Экологические проблемы основных производств (стр. 23 )

Основные направления технического прогресса в доменном производстве включают:

-  совершенствование конструкций и повышение мощности доменных печей;

-  улучшение подготовки железорудной шихты;

-  применение кислорода и частичная замена кокса различными углеродсодержащими веществами (газообразными, жидкими и измель­ченными твердыми);

-  повышение степени нагрева доменного дутья и повышение давления газа в рабочем пространстве печи.

Полезный средний объем доменных печей составляет около 1300 м3. Укрупнение агрегатов является эффективным направлением снижения материало - и энергоемкости металлургического производства. Так, по 10 доменным печам объемом более 2000 м3 средний расход кокса составил в 1978 г. около 480 кг/т, в то время как на остальных печах, ра­ботавших в сопоставимых условиях, – около 530 кг/т передельного чугуна.

В целях со­кращения затрат на топливо путем снижения его расхода из доменной печи, были вынесены процессы разложения известняка. В настоя­щее время эти процессы осуществляются при производстве агломерата, где используется более дешевое топливо.

Большой интерес вызывают работы по интенсификации доменного процесса и использованию различных заменителей кокса, что позволяет снизить его расход до 380-430 кг/т чугуна. Для интен­сификации доменного процесса широко используется высокотемпера­турное дутье, обогащенное кислородом в сочетании с природным газом. Все большее применение находит комбинированное дутье с использованием различных восстановительных реагентов: твер­дого, жидкого и газообразного топлива (в нашей стране в основном природный газ, за рубежом – мазут) в сочетании с обогащением дутья кислородом. Проводятся опытные работы с применением кок­сового газа и угольной пыли. В будущем реально снижение расхода кокса на современных доменных печах до 300-350 кг/т чугуна.

В черной металлургии для травления изделий применяют серную, со­ляную, азотную, фосфорную, плавиковую кислоты и их смеси. Наиболее широко распространено травление с использованием серной кислоты. Сбросные травильные растворы и кислые промывные воды, как правило, нейтрализуются известковым молоком, что приводит к образованию боль­шого количества не утилизируемых шламов и затрудняет повторное ис­пользование воды вследствие растворения в ней сульфата кальция. Использование в качестве травильных растворов соляной кислоты позволяет сделать процесс практически безотходным. Так, образующийся при травлении раствор хлорида железа подвергают пирогидролизу по реакции:

2FeCl3 + 3H2O Fe2O3 + 6HCl.

Оксид железа отделяют от газовой фазы и используют в качестве готового продукта, а пары соляной кислоты конденсируют и возвращают в голову процесса. Описанная технология используется на Новолипецком ме­таллургическом комбинате.

13.3. Использование отходов чёрной металлургии

К основным отходам доменного производства, кроме шлака, от­носятся колошниковая пыль, скрап и доменный газ.

Колошниковая пыль – это преимущественно железорудная пыль (35-50% железа), выносимая че­рез колошник доменной печи под воздействием дутья.

Вынос колошниковой пыли колеблется в зависимости от условий работы печи в пределах 20-120 кг/т чугуна. Системой очистки доменного газа улавливается до 95% колошниковой пыли, которая направляется на агломерацию.

Доменный скрап представляет собой по составу чугун, остав­шийся в желобах, ковшах, а также мелкие частицы его, теряемые при разливке.

Количество доменного скрапа составляет 1,5-3,5% от массы жидкого чугуна. Среднее содержание железа в скрапе – 85%.

Доменный шлак – сплав алюмосиликатов содержит небольшое ко­личество железа в виде корольков и не полностью восстановленных оксидов и повторно в металлургии не используется. Он является первоклассным сырьем для строительной индустрии.

Создание безотходного металлургического производства невоз­можно без максимального использования вторичных энергетических ресурсов. В доменном производстве это тепло отходящих газов, шлака, систем охлаждения, кинетическая энергия отходящих газов.

К отходам сталеплавильного производства относятся, в первую очередь, стальной скрап, литники, недоливки, брак и шлак, получаемые при разливе стали. Все виды отходов, кроме шлака, имеют высокий процент железа и используются в доменном производстве. Сталеплавильные шлаки име­ют более высокое содержание железа (до 27% по оксиду), чем до­менные, но из-за трудностей его извлечения в металлургии не используются. Их применение для производства строительных ма­териалов затруднено из-за непостоянства состава и свойств.

Значительное количество различных отходов образуется в про­катном производстве: металлоотходы, тепло отходящих газов и испарительного охлаждения, окалина, сварочный шлак и др. Свароч­ный шлак (окисленный во время нагрева металл) из-за его засоренности повторно используется лишь частично в доменной шихте. Окалина идет на агломерацию или в доменные печи.

Металлургические шлаки являются вторым продуктом металлургического производства, как по ценности, так и по объему выпуска. Важность их для народ­ного хозяйства связана не только с ценными физико-химическими свойствами, но и с огромными масштабами производства, сравни­мыми с потребностью в строительных материалах. Существенное значение имеет и благоприятная география размещения металлургических заводов, которые, как правило, являются основой разви­тия экономического района и центрами концентрации строительных мощностей. Основное количество шлаков (до 60%) производится в южных районах Европейской части страны, затем следуют Урал (27%), центр Европейской части (7%) и Сибирь (5%).

На настоящем этапе основной задачей в области использования металлургических шлаков является полная их переработка и в результате этого организация безотвальной работы металлургического предприятия. Наиболее широко при этом используется грануляция, как наиболее простой, дешевый, универсальный и производительный способ переработки шлаков.

В 1978 г. в нашей стране по переработке доменных шлаков работало 68 установок, в том числе по производству гранулированного шлака – 46, по производству шлаковой пемзы – 5, по производству шлакового литого щебня – 5, по производству шлаковой ваты из расплава – 6. На металлургических заводах большинство этих установок подчинено доменным цехам.

Состояние шлакопереработки существенно отличается на различ­ных металлургических заводах. Так, например, на заводе "Азовсталь" в г. Мариуполь перерабатывались все шлаки текущего выхода и ин­тенсивно разрабатывались шлаковые отвалы. С учётом отвальных шлаков уровень шлакопереработки составляет 123,5% к объему шлаков текущего выхода. Из общего количества перерабатываемых шлаков 2,5 млн. т в год 32% выпускалось в виде гранулированного шлака, 37% в виде шлаковой пемзы, 28% в виде шлакового щебня и 3% в виде шлаковаты. Полностью использовались шлаки на Новолипецком, Таганрогском и Краматорском заводах, на заводе им. Пет­ровского и ряде других. В настоящее время нет ни одного домен­ного цеха без установки по переработке шлаков.

Графитсодержащие отходы металлургического производства включают три основных компонента: чугунный скрап, графитовую пыль (спель) и шлак. Все они в настоящее время находят применение, как в черной металлургии, так и в других отраслях народного хозяйства.

Основным условием образования и выделения графитсодержащих отходов является понижение температуры жидкого чугуна и, как следствие, растворимости углерода в нем. Чешуйки графита при всплывании в жидком чугуне захватывают с собой частицы металла и шлака, образуя графитовую спель. При интенсивной работе домен­ных печей в настоящее время существенно возросло содержание уг­лерода в чугуне (за счет роста температуры выпуска чугуна) и, соответственно, выделение его в виде графитовых отходов. Содер­жание углерода в передельных чугунах составляет в среднем 4,1%, в литейных 3,5%, в ферросилиции 1,5-2,0%. Графитсодержащие отходы образуются на всех стадиях цикла прохождения жидкого чу­гуна по мере его охлаждения, располагаясь над его зеркалом в чугуновозном ковше.

В целом, на металлургических заводах образуется ежегодно более 3 млн. т графитсодержащих отходов, включающих около 800 тыс. т чугунного скрапа и почти 200 тыс. т графита.

Графитовая спель, содержащая в среднем 60% углерода, до 15% кремния и другие элементы, представляет собой ценное комплексное сырье, в первую очередь, для производства графита. Мариупольский графитовый завод специализируется на производстве коллоидных графитовых препаратов из графитсодержащих отходов металлургического производства, а также аккуму­ляторного графита и графитовых смазок. При этом графитовая про­дукция получается более высокого качества и по более простой технологии, чем из природных графитовых руд. Шлаковая состав­ляющая графитсодержащих отходов находит применение в дорожном и строительном производстве.

В числе отходов в черной металлургии видное место занимает металлургический оксид железа, который стал находить применение лишь в самое последнее время. Металлургический оксид железа является ценным и дефицитным сырьем для производства ферритов и постоянных магнитов, синтетических железно-окисных пигментов, железного порошка для литейного производства и др. Основным промышленным способом получения оксида железа является термическое разложение железного купороса.

Перспективной сырьевой базой для развития побочных произ­водств на заводах черной металлургии является технологический унос (возгоны) доменных и мартеновских печей. Так, тонкий и сред­ний унос, формирующийся главным образом в зоне основных реакций, часто является богатым полиме­таллическим, графитовым или другим концентратом (тонкий унос доменных печей содержит до 10% Zn и Pb); унос мартеновских печей и конвертеров представляет собой практически чистый оксид железа – сурик.

13.4. Использование вторичных топливно-энергетических ресурсов в черной металлургии

Степень полезного использования топлива в отрасли составляет 30-33%. Остальное количество, измеряемое сотнями тысяч тонн условного топлива в год, безвозвратно теряется в ви­де различиях тепловых отходов. Так, средний энергетический КПД мартеновских печей составляет всего 30-38%, нагревательных пе­чей – 28-32% и т. д. Высокий расход тепла в черной металлургии обусловливает высокие затраты на топливо и энергетические нужды, составляющие более 30% общих затрат на производство металлургической продукции. При современном уровне развития техники степень воз­можного использования внутренних (вторичных) энергетических ре­сурсов (горючие газы и физическое тепло) на металлургических заводах может быть доведена до 80%.