Лекція 5. Характеристика впливу на довкілля металургійного комплексу

 

Металургія – це тісно пов’язані між собою галузі науки і промисловості, що здійснюють первинне отриманням металів із руд та інших видів сировини, що містить метали, у вільному металевому стані або у вигляді хімічної сполуки. На практиці це вирішується за допомогою спеціальних технологічних операцій і прийомів, що забезпечують відокремлення компонентів порожньої породи від цінних складових сировини. Ці операції називаються металургійними процесами.

Виробництво чавуну. Чавун – високовуглецевий нековкий сплав заліза з вуглецем (вміст вуглецю складає 3…4,5 %), містить домішки марганцю (до 3 %), кремнію (до 4,5 %), сірки (не більше 0,12 %), фосфору (до 2,5 %). Має добрі ливарні якості, здатність до затвердіння. Чавун – найважливіший первинний продукт чорної металургії, використовується:

- для переробки при виробництві сталі;

- як компонент шихти при вторинній плавці в чавунно-ливар­ному виробництві.

Чавун вторинної плавки – один з основних конструкційних матеріалів, використовується як ливарний сплав. Широкому використанню чавуну в машинобудуванні сприяють його міцність та добрі ливарні якості. В сучасному машинобудуванні на долю чавунних деталей припадає близько 75 % від загальної маси заготовок. Крім чавуну в доменній печі виплавляють феросплави, феромарганець доменний, що містить 70…75 % марганцю і до 2 % кремнію, його використовують для розкислення сталі.

За хімічним складом чавун поділяють на легований і нелегований. Легований чавун отримують при спеціальному внесенні легуючих компонентів. При використанні для виплавки чавуну залізних руд, які містять Cr, Ni, Ті A1, Ті, W, V, Мо та інші легуючі елементи, отримують так звані природнолеговані чавуни. Леговані чавуни класифікують відповідно до вмісту основних легуючих елементів – хромисті, нікелеві, алюмінієві тощо; за ступенем легування: низьколеговані (сумарна кількість легуючих елементів < 2,5 %), середньолеговані (2,5…10 %), високо-леговані (> 10 %). Леговані чавуни мають кращі міцність та експлуатаційні характеристики.

До основних процесів у металургії відносять одержання чавуну в доменній печі та переробка чавуну на сталь.

Металургійний цикл (шлях від залізної руди до готового металу) одержання чавуну можна описатизагальною схемою:

 

Підготовка руди – Завантаження печі – Доменний процес – Чавун

\

Підготовка руди має велике значення (чим ретельніше підготувати руду до доменної плавки, тим вища продуктивність печі, нижчі витрати палива та вища якість чавуну, що виплавляється), представляє собою підготовку шихти (сирі матеріали доменної плавки, які беруть в певних масових відношеннях) та включає такі процеси:сортування руди за величиною шматків, хімічним складом, фізичними та мінераль­ними характеристиками;збагачення руди з метою отримання концентрату із підвищеним вмістом металу; грудкування концентратів тадрібних руд – проводиться після збагачення шляхом брикетування, агло-мерацією або отриманням окатишів (круглих шматків).

Завантаження доменної печі коксом, рудою, флюсом здійснюється окремими порціями – колошами.

Умовно доменний процес можна поділити на етапи:

–  горіння вуглецю палива з утворенням тепла;

–  розкладення компонентів шихти;

–  відновлення оксидів;

–  навуглецьовування заліза;

–  шлакоутворення.

Ці етапи процесу відбуваються в печі одночасно, але з різною інтенсивністю та на різних рівнях печі. В ній безперервно рухаються: згори донизу – потік шихти, знизу догори – потік газів, які утворюються при згорянні палива та реакціях із складовими шихти.

Суть доменної плавки полягає у відновленні заліза з оксидів у руді, навуглецюванні заліза та окислюванні пустої породи і золи палива.

Кінцевими продуктами доменної плавки є чавун, шлак, що ви­пускається з печі у вогненно-рідкому стані, та доменний газ. Чавун – основний продукт виробництва, а шлак і доменний газ – побічні.

Доменний шлак утворюється в доменній печі з флюсів, золи коксу, пустої породи руди та агломерату. Його кількість визначається вмістом у шихті заліза. Чим біднішою є шихта на вміст заліза, тим більший вихід шлаку з печі. При виплавлені переробного та ливарного чавунів вихід шлаку складає від 0,3 т до 0,6 т на 1 т чавуну. З гранульованого шлаку виготовляють шлакобетон, шлакову цеглу, при гранулюванні парою – шлакову вату для теплоізоляції. Але це часткове використання. Більша частина шлаків перетворюється на тверді відходи.

Доменний газ (колошниковий) – газ, що виходить з печі через її верхню частину – колошник. Він містить: CO (від 25 % до 34 %), Н2 (від 1 % до 3 %), решта припадає на СН4, CO2, азот. Після очистки від пилу використовується як паливо для підігріву насадок повітронагрівачів, сталевих зливків, коксових батарей, для опалення котлів тощо. Теплота згоряння газу складає від 3 500 до 4 000 кДж/м3.

Характеристика впливу на довкілля. Чавуноплавильні агрегати є одним з основних джерел забруднення атмосфери. В ливарному вироб­ництві повітря забруднюється, головним чином, пилом, окисом вуглецю та сірчаним ангідридом. Джерелами інтенсивного пилоутворення є обладнання: решітки, барабани, дробарки, сита.

При утворенні коксу побічним продуктом є коксовий газ, який пот­рібно попередньо очистити. Для кращого горіння палива у доменну піч подається додаткове повітря, яке також потребує очищення від шкідливих речовин перед випуском через нижню частину повітронагрівача в димар.

Джерелом надходження пилу в навколишнє середовище є вен­тиляційні гази підбункерних приміщень доменних цехів. Ці гази містять 2–5 г/м3 пилу, для очистки від якого використовують електрофільтри; вони знижують вміст пилу в газах, що викидаються, до 60–80 мг/м3. Викиди ливарного двору, які містять пил та гази, також очищуються в електрофільтрах з ефективністю пилоуловлювання 93–95 %.

Джерелами утворення стічних вод від доменного виробництва є такі операції: очистка доменного газу, гідравлічне збирання осадженого пилу та просипи в підбункерному приміщенні, грануляція доменного шлаку та розливка чавуну. Доменне виробництво скидає 17,5 % від загальної кількості стічних вод металургійного виробництва. При очистці 1000 м3 газу утворюється 4–6 м3 стічних вод, які містять пил (часточки руди, коксу, вапняку, агломерату), хімічні сполуки (сульфати, хлориди), розчинені гази. Забруднені стічні води утворюються: на розливних машинах чавуну у кількості 350 м3/т, грануляції доменного шлаку – 2 м3/т рідкого чавуну, гідроприбиранні пилу в підбункерному приміщенні – 300–360 м3/т чавуну. Для охолодження доменної печі потрібно до  4000 м3/год. води.

Доменне виробництво утворює 1 % брухту та відходів від усього металургійного виробництва. Джерелами утворення брухту та відходів головної переробки доменного виробництва є випуск та розливка ча­вуну по каналах та в чавуновізних ковшах (залишки, брак).

Шлак – забруднювач поверхневого шару літосфери – ґрунту. Обсяги промислових твердих відходів:

- чорний метал – до 87500 т/рік;

- шлак, окалина, зола – 40000 т/рік;

- шлами, флюси – 600 т/рік.

Виробництва сталі. Сталь – це сплав заліза з вуглецем та іншими хімічними елементами. В цьому сплаві залізо є основою (розчинником), а інші елементи – домішками, розчиненими в залізі. Сталь є основним конструкційним матеріалом для машинобудування, промислового будівництва, транспортних засобів тощо. Швидкий розвиток промисловості і сільського господарства був би неможливий без задоволення потреб в сучасній машинній техніці і металевих матеріалах.

За складом розрізняють сталі: вуглецеві, хромові, хромонікелеві, марганцеві тощо. Одержання сталі з чавуну зводиться до окислення домішок чавуну до потрібних меж чистим киснем або киснем повітря чи руди. Цього досягають двома способами: конверторним та мартенівським.

Очистка газів при виробництві сталі. В нашій країні най­більше розповсюдження отримали дві схеми очистки мартенівського газу: суха в електрофільтрах та мокра. Запиленість очищених за цими схемами газів не перевищує 100 мг/м3. Сухі пластинчасті електрофільтри встановлюють після котла-утилізатора. Для запобігання вибуху оксид вуглецю, що міститься в газі, допалюється в спеціальній камері, що знаходиться перед котлом-утилізатором. При очистці газу, що відходить від сталеплавильного агрегату, використовується також суха та мокра схеми очистки. Після допалювання оксиду вуглецю газ охолоджується (до 200 °С) в скрубері, за яким встановлено електрофільтр типу УГ. При такій схемі очистки, якщо запиленість газу перед скрубером становила до 7 г/м3, то перед електрофільтром вона вже зменшувалася до 3 г/м3, а за ним – до 0,1 г/м3.

При мокрій очистці газу, що відходить від сталеплавильного агрегату, в скруберах Вентурі його спочатку охолоджують до температури 700–800 °С шляхом вприскування води, потім направляють в котел-утилізатор. Охолоджені до 200–250 °С гази потрапляють далі в скрубери Вентурі, після них – в краплеуловлювачі, а звідти за допомогою димососів – в димар. Ефективність уловлювання пилу досягає 99 %.

Захист природних водоймищ від забруднення стічними водами сталеплавильного виробництва. Для очистки стічних вод сталеплавильного виробництва використовується механічний метод: відстоювання (освітлення) в радіальних відстійниках. Для інтенсифікації освіт­лення стічних вод у відстійниках використовують реагентну та магнітну коагуляцію. Використання як коагулянту поліакриламіду з розрахунку 1 мг на 1 л або магнітного поля призводить до збільшення питомого гідрав-лічного навантаження на радіальний відстійник до 1,5 м3/год·м2 і більше.