Optimalisatie van Vast Afvalbeheer in Staalfabrieken: Duurzame Herwinning & Economische Voordelen

Vast Afvalbeheer in een Staalfabriek

De staalindustrie produceert in het algemeen grote hoeveelheden vast afval tijdens de verwerking van materialen door haar diverse processen. Deze vaste afvalstoffen bevatten veel waardevolle producten, die hergebruikt kunnen worden als ze economisch herwonnen worden. De staalindustrie over de hele wereld heeft al een aantal innovatieve maatregelen genomen en blijft dit doen met als ultiem doel 100% benutting van deze afvalstoffen met als doel de operationele efficiëntie en economie van de staalindustrie te verbeteren. Deze maatregelen verminderen niet alleen de kosten van afvalverwijdering en milieuverontreiniging, maar leveren ook aanzienlijke hoeveelheden ijzererts en fluxmaterialen alsook brandstofrendementsvoordelen aan het bestaande proces, waardoor overeenkomende hoeveelheden grondstoffen bespaard worden.

De staalindustrie is zowel kapitaal- als energie-intensief en de productievolumes zijn zeer hoog. Processketens binnen de industrie zijn lang. Veel verschillende technologieën worden toegepast en de industrie heeft een significante impact op het milieu. Een van de grootste zorgen van de wereldwijde staalindustrie is de vertering van afvalstoffen gegenereerd in diverse verwerkingsstadia. Vanwege de natuurlijke drang om kosteneffectief te zijn, is er een groeiende trend van het adopteren van dergelijke afvalherwinningstechnologieën die afval omzetten in waarde, waardoor afvalstoffen als bijproducten behandeld worden. Dit heeft geleid tot het nastreven van de ontwikkeling van nul-afval technologieën. De technologieën ontwikkeld om afvalstoffen van staalfabrieken economisch om te zetten in waarde bieden ook nieuwe zakelijke kansen voor potentiële ondernemers.

Duurzaamheidsprincipes

Volgens de World Steel Association (WSA), past de wereldwijde staalindustrie de principes van reductie, hergebruik en recycling (3 'R's) op veel manieren toe, om de duurzaamheid van de industrie te verbeteren. Hierdoor heeft de industrie de behoefte aan grondstoffen dramatisch verminderd. In de jaren 1970 en 1980 hadden moderne staalfabrieken gemiddeld 1,44 ton grondstoffen nodig om 1 ton staal te produceren. Met investeringen in onderzoek, technologieverbeteringen en goed plannen, gebruikt de staalindustrie vandaag de dag slechts 1,15 ton inputs om 1 ton staal te maken, wat een reductie van 21% betekent.

Deze dagen bestaat veel overlap in de interpretaties van de woorden 'vast afval' en 'bijproducten'. Feitelijk zijn sommige vaste afvalstoffen in de staalindustrie essentiële bijproducten gegenereerd tijdens diverse verwerking van materialen in de processen betrokken bij de productie van ijzer en staal. Bijvoorbeeld, tot het vorige decennium werden de slak, stof en slib gegenereerd door de staalindustrie vaste afvalstoffen genoemd, maar nu is deze term vervangen door bijproduct voor deze afvalmaterialen. Vanwege intensieve hergebruik van de afvalstoffen worden sommige vaste afvalstoffen nu steeds vaker aangeduid als 'bijproducten'.

Volgens WSA, kunnen herwonnen co-producten (een term die interchangeabel gebruikt wordt met bijproducten), gerecycled worden tijdens het staalvermakingsproces of verkocht voor gebruik door andere industrieën. Gebruik van co-producten ondersteunt de duurzaamheid van de staalindustrie. Het voorkomt stortafval, vermindert CO2-uitstoot en helpt natuurlijke hulpbronnen te behouden. De verkoop van co-producten is ook economisch duurzaam. Het genereert opbrengsten voor staalproducenten en vormt de basis van een lucratieve wereldwijde industrie. Sommige staalproducenten rapporteren een co-producten benutting en recyclingratio van zo hoog als 99%. De hoofdbijproducten van ijzer en ruw staalproductie zijn slakken, stoffen, schroot en slibben.

De vertering van vast afval gegenereerd uit de staalindustrie processen is de grootste zorg. Daarom moet de Reduceer, Hergebruik, en Recycle (3 Rs) filosofie en efficiënt afvalbeheer door de staalindustrie worden aangenomen.

Hoofdvast Afvalstoffen/Bijproducten per Proces

Cokesproductie

De hoofdbaste afvalstoffen gegenereerd in de productie van metallurgische cokes zijn koolstofstof, cokesstof, teer slib en zuur slib. Koolstofstof wordt gerecycled terug via de koolstofmengsel. Koolstofstof kan ook samen met cokesstof gerecycled worden door ze toe te voegen aan de sinterlaagmix. Teer slib wordt aan het koolstofmengsel toegevoegd om de dichtheid te verbeteren. Zuur slib moet genaturaliseerd worden voor de vertering.

Sinterproductie

Vaste afvalstoffen gegenereerd in de sinterproductie zijn stoffen en slibben. Stoffen worden gegenereerd op sintermachine bouwvloeren, cyclonen en ESP (Elektrostatische precipitator). Slib wordt gegenereerd bij de verhelderder van de waterbehandelingsinstallatie. Deze stoffen en slibben zijn rijk aan ijzer (Fe) en bevatten goede hoeveelheden kalk (CaO), magnesia (MgO) en koolstof (C). Deze materialen zijn zeer goede materialen voor recycling terug in sinterproductie. Deze materialen worden ofwel gemengd met ijzerertfijnen of gebriketteerd voor recycling.

Pelletfabriek

De belangrijkste vaste afvalstoffen gegenereerd in de pelletfabriek zijn stoffen en ondermaatse groene pellets. Beide worden gerecycled terug in het pelletvoermateriaal.

Hoogovens IJzerproductie

Vaste afvalstoffen gegenereerd tijdens het hoogovens (HO) ijzerproductieproces zijn stoffen, lastingschermen bij het voorraadhuis, giethuis loper jam, giethuis modder, hoogovenslak, rookgasstof, GCP stof of slib, refractair afval, en gloeit ijzer (GI) kruik schedel.

Stoffen en lastingsschermen worden gerecycled terug in sinterproductie. Giethuis loper jams worden ofwel verkocht als ijzerschroot voor herverhitting of gerecycled in de staalsmeltoven. Giethuis modder wordt gedumpt als stortmateriaal.

Het grootste deel van de HO vloeibare slak wordt gegranuleerd en verkocht aan cementfabrikanten voor de fabricage van HO slak cement. Een kleine hoeveelheid HO slak wordt luchtgekoeld. De luchtgekoelde HO slak wordt ofwel gedumpt als stortplaatsen of gebruikt in wegreparaties binnen de staalfabriek. In beide gevallen wordt de ijzerverontreiniging van de slak gescheiden en verkocht voor herverhitting.

Rookgasstof en GCP droge stof (in geval van droog gasreiniging) worden gerecycled in sinterproductie. GCP nat slib (in geval van nat gasreiniging) uit de verhelderder wordt gedroogd en ofwel gemengd met de ijzerertfijnen in de grondstoffenhof of gebriketteerd en gerecycled in sinterproductie.

Refractair afval van de kruikreparatieshop wordt verkocht en hetzelfde wordt gebruikt door de refractairfabrikant in de fabricage van mortels. GI kruik schedel wordt gebroken ofwel door gewicht vallen of door lanceren en de gebroken schedel wordt verkocht als ijzerschroot of gebruikt in staalsmeltoven.

IJzerproductie door Directe Reductie

Tijdens het ijzerproductieproces door directe reductie zijn de hoofdbaste afvalstoffen char (in geval van installaties die kolengebaseerde technologie gebruiken), stoffen (zowel koolstof als ijzer), ondermaatse DRI (direct gereduceerd ijzer) en DRI afkeur. Char wordt gebruikt in eigen elektriciteitscentrale als brandstof voor de ketel. Koolstof- en ijzerstoffen worden gebruikt in de sinterinstallaties. Koolstofstof kan ook in de ketel gebruikt worden. IJzerstof kan ook verkocht worden aan cementfabrikanten. Ondermaatse DRI wordt gebriketteerd en gebruikt samen met DRI in staalsmeltoven. DRI afkeur wordt gerecycled terug in het proces.

Varkensgieten

Tijdens varkensgieten van gloeit ijzer, worden afvalmaterialen zoals plaat jam, loper jam en kalk slib gegenereerd. Plaat jam en loper jams worden verkocht als ijzerschroot na verwerking. Kalk slib wordt gebruikt voor neutralisatiedoeleinden.

Basische Zuurstof Staalvermaking (BOF)

De hoofdafvalmaterialen in de BOF staalvermaking zijn converter slak, schroot, afval refractairen, converter modder, en gasreinigingsinstallatie (GCP) slib. Behalve GCP slib worden alle andere afvalmaterialen meestal in gemengde toestand gegenereerd wat betekent dat tijdens generatie het ene afvalmateriaal gecontamineerd raakt met ander afvalmateriaal. Daarom is sorteren een zeer belangrijke stap voor recycling van de afvalmaterialen in staalvermaking.

GCP nat slib uit de verhelderder wordt gedroogd en ofwel gemengd met de ijzerertfijnen in de grondstoffenhof of gebriketteerd en gerecycled in sinterproductie.

Converter slak na verwijdering van schroot wordt gerecycled in de sintermix als vervanging voor kalksteen. Converter slak wordt ook gebruikt in wegreparaties, voor spoorweg ballast, en als bodemverbeterder.

Schroot verwijderd van converter slak alsook van de modder wordt gerecycled terug in de converter voor koeldoeleinden. Staalschroot wordt ook gegenereerd wanneer er kruikdoorbraak of converter doorbraak is, hoewel dit fenomeen zeer zeldzaam is.

Uit converter modder worden schroot en refractaire afvalstoffen verwijderd en de rest wordt gebruikt voor stort.

Refractaire afvalstoffen zijn meestal van twee typen. Eerste type komt uit gebruikte converter voering en bestaat hoofdzakelijk uit magnesium koolstof refractairen. De meeste van deze refractairen die niet gecontamineerd zijn, worden in de converter gebruikt voor de bodem patching. Tweede type is kruik refractair afval. Als deze basisch zijn, worden ze vergelijkbaar behandeld als converter refractair afval. In geval ze van alumina zijn, wordt het refractair afval gebruikt voor mortelfabricage.

Elektrische Staalvermaking

Hoofdafvalmateriaal in de elektrische staalvermaking is EAF (boogoven) GCP stof, slak, schroot en afval refractairen. Magnesia koolstof afval refractairen worden gebruikt als slakconditioner in de EAF.

Elektrische Boogoven (EAF) slak vanwege zijn hoge kristalliniteit en hoge ijzerinhoud heeft momenteel geen goed gevestigde methode voor potentiële recycling. De basiciteitsindex (BI) van de slak is doorgaans tussen 1,2-1,8 wat onder de lage hydraulische Merwinite groep valt. Ook de Slijtbaarheidsindex, wat een maat is voor de energie vereist voor het malen van een bepaald materiaal tot een gegeven grootte, is hoog door hoge ijzeroxide inhoud. Dit maakt de verdere vertering en verwerking van EAF slak energie-intensief. De slak is gebruikt als effectief aggregaat voor wegbouw. Vitrifieerde keramische tegels zijn ook ontwikkeld uit de EAF slak.

Continu Gieten

Hoofdafvalmaterialen gegenereerd in het continu gietproces is continu gietschil, refractair afval, schroot, slak en modder. Hier ook worden afvalmaterialen in gemengde toestand gegenereerd en is sorteren nodig als eerste stap voor het scheiden van verschillende typen afvalstoffen.

Continu gietschil wordt gerecycled in sinterinstallatie. Schroot wordt gerecycled in de staalvermaking. Overige afvalmaterialen worden gebruikt als stort.

Walserijen

Hoofdbaste afvalmaterialen gegenereerd in walserijen zijn walschil, refractair afval van verhitingsoven, en schroot.

Walschil wordt gerecycled in sinterinstallatie. Schroot wordt gerecycled in staalsmeltoven. Refractair afval afhankelijk van de toestand gaat ofwel voor mortelfabricage of wordt gedumpt.

Kalk Verbranden

Vaste afvalstoffen gegenereerd bij de verbrandingsinstallatie zijn kalksteen en dolomiet schermen, kalkstof en kalkfijnen. Kalkstof en kalkfijnen worden gebriketteerd en gerecycled ofwel in sinterinstallatie of staalsmeltoven. Kalksteen en dolomiet schermen worden gerecycled in de sinterinstallatie.

Thermische Elektriciteitscentrale

Hoofdbaste afvalstoffen gegenereerd bij de elektriciteitscentrale zijn de vliegas en bodemas. Vliegas wordt benut in de cementproductie. In sommige installaties wordt as naar de asvijver gestuurd. As herwonnen uit de asvijver wordt gebruikt in het verhogen van de dijk van de asvijver.

Vast Afvalbeheer

Afvalbeheer van vaste afvalstoffen bestaat uit generatie, preventie, karakterisering, monitoring, behandeling, afhandeling, hergebruik en residuele vertering. Het vereist een nieuwe houding van de werknemers en het management. Traditioneel denken legt alle verantwoordelijkheid op een paar experts die ervoor verantwoordelijk zijn. De nieuwe focus is om het afvalbeheer verantwoordelijkheid te maken voor elke werknemer. Het belang van vast afvalbeheer is wat de productie-georiënteerde managers en werknemers te leren zijn. Voor effectief vast afvalbeheer is hun participatie en samenwerking cruciaal.

Ook de toewijding van het management is noodzakelijk en vitaal voor een succesvol afvalbeheerprogramma. Het management kan zijn toewijding tonen door het trainen van werknemers in afvalbeheertechnieken, het aanmoedigen van werknemersvoorstellen, het verstrekken van middelen voor de 3 Rs activiteiten, en het meten en monitoren van de afvalgeneratie en afvalrecycling.

Het ultieme doel van het management moet nul vast afval van de fabriek zijn. Hiervoor zijn follow-up en continue verbeteringen cruciaal. Meting en rapportage van afvalreductie en het bereiken van kostenbesparingsdoelstellingen helpen ook bij het verbeteren van de werkuitkomsten en de duurzame ontwikkeling van de staalfabriek.

3 'R's van vast afvalbeheer is getoond in Afbeelding 1

Afbeelding 1: 3 'R's van vast afvalbeheer