Экологические проблемы основных производств (стр. 22 )

 

Чугун

 

Производство стали

 

Газоочистка

Газоочистка

Газоочистка

 

Жидкие отходы

Сталь

Газообразные отходы	Газообразные отходы

 

Рис. 13.1. Принципиальная схема производства стали

 

Рис. 13.2. Доменная печь:

1 — защитные сегменты колошника; 2 — большой конус; 3 — приёмная воронка; 4 — малый конус; 5 — распределитель шихты; 6 — воронка большого конуса; 7 — наклонный мост; 8 — скип; 9 — воздушная фурма; 10 — чугунная лётка; 11 — шлаковая лётка.

Эта реакция обратима, равновесие ее тем сильнее смещается впра­во, чем ниже температура, и преимущественно идёт в верхней час­ти доменной печи. Часть Fe2O3 восстанавливается лишь до FeO, который, попадая в нижнюю часть домны – зону высокой температуры, восстанавливается непосредственно углем:

FeO + C ® Fe + СО.

Температура в нижней части доменной печи доходит до 16000C. Железо при этом плавится (температура плавления железа 1539оС) и стекает в горн, откуда его периодически выливают в формы.

Железные руды, содержащие кислые породы (диоксид кремния или оксид алюминия), предварительно смешивают с основными добавками, обычно известняком, так называемые флюсы, введение которых в настоящее время осуществляется на стадии агломерации. Руды, содержащие основную породу, смешивают с кислыми добавка­ми (песком, гранитом). Флюсы, образуют с пустой породой легко­плавкие шлаки, собирающиеся на поверхности расплавленного чу­гуна, так называемые доменные шлаки, которые периодически удаляются из печи.

Расплавленное железо растворяет углерод, кремний, фосфор, серу и марганец, образуя чугун, используемый непосредственно для отлив­ки в формах либо перерабатываемый на сталь. С этой целью чугун под­вергают обработке для удаления углерода и остальных примесей до нужной степени чистоты, которую осуществляют в конверторах (рис.13.3) или мартеновских печах (рис.13.4), а при получении специальных сталей, в электропечах.

Рис. 13.3. Схема положения конвертера при заливке чугуна (а), продувке (б) и сливе стали в ковш (в).

Агломерационные фабрики являются основным источником за­грязнения воздушного бассейна. На долю выделяемой ими пыли при­ходится до 17% от общих выбросов предприятий черной металлургии, диоксида серы – 46, оксидов азота – 20, монооксида углерода – 55%.

Главный отход доменного производства – доменные шлаки, образующиеся в количестве от 0,4 до 0,65 т на тонну выплавляемого чугуна. Это самые многотоннажные отходы металлургического производства. Общее количество доменных шлаков, получаемых на отечественных предприятиях, около 50 млн. т в год. Доменное производство связано также с выделением больших количеств пыли и газов, включая монооксид углерода, диоксид серы и оксиды азота. При мокрой очистке доменного газа образуется большое количество загрязненных сточных вод.

Производство стали, в свою очередь, связано с образованием значительных количеств шлаков и отходящих газов. Очистка конвертор­ных газов очень сложна и сопровождается образованием сильно загрязненных сточных вод. Ещё большей запыленностью и высоким со­держанием оксидов азота характеризуются отходящие газы мартеновских печей.

Рис.13.4. Мартеновская печь:

1 – головка, 2 – вертикальный канал, 3 – шлаковик, 4 – борова, 5 – насадка регенератора, 6 – регенераторы, 7 – отверстие для выпуска шлака, 8 – сталевыпускное отверстие, 9 – свод, 10 – рабочее пространство, 11 – под, 12 – завалочные окна, 13 – рабочая площадка, 14 – передняя стенка, 5 – задняя стенка.

А – поперечный разрез рабочего пространства печи,

Б – разрез головки печи.

В производстве проката наибольшую трудность вызывает очист­ка газов от травильных ванн, в которых наряду с оксидами азота и парами кислот содержатся такие высокотоксичные примеси, как соединения мышьяка. Сложную проблему представляет также пере­работка сбросных травильных растворов.

Коксохимическое производство сопряжено с выделением больших количеств пыли, газов и сточных вод. Стоки коксохимического производства содержат такие опасные вещества (и в тоже время ценные), как аммиак, фенолы, цианиды, сероводород, смолистые вещества и другие канце­рогенные соединения.

В ближайшие десятилетия производство стали и сплавов, на основе железа, будет использовать преимущественно традиционную технологию. Поэтому задача создания безотходного металлургичес­кого производства главным образом решается в настоящее время путем его последовательного усовершенствования за счет снижен­ия материало - и энергоёмкости, а также использования образую­щихся отходов.

13.2. Пути усовершенствования металлурги­ческого производства

Из всех мероприятий, обеспечивающих совершенствование тех­нологии выплавки чугуна, наиболее важным и определяющим по своему техническому и экономическому значению является под­готовка сырья к плавке. Одно из основных требований к качеству железорудного сырья заключается в максимально высоком содержании в нем железа при минимальном количестве и благоприятном составе пустой породы. Важное значение имеет окускование железных руд и концентратов, осуществляемое главным образом путем агломерации (рис.13.5). Практически весь агломерат производится с добавкой флюсов. Необходимость обогащения бедных руд с увеличением выхода пылевидных фракций обусло­вливает интенсивное развитие производства так называемых окатышей. Замена агломерата на окатыши позволяет уменьшить количество выделяю­щейся пыли почти в 4 раза, а монооксида углерода – в 6 раз.

Рис. 13.5. Агломерационная машина:

1 – привод, 2 – бункер для загрузки «постели», 3 – шихтовый бункер, 4 – зажигательный горн, 5 – тележка-паллета, 6 – камера разрежения,

7 – каркас машины.

Улучшение подготовки сырья к доменной плавке (повышение степени обогащения железосодержащих руд, постоянство химического состава, физико-механических и гранулометрических харак­теристик агломерата и окатышей, использование неофлюсованных окатышей, частично восстановленного сырья) обеспечивает значи­тельный рост производительности доменных печей и снижение расхода кокса.

Классическим топливом для агломерационных процессов служит коксовая мелочь. Почти 90% её общего количества в нашей стране расходуется на производство агломерата. Благодаря работам по увеличению прочности и улучшению качества кокса выход коксовой мелочи сокращается. Перед агломерационным производством возникает проблема замены коксовой мелочи на другие виды топлива, которые не вызывали бы изменения основных показателей процесса спекания агломерата. Твердое топливо, применяемое в агломерационном производ­стве, должно отвечать определенным требованиям: содержать ми­нимальное количество золы (не выше 15%) и летучих (не более З-6%). В настоящее время в качестве заменителя коксовой мелочи при агломерации широко используется антрацит и так называемый антрацитовый штыб.

На сегодня доменный процесс остается наиболее экономичным по сравнению с другими методами получения железа. Основное направ­ление совершенствования доменного процесса связано со снижением его энергоемкости, поскольку затраты на топливо в себестоимости чугуна составляют около 40%. Главным здесь является совершенст­вование техники и технологии самого доменного процесса и про­цессов агломерирования железорудной составляющей шихты, что при­водит к значительному сокращению удельного расхода кокса при выплавке чугуна. Так, расход кокса на 1 т чугуна снизился с 935 кг в 1950 г. до 515 кг в 1978 г., что привело и к соответ­ствующему снижению выхода побочной продукции и отходов производства (доменного газа, шлака и др.).