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摘要：通過剖析鋼鐵企業用水系統及其主要組成，結合我國鋼鐵行業發展與用水變化，梳理出適合我國鋼鐵企業的主要節水技術，為推進國家節水行動、促進鋼鐵產業與水資源高效利用協調發展提供參考。

關鍵詞：鋼鐵；水資源；節水技術；需水管理

鋼鐵工業是我國的基礎產業和支柱產業，在國民經濟中占有重要地位。鋼鐵企業生產用水過程復雜，包括主要生產設施用水、輔助生產設施用水、附屬生產設施用水以及道路灑水、綠化用水等其他用水。同時，隨著余熱余能利用、污染治理、固廢利用等各種新興節能環保和資源化利用的生產輔助設施的不斷改進，鋼鐵企業用水環節及工藝過程更趨復雜。另外，各鋼鐵企業主要產品結構各不相同，并可能隨著銷售市場需求而變化，也對企業用水造成一定影響。鋼鐵企業85%以上用水為各工序工藝設備間接與直接冷卻循環水，其余為原料場抑塵灑水、燒結球團混合用水、煙氣脫硫用水、焦化熄焦用水、煉鐵高爐煤氣除塵用水、高爐沖渣用水、煉鋼轉爐除塵用水、鋼渣處理用水、連鑄二次冷卻用水等。針對鋼鐵行業用水量大、用水工序多、工藝復雜以及燒結脫硫及焦化等環節廢水高污染等特點，嚴格控制鋼鐵行業用水總量和水污染物排污總量，提升用水效率，對于鋼鐵工業綠色發展具有重要意義。本文介紹了鋼鐵企業的主要用水系統，并結合我國鋼鐵行業發展與用水變化，梳理出適合我國鋼鐵企業的節水技術，為推進國家節水行動、促進鋼鐵產業與水資源高效利用協調發展提供參考。

一、鋼鐵工業發展及用水狀況

鋼鐵工業建設項目用水工藝在生產過程中屬生產輔助性環節，企業用水受生產規模、工序用水方式和節水技術狀況等影響。總體來看，我國鋼鐵工業在鋼產量持續上升的情況下，總用水量基本得到有效控制，見圖1。

1.鋼鐵生產發展情況經過新中國成立初期的艱難發展，我國粗鋼年產量由1949年的15.8萬t發展到1965年的1223萬t，突破1000萬t，并于1996年達到10124萬t，突破1億t，我國成為世界最大的鋼鐵生產國。之后我國鋼鐵工業快速發展，鋼產量長期保持全球第一。2014年我國粗鋼產量超過8億t，2018年超過9億t，約占世界產量的一半。

2.鋼鐵工業用水狀況我國鋼鐵工業早期多沿江而建，采用大進大出的直流用水系統。由于企業規模不大，用水問題并不突出。進入20世紀80年代后，企業規模和用水量不斷增加，用水方式也逐步改為循環用水。隨著資源節約保護理念不斷深入，近年我國鋼鐵工業用水亦發生明顯變化，在確保產量持續增長的同時，用水效率也全面提升。據對重點鋼鐵企業不完全統計，1996—2000年，我國鋼鐵工業取水量由38.52億m3降至21.05億m3，年均遞減6.4%，噸鋼取水量由38.1m3降至29.6m3，年均遞減11.8%，水重復利用率由82.3%提高到87.3%。2001—2005年，取水量由21.05億m3增至30.59億m3，年均遞增9.8%，噸鋼取水量由18.3m3降至8.7m3，年均遞減17.0%，水重復利用率由89.3%提高到94.0%。2006—2010年，我國鋼鐵工業逐步推廣污水回用措施，取水量由28.8億m3降至26.2億m3，年均遞減2.3%；噸鋼取水量由6.86m3降至4.11m3，年均遞減12.0%，水重復利用率由95.4%提高到97.3%。2015年和2018年，取水量分別為28.4億m3、27.0億m3，平均噸鋼取水量分別降至3.53m3、2.91m3。盡管如此，我國鋼鐵工業用水指標在地區之間、企業之間仍差距明顯，鋼鐵產能過度集中在缺水地區。同時，鋼鐵企業因規模、工藝等差異導致噸鋼用水量相差懸殊。2018年部分鋼鐵企業調研數據顯示，噸鋼取水量低于3.5m3的企業占20%，高于4.2m3的企業占18.2%。其中，南方地區噸鋼取水量4.22m3，北方地區噸鋼取水量3.05m3，二者相差1.17m3；在南方地區，長三角地區噸鋼取水量3.81m3，其他地區4.14m3，相差0.33m3；在北方地區，京津冀地區噸鋼取水量2.41m3，其他地區3.66m3。

二、鋼鐵企業主要用水系統

鋼鐵行業是以鋼鐵冶煉及壓延加工為主要生產活動的工業產業，通常以含鐵金屬礦石、廢鋼鐵、煉焦煤為原料，主要包括原料場、焦爐煉焦、用焙燒裝置生產人造塊礦（燒結或球團）、高爐煉鐵、轉爐和電爐煉鋼連鑄、熱軋和冷軋軋機軋制以及能源介質供應、物流輸送、制氧和熱電等生產環節，是一個復雜而龐大的生產體系，對應的用水過程亦是一個復雜龐大的體系。

1.原料場原料場主要用水包括除塵灑水、洗車沖洗、車間地坪沖洗、道路灑水等用水，可優先利用雨水、回用廢水和濃鹽水；對于料場抑塵用水，料條兩側宜設排水溝并設置調節水池和灑水泵，以便灑水和沖洗水重復利用；進出料場道口設洗車設備，汽車沖洗水應循環使用；料場區域初期雨排水應收集處理回收利用。

2.燒結球團燒結工序主要用水包括混合機添加水、工藝設備和余熱利用設施冷卻水、煙氣脫硫脫硝用水、轉運站及通廊地坪灑水等。其中，冷卻水可循環使用，混合機添加水可優先采用回用水，混合用水亦可采用回用水。球團工序主要用水包括造球加水、工藝設備和余熱利用設施冷卻水、煙氣脫硫脫硝用水、濕球磨礦用水等。燒結設備冷卻水冷卻后循環使用。

3.焦化焦化工序主要用水環節有煤氣上升管水封蓋水封、熄焦、除塵、設備冷卻、煤氣凈化、化工產品回收和精制等。其中濕熄焦用水經沉淀處理后循環使用，煤調濕、煤氣凈化、干熄焦、制冷機、干熄焦發電等設備冷卻水冷卻后循環使用。焦化廠化工產品回收和精制區域雨水收集處理利用，焦化廢水經生化處理和深度處理后回用。

4.煉鐵煉鐵工序主要用水包括高爐爐體冷卻壁、爐底水冷管、風口各套、熱風爐閥門、各液壓站設備、各種大型風機、TRT等冷卻壁冷卻用水，以及高爐沖渣、煤氣清洗、鑄鐵塊冷卻等用水。設備冷卻水采用閉路循環或開路循環用水，高爐爐體冷卻壁、熱風爐閥門、風口大中套、爐底冷卻水管等可考慮采取并聯和串級用水，煤氣清洗用水經沉淀處理后循環使用，高爐沖渣水經處理后循環使用，沖渣過程中產生的水蒸氣集中收集利用。

5.煉鋼煉鋼工序主要用水環節有轉爐氧槍和副槍冷卻、爐體冷卻、煙道冷卻、轉爐煙氣洗滌、鋼渣粒化等，電爐爐體冷卻、變壓器冷卻、煙道冷卻、鋼渣粒化等，連鑄設備冷卻、結晶器冷卻、二冷段冷卻等。設備冷卻水采用閉路循環或開路循環用水，轉爐煙氣洗滌用水經沉淀處理后循環使用，連鑄二冷段冷卻水經沉淀過濾處理后循環使用。

6.軋鋼生產棒線材和型鋼主要用水包括加熱爐、高壓除鱗、液壓潤滑等設備冷卻用水，軋輥和軋制產品直接冷卻用水以及沖渣用水等，板帶軋制還需要層流冷卻用水。加熱爐煙道可采用汽化冷卻或水冷方式，水冷煙道冷卻用水冷卻后循環使用。高壓除鱗用水直接循環使用，直接冷卻用水經除油沉淀處理后循環使用，層流冷卻用水經沉淀過濾后循環使用。冷軋廢水經物化處理和深度處理后回用。7.生產輔助鋼鐵企業配套的生產輔助設施包括氧氣站、空壓站和煤氣加壓站以及余熱余能發電設施等，其設備冷卻用水分別經冷卻后循環使用。

三、鋼鐵企業主要節水技術

鋼鐵企業主要節水技術包括干熄焦、高爐煤氣干式除塵、轉爐煙氣干式除塵等“三干”技術，汽化冷卻技術和空冷技術等工藝節水技術；冷卻水和清洗用水等循環用水技術、梯級用水和串級用水等水再利用節水技術；廢污水再生利用，雨水、海水、中水和礦井水利用等非常規水源替代技術；水系統集約化、智慧化管控技術等。由于用水系統涉及復雜水網絡及不同水處理工藝，實際中應針對企業不同生產工序合理選擇節水技術。

1.原料場在原料場合理布置噴灑、加濕等作業用水的管網、噴頭，采用新型節水噴頭，各用水點設置用水計量設施，實施智能分區控制，可利用滿足要求的回用水作水源。原料場設收集、貯存雨水設施并對雨水回收利用。原料場底部設滲水層，收集地表滲透水，減少廢水滲漏對地下水的污染。

2.燒結球團合理控制燒結和球團混合料含水率，降低物料吸附損失水量。精礦粉、燃料、溶劑等加濕混勻工藝用水可采用回用水。設備冷卻用水經冷卻降溫后循環使用。燒結球團主要采用干式除塵，對局部產生粉塵點加濕降塵時可采用回用水。

3.焦化熄焦可采用干熄焦和新型低水熄焦等節水技術。濕熄焦系統可采用低質廢水。焦爐裝煤、出焦及干熄焦煙氣的冷卻可采用風冷。裝煤、出焦、干熄焦的煙塵治理采用干式除塵技術。焦化生產工藝介質可進行余熱利用，并采用循環冷卻水冷卻。焦化循環水系統主要包括煤氣凈化循環水系統、制冷設施循環水系統、干熄焦發電循環水系統等。焦化廢水深度處理后回用。

4.煉鐵高爐煤氣凈化可采用干法除塵技術。有高爐煤氣濕法除塵水沉淀處理后循環使用。高爐爐渣粒化用水循環使用，可補充低質廢水和回用水。設冷凝塔對爐渣粒化產生的蒸汽進行冷卻，回收冷凝水。高爐煤氣透平余壓發電機和煤氣管道均會產生凝結水，可將其回收，經處理后接入煤氣清洗循環水系統，也可直接由焦化廢水處理設施處理。高爐爐體可采用下區、上區聯合（串聯）供水等分區冷卻供水方式。高爐爐體、熱風爐等高熱負荷設備采用間冷閉式循環水系統補充軟水或除鹽水。循環使用高爐爐齡后期爐殼灑水。高爐鼓風機可采用冷卻水用量低的電動鼓風機。采用汽動鼓風機時，汽輪機冷卻水循環使用。鑄鐵機冷卻水循環使用。

5.煉鋼轉爐一次煙塵凈化可采用干法電除塵凈化技術，也可采用濕法除塵技術。轉爐、電爐煙道冷卻可采用汽化冷卻技術。轉爐氧槍、電爐變壓器、連鑄結晶器可采用間冷閉式循環水系統，補充軟水或除鹽水。其他設備冷卻用水循環使用。蒸汽噴射真空泵冷凝器冷卻水可沉淀過濾處理后循環使用。連鑄二冷段采用高效氣霧噴頭，冷卻用水經沉淀過濾后循環使用。轉爐渣水淬用水循環使用，可補充低質廢水和回用水。

6.軋鋼熱軋帶鋼精軋機的廢氣凈化采用干式過濾凈化系統。冷軋軋機、平整機的乳化液廢氣凈化采用干式不銹鋼過濾網凈化系統。加熱爐爐底水梁和立柱冷卻可采用汽化冷卻技術。冷軋水淬冷卻裝置采用雙水淬槽逆行串聯冷卻技術。軋機、軋輥、軋材冷卻用水經處理后循環使用。鋼板及帶鋼軋后冷卻用水可采用水泵和水箱聯合供水，冷卻水循環使用。冷軋罩式退火爐采用波紋內罩水噴淋冷卻技術。冷軋各機組的含酸堿廢氣凈化用水循環使用。冷軋含油、酸堿廢水深度處理后回用。

7.生產輔助氧氣站、空壓站、煤氣加壓站的冷卻均為間接冷卻，可采用循環水系統。

8.冷卻水處理間冷閉式循環水系統可減少水的蒸發、滲漏、排污等損失，節約軟化水、除鹽水等。高溫煙氣和熾熱的鑄坯、軋材等的冷卻使用直冷循環水系統，循環回水通常含有鐵皮、粉塵、油等，應根據回水水質適當處理后循環使用。熱軋板帶層流冷卻水系統或淬火冷卻水系統回水中含有的油、氧化鐵皮等雜質數量較少，將部分循環回水簡單處理后即可循環使用。直冷循環水系統在設有旋流池及其提升泵、平流池及其提升泵（或化學除油器、稀土磁盤、一體化高效污水處理裝置等其他形式的處理構筑物）等多環節處理設施時，應合理優化聯絡管網系統和水量平衡方案。

9.化水處理化水處理后道工序的反沖洗排水水質較好，可作為前道工序的水源或沖洗用水。膜法處理可充分利用余熱對原水加熱，降低原水黏度，增加產水量。通過離子交換處理或膜法處理制備軟化水、除鹽水，排放濃鹽廢水回收直接用于高爐沖渣串級利用。除鹽水制備一般采用“一級超濾+兩級反滲透”或“一級超濾+一級反滲透”流程處理。二級反滲透排出的濃鹽水可作為一級反滲透進水。

10.廢水回用采用雨污分流系統，收集生活污水、生產廢水和初期雨水處理利用。其中，生活污水有機物含量較高，應單獨處理。同時，單獨設置低質廢水系統收集濃含鹽廢水，盡量將濃含鹽廢水濃縮減量后回收利用，也可提質分鹽處理資源化利用。濃含鹽廢水包括軟化水、除鹽水制備車間離子交換工藝產生的再生廢水或膜反滲透工藝產生的濃含鹽廢水，以及廢水處理站采用膜深度處理時產生的濃含鹽廢水。生產廢水和初期雨水收集送至廢水處理廠集中處理后利用，為有效監控鹽水排放，各工序區域生產廢水應加壓輸送，并設置計量設施。

11.供用水輸送采用管道或暗渠（隧洞）輸送水源時應采取防污染和防滲漏的措施。對局部水壓要求較高的特殊用水戶可在用戶內部單獨加壓供給。可對供水管網實施智能檢測滲漏技術措施。

四、結語

①鋼鐵生產工序和主要用水系統復雜。一般鋼鐵生產工序包括原料場、燒結和球團、焦化、煉鐵、煉鋼連鑄、軋鋼和輔助生產。主要用水環節包括焦化用水系統、煉鐵用水系統、煉鋼連鑄用水系統和軋鋼用水系統。②應加大推廣鋼鐵行業節水力度。鋼鐵行業節水技術是鋼鐵工業節水的重要措施，通過收集整理鋼鐵行業主要節水技術并分析不同技術要點，為節水技術推廣提供參考。③鋼鐵工業建設項目應加強節水設施的設計、施工和驗收，并制定相關節水標準，開展節水設施實施核查和后評估工作，通過強化監督管理，推進鋼鐵行業節水減排。

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作者：王小軍 程繼軍 王海東 單位：南京水利科學研究院