间接冷却水，使用后水温升高，未受其他污染；二是主要用于高炉煤气的洗涤水，高炉煤气是很有价值的燃料，但其中含有大量杂质，必须经过净化处理，为收集高炉煤气中的杂质并使其冷却，一般都依次采用干式和湿式净化器。湿式净化器即高炉煤气洗涤塔，要使用和排出大量的水。

4.钢厂

炼钢和轧钢都需要用大量的水，一是冷却炼钢平炉、转炉的间接冷却水；二是冷却设备和产品的直接冷却水，如轧钢机轧辊和辊冷却水、铸锭冷却水等，因与产品接触，使用后温度升高，水中还含有油、氧化铁皮和其他杂质；洗涤平炉、转炉烟气的气体洗涤水。

（二）汽化冷却

主要是将高炉、平炉、转炉、电炉、加热炉等炉体的水冷却系统采用汽化冷却工艺，一般可节水90%左右，节电90%，而且可以把部分热量变成蒸汽回收利用，具有较高经济效益。

例如济南、莱芜、旅大、上海等一些钢铁厂的高炉、平炉、转炉、电炉、加热炉等设备，都改用由分汽箱、下降管、上升管、冷却水管组成的汽化冷却系统。该系统的每个炉底管附设一条上升管、一条下降管与分汽箱相连，冷却水由下降管进入底冷却管，变热后形成水汽混合物沿上升管进入分汽箱，水汽分离后，蒸汽单独送出使用，水沿下降管流回底管循环使用。这种循环是靠下降管与上升管中水汽混合比重差的作用进行的，同时利用了汽冷时水受热汽化吸热远远大于水冷吸热的特点。

（三）循序用水

1.青岛钢厂

青岛钢厂是以钢加工为主，包括化铁炼钢、开坯、型钢、薄板、钢管、线材等产品的中型钢厂。其主要设备有：三座15t 氧气顶吹转炉，φ650×2/φ500×3开坯机，1200mm×2薄板轨机，φ76mm 无缝钢管机组，φ400×2/φ350×3/φ300×6/φ280×6 复二重式线材轨机一套，φ350×3/φ250×5、φ300×3/φ300×2 小型轧机两套，3t×1、5t×1电炉等。

转炉车间：全厂自来水的33.3% 和地下水的39.7%，首先供该车间的氧枪冷却；氧枪冷却用水后，再供补充化铁炉和转炉的冷却循环用水，化铁炉和转炉冷却循环排水，一部分补充做钢锭模的冷却水，一部分作冲渣用水；钢锭模冷却排水又补给冲渣用水，从而达到一水四用。

转炉车间空压机与轧钢车间：自来水和地下水首先供转炉车间空压机冷却用水，其排水送到轧钢车间的轧机做冷却循环水的补充水，达到一水两用。

轧钢车间：自来水首先供冷床用水，用后补充给轧机的冷却循环水，达到一水两用。

钢管车间：自来水首先供热轧顶头和穿孔轧辊用水，用后补充给热轧、退火炉、打头炉的冷却循环水，以及酸洗用水。

试验车间：自来水和地下水首先供冷冻箱用水，用后送给加热炉做汽化冷却用水。

上述一水多用、循序分质供水系统，充分利用了各用水环节用水要求、排水水质水温特点，保证了该厂水的重复利用率达93.0%的较高水平。

2.西宁钢厂

该厂根据各车间生产工艺特点及对水温的要求差异，合理安排用水工序，实行循序用水。如电炉车间要求冷却水的进口温度不大于25℃，锻钢车间要求冷却水的进口温度不大于35℃，而锅炉的给水温度越高越好。根据上述各环节用水水温特点，采用串级循序用水系统，实现间接冷却水的一水多用，其用水工艺流程如图7-7所示。

图7-7　钢厂串级循序用水示意图

图7-7中，泵站把低温水供给炼钢车间使用，用后的间接冷却水温度约35℃。再直接供给锻钢车间使用，锻钢车间用后的间接冷却水温度约45℃，再直接送给锅炉使用。这样既节约了用水、又节约了燃料和时间。

3.同一车间的不同工序或同一工序实现串级循序用水

例如热力车间的锅炉工段，把风机、水泵轴承的冷却水，软化装置的冲洗水，集中起来，经初步沉淀，用水泵打入烟囱水箱，然后由水箱自流流入麻石除尘器，做除尘用水，除尘水再进入冲渣池，由冲渣泵抽出作冲渣循环用水。

4.重庆钢铁公司第二炼钢厂

该厂将平炉冷却水箱的汽化冷却使用范围扩大到炉门框拱脚梁水箱、喷出口水套、铁水口小水套、前夹墙水箱汽化冷却。同时将平炉空气换向阀门框与沉渣室水箱串用一水，排后供给煤气换向阀水封做第三次重复使用。出钢口平台三个隔热水箱冷却水串联使用。实现单耗下降16%，全年节水38万m3。

5.宝山钢铁厂

该厂的连铸车间补充水采用串级使用。新水首先补充净循环用水系统，排水串级补充其他浊循环用水系统，除尘废水及快滤池反冲洗水经过凝聚沉淀后的澄清水做浊循环系统等的补充水，从而使新水取用量和废水排放量都大为减少。

（四）少用或不用水新工艺

这种情况如钢厂在加热炉上采用无水冷滑轨新工艺。它是用一种高耐火材料（炭化硅钢王）做成加热炉滑轨，墙基用矾土水泥混凝土预制块砌筑，可抗热1250～1300℃，因此，可取消炉内水冷件，完全不用冷却水。

有的焦化厂将水冷却改为空气冷却系统，节水可达90%以上。

（五）烧结废水处理回用

烧结废水的水量一般为每吨烧结矿4.9～8.0m3，其水质取决于炉料成分和水量大小，它的主要特征是含有大量悬浮物，可达4000mg/L，甚至更高，其中含铁粉约40%～45%，含焦粉石灰料约14%～40%。对烧结废水的处理回用，常采用如图7-8所示工艺流程。

图7-8烧结废水处理回用流程中，混凝剂可采用碱或氯化铝或聚丙烯酰胺。沉淀池可采用单流或辐射式，也可将两种沉淀池串联成二级使用，也有的采用重力式水力旋流器代替沉淀池。经沉淀处理后废水中悬浮物可降至150mg/L以下，若再经快滤池过滤，废水中悬浮物可降到20mg/L以下。

图7-8　烧结废水处理回用系统示意图

太原钢铁公司烧结厂对烧结废水进行沉淀处理，回用于烧结湿法除尘及冲地坪等，并回收粉尘8351t/年。这样不仅节约了大量用水，还回收了生产原料。

（六）高炉煤气洗涤水循环利用

高炉煤气洗涤水的水量决定于煤气净化程度及所采用的设备型式，一般为每立方米煤气4～8L。废水的成分决定于燃料性质、过程温度、煤气纯净程度及其他因素。典型的高炉煤气洗涤水pH值为7.0～8.0，水温为55～60℃，总硬度（德国度）为36，暂时硬度（德国度）为9.8～12，其所含主要污染物情况见表7-7。(www.xing528.com)

表7-7　高炉煤气洗涤水主要污染物含量

高炉煤气洗涤水的处理回用工艺流程可采用如图7-9所示，主要包括悬浮物的沉淀、水的冷却及水的软化，目的是保证洗涤塔要求的水质，并防止循环系统中产生结垢。起澄清作用的辐射式沉淀池可用表面负荷0.7～1.5m3/（m2·h）和停留时间2～3.5h，可获得悬浮物去除率85%～95%；沉淀后的废水经冷却后，一部分进入水质软化处理系统，先向机械搅拌澄清池投加石灰，使水中碳酸氢钙形成碳酸钙，碳酸氢镁形成氢氧化镁去除，降低水的硬度；经软化处理的水与冷却塔其余出水混合后，再经加烟井，即通二氧化碳处理，使循环系统的水不致再产生碳酸钙析出，在管道和设备中发生结垢现象。经上述处理的废水可送至高炉煤气洗涤塔循环使用，循环复用率可达90%以上。

图7-9　高炉煤气洗涤水处理回用示意图

例如某钢厂，高炉煤气洗涤水采用辐射式沉淀池处理，处理能力4140m3/h，年处理废水3627 万m3，年回收“瓦斯灰”4.38万t，价值百余万元，其综合效益非常可观。

（七）轧钢废水处理利用

轧钢厂热轧机冲轴承和槽孔、产品时要用大量的水，不仅水温大幅度上升，并排出含有大量的氧化铁皮、油污及其他杂物的废水。一般悬浮固体浓度约为500mg/L，油的含量约30mg/L。要处理复用轧钢废水应采用如下几方面的综合措施：

净化轧钢废水中的油污，并满足工艺设计要求；

去除轧钢废水中的氧化铁皮及其他杂物，保证处理后的水中悬浮固体浓度低于工艺设计要求；

水温降到工艺冷却用水要求以下。

图7-10所示是典型的处理轧钢废水工艺流程。图中所示废水由铁皮沟汇集送至旋流沉淀池，除去大颗粒的氧化铁皮和一部分油。其出水一部分经泵打回车间，作冲洗铁皮沟使用，另一部分用泵打至高速压滤器进一步处理。高速压滤器采用双层滤料，上层为无烟煤，下层为石英砂，滤速25～30m/h。经过高速压滤器后出水悬浮固体降至10～20mg/L，油降至5～10mg/L，可送往车间作冷却水。高速压滤器的反冲洗水送回旋流沉淀池处理，从而形成了轧钢废水处理利用的循环用水系统。

图7-10　轧钢废水处理利用示意图

1.上海新沪钢铁厂

采取由滤料池进行粗滤，同时清除油污，又由无反冲快速过滤器进行精滤后，经水塔到加高冷却塔冷却的工艺流程，形成轧钢废水处理回用的闭路循环系统，使水的重复利用率达到85%。

该厂建设这一系统属一次性投资，对比目前国内使用的过滤器，仅占机械过滤器投资的20%，占高梯度磁分离器投资的40%，尤其是它不用反冲洗，节约了反冲洗而增加的水包、气包和空气压缩机等。

2.太原钢铁公司四轧厂

该厂生产热、叠轧薄板，生产用水的消耗量为500m3/h以上，日耗水量为12000m3。该厂建设600m3 快速过滤池处理轧钢废水，其主要技术指标：

处理水量能力：600m3/h；

悬浮物：处理前120mg/L，处理后10mg/L；

含油量：处理前16mg/L，处理后10mg/L，若加上撇油机处理，油含量将减少为2～3mg/L。

经上述处理系统运行，实现了全厂生产用水沉淀、去油、过滤、清渣的循环利用，年节水518.4万m3。

3.高梯度磁性分离器处理轧钢废水

某钢厂有4 个热轧车间，用水量3300m3/h，废水中悬浮物主要是氧化铁（四氧化铁，三氧化二铁、氧化铁等）颗粒等杂质，约占80%以上，它们属强磁性、弱磁性和倾磁性等物质。因此，可以采用磁性分离技术处理。他们选用型号为φ1060mm的高梯度磁性分离器，将轧钢氧化铁废水经过滤后通过φ1060mm高梯度磁性分离器、滤层厚度为150mm的异磁不锈钢过滤介质，分离器磁场强度为4100GS，工作电流为60A、电压为240V、设备功率为13kW、滤速为510m/h、处理能力为450m3/h。每处理1m3 废水耗电少于0.3kW·h，进水悬浮物含量200mg/L左右。

当轧钢废水流经磁场时，水中所含氧化铁磁性杂质颗粒，因受磁力的作用被吸附截留于分离器内，使废水悬浮物杂质含量减少到10mg/L，如图7-11所示。分离器每工作40～50min需反冲洗1 次，反洗时间1～2min，反洗用水量是处理水量的1%～2%。

图7-11　某钢厂轧钢废水处理回用示意图

图7-11所示热轧钢废水冷却处理回用工艺流程：轧钢废水由铁皮沟冲入一次沟，去除废水中的大颗粒悬浮物后，由提升泵送入二次沉淀池，再由提升泵送入高梯度磁性分离器，经过滤处理后送入清水池，然后再由提升泵送到冷却塔，冷却后进入清水池，最后经冷水泵送回车间循环复用，其重复利用率可达95%左右。

φ1060mm 高梯度磁性分离器，每套设备投资约12 万元，该厂应用后每年节水44.23万m3，按当地水价和排污费标准计算，全套处理系统可在1年收回投资。

（八）炼焦废水的处理

焦化厂每生产1t 焦炭，约产生0.25～0.50m3 含有酚、苯、焦油、氰化物、硫化物等有害物质的废水，其处理如下步骤。

1.高浓度含酚废水

常采用萃取等方法回收其中的酚，如图7-12所示炼焦废水处理示意图。经调节池混合并除去焦油等杂质后，进入萃取塔上部，在塔内自上而下流动并与自下而上的萃取剂（二甲苯、醋酸丁酯或其他有机溶剂）相接触而使酚脱除。废水中酚的含量由1000～9000mg/L降到150～200mg/L。经油水分离器除去其中夹带的萃取剂后，送往如图7-12所示工艺流程与其他废水混合后进一步处理，处理后可回用。

图7-12　高浓度含酚废水的处理

2.混合废水的处理

图7-13的废水除来自萃取塔排放的低浓度含酚废水外，还可包括初冷器、终冷器、回收车间、焦油车间等的排水。废水先经隔油池，再进入调节池混合，由冷却塔降温至28～35℃。若废水中含油较多，应设气浮池，并投加适量混凝剂，有时还需设二级气浮池。然后进入生物处理曝气池，此时可引入生活污水共同处理，并根据需要投加磷盐，以保证微生物必需的营养。曝气池出水经沉淀后可用于熄焦等环节。其最终出水水质可见表7-8所列。由表中看出，其水中COD 值较高，需采取其他措施处理，如往生化曝气池投加铁盐（＞5mg/L）等。

图7-13　炼焦混合废水的处理流程

表7-8　出水水质指标 单位：mg/L

例如，首钢在处理炼焦废水时，先后建成了两套脉冲萃取脱酚装置和一套生化处理设施，使废水中酚含量由1400～2000/L降到小于1mg/L，每年还回收精酚250t。