1 前言钢铁产品是非常重要的结构材料和迄今为止产量最大的功能材料,在众多的使用领域内钢铁 仍属必选材料,是工业、农业、交通运输业和国防工业的基础。但是,钢铁企业作为我国的工业大 户不仅是能源与资源的消耗大户,其生产过程释放的大量颗粒物、SOx、NOx、温室气体和废水等也使其成为了环境污染大户<1~2>。随着ISO14000环境管理体系系列标准、OHSAS18000职业健康与安全 卫生标准系列、绿色产品标志认证等的颁布,钢铁企业市场竞争力的内涵不断演变,现在已经不仅是质量、价格的竞争,更不是品种、质量为中心的竞争,而是体现产品绿色度上,也就是价格/成本、质量 /品种、资本回收时间、产品供货时间、过程服务、环境友好等多方面、多因素的综合竞争。钢铁企业为了取得市场竞争力, 面向新世纪的重要命题 (也是根本性的命题 )之一是利用先进的绿色制造技术和信息技术走可持续发展的道路。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,其实质是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现 <3>。改善钢铁生产过程环境友好性的一个关键途径就是实施消耗和污染的源头控制策略,即采用 绿色制造模式对钢铁生产过程进行管理、监控和技术创新。2 钢铁企业绿色制造的内涵钢铁企业 属于流程制造业。钢铁制造过程从本质上看是集物质状态转变、物质性质控制和物流有序、有效管制于一体的生产制造体系。在钢铁制造体系中大量的物质/产品流、大量能量转换过程、多种形式的排放过程和大量的排放 /废弃物都对环境造成不同层次、不同程度上的影响 <4>。钢铁企业生产过程的输入输出如图 1所示。图 1 钢铁生产过程输入输出图 钢铁企业生产对矿物资源、能源的依赖性较强,消耗大量的能源和物质并排放出各样的残料和废物 <5>。主要成分的能源 /物质及排放物详见图 1。钢铁生产过程产生的各类排放物质对环境的影响程度是多层次的。一般而言,钢铁生产过程气体 排放的影响面涉及全球范围,诸如COx、SO2、NOx等,这些物质在大气层内相当大程度上 呈积累性,对温室效应、酸雨等影响巨大。生产过程中各工序发生的液体排放将对水系流域、海洋 或是地下水产生影响。而各类炉渣、粉尘、噪声和振动等因素,也在相当大程度上影响操作人员以 及相关社区居民的生活或健康。钢铁企业绿色制造是从生态工业链的观点出发,并与经济学和生态 学有效结合,研究钢铁材料从采矿到钢铁制造、使用直至废弃、回收、再生的整个过程对生态环境 的影响,进一步重新认识和评价生产方法、技术路线、工艺流程,对钢铁的生产流程技术、生产过 程中的各类排放过程及其控制技术、对有害排放的一系列环保治理专业技术的集合。3 钢铁企业 实施绿色制造战略探讨3.1 钢铁企业实施绿色制造的认识问题中国加入WTO后,国内钢铁行业将面临全面冲击,2002年美国“201条款”启动的钢铁纠纷就是一个例证。要在未来的日趋激烈的市场中立于不败之地,钢铁企业实施绿色制造是必由之路。图 2所示为钢铁企业绿色制造产生的因素。绿色制造的提出受到了政府部门、研究机构、高校学者和公众的广泛关注。走绿色制造之路,是企业生存发展的必由之路,在 20世纪 90年代中、后期的我国环境保护法制修订过程中,清洁生产的法律要求在一些单项环境介质或单项污染的环境立法中有所体现。如《中华人民共和国大气污染防治法》第 15条规定:“企业应当优先采用能源利用率高,污染物排放量少的清洁生产工艺,减少大气污染的产生”;《中华人民共和国水污染防治法》第 22条规定:“企业应采用具有较高资源利用率,产生较少污染的清洁生产工艺,并且应当加强内务 管理减少污染物的产生”。有关人士认为,应当尽快制定一部我国清洁生产的专门法律,并已在积 极筹划之中。环境保护的作用,在市场竞争方面表现得越来越突出,政府关注环保已转变为全社会关注环保。图2 钢铁企业绿色制造产生的因素3.2 钢铁企业实施绿色制造的内容体系钢铁企业绿色制造主要 是从生态工业链的观点出发,并与经济学和生态学有效结合,依托绿色化技术,实现绿色化的战略目标。钢铁企业绿色制造应从厂区环境、物料/能源的供应、生产流程优化、生产过程排放等方面,从钢铁产品生产过程的全生命周期过程来减少资源消耗和降低环境污染。其主要内容体系如图 3所示。图 3 钢铁企业绿色制造的内容体系3.3 钢铁企业实施绿色制造的几个战略3.3.1 钢铁企业 生产工艺优化绿色制造强调从源头上和过程中阻止污染物生成的综合新策略。钢铁企业绿色制造要 从过程科学、流程工艺技术与工程研发,合理选择资源、能源,产品设计合理化入手,发展环境友 好的生产工艺、技术装备、制造流程,解决好环境污染与可持续发展这对矛盾。在钢铁生产过程中实现绿色制造,应注意工艺变革,可以将污染消除在过程内。如南非Saldanha钢铁厂率先在钢铁企业实现了工业化的绿色制造 ,其工艺引起了全世界同行的关注。它将Corex熔态还原工艺,Midrex直接炼铁工艺,电炉炼钢和薄板坯连铸集成,将Corex2000产生的大量剩余气体经除CO2净化工序后,用作Midrex直接还原铁法的还原气体,由Corex产出的生铁和Midrex 的直接还原铁再作为电炉炼钢的原料,时间短,有害元素少,提高炼钢效率,从而形成了一条完整 的绿色钢铁生产工艺;根据我国钢铁企业的经济和生产特点,提出的基于多级流化移动床的熔态还 原新工艺,可以彻底解决污染问题。钢铁制造流程系统的优化既有助于提高钢的市场竞争力,又有助于环境友好、可持续发展<6>。全球钢厂正以积极推进最有效技术为动力,不断使钢铁制造流程从间歇 -停顿 -流程长向紧凑化 -准连续化 -流程缩短的方向发展,实际上也是一系列的节能技术、清洁生产技术运用的过程,更是源头治理的 体现。从流程整体优化的高度出发,而不是简单地从单元工序、单个装备改造出发再简单相加,才 可以使物质获得率最大化、能源效率最佳化和制造过程时间最小化的综合效果。当然,同时也起到 清洁生产、降低环境负荷的效果。3.3.2 钢铁生产过程排放处理钢铁企业从原料、焦化、烧 结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢的生产过程中产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣,同时在各工序之间存在着含有可利用能量的中间产品和半成品<7>。充分回收和利用这些能量,是企业绿色化程度的标志之一。在各种工业炉窑的能量消耗中,废气余热约占 15% ~ 35%,这些废气净化处理后是一种输送和使用方便、燃烧后又无需排渣和除尘、不易造成环境污染 的优质能源。钢厂生产流程的排放过程中节能、清洁生产的命题和措施与环境保护是一致的,而且更为积极、更为有效。它的内涵主要是对排放物质/能源首先进行再能源化循环处理、再资源化循环使用,最后是尽可能小的无害化处理。1)再能源 化循环处理:主要集中在化学冶金过程中,特别是高炉炼铁系统中,在转炉、电炉乃至轧钢加热炉 中对烟气的化学能、物理热也有非常好的再能源化处理工艺。2)再资源化处理与循环使用:主要体现在高炉、转炉、电炉对各类含铁物料和可用资源(废钢、铁皮、含铁尘泥、炉渣等)的处理和加工利用。3)无害化处理:主要集中在水处理和节水技术、烟气处理技术 (特别是烟气脱硫 ),还有其他有害气体的防止产生和处理技术等。当前从节能、清洁生产和环境保护角度看,钢厂的 节水、水的闭路循环和污水处理技术、热水社区供应技术等值得引起特别重视。3.3.3 钢铁 产品全生命周期管理钢铁产品的全生命周期管理是利用绿色制造的思想对实时钢铁产品信息流的全 生命周期监控技术进行研究,系统解决钢铁产品生产过程、订单管理、质量设计、库存管理、合同 跟踪、废钢回收等数据管理模式。通过钢铁产品全生命周期数据的有效管理,对提高钢铁产品的绿 色度提供有力的支撑作用。绿色度是指制造过程中单位产品环境负荷的标志及其在再加工过程、使用过程、废弃、回收过程中对环境友好的程度<8>。其具体指标可分为:①单位产品的环境负荷;②产品的使用寿命与使用效率;③钢材及其制 品对环境的污染负荷;④钢材及其制品的可再生性。产品生命周期(环境)评价方法是要弄清该产品(某工艺)在整个生命周期中各种能源和非能源物质的消耗量以及残余物和污染物的排放量,进而评估这些物质对环境的影响,并提出改进的方向 (或进行不同工艺或产品的对比)。4 结论21世纪钢铁企业的发展面临着减轻地球环境负荷的严 峻挑战。因此,钢铁工业必须从单纯地提供钢铁产品的制造业向绿色化制造业转变,从单纯提供钢 铁产品的功能向充分发挥生产流程的能源转换功能转变,从废弃物排放大户向废弃物排放最小化和 兼备处理社会部分废弃物功能转变。走绿色制造的道路是钢铁工业面向新世纪的必由之路。只有这 样,才能使我国的钢铁工业走可持续发展之路,才能从钢铁大国向钢铁强国迈进。钢铁企业实施绿色制造技术的策略研究@江志刚$武汉科技大学机械自动化学院!湖北武汉430081
@张华$武汉科技大学机械自动化学院!湖北武汉430081
@但斌斌$武汉科技大学机械自动化学院!湖北武汉430081钢铁企业;;绿色制造技术;;资 源环境绿色制造是实现可持续发展战略的有效途径。钢铁企业面向新世纪的时代命题之一是走绿色 制造的道路。阐述了钢铁企业绿色制造的内涵,分析了钢铁企业实施绿色制造的认识问题,建立了 钢铁企业绿色制造的内容体系,提出了钢铁企业实施绿色制造的几个战略。<1>BerryB, RittA,GrdisselM.Aretrospectiveoftwentieth-centurysteel
<2>NewSteel, http://www.newsteel.com/features/ns9911f2.htm
<3>刘飞,张华,陈晓慧.绿色制造的决策框架模型及应用.机
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