Черная металлургия

Традиционная схема Руда доменный процесс чугун литейныйферросплавный передельный мартен конвектор электропечь сталь агломерация

сталь Прокатный цех горячий холодный листовой 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 ° без доступа воздуха Несколько десятков печей (обычно ) компонуют в единую систему - коксовую батарею, обслуживаемую общим комплектом твердые и жидкие горючие ископаемые разложение летучие вещества Твердый остаток – кокс 3 мм

В зависимости от ширины камеры, влажности шихты и ее насыпной массы, а также т-ры в простенках (обычно °С) нагревание шихты длится ч. Для обогрева печей используют доменный, коксовый, генераторный и др. газы или их смеси. Для его подогрева в спец. регенераторах, к- рые 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, , 25-10,

1 т угольной шихты кг кокса м3 коксового газа кг сырого бензола 2,5-3,4 кг NH кг смолы

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 °С. Газ движется снизу вверх навстречу кускам кокса и, охлаждая его, нагревается до °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 (SO 2 ) – 0,2 тыс. т. Окись углерода (CO) – 0,6 тыс. т. Окислы азота (NO x ) – 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 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: % SiO % СаО % Al2O % MgO -По 0,5 – S, Fe, MnO На 1 т чугуна: ЗСМК – кг Мир – 270 Минимум - 180

III.2. выбросы: III Колошниковый газ: 15% - SO2, от всего завода 25-30% – CO 10% - NO H2S, 1-2% H, CH4 III 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% SiO % 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 г/т), но везде разбаланс – соответствует количеству стронция в печь с органической частью кокса

Что происходит в печи? T= гр – образуется оксид и сульфид 1:2 и переходит в шлак T= 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

чугун Ось чугунной летки Ось воздушных форм SrO | SrS =1/2 Из железной руды И минеральной части кокса Sr газ Из органической части кокса До SrO при темп грС

Мышьяк – из всех шихтовых материалов 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 : 1.возгонов As As2 2.Гидрида AsН нитрита AsN – в восстановителей или слабоокислительных условиях 3.Оксида As2O3 As2O5 – сильноокислительных условиях 4. 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, % 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

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 Шихта – чугун+ скрап+флюсы для удаления серы и фосфора

Загрязнение от мартена атмосферное От сжигания топлива: 1-3 кг/тстали NOx – 30% завода От разложения: При окислении углерода шихты СО Плавильная пыль 15 кг/т стали

водное Мокрая очистка газов 4000 куб м /час шлаки

4.2. Кислородный конвертор Жидкий чугун миксируют Нормализуют Заливают в ковш (с верхним или нижним дутьем тонн Продувают техническим кислородом 95,5% 2000 м куб в мин 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 атмосферное: Большое количество конверторных газов из-за выгорания шихты: CO, SO2, NOx Пыль зависит от: 1/ состава шихты 2/ организации подачи кислорода стоки мокрая очистка газов 1 цех= 3 конвертора* тонн= куб.м./час стоки

4.3. электропечь 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 Слой шлака – сопротивление 90% скрапа 10% - чугуна Незначительный доступ Воздуха создает восстановительную среду ГРАФИТ

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

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 1012 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 ° 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 9395% 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. В 1974 г. с концерном "Сименс" было заключено соглашение о строительстве на территории СССР металлургического комбината с технологией ПВЖ.

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.