Технология и экологическая безопасность мартеновского производства

Сгущение - процесс повышения  концентрации твердой фазы в сгущаемом продукте (шлам, пульпа), протекающий под действием гравитационных и (или) центробежных сил. При сгущении шламов стремятся получить не только осадок достаточной плотности, но и возможно более чистый слив, что позволяет использовать последний в оборотном цикле и исключить потери твердого продукта. Поскольку количество воды в сгущаемом продукте составляет 30-60%, то использовать такой обводненный материал в качестве добавки к аглошихте или окомковывать его с целью получения окатышей практически невозможно. Поэтому сгущенный продукт необходимо профильтровать для того, чтобы содержание влаги в нем снизить до 8-10%. При фильтровании шламов происходит процесс разделения жидкого и твердого под действием разрежения или давления, сопровождающийся удалением влаги через пористую перегородку (обычно фильтровую ткань и частично осадок). На фильтрование обычно подают шламы, частицы которых имеют размер<1 мм, так как обезвоживать такие дисперсные системы другими методами нецелесообразно из-за малой скорости удаления влаги и, как следствие, значительной влажности получаемого осадка. Процесс фильтрования зависит от многих факторов, основные из которых следующие: содержание твердого в шламе, крупность твердой фазы, разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки и др.

Металлургическая ценность шлака состоит в том, что наличие  в печи жидкого текучего шлака  необходимо, прежде всего, для выведения из печи составляющих пустой породы железных руд, вносимых агломератом и окатышами. Основу пустой породы большинства руд так же, как и основу золы кокса, составляют SiO2 и А12О3, температура плавления которых (соответственно 1710 и 2050°С) выше температур в доменной печи, в связи, с чем они в печи расплавиться не могут. Поскольку мартеновская печь не приспособлена для удаления твердых продуктов плавки, необходимо перевести оксиды SiO2 и А12О3 в жидкую фазу, что достигается добавкой в шихту агломерации флюса - известняка, вносящего оксид СаО, который, взаимодействуя с SiO2 и А120з, образует легкоплавкие химические соединения. Последние при температурах мартеновского процесса расплавляются, переводя, пустую породу и золу кокса в жидкую фазу - шлак, который периодически выпускают через летки, освобождая печь от непрерывно поступающих сверху невосстанавливаемых оксидов. Другой важной функцией шлака является десульфурация: в шлак из чугуна удаляется сера.

Конечный шлак на 85-95% состоит из SiO2, А12О3 и СаО и содержит, %: 38-42 SiO2, 38-48 СаО, 6-20 А12О3, 2-12 Мg0, 0,2-0,6 FеО, 0,1-2 МnО и 0,6-2,5 серы (в основном в виде Са). Температура шлака несколько выше температуры чугуна и составляет 1400-1560°С.

Количество шлака на 1 т выплавляемого чугуна (выход  шлака) колеблется в пределах от 330-400 кг до 600-900 кг. Это количество, как и состав шлака, оказывает большое влияние на ход плавки и конечные показатели процесса. В условиях Макеевского металлургического завода этот показатель равен 468-550 кг шлака на тонну чугуна.

А ценность шламов состоит  в том, что шламы, после своего основного назначения еще могут быть утилизированы и принести дополнительную выгоду предприятию. Отделение подготовки к утилизации железосодержащих шламов работает последующей схеме: шламы из радиальных отстойников после сгущения до 600 г/л поступают в вакуум-фильтры, а после них (с влажностью 36%) в сушильные барабаны; затем шламы с влажностью 10% подаются на аглофабрику. Известно, однако, что использование шламов в качестве компонента аглошихты осложняется нестабильностью их химического и гранулометрического состава, что требует разработки технологии рекуперации этих материалов в каждом конкретном случае. Использование в аглошихте таких тонкодисперсных материалов, как шламы сталеплавильного производства, приводит к ухудшению газопроницаемости спекаемого слоя и вследствие этого к снижению производительности агломашины. Кроме того, увеличивается вынос весьма мелких частиц (размером <10 мкм), которых в шламах содержится до 30-40%, что значительно снижает эффективность работы газоочистных установок.

Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке предельного чугуна и работе с повышенным давлением в печи пыль содержит, %:

 

SiO2 – 14.6; MgO – 4.35; Al2O3 – 4.35;

CaO – 11.85; S – 0.74; MnO – 3.75, остальные – оксиды железа.

 

Дисперсный состав пыли также зависит  от многих факторов и может колебаться в широких пределах: Размер частицы, мкм 200 200-100 100-60 60-20 20-10 10-1. Массовая доля, %: 34.5 12.3 19.0 25 7.5 1.7

На литейном дворе пыль и газы выделяются в основном от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400-700 г пыли, 0.7-1.15 кг СО, 120-170 г SO2. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. Пыль и газы удаляются частично через фонари литейного двора (около 160 г пыли на 1 т чугуна), частично с помощью аспирационных систем с очисткой пыли перед выбросом в атмосферу преимущественно в групповых циклонах.

На сегодняшний день по заводу выделено 52 вида различных отходов. Сейчас проблема утилизации отходов очень актуальна.

В частности, шлак цветного литья отправляется на предприятия цветной металлургии, т.к. в нем содержится большое  количество цветных металлов; вся колошниковая пыль направляется на цементные заводы; окалина прокатного производства отправляется на аглофабрики, мартеновский шлак используется при строительстве дорог.

В настоящее время на Макеевском металлургическом заводе приходится около 10% общегородских выбросов в атмосферу. Существуют несколько направлений снижения вредного воздействия предприятия на окружающую среду:

Вывод из эксплуатации действующих  технологических агрегатов;

Строительство пылигазоочисных сооружений на эксплуатируемых агрегатах;

Реконструкция агрегатов с внедрением новейших технологий и образования, снижающих выбросы.

Структура выбросов завода показывает, что вредными основными  веществами является пыль и оксиды азота. Если рассматривать выбросы  по видам производства, то на мартеновское приходится более 40%.

Наиболее приемлемым направлением работы по снижению выбросов является реконструкция агрегатов с внедрением новейших технологий.

 Расположение завода в центре  густонаселенного города ставит  еще одну важную проблему –  складирование отходов производства: шлаки, шламы, пылевидные отходы  и т.д. Большее внимание уделено  утилизации железосодержащих отходов: калашниковая пыль, шламы доменного производства, пыль сухих газоотчисток ЭСПУ, первичная и вторичная окалине цехов.

Переработка отходов производства связана с капитальными вложениями, поэтому инструментом ее управления должны стать не контроль, а наказание, а меры рыночного экономического стимулировано ресурсосберегающих производств и получения экологически чистых продукций.

 

2. Специальная часть

 

2.1 Технология улавливания и обеспыливание отходящих мартеновских газов

 

В мартеновских цехах  производится более 50 % всей выпускаемой  стали.

Количество, состав и  параметры дымовых газов. В мартеновской печи дымовые газы образуются в результате сгорания топлива, нагрева и разложения сыпучих материалов и окисления углерода шихты (углекислый газ и оксид углерода).

Как показывают промышленные исследования, на современных мартеновских печах количество продуктов сгорания перед газоочисткой из-за присосов по газовому тракту оказывается в 1,8—2,0 раза больше количества газов, образующихся в печи. Для печей, работающих с подачей мазута (20—50 % по теплу), количество продуктов сгорания увеличивается на 5%. Вследствие увеличения присосов к концу кампании объем уходящих газов увеличивается на 10—15%.

Температура газов после  регенераторов —в среднем 600— 700 °С, в период заливки чугуна на короткое время она повышается до 700—800 °С.

Средний состав уходящих продуктов сгорания печей, работающих на дутье, обогащенном кислородом, % (объемные):

10,5—15,1 СО2: 16—16,5 Н20; 62,3—66,1 N2; 6,5—7,1 О2; следы S02.

Уходящие газы мартеновских печей содержат большое количество пыли, выделение которой по ходу плавки (рис. 1 а) неравномерно. Максимальное пылевыделение наблюдается в период плавления при продувке ванны кислородом.

В начальный период плавки пыль крупная, она состоит из частиц руды, известняка и некоторых других компонентов. Пылеобразование связано  с растрескиванием шихты при  нагреве, а также с угаром оплавляемого металла.

 

Рис. 1 (а, б). Изменение запыленности газов мартеновской печи:

 

В период плавления при  продувке ванны кислородом выделяется большое количество мелкодисперсной  пыли (размер частиц <1 мкм). Большинство  исследователей считают, что основной причиной образования пыли (бурого дыма) является испарение металла в зонах высокой температуры с последующим окислением и конденсацией в атмосфере печи. С увеличением удельного расхода (интенсивности продувки) кислорода количество выделяющейся пыли резко увеличивается (рис. 1, б).

Интенсивность пылевыделения  существенно снижается с рассредоточением подачи кислорода. Оптимальными считают  шестисопловые фурмы с наклоном сопел 20—30° по отношению к горизонту.

Для снижения температуры  в зоне продувки в струю кислорода иногда добавляют топливо (природный газ или мазут), сыпучие материалы (железорудный концентрат или известь) или просто воду. При этом, выбросы пыли заметно сокращаются (на 20 - 30 %).

Основную часть пыли составляют оксиды железа, количество которых достигает 65—92%. Примерный состав мартеновской пыли перед газоочисткой при работе печи с продувкой кислородом, %:

 

92,7 Fe2O3; 0,9 А12О3; 1,65 СаО; 0,9 MgO; 1,1 МnО; 0,8 SiO2.

 

Дисперсный состав пыли во многом зависит от интенсивности  продувки ванны и для средних условий может быть выражен следующими цифрами:

Размер частиц, мкм <1 1—5 >5

Содержание, % 60 34 6

Обработка этих данных показывает, что dm = 0,8 мкм; qч = 3,1.

Пыль, уносимая из печи, в  значительной степени оседает по газовому тракту: 50—60 % в шлаковике, 15—20 % регенераторах, 10—15 % в котле-утилизаторе. Таким образом, запыленность газа после котла-утилизатора (перед газоочисткой) составляет 10—15% содержания пыли в газах, выходящих из печи.

Удельное электрическое  сопротивление пыли составляет 107—1010 Ом*см2. В уходящих газах мартеновских печей, кроме пыли, содержатся вредные газообразные компоненты: 30—50 мг/м3 оксидов серы и 200—400 мг/м3 оксидов азота.

Из отходящих газов  мартеновских печей газообразные компоненты в настоящее время не улавливаются.

Практически за всеми  крупными мартеновскими печами установлены  котлы - утилизаторы, в которых за счет выработки водяного пара температура отходящих газов снижается с 600— 700 до 220—250 °С. Котлы-утилизаторы мартеновских печей типизированы и изготовляются в серийном порядке котлостроительными заводами.

Для очистки отходящих  газов мартеновских печей применяют в основном установки двух типов: сухой очистки в электрофильтрах и мокрой очистки в скрубберах Вентури (рис.2 а, б). Эффективность обоих аппаратов приблизительно одинакова: и в том, и в другом случае можно снизить концентрацию пыли в отходящих газах до 100 мг/м3, что соответствует санитарным требованиям.

Наиболее подходят для очистки мартеновских газов электрофильтры типа ЭГА, обеспечивающие при скорости газов 1 —

 

Рис. 2, Применяемые схемы охлаждения и очистки газов мартеновских печей:

а — мокрая очистка в скрубберах Вентури.; б — сухая очистка в электрофильтрах.

1 — мартеновская печь; 2 — котел-утилизатор; 3 — трубы Вентури;

4 — каплеуловитель; 5 - дымосос; 6 — дымовая труба; 7 — сухой электрофильтр.

 

Таким образом, в современных  условиях для очистки отходящих  газов мартеновских печей следует  рекомендовать электрофильтры типа ЭГА. Только в тех случаях, когда  электрофильтр из-за отсутствия места установить невозможно, следует применять скрубберы Вентури, из которых наиболее подходящими являются трубы Вентури с регулируемым сечением прямоугольной горловины, снабженные каплеуловителями с завихрителем.

 

2.2 Аппараты и схемы  очистки газов

 

Очистные сооружения мартеновского цеха.

В цехе установлены мартеновские печи емкостью по 250 и 500 т. с основной футеровкой. Печи однованновые, отапливаются смесью природного и коксового газа с добавлением мазута. Особенностью печей является наличие реформаторов, в которых часть природного газа и весь мазут подвергаются разложению с целью получения сажистого углерода, обеспечивающего высокую светимость факела.

Основные размеры:

• площадь пода на уровне порогов завалочных окон 52 м2;

• глубина ванны 1 м;

• высота свода под уровнем порогов завалочных окон 2,9 м;

• центральный угол свода 86°;

• полезный объем шлаковиков 63 м3;

• объем воздушной насадки регенератора 190 м;

• высота дымовой трубы 75-80 м.