чермет
реклама
Черная металлургия Традиционная схема • Руда агломерация • ферросплавный доменный процесс чугун литейный передельный мартен электропечь конвектор сталь сталь Прокатный цех горячий листовой холодный фасонный Черные металлы Железо • +примеси S, N, P, Si, и др. • +специальные добавки По содержанию углерода: • - чугуны (более 2,14%) • - стали (менее 2,14%) Чугуны: - Белые (передельные) - Серые (литейные) - модифицированные Руды По содержанию железа: - Бедные до 30% - Средние 30-50% - Богатые (св. 50%) По форме содержания железа: - Магнетитовые (магнитный железняк) - Гематитовые (красный железняк) - Бурый железняк - Сидерит (шпатовый железняк) 1. Предварительная стадия 1.1. обогащение руды • - размол • - пульпа • - отсадка • - магнитная сепарация • (пыль, шум, ЭМП) 1.2. КОКСОВАНИЕ • при высокой температуре 9001100 ° • без доступа воздуха • Несколько десятков печей (обычно 6070) компонуют в единую систему коксовую батарею, обслуживаемую общим комплектом твердые и жидкие горючие ископаемые 3 мм разложение летучие вещества •Твердый остаток – •кокс • • • • • • • • • • В зависимости от ширины камеры, влажности шихты и ее насыпной массы, а также т-ры в простенках (обычно 1300-1370 °С) нагревание шихты длится 14-18 ч. Для обогрева печей используют доменный, коксовый, генераторный и др. газы или их смеси. Для его подогрева в спец. регенераторах, крые расположены под коксовой батереей и служат как бы ее основанием, используют теплоту продуктов сгорания газа. Кокс формуется в виде монолита (коксового "пирога"), затем растрескивается на куски разной величины. К концу процесса т-ры во всех слоях практически выравниваются. После завершения коксование дверь камеры открывается с помощью спец. механизмов и раскаленный "пирог" подается коксовыталкивателем в тушильный вагон, перемещающийся по рельсам вдоль коксовой батареи. Кокс тушится в этом вагоне мокрым способом - обильно орошается водой 2 мин. Охлажденный кокс выгружается равномерным слоем на наклонную коксовую площадку (рампу), на грохотах с квадратными отверстиями разделяется по классам крупности (>40, 4025, 25-10, <10мм) и направляется потребителям 1 т угольной шихты 650-750 кг кокса 340-350 м3 коксового газа 10-12 кг сырого бензола 30-40 кг смолы 2,5-3,4 кг NH3 Коксохимия, объемы выбросов загрязняющих веществ • Характерны значительные выбросы загрязняющих веществ. Из загрязнителей не отраженных в таблице, велики выбросы водорода, сероуглерода, аммиака, кислот, фенолов, углеводородов, бензола и цианидов. По данным видам загрязнителей коксохимия дает более половины выбросов всей совокупности металлургических производств. сухой способ тушения • Из форкамеры спец. установки кокс постепенно перемещается в камеру тушения, где с помощью N2 или др. инертных газов охлаждается до 200-220 °С. • Газ движется снизу вверх навстречу кускам кокса и, охлаждая его, нагревается до 800900 °С и направляется в котельную установку, где отдает теплоту для образования водяного пара. • Охлажденный газ нагнетателем возвращается на тушение раскаленного кокса. ИСТОЧНИКИ ВЫБРОСОВ: - ОТОПИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА - СИСТЕМА ЗАГРУЗКИ ИСТОЧНИКИ СТОКОВ: - БАШНЯ ТУШЕНИЯ СУХОЕ ТУШЕНИЕ: 1. ОБЪЕМ ВЫБРОСОВ СОКРАЩАЕТСЯ 2. ПАР 3. ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ 4. РАСХОД ВОДЫ 5. УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА КОКСА МОКРОЕ ТУШЕНИЕ : H2S NH3 C6H5OH СМОЛЫ 3,4 БЕНЗ(А)ПИРЕН СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЕ ½ ТЕПЛА УХОДИТ В АТМОСФЕРУ ФЕНОЛЬНЫЕ СТОКИ • • • • • • ДО 2 Г/Л ФЕНОЛА РОДОНИДЫ ЦИАНИДЫ NH3 СМОЛЫ МАСЛА 1.3. Флюсы ОАО «Угловский известковый комбинат», основанный в 1879 году Производство флюсов Докучаевский ФДК Объем производства – 7,8 млн т. (30,5%) Объемы выбросов: Пыль – 2,5 тыс. т. Окись углерода (CO) – 1,1 тыс. т. Окислы азота – 0,5 тыс. т. Производство огнеупоров Красногоровский ОЗ Объем производства – 100 тыс. т. (11%) Объемы выбросов: Пыль – 1,1 тыс. т. Сернистый газ (SO2) – 0,2 тыс. т. Окись углерода (CO) – 0,6 тыс. т. Окислы азота (NOx) – 0,1 тыс. т. 2. АГЛОМЕРАЦИЯ 2.1. ДРОБЛЕНИЕ ШИХТЫ: 1/3 ПЫЛИ ВСЕГО ЗАВОДА 3-20 КГ ПЫЛИ / 1 Т АГЛОМЕРАТА: Fe, Fe2O3, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, MnO, P2O5, S, C, As 2.2. спекание шихты • • • • • • • Агломерационные газы: 1. токсичность AsO, ZnO 2 CO - около половины 3. SO2 – 50-60% от завода 12 кг/1 т агломерата свыше 25% оксидов азота 25-30% пыли 3. Доменный процесс – три процесса: 3.1. окисление углерода кокса • С+O2=CO2 • С+СO2=2CO В конце процесса температура падает до 400-500 гр 2 СО=СО2+С (сажа) 3.2 восстановление Fe Fe2O3+CO=Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 3.3. флюсы убирают примеси Флюсы способствуют спеканию пустой породы и золы топлива Пустая порода от железной руды содержит много кремнезема (SiO2) A флюсы СаСО3 (известняк, доломит) способствуют отшлаковыванию S и F III потока загрязнения III.1. шлак 95% общей массы образовавшихся отходов: - 36-38% SiO2 - 34-35% СаО - 15-16% Al2O3 - 11-12% MgO - По 0,5 – S, Fe, MnO На 1 т чугуна: ЗСМК – 460-480 кг Мир – 270 Минимум - 180 III.2. выбросы: III.2. 1. Колошниковый газ: 15% - SO2, от всего завода 25-30% – CO 10% - NO H2S, 1-2% H, CH4 III.2. 2. Колошниковая пыль (30% всей пыли) 50 (агломерат) – 150 (сырая руда)/1т чугуна • • • • Пыль шихтоподачи Пыль литейного двора 50% улавливается 15% расходов по переделу • На участке от летки до скиммера 50-70% пыли – возгоны • - металл с воздухом • - желоба канцерогенной пековой связки «Лисьи хвосты» Г. Липецк Желобная масса содержит: 64-69% углерода 34-39% SiO2 21-23% Al2O3 3-3,2% Fe2O3 Замена кокса В результате приход стронция в доменную печь достигает 400 г/т • Из них: • 300 г/т переходит в шлак • 15 г/т улавливается с колошниковыми газами • 15 г/т в виде шлама • 8 г/т в виде колошниковой пыли Неясно, что происходит с 85 г/т чугуна • (для Северстали это 30-40 г/т), но везде разбаланс – соответствует количеству стронция в печь с органической частью кокса Что происходит в печи? • T=1300-1800 гр – образуется оксид и сульфид 1:2 и переходит в шлак • T=1800-2200 гр – Sr переходит в газовую фазу в виде паров металлического Sr ПРИЧЕМ: Sr кокса переходит в газовую фазу в виде паров металла затем окисляется до SrO, но их слишком мало для самостоятельной конденсации, поэтому он НАЛИПАЕТ на пыль колошниковых газов Из железной руды И минеральной части кокса Из органической части кокса До SrO при темп 1500-1700 грС Sr газ Ось воздушных форм SrO | SrS =1/2 Ось чугунной летки чугун Мышьяк – из всех шихтовых материалов • • • • 1. 2. 3. 4. Его химический аналог – фосфор, след. он должен полностью переходить в чугун, но - в него переходит 50-98% входящего В шлак – 0-15% - только в окисленном состоянии As2O3 As2O5 В газовую фазу – 0-42% при t=1800 и более в виде : возгонов As As2 Гидрида AsН нитрита AsN – в восстановителей или слабоокислительных условиях Оксида As2O3 As2O5 – сильноокислительных условиях Сульфида AsS – при определенных условиях III. 3 стоки – 2-6 тыс. куб. м/час 4. Выплавка стали 4.1.мартен 1. скрап-процесс – металлолом + 30% чугунные чушки 2. скрап-рудный процесс – 2/3 жидкий чугун, 1015% скрап, остальное железная руда 3. Рудный – только чугун • 4-12 часов • До 700 тонн в 1 плавку • Регенераторы сжигают мазут Схема производства на предприятиях черной металлургии Шихта – чугун+ скрап+флюсы для удаления серы и фосфора 1. Поверхность окисляется печными газами – образование закиси железа FeO - окалины 2. Растворяется в металле и опускается вниз 3. Она окисляет примеси, превращая их в шлак: FeO+Mn= Fe+ MnO FeO+Si= Fe+ SiO 4. Закись + углерод из чугуна FeO+C= Fe+ CO 5. «Кипение стали» 6. Скачивание шлака 7. Введение ферросплавов Загрязнение от мартена 4.1.1. атмосферное От сжигания топлива: 1-3 кг/тстали NOx – 30% завода От разложения: При окислении углерода шихты СО Плавильная пыль 15 кг/т стали • 4.1.2. водное • Мокрая очистка газов • 4000 куб м /час • 4.1.3. шлаки 4.2. Кислородный конвертор • Жидкий чугун миксируют • Нормализуют • Заливают в ковш (с верхним или нижним дутьем 300-500 тонн • Продувают техническим кислородом 95,5% 2000 м куб в мин • 25-30 мин плавка (12-15 мин) • Примеси окисляются с • выделением тепла Удельный выброс вредных веществ в основном металлургическом производстве, кг/т продукции 4.2. Кислородный конвертор. Загрязнение • 4.2.1. атмосферное: • Большое количество конверторных газов из-за выгорания шихты: CO, SO2, NOx Пыль зависит от: 1/ состава шихты 2/ организации подачи кислорода • 4.2.2. стоки • мокрая очистка газов • 1 цех= 3 конвертора*250-300 тонн=4000-5000 куб.м./час • стоки 4.3. электропечь ГРАФИТ Слой шлака – сопротивление 90% скрапа 10% - чугуна Незначительный доступ Воздуха создает восстановительную среду 1. Период окислительный (все примеси окисляются кислородом шихты, кроме S) 2. Восстановительный на пов-ть металла наводят основной шлак (коксик, известь, плавиковый шпат ) Шлак перекрывает доступ воздуха - Щелочная среда - S 4.3. электропечь. Загрязнение • 1. наибольший выброс твердых веществ (пыль, коксик) • 2. технологические газы CO, NOx, цианиды – от хлоридов шихты • Шлаки сталеплавления трудно использовать, т.к. непостоянный физико-химический состав Масштаб загрязнения тыс.тонн 5.1. Фасонный прокат 5.2. Листовой прокат Листовой прокат 5. Прокат загрязнение связано: 1. Травление окалины (Fe2O3 Ni2O CrO) HNO3 HNO3 +H2SO4 NO NO2 + соли металлов Темп 80 гр 2. Гидравлическая транспортировка окалины 3. Охлаждение подшипников и валков 4. В стоках смазочные масла и эмульсии стоки 8-12 куб.м/т проката 5. Горячий прокат – сжигание топлива Новые методы • • • • ПВЖ Гидрометаллургия Процесс руда-сталь Плазменная плавка этот процесс позволяет избежать «засорения» железа серой и другими нежелательными элементами, содержащимися в коксе. • В 1975 г. способом прямого восстановления уже получали во всем мире 29 млн. т стали. • Первая промышленная установка прямого восстановления железа заработала в 1911 г. в Швеции В 1974 г. с концерном "Сименс" было заключено соглашение о строительстве на территории СССР металлургического комбината с технологией ПВЖ . • Сырье - руда Лебединского ГОКа. 1 измельчают на шаровых мельницах и смешивают с водой. 2. пульпа — пойдет по трубам за 20 км и поступит в цех окомкования. Здесь ее превратят в окатыши с содержанием железа 67%. 3. цех металлизации, где 10—12 установок ПВЖ — это шахтная вертикальная печь 50 м высотой и 8 м в диаметре. • В их приемные устройства и текут непрерывным потоком окатыши. • А навстречу им снизу вверх - горящий природный газ, содержащий 90% оксида углерода и водород, предварительно нагретый до 850—900° С. • Теплота этих газов плюс теплота собственного горения и дадут необходимую температуру для металлизации окатышей. • Как в древних горнах, здесь руда (окатыши) не расплавляется, а восстанавливается в твердом виде. • К концу пути вдоль печи окатыши уже на 93—95% будут состоять из железа. 4. дуговые электропечи, где пройдут дополнительный цикл очистки от примесей. • Полученная сталь не уступает по качеству той, которую производят в вакуумных электропечах. • сталь будет дешевой и ее будет много. Рост спроса на продукты ПВ железа обусловлен стремлением продуцентов электростали расширить использование высококачественного сырья, а также недостаточным предложением на мировом рынке высокосортного лома черных металлов. Предприятие фирмы "American Iron Reduction" (работавшее по технологии "Midrex") в г. Конвент (шт. Луизиана) в 2005 г. было приобретено компанией "Nucor" и переведено в Тринидад и Тобаго. К концу 2006 г. мощность завода увеличится с 1,4 млн. до 1,8 млн. тонн/год. Есть несколько крупных предприятий, потребляющих природный газ. В Малайзии для "Lion Group" "Midrex" строит предприятие по выпуску ППВ железа мощностью 1,54 млн. тонн/год.
