ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА, СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ (ИТС 26-2022)

1 - паллеты; 2 - укладчик постели; 3 - челноковый питатель шихты;

4 - зажигательный горн; 5 - постель; 6 - зона сырой шихты; 7 - зона сушки

и подогрева шихты; 8 - зона горения твердого топлива; 9 - зона готового

агломерата; 10 - разгрузочный конец машины; 11 - вакуум-камеры;

12 - ведущая звездочка привода ленты; 13 - сборный коллектор

отходящих газов

Рисунок 2.10 - Схема агломерационной машины и хода процесса спекания

Спекание шихты в агломерат на конвейерной ленточной агломерационной

машине состоит из трех этапов:

- зажигание под зажигательным горном верхнего слоя уложенной шихты;

- спекание аглошихты в пористый пирог в зоне горения твердого топлива;

- охлаждение готового агломерата просасываемым воздухом по мере

перемещения зоны горения топлива к колосникам паллет.

На рисунке 2.11 показан выход аглоленты со спечённым агломератом из-под

зажигательного горна.

Рисунок 2.11 - Выход аглоленты со спеченным агломератом из-под

зажигательного горна

Скорость движения паллет агломашины поддерживают такой, чтобы окончание

спекания нижних слоев шихты заканчивалось на последней вакуум-камере. Готовый

спеченный пирог агломерата снимают специальным ножом при переходе паллет на

нисходящую ветвь аглоленты.

2.1.5 Охлаждение и дробление агломерата, сортировка, отсев мелочи и

отгрузка годного агломерата

Сошедший с паллет большой пирог агломерата разрушают одновалковой или

щековой дробилкой на куски размером менее 80-100 мм. От общей массы готового

агломерата на вибрационном грохоте отсевают возврат крупностью менее

5 мм,

который горячим сразу идет в аглошихту для ее подогрева или на предварительное

охлаждение перед подачей в шихту. Технология агломерации с охлаждением возврата

обеспечивает меньшую запыленность и лучшие условия труда. Горячий агломерат

поступает на охлаждение в специальные охладители:

- чашевые с просасыванием воздуха (см. рисунки 2.12 и 2.13);

- линейные охладители агломерата с продувом воздуха (см. рисунок 2.14);

- кольцевые охладители с продувом воздуха (см. рисунок 2.15).

1 - гидрозатвор; 2 - надконусное пространство; 3 - жалюзийная решетка;

4 - бункер агломерата; 5 - центральная колонка;

6 - сбрасывающий нож; 7 - тарель; 8 - электропривод

Рисунок 2.12 - Чашевый охладитель агломерата с прососом воздуха

На рисунке 2.13 представлен модернизированный чашевый охладитель с

увеличенной емкостью, возможностью отдельной замены внешних и внутренних

жалюзи, улучшением условий охлаждения агломерата

[29]. Данная конструкция

охладителя позволяет на газоходе с горячим воздухом установить теплообменники для

получения пара для нагрева аглошихтыили горячего воздуха для горелок

зажигательного горна.

Рисунок 2.15 - Кольцевой охладитель агломерата

В некоторых конструкциях конвейерных аглолент (МАК-240/138) охлаждение

агломерата предусмотрено непосредственно на спекательной ленте при соотношении

площадей спекания / охлаждения 138 / 102, что при высоте постели 40 мм и слоя

спекаемой аглошихты 510 мм дает вполне удовлетворительный результат по конечной

температуре охлажденного агломерата. Эксплуатационные затраты на производство

агломерата с охлаждением на ленте ниже на 27 % по сравнению с технологией с

охлаждением агломерата в автономных охладителях [30]. Температура охлажденного

агломерата 100-120 ^оС.

После охлаждения агломерат рассевают на фракции. Фракция 0-5 мм поступает

в возврат. Часть фракции 8-15 мм направляется для создания постели на паллетах

перед укладкой окомкованной шихты. Годный агломерат крупностью более

5 мм

отправляют по конвейерам или в агловозах в доменный цех.

2.1.6 Основное технологическое и природоохранное оборудование

Назначение, описание, технологические характеристики основного оборудования,

используемого при производстве агломерата, приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Основное технологическое оборудование, используемое при

производстве агломерата

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Гараж размораживания

Размораживание

Закрытое помещение на 6-30 вагонов,

смерзшихся

грузов

оборудованное

газовыми

топками

в зимнее время

получения горячего воздуха для обогрева

стенок и днищ вагонов

Продолжение таблицы 2.5

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Вагоноопрокидыватель

Выгрузка

Вагоноопрокидыватель роторный или

поступающих грузов

передвижной

Грейферные краны

Разгрузка вагонов на

Грейферные

краны:

козловые,

склад

сырья

портальные, мостовые

усреднительный

штабель, забор сырья

Штабелеукладчик,

Формирование

Усреднительный

комплекс

для

усреднитель

штабеля, усреднение

формирования штабеля и забора

и забор сырья

усредненной шихты с конвейерами и

другим специальным оборудованием

Конвейер

ленточный

Транспортировка

Ленточный

резиновый

сыпучих грузов

поддерживающими валками

Конвейер

ленточный

Транспортировка

Конвейер

ленточный

секционный

металлический

горячего возврата

металлический

Дробилки флюсов

Дробление

Молотковые,

роторные,

валковые

измельчение флюсов

дробилки, стержневые мельницы

Дробилки топлива

Дробление

Дробилка четырехвалковая

измельчение твердого

топлива

Смесительные барабаны с

Смешивание,

Тщательное смешивание компонентов

оборудованием

для

окомкование и нагрев

шихты и увлажнение для окомкования

увлажнения и нагрева

шихты

перед спеканием. Нагрев шихты до

шихты

температуры 55-70 °C острым паром или

факелом газовой горелки

Челноковый

Распределение шихты

Равномерная укладка окомкованной

распределитель шихты

по ширине паллет

шихты по ширине паллеты

агломашины

Барабанный питатель с

Укладка аглошихты на

Укладка шихты на паллеты на заданную

отражательным листом

паллеты

высоту слоя

Агломерационная

Спекание агломерата

Спекание

агломерата

методом

конвейерная агломашина

просасывания воздуха через слой

окомкованной газопроницаемой шихты за

счет горения твердого топливом внутри

слоя

Зажигательный горн

Нагрев верхнего слоя

Нагрев верхнего слоя аглошихты для

шихты

для

начала спекания методом просасывания

воспламенения

твердого топлива

Дробилка агломерата

Дробление

пирога

Дробление

спеченного

пирога

агломерата

агломерата, сошедшего с аглоленты

Окончание таблицы 2.5

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Грохот агломерата

Отсев мелочи менее

Выделение мелкого горячего возврата

5 мм

возврат,

перед подачей в охладитель. Сортировка

сортировка

годного

годного агломерата для выделения

агломерата

постели и отсева мелочи из товарного

агломерата

Охладитель агломерата

Охлаждение готового

Охлаждение готового агломерата перед

агломерата

отгрузкой

Эксгаустер

Эвакуация газов от

Создание разрежения в вакуум-камерах

агломашины

под паллетами агломашин и по всему

атмосферу

после

газоотводящему тракту

очистки от пыли и

загрязняющих

веществ

Водооборотный цикл

Перекачивание

Уборка шламов циклонов газоочистки,

Насосы,

трубопроводы,

технологических

сбор пыли от гидросмыва помещений,

отстойники

жидкостей

очистка и осветление оборотной воды

Отстойники,

сгустители

Обезвоживание

Сгущение и обезвоживание шламов на

шлама, вакуум-фильтры,

шламов

вакуум-фильтрах, сушка обезвоженных

сушильные барабаны

шламов в сушильных печах

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса

производства агломерата на технологических участках и в отделениях устанавливается

природоохранное оборудование:

- газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый

уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в

них загрязняющих веществ перед отводом газов или воздуха в атмосферу или

возвратом обратно в рабочую зону;

- водоочистные

сооружения,

обеспечивающие

очистку

загрязнённых

промышленных сточных вод.

Назначение, описание, технологические характеристики природоохранного

оборудования, используемого при производстве агломерата, приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Назначение и описание природоохранного оборудования,

используемого при производстве агломерата

Существенные характеристики

Наименование оборудования

Назначение оборудования

природоохранного

оборудования

Циклоны сухие

Улавливание грубой пыли

Тип

ЦН-15

ВЗП.

вентиляционных

систем

Эффективность очистки

- от

дробильного оборудования

70 % до 85 %.

Остаточная запыленность - до

600 мг/нм³

Батарейные

мультициклоны

Улавливание

пыли

Тип

БМЦ.

Эффективность

циклоны

отходящих

очистки частиц более 10 мкм -

технологических газов

до

90-95 %. Частиц менее

10 мкм - от 60 % до 80 %.

Остаточная запыленность - от

100 до 200 мг/нм³

Электрофильтры

Улавливание

пыли

Тип

Alston,

МЕЕР.

отходящих

Эффективность очистки

- до

технологических газов

95-99 %.

Остаточная запыленность - до

30 мг/нм³

Тканевые (рукавные) фильтры

Очистка от пыли отходящих

Эффективность очистки от

технологических

газов.

тонкой пыли - до 90-98 %

Очистка

от

пыли

аспирационного воздуха

Тканевые

фильтры

Очистка технологических

Тип

AIRFINE,

комбинированными

газов от тонкой пыли и

SIMETALMEROS.

сорбционными процессами

газов SOx, HCl, HF, ПХДД/Ф

Выбросы SOx сокращаются на

30-90 %

Сероочистка

Улавливание из отходящих

Степень десульфурации

- до

газов SOx раствором с

85-95 %.

Ca(OH)2, Mg(OH)2, CaCl2c

Остаточная концентрация SOx в

образованием гипса CaSO4

газе на выходе - до 200 мг/нм³

и сульфата магния MgSO4

Скрубберы мокрые

Улавливание

пыли

Тип - скрубберы оросительные,

отходящих

скрубберы с трубой Вентури,

технологических газов с

скрубберы AIRFINE.

помощью воды

Остаточная запыленность - от

40 до 170 мг/нм³

2.1.7 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

По всей технологической цепочке производства агломерата в местах выгрузки

сырья, складирования, подготовки компонентов шихты на различном оборудовании,

спекании агломерата, транспортировки отходов производства и готовой продукции

имеют место организованные и неорганизованные выбросы (эмиссии) загрязняющих

веществ в виде пыли, газов, образования отходов. Также возможно образование

сточных вод.

Материальные потоки, характерные основные эмиссии при производстве

агломерата представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Перечень материальных потоков и эмиссий

Этап

Основное

Выходной

Входной поток

процесса

технологическое

Эмиссии

поток

(подпроцесс)

оборудование

Железные

Приемка,

Усредненное

Железнодорожные

Взвешенные

руды,

складирование,

железорудное

весы, гараж размора-

вещества состава:

концентраты,

усреднение

сырье

живания смерзшихся

С, Fe2O3, FeO,

железосодер-

сырья

грузов,

вагоноопро-

SiO2, CaO, MgO,

жащие отходы,

кидыватель,

краны-

MnO, Al2O3, CaCO3,

флюсы,

перегружатели,

MgCO3, FeCO3;

твердое

усреднители

сырья,

Газовые

топливо, газ на

ленточные конвейеры

компоненты: СО,

размора-

СО2, NOx, шум

живание грузов

Флюсы:

Подготовка

Измельченные

Дробилки

молотко-

Взвешенные

известняк,

флюсов

флюсы 0-3 мм

вые, роторные, вал-

вещества состава:

доломит

40-

ковые,

стержневые

CaCO3,

SiO2,

100 мм

мельницы, конвейеры,

MgCO3,

FeCO3,

циклон-пылеуловитель

MnCO3,

шум,

вибрация

Твердое

Подготовка

Коксовая мелочь

Дробилки

четырех-

Взвешенные

топливо: кокс,

твердого

(коксик) 0-3 мм

валковые,

циклоны-

вещества состава:

антрацит

топлива

пылеуловители,

С, SiO2,

конвейеры

шум, вибрация

Известняк

Обжиг извести

Известь

Установка для обжига

Взвешенные

12 мм, коксик

обожженная

извести, конвейеры,

вещества состава:

0-3 мм,

12 мм

циклоны-

С, CaO, MgO, SiO2,

природный газ

пылеуловители

Газовые

компоненты: СО,

СО2, SO2, NOx,

шум, вибрация

Железные

Дозирование

Сдозированная

Бункеры, объемные и

Взвешенные

руды,

компонентов

шихта

весовые

дозаторы,

вещества состава:

концентраты,

аглошихты

ленточные конвейеры

С, Fe2O3, FeO,

железосодер-

SiO2, CaO, MgO,

жащие отходы,

MnO, Al2O3

возврат,

CaCO3,MgCO3,

флюсы,

FeCO3,

MnCO3

топливо

шум, вибрация

Продолжение таблицы 2.7

Этап

Основное

Выходной

Входной поток

процесса

технологическое

Эмиссии

поток

(подпроцесс)

оборудование

Сдозированная

Смешивание,

Смешанная,

Смесительные

Взвешенные

шихта,

увлажнение,

увлажненная

барабаны-

вещества состава:

возврат, вода,

окомкование

окомкованная

окомкователи,

С, Fe2O3, FeO,

пар, газ

шихты

шихта

ленточные конвейеры

SiO2, CaO, MgO,

MnO, Al2O3

CaCO3,

SiO2,

MgCO3,

FeCO3,

MnCO3,

шум,

вибрация

Окомкованная

Спекание

Готовый

Челноковый

Взвешенные

шихта, газ

агломерата

агломерат

распределитель

вещества:

С,

шихты,

загрузочный

Fe2O3, Fe3O4, FeO,

барабан,

SiO2, MnO, Al2O3,

зажигательный горн,

MgO,CaO;

конвейерная

газовые

агломашина

компоненты: CO,

CO2,

SOx,NOx,

бенз(а)пирен,

тепловое

излучение, шум,

вибрация

Пирог

Дробление,

Горячий годный

Валковая

дробилка,

Взвешенные

спеченного

грохочение

агломерат,

щековая

дробилка,

вещества состава:

агломерата

горячий возврат

вибрационный грохот,

С, Fe2O3, FeO,

0-5 мм

конвейеры, циклоны-

SiO2, CaO, MgO,

пылеуловители

MnO, Al2O3,

тепловое

излучение, шум,

вибрация

Дробленый

Охлаждение

Охлажденный

Чашевые, линейные,

Взвешенные

агломерат

агломерата,

годный

кольцевые охладители

вещества состава:

сортировка

агломерат+5 мм,

С, Fe2O3, FeO,

отсев мелочи

возврат

SiO2, CaO, MgO,

0-5 мм, постель

MnO, Al2O3,

8-20 мм

тепловое

излучение, шум,

вибрация

Запыленный

Пылеочистка

Обеспыленный

Циклоны,

мокрые

Взвешенные

воздух

аспирационных

воздух

скрубберы

вещества состава:

систем

выбросом

С, Fe2O3, FeO,

атмосферу,

SiO2, CaO, MgO,

пыль

сухая,

MnO, Al2O3,

шламы

шум, вибрация

Окончание таблицы 2.7

Этап

Основное

Выходной

Входной поток

процесса

технологическое

Эмиссии

поток

(подпроцесс)

оборудование

Сточные воды

Оборотный

Осветленная

Отстойники

грязной

Шлам состава: С,

гидросмыва

цикл

водо-

вода оборотного

воды,

сгустители

Fe2O3, FeO, SiO2,

пыли

снабжения

цикла,

шламов

CaO, MgO, Al2O3,

помещений,

сгущенные

ZnO, (Na, K)2O

шлам мокрых

шламы

газоочисток

Шламы

Обезвоживание

Осветленная

Сгустители шламов,

Шлам

газоочисток

сушка

вода

вакуум-фильтры,

взвешенные

шламов

оборотный цикл,

сушильные барабаны

вещества состава:

шлам сухой

С, Fe2O3, FeO,

SiO2, CaO, MgO,

Al2O3, ZnO, (Na,

K)2O,CaCO3,

MgCO3,

FeCO3,

MnCO3;

газовые

компоненты (для

сушильных

барабанов): CO,

SOx, NOx;

шум, вибрация

Неорганизованные выбросы возникают при транспортировке, выгрузке сырья, при

хранении пылящих твердых материалов на открытых складах, при дроблении

компонентов шихты, транспортировании материалов на открытых конвейерах, выбросов

от агрегатов в технологических процессах при отсутствии или недостаточной

герметичности укрытий, утечках из фланцев, насосов, вентиляторов.

2.1.8 Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Факторами негативного воздействия на окружающую среду являются следующие.

Выбросы в атмосферу

При производстве агломерата имеют место неорганизованные и организованные

выбросы в атмосферу загрязняющих веществ с твёрдыми компонентами (взвешенными

веществами): С, Fe2O3, FeO, SiO2, CaO, MgO, Al2O3, MnO; газообразными компонентами:

NO2, NO, SO2, CO, CO2, бенз(а)пирен.

Сточные воды

В агломерационном производстве используется техническая вода из

водооборотного цикла для увлажнения шихты при её смешивании и окомковании, в

установках мокрых систем пылегазоочистки (или систем с гидроудалением), охлаждения

элементов зажигательных горнов, а также смыва осевшей пыли в производственных

помещениях. Водоснабжение осуществляется по локальным водооборотным системам.

Сбросы воды не производятся.

Отходы и побочные продукты

В процессе производства агломерата образуются отходы и побочные продукты:

просыпь шихтовых материалов, пыль и шламы газоочисток с различных участков,

отходы футеровок при ремонтах зажигательных горнов, резиновые транспортёрные

ленты, отходы строительных материалов, стекла, кабельной продукции и

резинотехнических изделий. Все производственные отходы утилизируются.

Вредные производственные факторы

При производстве агломерата вредными производственными факторами

являются:

- повышенное напряжение в электрической цепи свыше 50 В;

- движущиеся машины и механизмы;

- подвижные части производственного оборудования;

- повышенная температура поверхности оборудования и материалов;

- расположение рабочего места на значительной высоте относительно

поверхности земли;

- повышенный уровень инфракрасного излучения свыше 140 Вт/м²;

- повышенный уровень производственного шума на рабочем месте свыше 80 дБ;

- повышенная загазованность и запылённость неорганической пылью (ПДК окиси

углерода - 20 мг/м³, неорганической пылью - 6 мг/м³).

2.2 Производство кокса

2.2.1 Основные способы производства кокса

Вещество кокса представляет собой спекшуюся углеродную массу, содержание

углерода 82-89 %, зольность 10-12 %. Кокс является основным восстановительным

агентом, опорным материалом и фильтрующей матрицей в доменной печи, применяется

в производстве ферросплавов, литейном производстве, производстве электродов в

цветной металлургии, химической промышленности.

Кокс получают в процессе пиролиза угля, который заключается в нагреве угля до

высоких температур без доступа воздуха. В отопительных простенках коксовой батареи

между печными камерами сгорает газовое топливо. Температура дымовых газов

составляет 1150-1350 °C, что обеспечивает непрямой нагрев угля до температуры

1000-1100 °C. В течение 14-24 ч в результате нагрева получают кокс, а сам процесс

назвают коксованием (карбонизацией).

Образующийся при работе печей коксовый газ подвергают охлаждению и очистке

от смолистых веществ и бензольных углеводородов. Эти процессы сопровождаются

улавливанием и получением ценных химических продуктов.

Традиционный способ производства кокса в камерных печах, объединенных в

коксовые батареи, остается единственным. Изменяются лишь масштабы печей и

применяются некоторые усовершенствования оборудования, включая установки для

защиты окружающей среды от загрязнения. Разрабатываются новые технологии, в

первую очередь - непрерывного и непрерывно-периодического коксования в кольцевых,

шахтных печах и печах с наклонным подом. Эти технологии прошли опытно-

промышленную проверку, но до настоящего времени в промышленных масштабах

не используются.

За рубежом существуют технологии производства кокса в горизонтальных и

вертикальных камерных печах специальной конструкции без химического блока цехов,

т. е. с отоплением батарей неочищенным коксовым газом. Выбрасываемые в атмосферу

дымовые газы при такой технологии сильно загрязнены и нуждаются в очистке, что при

больших объемах этих газов представляет достаточно серьезную проблему.

Принципиальная схема традиционной технологии производства кокса приведена

на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 - Принципиальная схема традиционной технологии производства кокса

2.2.2 Сырьевые материалы

Только некоторые типы углей, обладающие необходимыми пластическими

свойствами, пригодны для производства кокса. Сырьевой базой для

коксохимического производства являются угли различных угольных бассейнов,

обогащенные на фабриках или сортированные с шахт и разрезов.

При использовании каменных углей для коксования необходимо знать их

технический состав, спекаемость, коксуемость, распределение минеральных

примесей в классах углей по их крупности и насыпной вес угольной шихты.

Под техническим составом топлива обычно подразумевают данные,

характеризующие техническую применимость топлива. Технический состав угля

определяется содержанием влаги и минеральных примесей, выходом летучих

веществ, содержанием серы и фосфора, углерода, водорода и азота, а также

теплотой сгорания топлива.

Влажность углей. При нагревании угля до 100-105 °C из него испаряется

вода. Количество испаренной воды при этих условиях обычно выражают в

процентах к весу топлива и называют содержанием влаги в углях, или влажностью

углей.

Содержание минеральных примесей в угле характеризуется его зольностью.

Зольность топлива определяется по выходу остатка после сжигания угля при

температуре 800 °C. Зольность угля, как и влажность, выражается в процентах к

его весу. Чем меньше зольность исходной шихты, тем меньше зольность

получаемого металлургического кокса.

Выход летучих веществ представляет собой количество образовавшихся

газообразных продуктов в результате различных химических реакций в процессе

термического разложения топлива. Выход летучих веществ характеризует

химический возраст (зрелость) углей. Чем меньше выход летучих веществ из углей,

тем больше их возраст.

Коксуемость углей обусловливается совокупностью всех процессов, которые

протекают при нагреве их до более высоких температур

(1000-1100 °C) и

включают, кроме процессов спекания, упрочнение и усадку материала полукокса и

кокса, образование трещин и другие явления. Поэтому коксуемостью называют

способность угля самостоятельно или в смеси с другими углями при определенных

условиях подготовки и нагревания до высоких температур образовывать кусковой

пористый материал - кокс, обладающий определенной крупностью и механической

прочностью.

Группы углей обычно обозначаются начальными буквами их названий.

Буквами Д, Г, Ж, К, О, С и Т обозначают длиннопламенные, газовые, жирные,

коксовые, отощенные, спекающиеся и тощие угли. Вышеприведенный ряд углей

характеризуется увеличением степени их химической зрелости (возраста). Часто

для обозначения групп углей применяют их сочетание или дополнительные

индексы, подразделяющие группы углей на подгруппы. Систематизация углей по

группам и маркам представляет собой их классификацию.

Для получения кокса используют только те угли, которые при нагревании

способны размягчаться, вспучиваться под действием выделяющихся летучих

веществ и затвердевать с образованием прочных кусков. Наилучшими для этой

цели являются так называемые коксующиеся угли с выходом летучих веществ в

пределах 18-27 %. Угли с большим выходом летучих (газовые) или с меньшим

(тощие) обычно спекаются плохо или не спекаются совсем. В настоящее время для

получения кокса используют и неспекающиеся или плохо спекающиеся угли,

примешивая их к коксующимся. Для коксования применяют угли следующих марок:

коксовые (К), жирные (Ж), отощенные спекающиеся (ОС) и газовые (Г).

В настоящее время на всех КХП России коксованию подвергают не

отдельные сорта углей, а угольную шихту из нескольких марок.

2.2.3 Подготовка углей к коксованию

Подготовка угольной шихты проводится в углеподготовительных цехах.

Углеподготовительный цех (УПЦ) предназначен для приема, хранения, усреднения

и измельчения углей, дозирования компонентов угольной шихты и обеспечения

готовой шихтой заданного качества коксовых цехов.

Технологическая схема подготовки углей к коксованию включает:

- гаражи размораживания углей;

- вагоноопрокидыватели;

- открытый или закрытый склад угля;

- отделение предварительного дробления;

- дозировочное отделение;

- отделение окончательного дробления;

- оборудование и сооружения для транспортировки угля и шихты

(перегрузочные станции с ленточными конвейерами);

- угольные башни коксовых батарей.

Прием угля на предприятие

Прибывающие вагоны с углем разгружаются на стационарных роторных

вагоноопрокидывателях в приемные бункера, из которых уголь подается

транспортерами на угольный склад или непосредственно на участок углеприема в

отделение

предварительного

дробления

(ОПД).

Производительность

вагоноопрокидывателя по выгрузке угля в зависимости от условий выгрузки и

времени года составляет от 6 до 15 вагонов в час.

Технологией процесса выгрузки угля из вагона предусмотрено, что ротор

вагоноопрокидывателя переворачивает вагон и уголь падает в приемные бункера

в течение нескольких секунд. Падающая масса угля увлекает (эжектирует)

окружающий воздух, создавая воздушный поток, направленный вниз.

Одновременно из бункера вытесняется находящийся там воздух, этот поток

направлен вверх. Сталкивающиеся между собой потоки воздуха образуют

завихрения и захватывают мелкие частицы, образующиеся при высыпании угля из

вагона и рассыпания его в бункере. Запыленный воздух образует пылевое облако,

которое загрязняет пылью рабочие места и территорию коксохимпроизводства, а

также территории населенных мест и селитебных зон, расположенных вблизи

предприятия. Для предотвращения этого выброса сооружаются аспирационные

установки, предусматривающие окожушивание ротора с отсосом и очисткой

запыленного воздуха. В качестве пылеуловителей применяются мокрые аппараты

(циклоны с водяной пленкой, газопромыватели СИОТ и др.).

В зимнее время смерзшийся в вагонах уголь перед разгрузкой

размораживается в гаражах размораживания. Теплоносителем для разогрева

углей в железнодорожных вагонах в гараже размораживания служат дымовые газы,

получаемые от сжигания коксового или природного газа в топках печей. Продукты

горения нагнетаются в помещение гаража через патрубки распределительных

металлических боровов, проходящих вдоль стен гаража. По всасывающим

трубопроводам 80 % газов из гаража размораживания возвращаются обратно на

рециркуляцию в смесительные камеры топок, где, смешиваясь с продуктами

горения газа, вновь подаются дымососами в помещение гаража. Остальная часть

отводится в атмосферу через вытяжные трубы, расположенные на крыше гаража.

Усреднение и хранение углей

Хранение и усреднение поступающих на производство углей производится

на угольных складах открытого или закрытого типа.

Открытые склады имеют различные схемы, но независимо от этого все

снабжены мостовыми грейферными кранами, называемыми углеперегружателями,

для складирования углей в штабеля и выдачи их со склада. Обычно открытый склад

состоит из нескольких траншей по

200-250 м длиной каждая и нескольких

площадок, оборудованных углеперегружателями. На складе угли усредняются

путем послойной укладки их в штабеля и забора на производство вразрез

уложенным слоям с помощью грейфера. Полная высота штабелей достигает 14-

16 м. Оперативная емкость склада рассчитывается на обеспечение работы

коксовых батарей в течение 12 суток.

Закрытые склады представляют собой ряд железобетонных бункеров

(силосов), снабженных ленточными конвейерами для подачи угля на склад и

выдачи его на производство. В закрытых складах совмещаются функции хранения,

усреднения и дозирования углей в одном сооружении.

Подготовка угольной шихты

С угольного склада уголь транспортерами подается на участок углеприема в

отделение

предварительного

дробления.

Обычно

подготовка

углей

осуществляется по схеме ДШ - дробление шихты или ДК - дробление компонентов

(см. рисунок 2.17). Возможно применение схемы ГДК - групповое дробление

компонентов. Выбор схемы подготовки углей зависит прежде всего от качества

применяемых для приготовления шихты углей и от имеющегося на предприятии

технологического оборудования.

Рисунок 2.17 - Схемы подготовки углей к коксованию

Угольная шихта представляет собой смесь углей, различающихся между

собой по технологическим свойствам. Подготовка шихты заданного состава (по

схеме ДШ) происходит путем дозирования угля разных марок из силосов на

ленточный питатель и подачи его на сборные конвейеры, по которым шихта

подается на измельчение и смешивание в молотковые дробилки отделения

окончательного дробления и затем распределяется на угольные башни коксовых

батарей.

Предварительное дробление углей производится барабанными дробилками,

в которых уголь измельчается до размеров кусков

80-100 мм и удаляются

посторонние предметы и куски породы.

После предварительного дробления уголь по системе конвейеров подается

в дозировочное отделение и распределяется по силосам (дозировочным емкостям)

в зависимости от марки угля. Силоса обычно расположены в две нитки по несколько

емкостей.

Технологическая схема углеподготовки приведена на рисунке 2.18.

ИТС 26-2017

В/о - вагоноопрокидыватель; ОПД - отделение предварительного

дробления; ПС - перегрузочная станция

Рисунок 2.18 - Технологическая схема углеподготовки (пример)

2.2.4 Технологические процессы производства кокса

Процесс производства кокса включает в себя следующие технологические

операции [31]:

- загрузка камер коксования угольной шихтой;

- нагрев угольной шихты без доступа воздуха до заданных температур за

установленный период времени в коксовых печах;

- отвод и охлаждения прямого коксового газа из камер коксования;

- выдача готового кокса из печей;

- тушение кокса;

- сортировка кокса на фракции;

- транспортировка коксовой продукции в доменный цех или отгрузка кокса

потребителям.

Выдача кокса и загрузка печей ведется по цикличному графику.

Промежуток времени от загрузки печи до выдачи кокса называют периодом

коксования. Период коксования с прибавкой времени на операции по загрузке

шихты и выдаче кокса называют временем оборота печей или оборотом печей.

В состав коксовых цехов входят коксовые батареи со вспомогательными и

обслуживающими устройствами и сооружениями, обычно объединенные в блоки из

двух батарей; угольные башни; коксовые машины; тушильные башни для мокрого

тушения кокса с насосами и отстойниками; коксовые рампы с транспортерами для

подачи кокса на сортировку; коксосортировка с устройствами для рассева кокса,

подачи его в доменный цех или в железнодорожные вагоны с бункерами для

промежуточного накопления.

Коксовые батареи

Основная конструкция современных коксовых печей была разработана к

середине XX века.

Печь (камера коксования) является рабочим пространством, в котором

происходит процесс коксования. Она имеет форму призмы с большим по ширине

основанием на коксовой стороне батареи, т. е. в направлении выталкивания из

камеры коксового пирога. С машинной и коксовой сторон камера коксования

закрывается дверьми с огнеупорной футеровкой. В перекрытии камеры имеются

отверстия для загрузки ее угольной шихтой и отверстия для выхода коксового газа.

В настоящее время печи, объединенные в батареи, имеют длину 12-17 м,

высоту 4-7 м и ширину 0,3-0,6 м. Между печами размещаются отопительные

простенки - стены камеры с вертикальными обогревательными каналами, в

которых происходит сжигание отопительного газа. Подаваемый в отопительные

простенки воздух подогревается в регенераторах с помощью горячих отходящих

газов; утилизация вторичного тепла дает возможность повышения температуры в

печи. Батареи могут включать до 77 печей, каждая печь в батарее вмещает до 30-

40 т угля.

Схема устройства батареи приведена на рисунке 2.19.

Рисунок 2.19 - Схема устройства коксовой батареи

Обогрев батарей осуществляется коксовым газом или смесью коксового

(вариант - природного) и доменного газов. Дымовые газы отводятся в борова и

затем через дымовую трубу батареи выбрасываются в атмосферу.

При нагревании угля выделяется коксовый газ, создавая в печи повышенное

давление. Для предотвращения газовыделения (газования) в период коксования и

обеспечения необходимой герметичности камер производится уплотнение дверей,

крышек загрузочных люков и стояков. Для предотвращения выбросов через

неплотности дверей камер применяются уплотнения, в основном «железо по

железу». Крышки загрузочных люков уплотняются специальным раствором для

предотвращения выделений загрязняющих веществ (продукты пиролиза угля)

через неплотности. Крышки стояков оборудуются гидравлическими или

пневматическими уплотнениями.

Повышенное давление газа в печных камерах может привести к перетоку

(прососам) коксового газа в отопительные простенки через неплотности кладки

печей. При наличии прососов органические вещества, содержащиеся в сыром

коксовом газе, при недостатке кислорода возгоняются с образованием сажевых

частиц. Проведение регулярных ремонтов огнеупорной кладки позволяет

предотвратить прососы и снизить выбросы сажи из дымовых труб коксовых

батарей.

Летучие продукты коксования (прямой коксовый газ) отводятся из камеры

через газовые люки, на которых установлены стояки, в газосборники и далее по

трубопроводу на переработку в цеха улавливания. В газосборниках газ

охлаждается путем орошения его надсмольной водой, подаваемой через

специальные форсунки. По мере охлаждения газа в газопроводах и охлаждающей

аппаратуре образуется газовый конденсат. В местах его скопления

устанавливаются конденсатоотводчики, через которые конденсат непрерывно

вытекает в соответствующие сборники, из которых после отстаивания

направляется в фенольную канализацию.

Печные системы

Существующие в РФ коксовые батареи с боковым подводом отопительного

газа принципиально подразделяются по конструкции системы обогрева на батареи

с перекидными каналами (ПК) и батареи с парными вертикалами и рециркуляцией

продуктов горения (ПВР). Каждый тип батарей имеет свои преимущества и

недостатки. Система ПВР обеспечивает относительно более гибкое регулирование

распределения температуры по высоте коксового пирога, система ПК - по длине

коксового пирога, особенно при резких колебаниях оборота печей.

Коксовые батареи ПВР с боковым подводом коксового газа имеют

преимущества в сравнении с конструкциями коксовых батарей систем ПК.

Основными достоинствами коксовых батарей системы ПВР являются:

относительно низкое сопротивление отопительной системы; равномерный обогрев

печной камеры по высоте; существенное снижение NOx в дымовых газах

вследствие рециркуляции продуктов горения; высокая строительная прочность

отопительного простенка в сравнении с печами, имеющими сборный

горизонтальный канал. Несмотря на более сложную конструкцию

газораспределительной корнюрной зоны, что усложняет конфигурацию фасонных

огнеупоров, суммарный расход огнеупорных изделий на кладку (динасовых,

шамотных, полукислых, многошамотных и др.) такой же, как для печей ПК-2К со

сдвоенными регенераторами.

Загрузка печей

Загрузка угольной шихты в камеры коксования осуществляется

углезагрузочным вагоном, который доставляет угольную шихту из угольной башни

к загружаемой печи.

Угольная башня обычно обслуживает две батареи, ее емкость должна

обеспечивать 15-18 ч потребность коксового блока в шихте.

В нижней части угольной башни располагается ряд затворов, через которые

угольная шихта поступает в бункера углезагрузочного вагона. После набора шихты

углезагрузочный вагон передвигается к коксовой печи, готовой к загрузке.

В перекрытии каждой печной камеры находится 3 или 4 загрузочных люка,

через которые в камеры поступает шихта. Внизу бункеров углезагрузочного вагона

имеются телескопические патрубки, которые опускаются на люки печных камер.

Наиболее распространен метод гравитационной загрузки, когда шихта

движется вниз под действием гравитационных сил. Загрузка печи шихтой при

гравитационном способе загрузки составляет 3-6 мин.

Печи оборудованы устройствами для бездымной загрузки методом паро-или

гидроинжекции, при которых выделяющиеся пылегазовые продукты отсасываются

в газосборник.

Загруженная в печь шихта должна быть сверху выровнена. Между сводом

печи и загруженной шихтой должно оставаться свободное пространство для

выхода газа в стояк. Это обеспечивается выравниванием (планированием) шихты

путем ввода в печь планирной штанги.

Выдача и тушение кокса

После окончания заданного периода коксования двересъемные машины на

коксовой и машинной сторонах батареи снимают двери печной камеры и готовый

кокс при помощи штанги коксовыталкивателя через коксонаправляющую корзину

выталкивается (выдается) в приемный вагон. Схема выдачи представлена на

рисунке 2.20.

При мокром тушении кокса кокс в тушильном вагоне электровозом

транспортируется под башню тушения и в течение 40-60 с орошается водой, в

качестве которой обычно используется вода после биохимической очистки. После

орошения вагон отстаивается не менее 50 с под тушильной башней для стока

излишней воды.

Стекающая с вагона во время тушения вода отстаивается в специальных

шламовых отстойниках. Отстоявшаяся вода забирается насосом и снова подается

на тушение кокса. Шлам из отстойника грузится грейфером в железнодорожные

вагоны.

Рисунок 2.20 - Схема выдачи кокса

Из тушильного вагона кокс выгружается на рампу, выдерживается на ней не

менее 15 мин для испарения влаги, ссыпается на конвейер и подается на

коксосортировку.

При сухом тушении кокса кокс выдается в коксовозный вагон и направляется

на установку сухого тушения (УСТК), в которой охлаждается инертным газом,

продуваемым через слой кокса в камере сухого тушения. После охлаждения в УСТК

кокс подается на коксосортировку.

Транспортирование, сортировка и отгрузка кокса

Схема коксосортировки (пример приведен на рисунке 2.21) предусматривает

рассев кокса на классы (по крупности кусков) при помощи валковых и вибрационных

грохотов. Технологическая схема рассева кокса обычно предусматривает его

разделение на классы:

- кокс литейный с размером кусков +60 мм;

- кокс литейный с размером кусков +40 мм;

- кокс доменный с размером кусков +40 мм;

- кокс доменный с размером кусков +25 мм;

- кокс доменный с размером кусков 25-40 мм;

- орешек коксовый с размером кусков 10-25 мм;

- мелочь коксовая с размером кусков 0-10 мм.

Сортировка кокса по крупности начинается с отделения крупной фракции

кокса (класс от 25 до 40 мм) на валковых грохотах. Кокс после валковых и

вибрационных грохотов поступает на рассевной грохот, на котором отсеивается

фракция более 25 мм, коксовый орешек с размером кусков от 10 до 25 мм и

коксовая мелочь с размером кусков менее 10 мм.

После рассева кокс поступает в бункеры кокса, откуда затем либо подается

по транспортерам в доменный цех металлургического производства, либо

отгружается потребителям в железнодорожный или автомобильный транспорт.

2.2.5 Очистка коксового газа

Коксовый газ образуется при коксовании угля в результате термического

разложения последнего при повышении температуры до 1000-1150 °C и является

побочным продуктом при производстве кокса. Он представляет собой смесь

различных газов и паров: метана, водорода, окиси углерода, аммиака, паров

каменноугольной смолы и других веществ. Коксовый газ после очистки

используется для обогрева коксовых батарей, а также как энергетическое топливо

для объектов металлургического и энергетического производств.

В результате осреднения выход коксового газа из батареи, состоящей из 60-

70 печей, получается практически равномерным в пределах

400-450 м³/т

получаемого кокса. Этот газ называют прямым (таблица 2.8).

Для обеспечения надлежащих экологических показателей при последующем

использовании коксового газа для энергетических нужд прямой коксовый газ

проходит обязательную обработку, в процессе которой из него удаляются пары

смолы и воды, а также улавливаются аммиак и бензольные углеводороды [31].

После такой обработки газ называется обратным (см. таблицу 2.8) и его используют

в основном для сжигания в качестве топлива как самостоятельно (Qрн ~ 16 мДж/м³),

так и в смеси с доменным.

Таблица 2.8 - Состав прямого и обратного коксового газа

Содержание, %

Компонент

Прямой газ

Обратный газ

Оксид углерода CO

2-5

2-7

Кислород O2

0,8-1,0

0,6-1,5

Диоксид углерода CO2

2-7

2,4-3,0

Водород H2

50-57

57-60

Метан CH4

20-25

22-25

Углеводороды CnHm

2,0-2,5

1,7-2,0

Аммиак NH3

7-9

Бензол C6H6

22-27

Цианистый водород HCN

1,7-2,5

Нафталин C10H8

0,6-1,3

Сероводород H2S

1,7-4,5

2,0-3,5 г/нм³

Очистка и обработка коксового газа с извлечением попутных химических

продуктов коксования осуществляется в комплексе технологических процессов

(химических производств), общий вид которых приведен на рисунке 2.22.

Схема очистки коксового газа представлена на рисунке 2.23.

Рисунок 2.22 - Панорама технологических участков для очистки и

обработки коксового газа

Первичное охлаждение и очистка коксового газа от аммиака

Основная очистка коксового газа производится в цехе улавливания, где

происходит охлаждение летучих парогазовых продуктов, выходящих из камеры

коксования с температурой 700-800 °C, до 30-40 °C, конденсация с очисткой их от

смолы, нафталина, аммиака и бензола.

Каменноугольная смола - сложная смесь большого числа индивидуальных

соединений, основные из них - углеводороды ароматического ряда. Смола

является сырьем для получения пека, нафталина, каменноугольных масел и других

ценных продуктов.

Основные технологические процессы:

- первичное охлаждение коксового газа и выделение из него смолы и

водяных паров;

- извлечение из коксового газа и надсмольной воды аммиака (с получением

сульфата аммония или с термическим уничтожением аммиака);

- конечное охлаждение коксового газа (с улавливанием нафталина);

- очистка коксового газа от бензольных углеводородов;

- подача очищенного коксового газа на обогрев коксовых батарей и другим

потребителям.

Рисунок 2.23 - Технологическая схема отделения конденсации цеха

улавливания (пример)

Очистка коксового газа от аммиака

Улавливание аммиака из коксового газа на большинстве предприятий производят

путем контакта газа с серной кислотой в сатураторах барботажного типа с получением

сульфата аммония.

В ряде случаев вместо сатураторов применяют более интенсивное оборудование

- форсуночные скрубберы-абсорберы, где при помощи промывки серной кислотой из

газа улавливается аммиак.

По воздействию на загрязнение окружающей среды бессатураторный способ

практически не отличается от сатураторного.

В последнее время получает распространение технология очистки коксового газа

от аммиака круговым фосфатным способом (КФС) с улавливанием аммиака и

последующей утилизацией пароаммиачной смеси с выработкой пара. Реализация этой

технологии позволяет исключить из оборота концентрированную серную кислоту и

предотвратить образование кислой смолки, а также снизить выбросы в атмосферу

некоторых загрязняющих веществ II-IV классов опасности.

Конечное охлаждение и очистка коксового газа от бензольных

углеводородов

Очищенный от аммиака газ с температурой 50-60 °C поступает в конечный

газовый холодильник (КГХ), где охлаждается оборотной водой до температуры 20 °C

(зимой) или

30 °C (летом). Одновременно с охлаждением газа и конденсацией

содержащихся в нем водяных паров в КГХ происходит вымывание нафталина.

100

Из конечного газового холодильника коксовый газ поступает в бензольные

скрубберы, орошаемые поглотительным маслом, при контакте с которым газ очищается

от бензольных углеводородов.

Очищенный коксовый газ (обратный) направляется на отопление коксовых

батарей, а также в металлургическое производство в качестве энергетического топлива.

2.2.6 Установка биохимической очистки сточных вод

В процессе производственной деятельности КХП образуются следующие сточные

воды:

- фенольные - за счет влаги шихты, пирогенетической влаги и конденсата пара,

выделяются в процессах коксования шихты и переработки продуктов коксования;

- шламовые - в процессах мокрой очистки газа и воздуха аспирационных и

вентиляционных систем;

- производственные стоки, к которым относятся продувочные воды чистых и

грязных оборотных циклов - при выведении из оборотных циклов части оборотной воды

с целью уменьшения концентрации загрязнений в оборотной воде за счет подачи в цикл

свежей воды (подпитки), а также сточные воды химводоподготовки, продувочные воды

котлов и др.;

- ливневые и поливомоечные воды - за счет сбора и отведения с территории КХП

ливневых, талых и поливомоечных вод.

Для канализования сточных вод на КХП обычно имеются фенольная, ливневая,

шламовая и хозфекальная канализации; название системы канализования совпадает с

названием вод, отводимых по ней. Для очистки фенолсодержащих сточных вод

(технологических и загрязненных поверхностных) сооружается биохимическая

установка (БХУ).

Биохимическая установка предназначена для очистки сточных вод от

органических и неорганических соединений, а именно: от смол и масел, фенолов,

роданидов, цианидов, аммонийного азота и его окисленных форм до норм,

обеспечивающих возможность их использования на нужды предприятия взамен

технической воды (мокрое тушение кокса). Схема биохимической очистки сточных вод

приведена на рисунке 2.24.

Установка биохимической очистки представляет собой комплекс сооружений,

позволяющих удалить из воды основную массу растворимых в ней загрязняющих

веществ. Отделение биохимической очистки сточных вод обычно состоит из двух

ступеней: механической очистки от смолы и масел и биохимической очистки от фенолов

и роданидов.

Сточные воды, образующиеся в основных технологических процессах коксования

(конденсат из газопроводов коксового газа, избыточная надсмольная вода цеха

улавливания, продувочные воды циклов конечных газовых холодильников и др.),

содержащие в значительном количестве фенолы, роданиды, соли аммония, смолы,

масла и др., собираются в приемных резервуарах БХУ.

Биохимический метод обесфеноливания сточных вод основан на способности

некоторых микробов разрушать фенолы. Интенсивность процесса обесфеноливания

достигается применением специальных комплексов фенолоразрушающих и

101

роданразрушающих

микробов

созданием

им

надлежащих

условий

жизнедеятельности, к которым относятся:

- интенсивная аэрация сточных вод;

- pH в пределах 7,0-8,5;

- предварительная очистка сточных вод от смолы и масел;

- наличие в сточной воде питательных веществ в определенных количествах

(углерод, азот, фосфор);

- обеспечение постоянства состава и количества сточных вод, поступающих на

очистку.

Сточная вода направляется в первичные отстойники для очистки от

грубодисперсных нерастворимых примесей, включая тяжелые смолы, а также от части

легких масел. Всплывающие легкие загрязнения собираются в сборном лотке, откуда

периодически (раз в смену) сбрасываются в сборник масел. Для удаления осевших

загрязнений первичные отстойники снабжены коническим днищем для перемещения и

выгрузки осадка в сборник тяжелых смол и масел, откуда вывозится автоцистерной на

склад угля УПЦ и используется как добавка к коксуемой шихте.

Осветленная вода с первичных отстойников перетекает в резервуар вод для

продолжения механической очистки во флотаторах. Очистка методом напорной

флотации производится в две ступени, сначала сточная вода проходит очистку в одном

флотаторе, а затем - во втором. Вода подается сначала в напорный бак, а затем - через

водораспределительное устройство для равномерного распределения сточной воды по

всей площади флотационной камеры, расположенной в нижней части флотатора. Из

флотационной камеры сточная вода перетекает в зону отстаивания флотатора и далее

поступает в резервуар после I ступени флотации.

Всплывшие вверх сфлотированные масла в виде маслянистой пены удаляются с

поверхности воды напорных флотаторов постоянно вращающимися скребковыми

устройствами (пеногонами) в сборные лотки, из которых далее сбрасываются в сборник

легких масел. Очищенная в первом флотаторе сточная вода из резервуара подается в

напорный бак и далее во флотатор II ступени, проходя очистку аналогично первой

ступени флотации.

Очищенная до массовой концентрации смол и масел 30-50 мг/дм³ сточная вода

после флотатора II ступени поступает в промежуточный сборник вод после

механической очистки, откуда в летнее время подается в кожухотрубчатые

теплообменники для охлаждения и далее в усреднители. В зимнее время подача

сточной воды в усреднители осуществляется, минуя теплообменники.

В усреднителях происходит смешение и усреднение сточной воды по

температуре, концентрации загрязняющих компонентов и pH. Усреднители работают как

предаэротенки. Для этого в них подается сжатый воздух и ортофосфорная кислота.

Вода с перетоков из верхней части усреднителей собирается в резервуар

усредненной воды. Благодаря усреднению вод обеспечивается постоянство состава

воды, что стабилизирует качество очищаемой воды и процесс очистки.

Усредненные и предварительно осветленные сточные воды подаются в аэротенки

первичной ступени, где производится биохимическая очистка от фенола. Очищенные от

фенола сточные воды поступают в сборник, откуда подаются в аэротенки второй ступени

для очистки от роданидов. После очистки на второй ступени сточные воды поступают во

вторичный отстойник, из которого сгущенный ил возвращают в аэротенки второй

102

Таблица 2.9 - Основное оборудование для производства кокса

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Вагоноопрокидыватель

Разгрузка вагонов

Ротор, вращающийся на роликовых

роторный

опорах. Угол поворота 170 ^о. Подземная

часть имеет бункеры для угля

Закрытый склад угля

Хранение угля

Железобетонные бункеры емкостью до

2500 т

Дробилки

Измельчение угля

Барабанные, молотковые, инерционно-

роторные дробилки ударно-

отражательного действия

Коксовые печи

Коксование шихты

Камеры коксования, объединенные в

батареи.

Материал - динас

Углезагрузочная машина

Комплекс операций по

Машина, передвигающаяся по рельсам

набору шихты, доставке

на верху батареи, имеет бункеры шихты,

и загрузке шихты в

механизмы снятия и установки

камеру печи

загрузочных люков, управление

стояками и парогидроинжекцией

Коксовыталкиватель

Обслуживание дверей,

Машина, передвигающаяся по наземным

планирование шихты,

рельсам на машинной стороне батареи,

выталкивание коксового

имеет механизмы снятия, чистки и

пирога из печи

установки дверей, штангу для

выталкивания кокса и планирную штангу

Двересъемная машина

Обслуживание дверей и

Машина, передвигающаяся по рельсам

рабочей площадки на

на рабочей площадке коксовой стороны

коксовой стороне

батареи, имеет механизмы снятия,

батареи

чистки и установки дверей

Тушильный вагон

Прием раскаленного

Вагон перемещается вдоль батарей

кокса, транспортировка

электровозом. При мокром тушении

его на тушение и на

принимает кокс в движении для

коксовую рампу

равномерного рассыпания, при сухом

тушении принимает кокс с одной

постановки

Тушильная башня

Тушение кокса водой

Имеет оросительную систему с

вытяжной трубой

Коксовая рампа

Отпаровывание кокса

Наклонная поверхность, футерованная

базальтовыми плитами, с которой кокс

по конвейерам подается на сортировку

Установка сухого тушения

Тушение кокса

Комплекс оборудования, включающий

кокса

инертными газами

подъемник, камеру тушения с

загрузочным и разгрузочным

устройствами, пылеотделители,

дымосос, паровой котел

Коксосортировка

Разделение валового

Валковые и вибрационные грохоты.

кокса на фракции

Двухниточный конвейерный тракт. Имеет

бункеры готового кокса

104

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса

производства кокса устанавливается природоохранное оборудование [31]:

- газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый

уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в

них загрязняющих веществ перед отводом газов (воздуха) в атмосферу и/или возвратом

обратно в рабочую зону;

- водоочистное оборудование, обеспечивающее очистку загрязненных сточных

вод;

- установки утилизации отходов производства.

Для улавливания пыли на коксохимических предприятиях используют

[45]

пылеуловители сухого и мокрого способов очистки. Благодаря развитию газоочистных

технологий в последнее время успешно применяются высокоэффективные

пылеуловители. К ним относятся рукавные фильтры, электрофильтры, а также мокрые

фильтры. Среди наиболее распространенных сухих методов очистки газов от пыли

наибольшей эффективности улавливания частиц тонкодисперсных (менее 5 мкм) можно

добиться при использовании рукавных фильтров, а также электрофильтров.

Использование рукавных фильтров позволяет достичь отметки остаточной

запыленности, находящейся ниже 5-10 мг/м³.

Аспирационное оборудование должно быть либо прямоточным, которое после

очистки воздушных масс выбрасывает их в атмосферу, или рециркуляционным,

предназначенным для возвращения очищенного воздуха обратно в помещение. В этом

случае следует соблюдать санитарные нормы для приточного воздуха.

В процессах углеподготовки до настоящего времени работают пылеуловители

мокрого типа, что связано с взрывопожароопасностью угольной пыли. В то же время

имеется положительный опыт успешного применения сухих циклонов и рукавных

фильтров.

В качествеводоочистных сооружений на коксохимпроизводствах применяются

установки биохимической очистки сточных вод, обеспечивающие возможность

использования очищенной воды для тушения кокса, в водооборотных циклах и для

сброса на городские очистные сооружения.

Природоохранное оборудование производства кокса приведено в таблице 2.10.

105

Таблица 2.10 - Природоохранное оборудование коксового производства

Наименование

Существенные характеристики

Назначение оборудования

оборудования

природоохранного оборудования

Комплекс аспирационных систем

Локализация выделения

с укрытиями пылевыделяющего

загрязняющих веществ,

оборудования, разветвленной

недопущение поступления

сетью воздуховодов,

Аспирационные

примесей от источника их

эффективными

установки

образования при технологических

пылеулавливающими

оборудования

процессах производства кокса в

установками.

углеподготовки и

атмосферный воздух и воздух

Для улавливания угольной пыли -

обработки кокса

рабочей зоны. Удаление

мокрые аппараты, циклоны,

запыленного воздуха из-под

рукавные фильтры. Для

укрытий транспортно-

улавливания коксовой пыли -

технологического оборудования

циклоны, рукавные фильтры

Предотвращение выделения

загрязняющих веществ в

Устройства бездымной

Паровая или гидравлическая

атмосферный воздух и воздух

загрузки шихты

инжекция

рабочей зоны. Удаление газов

загрузки в газосборник

Локализация выделения

загрязняющих веществ,

Аспирационное укрытие в виде

Установки беспылевой

недопущение поступления

зонта, мокрые аппараты,

выдачи кокса

примесей от места рассыпания

инерционные пылеуловители,

стационарные и

кокса в атмосферный воздух и

циклоны, рукавные фильтры,

передвижные

воздух рабочей зоны. Удаление

электрофильтры

запыленного воздуха из зонта и

очистка его от коксовой пыли

Очистка воды, используемой для

Установка биохимической очистки

Водоочистные

тушения кокса, в водооборотных

сточных вод от фенолов,

сооружения

циклах и для сброса на городские

роданидов и аммонийного азота

очистные сооружения

Разветвленная сеть специальных

Сбор и транспортирование

газоотводящих трубопроводов с

Коллекторные системы

газовых выделений из емкостного

подключением к газопроводу

химического оборудования

коксового газа

Емкости фусов и эмульсии,

Установки утилизации

Сбор и подготовка твердых и

дозаторы для присадки отходов к

отходов

жидких отходов к утилизации

угольной шихте

2.2.8 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

Воздействие производства кокса по стадиям технологического процесса

представлено в таблице 2.11.

106

Таблица 2.11 - Воздействие технологического процессапроизводства кокса на

окружающую среду

Этап

Вход-

Основное

процесса

ной

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпро-

поток

оборудование

цесс)

Разгрузка

Угольное сырье на

Вагоноопрокидыва-

вагонов

конвейере

тель

Взвешенные вещества

Уголь-

Хранение

Угольное сырье на

Закрытый склад

(угольная пыль), шум,

ное

угля

конвейере

угля

вибрация, неорганизованные

сырье

Дробление,

выбросы

Угольная шихта на

Дробилки,

дозирование

конвейере

дозаторы

и смешение

Газовые компоненты: оксиды

азота, диоксид серы, оксид

углерода, сероводород,

аммиак, цианистый водород,

Коксование

Кокс

Коксовые печи

бензол, фенолы,

пиридиновые основания,

нафталин, сажа,

бенз(а)пирен, тепловое

Уголь-

излучение

ная

Взвешенные вещества

шихта

(угольная пыль), оксид

углерода, оксиды азота,

Загрузка

диоксид серы, сероводород,

шихты

Шихта в печной

Углезагрузочная

аммиак, цианистый водород,

в печные

камере

машина

бензол, фенолы,

камеры

пиридиновые основания,

нафталин, бенз(а)пирен,

тепловое излучение

Взвешенные вещества

(коксовая пыль), оксид

углерода, оксиды азота,

Кокс в тушильном

диоксид серы, сероводород,

Выдача

Коксовыталкива-

(коксовозном)

аммиак, цианистый водород,

кокса

тель

вагоне

бензол, фенолы,

пиридиновые основания,

Кокс

нафталин, бенз(а)пирен,

тепловое излучение

Взвешенные вещества

(коксовая пыль), оксид

Тушение

Потушенный кокс

Тушильная башня

углерода, сероводород,

кокса

аммиак, цианистый водород,

фенолы

107

Окончание таблицы 2.11

Этап

Вход-

Основное

процесса

ной

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпро-

поток

оборудование

цесс)

Взвешенные вещества

(коксовая пыль), оксид

Установка сухого

углерода, сероводород,

тушения кокса

аммиак, цианистый водород,

фенолы

Сортировка

Фракционированный

Грохоты

Взвешенные вещества

кокса

кокс

коксосортировки

(коксовая пыль)

2.2.9 Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Производство кокса по всей технологической цепочке сопровождается

воздействием на атмосферу, воздух рабочей зоны, поверхностные и подземные воды,

связано с образованием отходов производства.

Выбросы в атмосферу

При производстве кокса происходят выбросы в атмосферу вредных веществ: в

виде газообразных компонент - оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода, аммиак,

сероводород, водород цианистый, бензол, нафталин, пиридин, фенол, сероуглерод,

бенз(а)пирен, ксилол, толуол, или твердых компонентов - взвешенные вещества (сажа,

коксовая пыль, угольная пыль).

Сточные воды

Источниками образования сточных вод являются влага шихты и пирогенетическая

вода, выделяющиеся в процессе коксования угля, а также техническая вода и водяной

пар, соприкасающиеся в технологических процессах с химическими продуктами

коксования. В процессе производства эта вода загрязняется различными примесями -

фенолами, аммиаком, сероводородом, цианидами, роданидами, каменноугольной

смолой, маслами и др.

Химзагрязненные (фенольные) сточные воды очищаются на биохимической

установке очистки сточных вод. Основная часть очищенной воды направляется на

мокрое тушение кокса, оставшаяся часть используется в оборотных циклах или

передается на городские очистные сооружения.

Отходы и побочные продукты

В процессе производства кокса образуются отходы (побочные продукты)

производства (фусы каменноугольные, кислая смолка, пыль коксовая и угольная,

шламы, масла, полимеры и др.) и потребления. Особо опасными считаются фусы,

представляющие собой смесь угля, графитовых и частично пиролизованных угольных

частиц с каменноугольной смолой и водой.

108

Все производственные отходы утилизируются путем добавления в исходную

шихту.

Вредные производственные факторы

При производстве кокса вредными производственными факторами являются:

- повышенное напряжение в электрической цепи;

- движущиеся машины и механизмы;

- подвижные части производственного оборудования;

- повышенный уровень инфракрасной радиации;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

- повышенная температура поверхности оборудования, материалов;

- расположение рабочего места на значительной высоте относительно

поверхности земли;

- повышенная запыленность и загазованность рабочей зоны.

Допускаемые санитарными нормами уровни и концентрации вредных факторов:

- уровень производственного шума - 80 дБ;

- уровень инфракрасного излучения - 140 Вт/м²;

- предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ (ГН 2.2.5.1313-03).

Таблица 2.12 - Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в

воздухе рабочей зоны

Класс

Предельно допустимые

Наименование вещества

опасности

концентрации в рабочей зоне, мг/м³

Диоксид азота

Аммиак

Оксид азота

Цианистый водород

0,3

Серная кислота

Сажа

Диоксид серы

Сероводород

Оксид углерода

Бензол

15/5*

Ксилол

150/50*

Толуол

150/50*

Бензпирен

0,00015

Нафталин

Фенол

1/0,3*

Формальдегид

0,5

Сероуглерод

10/3

Пиридин

Взвешенные вещества (пыль коксовая)

Взвешенные (пыль угольная)

10*

* Среднесменная.

109

2.3 Производство чугуна

Чугунами принято называть сплавы железа с углеродом (Fe-Fe3C) с содержанием

углерода свыше 2 % (в разное время это оценивали от 1,7 % до 2,14 %). Наименьшую

температуру плавления (1148 ^оС) имеет сплав без примесей с содержанием углерода

4,38 % (эвтектический) [32]. В доменных печах в наибольшем количестве выплавляют

чугун «передельный», предназначенный для передела в сталь или для переплавки в

чугунолитейных цехах для производства различных отливок. Передельный чугун в

зависимости от назначения выпускается трёх видов:

- передельный коксовый для сталеплавильного производства марок П1 и П2 и для

литейного производства марок ПЛ1 и ПЛ2;

- передельный коксовый фосфористый марок ПФ1, ПФ2 и ПФ3;

- передельный коксовый высококачественный марок ПВК1, ПВК2 и ПВК3.

Химические составы данных видов чугуна должны соответствовать техническим

условиям ГОСТ 805-95 «Чугун передельный», который устанавливает марки, группы,

классы и категории в зависимости от содержания кремния, марганца, фосфора и серы.

По требованию потребителей к химическому составу передельного чугуна могут

предъявляться дополнительные требования по содержанию углерода, меди, хрома и др.

Например, содержание кремния в чугуне марки П1 должно быть свыше 0,5 % и до 0,9 %

включительно, в марке П2 - до 0,5 %; в марке ПЛ1 - свыше 0,9 % и до 1,2 %, в марке

ПЛ2 - свыше 0,5 % и до 0,9 % включительно.

Кроме передельного чугуна, в доменных печах выплавляют различные виды и

марки литейных чугунов:

- литейный коксовый марок ЛК1; ЛК2; ЛК3; ЛК4; ЛК5; ЛК6; ЛК7;

- литейные легированные чугуны, содержащие повышенное содержание

некоторых металлов - хромоникелевые, титанистые, титаномедистые, ванадиевые.

Примерный химический состав чугуна: Si - 0,80 %; Mn - 0,40 %; S - 0,6 %; Ti -

0,10 %; P - 0,08 %; Cr - 0,05 %; C - 4,64 %.

В 2019 г. в мире было выплавлено 1875,155 млн т стали и 1327,1 млн т чугуна, что

составило 70,8 % от произведённой стали. Более 99 % чугуна было выплавлено в

доменных печах. Современное доменное производство характеризуется высокой

производительностью, оптимальными расходами ресурсов и энергетическими

затратами, надлежащим оснащением средозащитным оборудованием и технологиями.

Удельная производительность лучших доменных печей составляет от

80 до

93,5 т/(м2*сут).

Самые большие в мире доменные печи имеет южнокорейская фирма POSСO (ДП-

1 полезным объёмом 6000 м³ с диаметром горна 16,1 м и 44 воздушными фурмами) и

китайская компания Shagang Group (ДП-4 внутренним объёмом 5800 м³с диаметром

горна 15,7 м) [33, 34]. Доменные печи объёмом свыше 5000 м³ с использованием

комбинированного дутья с вдуванием природного газа, пылеугольного топлива (ПУТ) и

обогащением дутья кислородом производят более 14 тыс. т чугуна в сутки. В России,

США и Канаде, имеющих собственные ресурсы природного газа, для снижения расхода

кокса вдувают природный газ, в последнее время начали применять вдувание ПУТ. На

110

современных доменных печах Южной Кореи и Китая расход вдуваемого ПУТ составляет

от 160 до 250 кг/т, а расход кокса снижен до 290 кг/т [33, 34].

Достигнутые показатели доменных печей в мире [35]:

- минимальный расход кокса - 256,8 кг/т чугуна;

- максимальный расход ПУТ - 252,4 кг/т чугуна;

- максимальный расход мазута - 140 кг/т чугуна;

- максимальный расход природного газа - 130 кг/т чугуна;

- минимальный расход восстановителей в ДП - 418 кг/т чугуна (с загрузкой скрапа,

металлодобавок и горячебрикетированого железа «HBI» 25 % и более).

На металлургических предприятиях России в настоящее время в эксплуатации

находятся доменные печи различных объёмов (см. таблицу 2.13), основные показатели

работы доменных печей представлены в таблице 2.14 [36].

Таблица 2.13 - Объемы доменных печей металлургических предприятий России, м³

Предприятия

ДП-1

ДП-2

ДП-3

ДП-4

ДП-5

ДП-6

ДП-7

ДП-8

ДП-9

ДП-10

ММК

1370

1380

1371

2014

ЧерМК

1007

1033

3290

2700

5580

НЛМК

1000

2000

3200

3864

4291

ЗСМК

3000

2000

3000

НТМК

2200

ЧелМК

2038

1386

1719

Урал. Сталь

1007

1232

1648

2015

Тулачермет

1510

1144

2200

КМЗ

1066

462

759

СЧПЗ

224

350

Надежд. МЗ

260

205

212

Таблица 2.14 - Основные показатели работы доменных печей предприятий России

Расходы, кг/т; м³/т

Выпл.

Уд.произ.,

млн. т

Предприятия

Агло-

Ока-

Руда

Мет.

Сумм.

Прир.

Кисло-

ПУТ

т/м³сут

мерат

тыши

дом.

доб.

кокс

газ

род

2019 г.

ММК

1034

595

420

124

155

2,5

10,013

ЧерМК

1030

471

399

116

119

2,58

9,486

НЛМК

1059

563

337

104

115

2,45

11,662

ЗСМК

1228

404

409

2,1

6,072

НТМК

784

840

352

114

130

3,1

4,943

ЧелМК

1301

352

445

116

2,54

3,326

Урал. Сталь

1066

604

463

1,7

2,749

Тулачермет

1431

135

444

1,97

2,392

КМЗ*

1526

120

810

1,003

0,311

Саткинский

1,32

0,111

МЗ

Надежд. МЗ

1705

167

489

1,98

0,308

* Передельный и литейный чугун.

111

Кроме чугуна, в доменных печах выплавляется доменный ферромарганец (в

2019 г. было выплавлено 198 тыс. доменного ферромарганца с содержанием марганца

до 78-79 %, в том числе на КМЗ 87 тыс. т и на Саткинском МЗ 111 тыс. т.).

2.3.1 Общая характеристика технологии доменной плавки

Доменная печь представляет собой печь шахтного типа, предназначенную для

получения металла из железосодержащей шихты и кокса.

По принципу работы доменная печь

- это противоточный реактор

(2.25).

Движущей силой в доменной печи является горячее дутье, сжигающее кокс перед

воздушными фурмами, образуя фурменный газ. Столб шихты в печи состоит из

чередующихся слоев кокса и железорудных материалов, которые загружаются через

верх (колошник) доменной печи с температурой окружающего воздуха и с определенной

влажностью. Поднимаясь вверх, фурменный газ проходит через шихту и нагревает ее.

По высоте доменная печь разделена на несколько частей:

- на колошнике доменной печи специальным загрузочным устройством

железорудное сырьё, флюсы и кокс распределяются определённым образом по

окружности и радиусу печи;

- в шахте происходит нагрев шихтовых материалов и начинается восстановление

оксидов металлов;

- в распаре и заплечиках практически заканчивается восстановление оксидов

железа и образуются жидкие продукты плавки, которые стекают в горн доменной печи;

- в горне (металлоприемнике) доменной печи происходит разделение чугуна и

шлака по их удельному весу, а также завершаются процессы восстановления оксидов

металлов из жидкого шлака углеродом кокса, заполняющего горн печи.

Доменный процесс начинается с момента вдувания в воздушные фурмы горячего

дутья (температура до 1250 ^оС и выше), которое сжигает перед фурмами кокс и

вдуваемое через фурмы топливо. Температура в фурменном очаге достигает 1900-

2300 °C.

Образующийся в процессе горения кокса и вдуваемого углеводородного топлива

горячий газ, содержащий восстановители монооксид углерода CO и водород (H2), а

также азот (N2), поднимается вверх, нагревает и расплавляет опускающиеся

железорудные материалы, восстанавливает из рудной части оксиды железа до металла,

охлаждается и удаляется из печи. Температура колошникового газа составляет 110-

300 °C.

Образующиеся жидкие металл и шлак стекают по коксовой насадке в горн печи.

В горне печи при температуре 1500-1600 °C оксиды шлака FeO, MnO, SiO2, P2O5 и

другие восстанавливаются углеродом кокса. Накопленные в горне чугун и шлак

периодически удаляют через чугунную летку во время выпусков по установленному

графику. На место выгорающего у фурм кокса и опускающихся в горн жидких расплавов

поступают новые порции рудного сырья и кокса, непрерывно загружаемых загрузочным

устройством на колошнике печи.

112

Рисунок 2.25 - Принципиальная технологическая схема работы доменной

печи [37]

Передельный чугун с содержанием кремния 0,3-1,2 % используют для выплавки

стали, а литейный с кремнием свыше 1,2 % поставляют на машиностроительные

предприятия. При выплавке ванадийсодержащего чугуна на титаномагнетитовой шихте

содержание кремния стараются держать около

0,2-0,3 % для ограничения

восстановления титана в чугун.

Вредными примесями в чугуне считаются фосфор и сера, причем при доменной

восстановительной плавке удалить фосфор из чугуна невозможно.

Основными источниками поступления серы в доменной печи является

загружаемое и вдуваемое топливо, т. е. кокс, пылеугольное топливо и мазут, скоторыми

приходит в печь 80-90 % серы, 10-20 % с шихтовыми материалами. В топливе часть

серы

(60-80 %) органическая и остальная часть

- минеральная, а в шихтовых

материалах - минеральная в виде сульфидов и сульфатов.

При сгорании кокса и вдуваемого топлива вся сера окисляется и переходит в

фурменный газ (в виде S02 и SO). Основная часть газообразных соединений серы во

время движения вверх через слой шихты реагирует с CaO, MgO, FeO, MnO шихтовых

материалов и свежевосстановленным железом с образованием сульфидов кальция,

магния, железа и марганца. С шихтовыми материалами, железом и затем с чугуном сера

в виде сульфидов опускается в горн. Более половины серы при контакте чугуна и шлака

переходит в шлак. Серу удаляют созданием условий, обеспечивающих образование в

конечных шлаках сульфидов (кальция, магния и марганца) и оптимальных свойств

шлака, обеспечивающих его выход из печи. Один из известных способов удаления серы

113

повышение основности конечного шлака. Способствует удалению серы повышение

содержания кремния в чугуне.

Шлак используют для производства строительных материалов и

шлакопортландцемента.

Побочная продукция - колошниковый газ подается в газовую сеть предприятия и

применяется, в том числе для нагрева дутья и сушки желобов.

Отходами производства являются скрап литейного двора, уловленная в сухом

пылеуловителе колошниковая пыль, шламы системы мокрой очистки доменного газа.

Пыль, уловленная в системе мокрой газоочистки, подается в виде шлама в специальные

бассейны-отстойники, где шлам сгущается и откачивается со дна сгустителя, очищенная

вода поступает в оборотный цикл водоснабжения. Шламы системы мокрой газоочистки

доменного процесса содержат повышенное количество цинка и щелочей, поэтому могут

иметь ограниченное применение в рециклинге. Как правило, этот шлам выводится из

оборота и размещается либо в прудах-отстойниках, либо в шламохранилищах.

Технологический процесс производства чугуна в доменной печи, схематично

представленный на рисунке 2.26, осуществляется в сложном комплексе агрегатов и

оборудования, который включает:

- рудный двор с кранами-перегружателями для разгрузки и усреднения сырья;

- шихтовое отделение с бункерами для загружаемых в печь материалов;

- воздухонагреватели для нагрева дутья до 1000-1200 °C (до 1400 °C на ВНК);

- доменную печь с механизмами загрузки сырья и выдачи продуктов плавки;

- системы газоочистки;

- установки обработки шлака (придоменную грануляцию шлака или находящееся

в отдалении от доменного цеха отделение по переработке шлака для получения щебня,

граншлака или другой продукции);

- разливочные машины для разливки товарного чугуна.

114

Рисунок 2.26 - Технологическая схема производства чугуна в доменной

печи, видов и мест выделения эмиссий

Технологические операции процесса выплавки чугуна, как видно из рисунка 2.26,

сопряжены с эмиссиями загрязняющих веществ. Использование сухих материалов

(кокса, агломерата, окатышей, железных руд, флюсов или их заменителей),

обладающих к тому же абразивными свойствами, приводит к выделению пыли в местах

перегрузок, при отсеве мелочи на грохотах, при наборе материалов в весовую воронку

в шихтовом отделении. При выпуске чугуна происходит активное выделение железо-

графитовой спели из чугуна и окисление струи металла. При охлаждении шлака водой

выделяется H2S, образующийся при взаимодействии сульфида кальция шлака с водой

или влагой воздуха:

CaS + H2O = CaO + H2S.

При нагреве дутья в доменных воздухонагревателях образуются дымовые газы с

характерным для них составом в виде оксидов азота, оксида углерода, оксида серы.

2.3.2 Прием и хранение сырья, дозирование, отсев мелочи

Поступающее в доменный цех железорудное сырье - руда, окатыши и агломерат

при отсутствии бункерной эстакады разгружают из вагонов на рудном дворе в траншеи,

115

на эстакаде или вагоноопрокидывателем (см. рисунок 2.27). При наличии бункерной

эстакады в доменном цехе материалы разгружаются в бункера, обеспечивающие, в том

числе необходимый кратковременный запас шихтовых материалов. На рудном дворе

доменного цеха также хранят стратегический запас рудного сырья на случай возможных

задержек поставок.

1 - доменная печь; 2 - скиповый подъемник; 3 - галерея коксового конвейера;

4 - перегрузочный вагон (трансферкар); 5 - бункерная эстакада; 6 - рудный

перегружатель; 7 - вагоноопрокидыватель;

8 - приемная траншея; 9 - штабель руды; 10 - вагон-весы;

11 - скиповая яма; 12 - скип

Рисунок 2.27 - Схема приемки, усреднения сырья и загрузки в доменную печь

Рудным краном-перегружателем формируют штабели для усреднения

поступивших отдельных партий сырья. Для каждого материала, как правило, отводят два

штабеля, которые формируют и забирают поочередно. Руду усредняют грейферным

краном, укладывая ее тонкими слоями вдоль штабеля. Забор руды производят

грейфером вразрез штабеля. Окатыши и агломерат на рудном складе не усредняют.

Рудное сырье кран выгружает в трансферкар, который перевозит его в нужные бункеры

доменных печей. Трансферкар (перегрузочный вагон) необходим для ускорения

загрузки бункеров доменных печей, чтобы не перемещать рудный кран-перегружатель

вдоль фронта бункеров нескольких доменных печей. На современных металлургических

комбинатах агломерат, с аглофабрики, может подаваться в доменный цех конвейерами.

При загрузке доменных печей с бункерной эстакады набор компонентов шихты и их

подача в загрузочный скип осуществляется системой дозаторов и транспортеров.

Перед подачей в доменную печь из рудного сырья и кокса в процессе набора дозы

в весовую воронку на электровибрационных грохотах отсевают мелочь. От агломерата

и окатышей отсевают фракцию менее 5 мм, а от кокса - менее 25 (35) мм, могут

выделяться мелкие фракции кокса 10-25 (35) мм для отдельной загрузки в доменную

печь.

На колошник шихта подается скипами, а на современных печах - конвейерами.

В подбункерных помещениях доменной печи в процессе транспортировки, отсева

мелочи и дозирования компонентов шихты в весовые воронки образуется много

тонкодисперсной пыли. Для удаления пыли из рабочего пространства подбункерные

116

помещения оборудуются аспирационными установками с очисткой воздуха от пыли и

последующией эквакуации пыли.

2.3.3 Загрузка печи

Решающую роль в устойчивой и экономичной работе доменной печи играет

технология загрузки печи железорудным сырьем и коксом. Для этого применяются

специальные загрузочные устройства (или засыпные аппараты), которые загружают

печь таким образом, чтобы рудные материалы и кокс располагались на колошнике

доменной печи в нужных зонах и равномерно по окружности. Как правило, рудная часть

и кокс располагаются в печи слоями с некоторой большей долей кокса в центре и на

периферии. Это обеспечивает равномерный газовый поток по сечению печи по всей ее

высоте с активностью в центре и на периферии.

В настоящее время в России на доменных печах загрузку шихты производят 27

двухконусными загрузочными устройствами (см. рисунок 2.28); бесконусными

загрузочными устройствами (БЗУ) Пауль Вюрт с вращающимся лотком

(см. рисунок 2.29) (НТМК - ДП-5 и ДП-6; НЛМК - ДП-5, ДП-6 и ДП-7; ММК - пять из восьми

доменных печей; ЧерМК - ДП-3, ДП-4, ДП-5; ЧелМК - ДП-1); в АО «Уральская Сталь» -

ДП-3 БЗУ конструкции DanieliCorus (принцип работы аналогичен БЗУ «Пауль Вюрт»); и

3 бесконусными роторными загрузочными устройствамим (БРЗУ) ТОТЭМ

(см. рисунок 2.30) (ЗСМК все печи - ДП-1, ДП-2 и ДП-3).

1 - скип; 2 - приемная воронка; 3 - вращающаяся воронка малого конуса;

4 - малый конус; 5 - вращающийся распределитель шихты (ВРШ); 6 -

большой конус; 7 - воронка большого конуса;

8 - наклонный мост

Рисунок 2.28 - Двухконусный засыпной аппарат [24]

В последнее время сначала большие доменные печи, а затем и печи меньшего

объема стали оснащаться бесконусными загрузочными устройствами (БЗУ) Пауль Вюрт

117

с лотковой загрузкой (см. рисунок 2.29)

[24]. Особенностью данной конструкции

бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) является возможность вращающегося

лотка менять угол наклона для изменения траектории ссыпания шихтовых материалов

одной порции. Это обеспечивается работой сложного редуктора, находящегося в

колошниковой зоне печи при высоких температурах. Для охлаждения редуктора в него

непрерывно подают азот.

По сравнению с применением двухконусного засыпного аппарата БЗУ с

однолотковой загрузкой вызывает меньший сдвиг шихты по радиусу печи, но приводит к

большей неравномерности распределения шихты по окружности печи, так как

невозможно точно регулировать или определить место начала и окончания ссыпания

шихтовых материалов. Применение БЗУ с двойным распределительным лотком не

устранило указанный недостаток лоткового БЗУ

[37]. Загрузочное устройство с

вращающимся лотковым распределителем шихты требует принятия специальных мер

по устранению окружной неравномерности распределения материалов на колошнике.

Для предотвращения подстоев шихты при работе с лотковым БЗУ рекомендуется режим

работы с достаточно сильно раскрытым газовым потоком в центре печи, при котором в

осевую зону дают увеличенное количество кокса, что приводит к повышению

температуры в осевой части до 400-500 °C. Это дополнительно осложняет условия

работы редуктора в этой зоне колошника.

1 - приемная воронка; 2 - газоуплотнительный клапан; 3 - бункер шихты;

4 - шихтовый затвор; 5 - вращающийся лоток

Рисунок 2.29 - Бесконусное загрузочное устройство (БЗУ) Пауль Вюрт

с вращающимся лотком [24]

Указанные недостатки преодолены в бесконусном роторном загрузочном

устройстве (БРЗУ) ТОТЕМ (см. рисунок 2.30).

118

1 - скип; 2 - приемная воронка; 3 - шихтовый и газовый затвор конусного

типа; накопительный бункер; 5 - шихтовый клапан; 6 - газовый клапан;

7 - корпус клапанов;8 - привод ротора; 9 - ротор;

10 - купол печи

Рисунок 2.30 - Бесконусное роторное загрузочное устройство (БРЗУ)

ТОТЭМ [24]

Бесконусное загрузочное устройство с роторным принципом распределения

шихты реализует принципиально новую технологию загрузки шихтовых материалов на

поверхность засыпи, которое заключается в подаче их пятью плоскими веерообразными

потоками, сходящими с лепестков вращающегося ротора. При этом материал, падая на

поверхность засыпи, не деформирует её и остаётся на месте падения. Регулирование

распределения материалов по радиусу осуществляется изменением скорости вращения

ротора. Достоинством БРЗУ является то, что привод ротора для вращения загрузочных

лепестков находится снаружи печи и не подвергается сильному нагреву.

2.3.4 Подготовка дутья

Нагрев дутья, подаваемого в доменную печь, имеет большое значение в экономии

энергоресурсов при выплавке чугуна. Повышение температуры дутья на

100 °C

в интервале температур 800-1000 °C снижает расход кокса на 3,9 %, а в интервале

1000-1200 °C - на 2,2 %.

В доменном производстве используются регенеративные воздухонагреватели с

внутренней камерой горения, обеспечивающие нагрев дутья до

1200 °C

(см. рисунок 2.31).

119

1 - купол ВН; 5 - насадка; 3 - камера горения; 8 - газовая горелка;

9 - штуцер газовой горелки; 12 - штуцер клапана холодного дутья;

15 - подкупольное пространство

Рисунок 2.31 - Воздухонагреватель с внутренней камерой горения

Однако воздухонагреватели с внутренней камерой горения, расположенной в

одном кожухе с регенеративной огнеупорной насадкой, при длительной эксплуатации

выявили ряд недостатков, а именно изгиб воздухонагревателя, короткое замыкание,

пульсации, крип, неравномерность распределения потоков по насадке. Эти недостатки

требуют ремонтов и ограничивают температуру эксплуатации до 1200 °C.

Основные недостатки, связанные с внутренней камерой горения, были устранены

в воздухонагревателях с выносной камерой горения (см. рисунок 2.32).

120

Рисунок 2.33 - Воздухонагреватель конструкции Я. П. Калугина [38]

Отличительной особенностью ВНК является то, что температура горячего дутья

1250-1300 °C обеспечивается доменным газом с низкой теплотой сгорания и без

добавок высококалорийного газа. Установка теплообменников для утилизации

низкопотенциального тепла отходящих дымовых газов со средней температурой 280-

330 °C для нагрева доменного газа и воздуха для отопления воздухонагревателей

позволила снизить температуру дыма до 120 °C и увеличить температуру дутья без

добавок высококалорийного газа.

Существенным элементом этой конструкции является струйно-вихревая горелка,

расположенная вверху купола по оси воздухонагревателя, имеющая форкамеру.

Горелка обеспечивает концентрацию СОв отходящем дыме не более 50 мг/м³, что в два

раза ниже европейских норм. Концентрация NOx составляет не более 100 мг/м³.

Комбинированное дутье

В качестве одного из приемов регулирования теплового состояния печи

применяют увлажнение дутья подачей пара. Подача пара повышает содержание

водорода в восстановительных газах и ускоряет процессы восстановления в печи [39,

40]. Для сохранения теплового состояния печи на каждый 1 г воды в 1 м³ дутья следует

повысить температуру дутья на 9 °C.

Существенным шагом в развитии технологии доменной плавки стало обогащение

дутья кислородом, которое вызвало некоторые изменения параметров плавки, а именно:

- повысилась теоретическая температура горения в фурменном очаге;

- повысилось содержание окиси углерода в горновых газах;

- уменьшился расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода;

- увеличилась производительность печи.

Особенно большой эффект дало обогащение дутья кислородом при выплавке в

доменных печах ферросплавов - ферромарганца и ферросилиция.

Новый этап в повышении содержания кислорода в дутье доменных печей

наступил с началом вдувания природного газа и других добавок к дутью, так как простая

122

подача природного газа с дутьем приводит к охлаждению горна и не экономит кокс.

Например, при одновременном обогащении дутья кислородом до 120 м³/т чугуна

количество вдуваемого природного газа можно увеличить до 100 м³/т без изменения

теплового состояния печи. Есть примеры с расходом природного газа до 170-200 м³/т

чугуна с соответствующей компенсацией расходом кислорода.

Обогащение дутья кислородом обеспечивает вдувание в доменные печи ПУТ до

250 кг/т чугуна.

Несмотря на одновременное вдувание в горн доменной печи природного газа и

кислорода, коэффициент замены кокса природным газом не превышает 0,8. Чрезмерный

расход природного газа без соответствующей компенсации кислородом приводит к

разложению метана не в фурменном очаге, а в восстановительной атмосфере шахты

доменной печи, при этом образуется водород и сажистый углерод, затрудняющий работу

печи. Повышение эффективности использования природного газа в доменной плавке

для замены кокса можно достигнуть предварительной его конверсией перед вдуванием,

например, путем использования мощных плазмотронов [41].

В настоящее время в России содержание кислорода в дутье доменных печей

некоторых заводов доходит до 26-33 % при расходе природного газа до 100-140 м³/т

чугуна.

Рассмотрение перспектив развития технологии производства чугуна, которые

могут снизить потребление углерода на восстановление железа из руд и уменьшить

негативное воздействие на окружающую среду, приводит к необходимости изучения

технологии доменной плавки на кислородном дутье с обогащением восстановительным

газом [42, 43]. Исключение азота из объёма восстановительного газа в печи с учётом

дополнительного вдувания природного или коксового газов повысит восстановительный

потенциал газов в печи, в том числе за счёт большего участия водорода. На этом этапе

отмывка СО2 от колошникового газа будет хорошим дополнением к новой технологии

[44]. Применение «кислородной» доменной технологии приведёт к отказу от

использования воздухонагревателей для нагрева вдуваемого дутья, позволит на треть

уменьшить размеры доменных печей при сохранении производительности, что снизит

требования к прочности кокса.

2.3.5 Выплавка чугуна

Выплавляемые в доменной печи чугуны кроме железа и углерода содержат

кремний, марганец, фосфор, серу и другие элементы, количество которых зависит от

состава шихты и температурных условий плавки. Восстановителями являются окись

углерода (СО), водород (Н2) и твердый углерод (С), которые, как восстановители, ведут

себя по-разному при различных температурах по высоте печи. Источником газообразных

восстановителей является углерод кокса, сгорающий в струе горячего дутья в

фурменном очаге, по реакции:

С + О2 = СО2.

Образующийся оксид углерода (СО2) при температуре в горне печи 1600°C-

2300 °C взаимодействует с углеродом кокса по реакции:

СО2 + С = 2СО.

123

При наличии влаги в дутье вода также взаимодействует с углеродом по реакции:

Н2О + С = СО + Н2.

Таким образом, в горне печи присутствуют три вида восстановителя (С, СО и Н2)

по отношению к оксидам шихты. Восстановление оксида железа происходит по

реакциям:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2;

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2;

FeO + CO = Fe + CO2.

Аналогично эти реакции описываются с участием водорода. В доменной печи

только 50-80 % всех оксидов железа в опускающихся полурасплавленных массах

восстанавливается оксидом углерода и водородом. Остальная часть восстанавливается

в горне печи из жидкого шлака твердым углеродом по реакции:

FeO + C = Fe + CO.

В горне печи температура продуктов плавки равна 1500-1600 °C. При этой

температуре практически завершаются процессы восстановления оксидов шлака с

участием углерода кокса. Также завершается образование карбидов железа. В чистом

от примесей чугуне содержание углерода составляет 4,3-4,4 %. Марганец и хром

образуют устойчивые карбиды и повышают содержание углерода в чугуне.

По мере опускания рудной части в горн печи и последовательного восстановления

оксидов железа до металла, в зоне первичного шлакообразования в средней части

шахты печи происходит постепенное разделение материалов на металл и шлаковую

часть. При науглероживании свежевосстановленного металлического железа до 2,0 %

температура его плавления снижается с 1535 °C до 1330 °C и этот сплав чугуна стекает

в горн, где содержание углерода при контакте чугуна с коксом увеличивается до 4,3-

4,6 %, а температура плавления понижается до 1150 °C.

Аналогично меняются состав и свойства первичного шлака по мере опускания его

в горн печи, где в его состав войдет зола кокса и ПУТ. Доменная шихта рассчитывается

таким образом, чтобы вязкость (жидкотекучесть) конечного шлака, состоящего в

основном из оксидов SiO2, Al2O3, CaO, MgO, была достаточной для свободного выхода

его из печи во время выпуска чугуна. В большинстве случаев это достигается при

основности шлака по CaO/SiO2, равной 0,8-1,0.

Разная удельная плотность металла и шлака обуславливает их разделение в

горне печи на два слоя. При накоплении в горне достаточного количества жидких

продуктов плавки производят их выпуск через чугунную летку. Число выпусков чугуна в

сутки на доменной печи составляет от 6 до 12. При совместном выходе чугуна и шлака

их разделение происходит в скиммерном устройстве главного горнового желоба. Чугун

сливают в чугуновозный ковши отправляют в сталеплавильный цех, а шлак - в

шлаковую чашу для переработки или сразу гранулируют на припечной гранустановке.

Температура чугуна при выпуске его из печи примерно 1420-1480 °C, а шлака - 1510-

1530 °C. Для снижения выброса газов на литейный двор во время выпусков продуктов

плавки транспортные желоба оборудуют укрытиями и системами улавливания и очистки

аспирационных газов от пыли.

124

Выплавленный жидкий чугун поставляется в кислородно-конвертерный цех в

чугуновозных ковшах вместимостью 70-100 т чугуна или в ковшах миксерного типа

вместимостью до 500 т чугуна (см. рисунок 2.34).

1 - футерованная емкость; 2 - опорный подшипник

Рисунок 2.34 - Чугуновозный ковш миксерного типа

Из одной чугунной летки за один выпуск в миксерный чугуновозный ковш наливают

до 400-500 т чугуна. Стойкость футеровки и число наливов чугуна в ковшах миксерного

типа больше, чем в ковшах вместимостью 70-100 т.

2.3.6 Разливка товарного чугуна на разливочных машинах

При остановке конвертерного цеха на плановый ремонт образуется избыток

жидкого чугуна, который является самостоятельной товарной продукцией. Товарный

чугун разливают на двухручьевой разливочной машине (см. рисунок 2.35).

1 - стенд; 2 - разливочный желоб; 3 - опрыскиватель; 4 - устройство для

погрузки чушек в вагоны; 6 - конвейер с мульдами; 7 - натяжное

устройство

Рисунок 2.35 - Разливка чугуна в чушки

Чугуновозный ковш устанавливают на стенд, затем подъемным краном наклоняют

его для перелива чугуна в промежуточную емкость и на разливочную машину. Чугун

разливается в мульды, которые предварительно обрабатывают известковым молоком

для предотвращения приваривания чугуна к мульде.

125

Существует технология разливки чугуна в гранулы, подобно получению

гранулированного шлака. Такой чугун успешно транспортируется в железнодорожных

вагонах и легко дозируется на плавку. Затраты на разливку чугуна в гранулы

значительно меньше, чем на обслуживание и поддержание разливочной машины в

рабочем состоянии.

2.3.7 Обработка доменного шлака

Конечный доменный шлак имеет примерный химический состав: SiO2 - 37,5 %;

Al2O3 - 12,3 %; CaO - 36,3 %; MgO - 9,9 %; MnO - 0,4 %; FeO - 0,3 %; TiO2 - 1,2 %; Na2O

- 1,1 %; K2O - 1,0 %. Основность шлака CaO/SiO2 - 0,95-1,2.

Шлак охлаждается водой на припечных грануляционных установках

(см. рисунок 2.36) или на отдельно стоящих установках, либо в специальных шлаковых

ямах. Наиболее распространенной технологией переработки доменного остается

переработка шлака в щебень, являющийся широко востребованным продуктом в

дорожном строительстве ив случае влияния сезонности спроса не имеет проблем с

хранением.

Большая часть гранулированного доменного шлака используется при

производстве цемента.

1 - камера оборотной воды; 2 - бункер; 3 - сопло для грануляции шлака;

4 - желоб; 9 - бункер сушки; 10 - кольцевой водосборник;

14 - эрлифт

Рисунок 2.36 - Технологическая схема припечной грануляции

При грануляции шлака на припечной гранустановке выходящий во время выпуска

шлак стекает по желобу 4 на поток воды гранулятора 3, дробится и, попадая в бункер-

охладитель 2, охлаждается. Затем полученный гранулированный шлак перекачивается

и обезвоживается в специальных секциях, высушивается продувкой воздухом и

отгружается. Образующийся при грануляции пар удаляется в атмосферу.

126

Недостатком грануляции доменного шлака является повышенная его влажность,

затрудняющая его отгрузку и транспортировку потребителям в зимнее время.

Лучшим способом грануляции доменного шлака по ходу его выпуска из печи

является полусухая грануляция во вращающемся сетчатом барабане. При таком

способе шлак меньше смерзается и не требуется ввод антислеживающих добавок.

2.3.8 Очистка доменного газа и утилизация его химической энергии

Доменная печь в зависимости от вида выплавляемого чугунапроизводит до

2500 м³/т доменного газа состава

25-27 % СО,

22-25 % СО2,

8-10 % Н2,

представляющего в общезаводском балансе горючих газов до 25-30 % по теплу. Для его

очистки от пыли перед подачей в заводскую сеть грязный доменный газ проходит

многоступенчатую очистку (см. рисунок 2.37).

1 - доменная печь; 2 - уравнительные клапаны засыпного аппарата;

3, 4 - соответственно вертикальный и наклонный (нисходящий)

газопроводы; 5 - пылеуловитель; 6, 9, 13 - газопроводы; 7 - скруббер

высокого давления; 8 - труба-распылитель (труба Вентури);

10 - дроссельное устройство; 11 - газопровод получистого газа;

12 - электрофильтры

Рисунок 2.37 - Комплекс газоочистных сооружений доменной печи

В сухом пылеуловителе содержание пыли в газе снижается до 1-3 г/м³. В мокром

скруббере после полутонкой очистки содержание пыли в газе снижается до 0,1-0,8 г/м³.

В дроссельных группах производится тонкая очистка, и содержание пыли в доменном

газе снижается до 0,005-0,01 г/м³. При работе доменных печей при повышенном

давлении тонкая очистка достигается в трубах-распылителях.

В настоящее время на новых и реконструируемых доменных печах стали

устанавливать сухие газоочистки, которые не требуют воды для улавливания пыли.

127

Водопотребление

Работа доменной печи связана с потреблением большого количества технической

воды, необходимой для работы системы охлаждения печи, очистки доменного газа и

других производственных нужд. Для работы печи в аварийной ситуации при отключении

насосов подачи воды, предусмотрена резервная емкость для обеспечения циркуляции

охлаждающей воды в течение 30-40 мин работы цеха. Расход воды доменного цеха

составляет 18-25 % в общезаводском балансе. Удельный расход воды составляет

60 м³/т чугуна, в том числе свежей на подпитку - 4,5 м³/т.

Водное хозяйство современных металлургических заводов требует повышения

качества очистки оборотной воды. Первоначально эту задачу решали увеличением

количества ступеней очистки (числом радиальных отстойников), что увеличивало

затраты. Более перспективным путем решения задач очистки оборотной воды является

применение отстойников-флокуляторов. Например, при строительстве новой доменной

печи объемом 4000 м³ три малогабаритных отстойника-флокулятора заменили три

радиальных отстойника диаметром 30 м, заняли по площади в четыре раза меньше

места и в два раза сократили стоимость очистных сооружений [45].

Очистки требует не только доменный газ, поступающий в заводскую газовую сеть.

Необходимо очищать перед выбросом в атмосферу доменный газ из межконусного

пространства загрузочного устройства доменной печи, так как из межконусного

пространства в атмосферу под высоким давлением грязный доменный газ за сутки

выбрасывается до 200 раз. На некоторых заводах работают установки для улавливания,

очистки и утилизации доменного газа из межконусного пространства доменной печи

(см. рисунок 2.38) [46]. По этой технологии грязный доменный газ из межконусного

пространства не выбрасывается в атмосферу, а очищается в автономной

малогабаритной газоочистке и возвращается в газопровод чистого доменного газа.

Установка для улавливания и очистки газа из межконусного пространства доменной печи

может работать независимо от доменной газоочистки. Расход воды на очистку

составляет 40-50 м³/ч.

а - межконусное пространство загрузочного устройства доменной печи; б - скруббер;

в - дроссельная группа; г - коллектор чистого доменного газа; д - каплеуловитель;

128

1 - уравнительный газопровод; 2 - байпасный газопровод; 3 - эжектор; 4 - газопровод;

дроссель-клапан с приводом; 6 - дисковая задвижка; 7 - листовая задвижка;

8 - газопровод получистого газа; 9 - эвольвентная форсунка; 10 - уравнительные

клапаны большого и малого конуса

Рисунок 2.38 - Установки для улавливания, очистки и утилизации доменного газа из

межконусного пространства доменной печи

2.3.9 Утилизация избыточного давления доменного газа

Газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ) устанавливаются на

доменных печах после пылеуловителей и скруббера с трубами Вентури для выработки

электроэнергии за счет использования повышенного давления колошникового газа для

вращения турбины и электрогенератора. Мощность некоторых ГУБТ составляет 7 и

12 МВт. Технологическая схема утилизации повышенного давления доменного газа

приведена на рисунке 2.39 [24].

1 - двигатель; 2 - воздуходувка; 3 - пылеулавливатель; 4 - скруббер с

трубами Вентури; 5 - перегораживающий клапан; 6 - газгольдер; 7 -

аварийный отсечной клапан; 8 - листовая задвижка; 9 - генератор; 10 -

воздуходувка; 11 - доменная печь; 12 - регулирующий клапан; 13 -

турбина

Рисунок 2.39 - Технологическая схема утилизации энергии доменного газа

2.3.10 Основное технологическое и природоохранное оборудование

Назначение, описание, технологические характеристики основного оборудования,

используемого при производстве чугуна, приведены в таблице 2.15.

129

Таблица 2.15 - Основное технологическое оборудование, используемое при

производстве чугуна

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Вагоноопрокидыватель

Выгрузка поступающих

Вагоноопрокидыватель роторный или

грузов

передвижной

Грейферные краны

Разгрузка вагонов на

Грейферные краны: козловые,

склад сырья в

портальные, мостовые

усреднительный

штабель, забор сырья

для заполнения

шихтовых бункеров

Трансферкар

Заполнение

Перегрузочный вагон

(перегрузочный вагон)

компонентами шихты

бункеров доменных

печей

Бункеры, весовые

Дозировка компонентов

Бункеры, весодозаторы, ленточные

дозаторы, весовые

доменной шихты на

сборные конвейеры для шихты

воронки, ленточный

сборный конвейер в

конвейер

нужном соотношении

Доменная печь

Выплавка чугуна

Нагрев и восстановление

железорудного сырья с получением

чугуна, шлака и доменного газа

Машина для вскрытия

Вскрытие чугунной летки

Электрическая или гидравлическая

чугунной летки

для выпуска продуктов

модификация

плавки

Пушка для забивки

Закрытие чугунной летки

Электрическая или гидравлическая

чугунной летки

после окончания выпуска

модификация

Чугуновозный ковш на 70-

Транспортировка

Перевозка ж/д транспортом

100 т чугуна

жидкого чугуна в

сталеплавильный цех

Чугуновозный ковш на

Транспортировка

Перевозка ж/д транспортом

300-500 т чугуна

жидкого чугуна в

сталеплавильный цех

Шлаковая чаша

Транспортировка

Перевозка ж/д транспортом

жидкого щлака на

переработку

Припечная гранустановка

Грануляция жидкого

Грануляция, обезвоживание и

шлака по ходу выпуска

подсушка шлака

Гранустановка, отдельно

Грануляция шлака из

Грануляция шлака

стоящая

шлаковых чаш

Пылеуловитель-циклон

Очистка аспирационного

Очистка аспирационного воздуха

воздуха

Тканевый фильтр

Очистка аспирационного

Очистка аспирационного воздуха

воздуха

130

Окончание таблицы 2.15

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Пылеуловитель сухой

Очистка отходящих

Очистка отходящих газов от пыли

технологических газов

Скруббер мокрый

Очистка отходящих

Очистка отходящих газов от пыли

технологических газов

Оборудование мокрой

Очистка отходящих

Очистка отходящих газов от пыли

газоочистки

технологических газов

Водооборотный цикл:

Перекачивание

Сбор пыли от гидросмыва помещений,

Насосы, отстойники,

технологических

уборка шламов циклонов газоочистки,

сгустители шлама

жидкостей. Сбор и

очистка и осветление оборотной воды

очистка грязной воды,

предварительное

сгущение шламов

Сгустители шлама,

Сгущение твердой фазы.

Обезвоживание шламов на вакуум-

шламовые насосы, вакуум-

Обезвоживание и сушка

фильтрах, сушка обезвоженных

фильтры, сушильные

шламов

шламов в сушильных печах

барабаны

ГУБТ

Использование

Выработка электроэнергии

повышенного давления

колошниковых газов для

выработки

электроэнергии

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса

производства чугуна на технологических участках устанавливается природоохранное

оборудование:

- газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый

уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в

них загрязняющих веществ перед отводом газов или воздуха в атмосферу или

возвратом обратно в рабочую зону;

- водоочистные

сооружения,

обеспечивающие

очистку

загрязнённых

промышленных сточных вод.

Назначение, описание, технологические характеристики природоохранного

оборудования, используемого при производстве чугуна, приведены в таблице 2.16.

131

Таблица 2.16 - Назначение и описание природоохранного оборудования,

используемого при производстве чугуна

Существенные характеристики

Наименование оборудования

Назначение оборудования

природоохранного

оборудования

Циклоны сухие

Улавливание грубой пыли

Тип ЦН-15 и ВЗП.

вентиляционных систем

Эффективность очистки - от

70 % до 85 %.

Остаточная запыленность - до

600 мг/нм³

Пылеуловитель

Улавливание пыли

Эффективность очистки от

отходящих

грубой пыли - 80-95 %

технологических газов

Электрофильтры

Улавливание пыли

Эффективность очистки - до

отходящих

95-99 %.

технологических газов

Остаточная запыленность - до

30 мг/нм³

Тканевые (рукавные) фильтры

Очистка от пыли

Эффективность очистки от

отходящих

тонкой пыли - до 90-98 %

технологических газов.

Очистка от пыли

аспирационного воздуха

Тканевые фильтры с

Очистка технологических

Выбросы SOx сокращаются на

комбинированными

газов от тонкой пыли и

30-90 %

сорбционными процессами

газов SOx, HCl, HF

Скрубберы мокрые

Улавливание пыли

Тип - скрубберы оросительные,

отходящих

скрубберы с трубой Вентури,

технологических газов с

остаточная запыленность - от

помощью воды

40 до 80 мг/нм³

Дроссельное устройство

Поддержание и

Группа дроссельных клапанов

регулирование

различного диаметра

повышенного давления в

доменной печи. Тонкое

распыливание воды для

улавливания пыли

2.3.11 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

По всей технологической цепочке производства чугуна в местах выгрузки сырья,

складирования, хранения пылящих материалов на открытых площадках, дозирования

компонентов шихты на различном оборудовании, работе уравнительных клапанов при

загрузке печи, выпуске чугуна и шлака, транспортировки отходов производства и готовой

продукции имеют место организованные и неорганизованные выбросы (эмиссии)

загрязняющих веществ в виде пыли, газов, образования отходов, образования сточных

вод.

Материальные потоки, характерные основные эмиссии при производстве чугуна

приедставлены в таблице 2.17.

132

Таблица 2.17 - Перечень материальных потоков и эмиссий

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Железные руды,

Приемка,

Усредненное

Железнодорожные

Взвешенные

агломерат, кокс,

складирование,

железорудное

весы, вагоноопро-

вещества

окатыши, флюсы,

усреднение

сырье

кидыватель,

состава: С,

добавки

сырья

краны-

Fe2O3, Fe3O4,

перегружатели,

FeO, FeCO3,

усреднители

SiO2, Al2O3,

сырья, ленточные

MgO, MnO,

конвейеры

CaCO3, MgCO3,

MnCO3

Железные руды,

Дозирование

Сдозированная

Бункеры,

Взвешенные

флюсы, топливо

компонентов

шихта в скип

объемные и

вещества

доменной шихты

весовые дозаторы,

состава: С,

(подбункерное

ленточные

Fe2O3, Fe3O4,

помещение)

конвейеры

FeO, FeCO3,

SiO2, Al2O3,

MgO,

MnO,CaCO3,

MgCO3, MnCO3,

шум, вибрация

Выбросы пыли и

Выпуск чугуна,

Уловленная

Аспирация,

Взвешенные

газов

шлака

пыль, очищенный

циклоны,

вещества

воздух с

дымососы

состава: С,

выбросом в

Fe2O3, Fe3O4,

атмосферу

FeO, SiO2, CaO,

MgO, Al2O3,

MnO,

газовые

компоненты:

CO, SOx, H2S,

тепловое

излучение

Запыленный

Пылеочистка

Обеспыленный

Циклоны, мокрые

Взвешенные

воздух

аспирационных

воздух с

скрубберы

вещества

систем

выбросом в

состава: С,

атмосферу, пыль

Fe2O3, Fe3O4,

сухая, шламы

FeO, CaO, MgO,

Al2O3, MnO

SiO2,

шум, вибрация

133

Окончание таблицы 2.17

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Сточные воды

Оборотный цикл

Осветленная

Отстойники

Взвешенные

гидросмыва пыли

водоснабжения

вода оборотного

грязной воды,

вещества

помещений,

цикла, сгущенные

сгустители шламов

состава: С,

влажный шлам

шламы

Fe2O3, Fe3O4,

мокрых

FeO, SiO2, CaO,

газоочисток

MgO, MnO,

Al2O3, FeCO3,

CaCO3,

ZnO,MgCO3,

MnCO3

Влажные шламы

Обезвоживание и

Осветленная

Сгустители

Взвешенные

газоочисток

сушка шламов

вода в оборотный

шламов, вакуум-

вещества

цикл, шлам сухой

фильтры,

состава: С,

сушильные

Fe2O3, Fe3O4,

барабаны

FeO, SiO2, Al2O3,

CaO, MgO, MnO,

FeCO3, FeCO3,

CaCO3,

ZnO,MgCO3,

MnCO3

2.3.12 Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Факторами негативного воздействия на окружающую среду являются следующие.

Выбросы в атмосферу

При производстве чугуна происходят неорганизованные и организованные

выбросы в атмосферу загрязняющих веществ с твёрдыми компонентами (взвешенные

вещества): С, Fe2O3, FeO, SiO2, MgO, Al2O3, MnO, CaO; газообразными компонентами:

NO2, NO, SO2, CO, CO2, H2S, бенз(а)пиреном.

Сточные воды

В доменном производстве используется техническая вода из водооборотного

цикла для системы охлаждения доменной печи и воздухонагревателей, в установках

пылегазоочистки, а также гидросмыва осевшей пыли в производственных помещениях.

Водоснабжение осуществляется по специальным водооборотным системам. Сбросы

воды не производятся.

Отходы и побочные продукты

В процессе доменного производства образуются отходы и побочные продукты:

просыпь шихтовых материалов, колошниковая пыль, пыль и шламы газоочисток с

различных участков, отходы футеровок при ремонтах печей и воздухонагревателей,

отходы футеровки при ремонтах главного горнового жёлоба, отходы заправочных

134

материалов транспортирующих желобов чугуна и шлака, резиновые транспортёрные

ленты.

Все производственные отходы утилизируются.

Вредные производственные факторы

При производстве чугуна вредными производственными факторами являются:

- высокотемпературные расплавы чугуна и шлака;

- повышенное напряжение в электрической цепи свыше 50 В;

- движущиеся машины и механизмы;

- подвижные части производственного оборудования;

- повышенная температура поверхности оборудования и материалов;

- расположение рабочего места на значительной высоте относительно

поверхности земли;

- повышенный уровень инфракрасного излучения свыше 140 Вт/м²;

- повышенный уровень производственного шума на рабочем месте свыше 80 дБ;

- повышенная загазованность и запылённость неорганической пылью (ПДК окиси

углерода - 20 мг/м³, неорганической пылью - 6 мг/м³).

2.4 Производство стали в кислородных конверторах

Конвертерный способ выплавки стали является наиболее распространенным

благодаря высокой производительности и более низкой стоимости передела в

сравнении с электросталеплавильным и мартеновским способами.

Конвертерное производство - получение стали в сталеплавильных агрегатах-

конвертерах путем продувки кислородом составляющих шихты плавки (жидкий чугун и

металлолом).

Основные цели:

- снижение содержания углерода до требуемого уровня (с 4,0-4,5 % в чугуне до

0,01-0,4 % в расплаве металла в зависимости от планируемой к производству марки

стали);

- окисление кислородом содержащихся в чугуне примесей (фосфора, кремния,

марганца, серы и др.) с последующим их удалением из расплава в шлак [47].

2.4.1 Состав конвертерного цеха

В состав конвертерного цеха, как правило, входят следующие основные

производственные отделения:

- приема жидкого чугуна (миксерное отделение; отделение перелива жидкого

чугуна);

- приема и подготовки металлолома и шлакообразующих материалов (шихтовое

отделение);

- десульфурации чугуна;

- приема и подготовки ферросплавов;

- выплавки стали;

- внепечной обработки стали;

135

Прием жидкого чугуна. Усреднение жидкого чугуна в стационарном миксере.

Перелив из чугуновозных ковшей или чугуновозных ковшей миксерного

типа в чугунозаливочные ковши

Из доменного цеха (производства) жидкий чугун поступает в сталеплавильный цех

(производство) в чугуновозных ковшах или в чугуновозных ковшах миксерного типа. При

наличии в сталеплавильном производстве миксерного отделения чугун из чугуновозных

ковшей сливают в стационарный миксер для усреднения чугуна по составу и

температуре. Затем осуществляется налив жидкого чугуна из миксера в

чугунозаливочные ковши и передача их в загрузочный пролет конвертерного отделения.

При отсутствии миксерного отделения чугун из чугуновозных ковшей или из

чугуновозных ковшей миксерного типа в отделении перелива чугуна напрямую

переливают в чугунозаливочные ковши.

После наполнения чугунозаливочного ковша производят взвешивание и

измерение температуры чугуна, отбор пробы для определения химического состава.

При необходимости по результатам измерения температурыкорректируют расход чугуна

на плавку.

Подготовка твердой металлической шихты и шлакообразующих материалов

Металлолом, используемый в конвертерной плавке, проверяется и

обезвреживается от взрывоопасных и легковоспламеняющихся предметов.

Металлолом доставляется к конвертерам в совках (лотках).

Для наводки шлака применяется свежеобожженная известь с установленным

фракционным составом, содержанием СаО + MgO и нормируемыми потерями при

прокаливании. В качестве шлакообразующих материалов применяются также флюсы,

содержащие MgO [48].

Десульфурация чугуна

При необходимости снижения серы чугун направляют на установки

десульфурации чугуна. В качестве десульфураторов используют порошкообразную

известь, соду, карбид кальция, гранулированный магний или смеси нескольких

реагентов. Снижение содержания серы в чугуне осуществляют на установках

десульфурации чугуна методом вдувания порошкообразных материалов

(десульфураторов) в расплавленный чугун [49].

Прием и подготовка ферросплавов

Требования к химическому составу стали задаются диапазонами содержания

элементов, а получение химического состава стали в заданных диапазонах достигается

с помощью введения ферросплавов в расплав. При необходимости ферросплавы

прокаливают.

Выплавка стали

После выпуска очередной плавки производится осмотр футеровки конвертера и

сталевыпускного отверстия.

При удовлетворительном состоянии футеровки конвертера после выпуска плавки

осуществляетсяподготовка шлака для нанесения шлакового гарнисажа. При

138

неудовлетворительном состоянии футеровки конвертера производится локальный или

капитальный ремонт футеровки.

Для подготовки шлака для нанесения шлакового гарнисажа на футеровку

конвертера используется сырой, обожженный, офлюсованный доломит, бой шиберных

плит, известь и каменный уголь (антрацит, кокс). Расход материалов зависит от

количества и состояния шлака предыдущей плавки.

Шихта плавки конвертера состоит из жидкого чугуна и твердой металлической

части шихтыв определенном соотношении.

Загрузка шихты в конвертер начинается с завалки металлолома. Во избежание

разрушения футеровки конвертера сначала загружается совок (лоток)с легковесным

ломом, а затем с тяжеловесным. После завалки металлолома, при необходимости,

производится его прогрев.

Затем осуществляется заливка жидкого чугуна. Химический состав применяемого

чугуна, как правило: 4,0-4,5 % C; 0,1-0,5 % Mn; 0,5-0,9 % Si; около 0,02 % S; около 0,1 %

P [50].

При недостаточном теплосодержании чугуна, необходимого для ведения плавки,

может применяться технология предварительного подогрева металлической части

шихты за счет сжигания теплоносителя (коксика, антрацита) в струе кислорода. При

необходимости переработки избыточного количества чугуна в качестве охладителей

применяют железорудные окатыши, известняк и сырой доломит.

После заливки чугуна конвертер устанавливается в вертикальное положение,

опускается фурма и начинается продувка плавки технологическими газами,

преимущественно кислородом (основной газ). При продувке кислородом в реакционной

зоне развиваются температуры до 2200-2500 ^оС, что превращает реакционную зону в

очаг разогрева всей ванны.

Вдуваемый кислород прежде всего взаимодействует с железом:

Fe +

2 × O2^{= FeO.}

Образующийся оксид железа частично переходит в шлак, частично растворяется

в металле и окисляет примеси, содержащиеся в чугуне:

2FeO + Si = 2Fe + SiO2;

FeO + Mn = Fe + MnO;

5FeO + 2P = 5Fe + P2O5.

Эти химические реакции проходят с выделением большого количества тепла.

С понижением содержания в металле кремния и марганца повышается температура и

возрастает скорость окисления углерода как за счет взаимодействия с FeO, так и за счет

прямого воздействия газообразного кислорода [51].

FeO + C = Fe + CO.

Регулируя интенсивность продувки, обеспечивают низкое содержание углерода в

полупродукте (менее

0,04 %) без переокисления металла и шлака, после чего

осуществляется выпуск металла в ковш [52].

Окислительный характер плавки приводит к высокой концентрации кислорода в

виде FeO в металле, в связи с чем проводят его удаление раскислением металла

марганцем, кремнием и алюминием [53] по реакции:

139

FeO + Mn = Fe + MnO;

2FeO + Si = 2Fe + SiO2;

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3.

Схема работы конвертера приведена на рисунке 2.41.

1 - загрузка стального скрапа; 2 - заливка расплавленного чугуна;

3 - продувка кислородом; 4 - загрузка извести и железной руды с началом

продувки и по ходу плавки; 5 - выпуск металла;

6 - слив шлака

Рисунок 2.41 - Схема работы конвертера

Конвертер представляет собой поворачивающийся на цапфах сосуд грушевидной

формы, футерованный изнутри огнеупорами и снабженный леткой для выпуска стали и

отверстием сверху (горловиной) для ввода в полость конвертера кислородной фурмы,

отвода газов, заливки чугуна, загрузки лома и шлакообразующих и слива шлака.

Конвертера по емкости могут вмещать от 135 т до 370 т расплавленного металла.

Конструктивно конвертера емкостью от

135 т до

160 т могут изготавливаться

глуходонными или со вставным днищем. Конвертеры большой емкости изготавливаются

преимущественно глуходонными.

Образующийся в процессе продувки отходящий газ называется конвертерным

газом и содержит в основном СО.

По способу отвода конвертерного газа в атмосферу газовые тракты конвертеров

делятся на три группы:

- системы, работающие с подсосом воздуха через зазор между конвертером и

котлом-утилизатором и полным дожиганием выделяющегося CO, т. е. с коэффициентом

расхода воздуха α > 1;

- системы, работающие без доступа воздуха в газовый тракт и без дожигания CO;

140

- системы, работающие с частичным дожиганием CO в котле-утилизаторе, т. е. при

1 > α > 0.

Работа системы с полным дожиганием позволяет в полной мере утилизировать

физическое и химическое тепло конвертерного газа.

Регламент работы в режиме с частичным дожиганием отходящих газов должен

включать контроль:

- расхода отходящих дымовыхгазов;

- расхода кислорода;

- объемной доли СО в отходящих газах.

По этой технологии отходящие газы дожигаются в небольшом объеме в котле-

утилизаторе и основная их часть сжигается на свече.

Работа газоотводящего тракта в режиме без дожигания применяется в основном

в случае, когда реализуется сбор конвертерного газа в газгольдер с последующим

использованием его в качестве энергетического ресурса. Во всех иных случаях работа

системы осуществляется в режиме с частичным дожиганием.

Основными причинами образования взрывоопасных смесей при отводе газов без

дожигания или с частичным дожиганием могут являться:

- резкие изменения газовыделения, вызванные нарушениями технологии ведения

продувки (возобновление прерванной продувки на максимальном расходе кислорода,

подача сыпучих материалов большими порциями);

- подсос воздуха в «холодную часть» газоотводящего тракта при нарушении

газоплотности люков, гидрозатворов, сварных швов и т. п.;

- попадание влаги (течь фурмы, котла-охладителя или подачи в конвертер

влажных шихтовых материалов) в ванну конвертера, вызывающее появление в

конвертерном газе водорода, расширяющего пределы взрывоопасности смеси оксида

углерода и кислорода;

- наличие застойных зон.

Количество необходимого кислорода, расходуемого на плавку, обуславливается

содержанием углерода, кремния, фосфора в исходной шихте. Окончание конвертерной

плавки осуществляют по пробе металла. Отбор проб металла осуществляется после

расчетного окончания продувки металла кислородом с наклоном конвертера при

скачивании части шлака или с применением специального зонда без наклона

конвертера.

Продувку плавки осуществляют в соответствии с технологическими схемами

продувки с контролем следующих параметров:

- массы, химического состава и температуры заливаемого в конвертер чугуна;

- массы и вида (сорта) загружаемого в конвертер металлического лома;

- массы и вида загруженных в конвертер до начала продувки шлакообразующих

материалов, теплоносителя и т. п.;

- вида, массы охладителей и шлакообразующих материалов, которые

планируется присаживать в конвертер во время продувки, расходы которых (в том числе

извести, доломита, магнезиальных флюсов) определяются в зависимости от

химического состава исходных материалов, условий технологии и заданным химическим

составом готовой стали.

Продолжительность первого периода продувки (период шлакообразования)

устанавливают в зависимости от стойкости футеровки конвертера, состава твердой

141

металлической шихты, результатов обработки чугуна на установке десульфурации и

вида перерабатываемого жидкого чугуна в соответствии с требованиями нормативных

документов.

В период интенсивного обезуглероживания поддерживают в отходящих газах

объемную долю СО в пределах 30-60 %.

Период продувки заканчивают при достижении объемных долей СО менее 1 %.

После окончания продувки производят наклон конвертера для измерения

температуры расплава и отбора проб металла и шлака с целью определения

химического состава.

При получении заданной температуры перед выпуском при необходимости

измеряют окисленность металла.

В шлаке определяют массовые доли СаО, SiO2, Feобщ, MgO, S, P2O5 и его

основность (отношение суммы массовых долей оксидов кальция и магния к массовой

доле диоксида кремния) [54].

Выпуск расплава из конвертера в сталеразливочный ковш, присадка

ферросплавов, раскислителей и других добавок

Выпуск расплава из конвертера в сталеразливочный ковш производят при

готовности машины непрерывного литья заготовок(МНЛЗ) или разливочного состава с

изложницами при разливе в слиток, с учетом продолжительности внепечной обработки,

времени транспортировки ковша для обеспечения необходимой температуры

разливаемой жидкой стали.

Ферросплавы, раскислители (алюминий вторичный фракционированный или его

сплавы) и добавки (например, карбид кальция) следует вводить в ковш во время выпуска

расплава из конвертера строго по расчету. Расплав раскисляют в соответствии с

технологической схемой раскисления. Ферросплавы при необходимости подогревают

для ускорения их проплавления. Во время выпуска расплава необходимо перемещать

сталевоз с ковшом так, чтобы ферросплавы и другие присаживаемые материалы

(твердые шлаковые смеси, известь) попадали под струю для лучшего распределения их

по объему ковша.

Выпуск металла производится через сталевыпускное отверстие.

Обработку расплава синтетическими шлаками осуществляют во время выпуска

расплава из конвертера, одновременно подавая струю жидкого шлака на струю жидкой

стали. Синтетический шлак предварительно выплавляют и нагревают до

температуры~1600 °C в электродуговой печи и перед обработкой расплава выпускают в

специально подготовленный шлаковый ковш.

При выпуске расплава из конвертера производят отсечку конвертерного шлака.

После выпуска расплава оставшаяся в конвертере часть шлака наносится на

футеровку конвертера в виде гарнисажа. Остальной шлак сливают через горловину

конвертера в шлаковую чашу [55].

Внепечная обработка расплава

После выпуска расплава из конвертера для доведения его химического состава и

температуры до требуемого уровня сталеразливочный ковш с расплавом направляют на

внепечную обработку. Внепечная обработка является ключевым звеном современных

процессов получения качественной стали. Наиболее широко внепечная обработка

142

используется при производстве высокопрочных конструкционных марок стали для

машиностроения, судостроения, газонефтяного комплекса (особенно для изделий,

работающих в условиях низких температур), автомобильной промышленности,

электротехники.

Главные цели технологии внепечной обработки:

- перемешивание и усреднение (гомогенизация);

- корректировка и доведение химического состава до заданных значений;

- обеспечение требуемой температуры металла перед началом процесса

разливки;

- дегазация (удаление нежелательных газов, таких как водород и азот);

- обеспечение чистоты металла по неметаллическим включениям за счет

интенсификации перемешивания.

Эти операции выполняются в ковше на установке доводки металла, в агрегате

«ковш-печь», в вакууматоре (циркуляционного, порционного или объемного

рафинирования).

Выбор способа внепечной обработки определяется технологической схемой

производства стали.

Продувку стали инертным газом могут осуществлять отдельно в

сталеразливочном ковше на установках доводки металла или применяют как операцию,

сопутствующую другим процессам. В качестве инертного газа используют в основном

аргон, реже азот. Продувку инертным газом используют также для регулирования

температуры металла в ковше.

Наиболее эффективным приемом внепечной обработки стали является

комплексная обработка расплава в сталеразливочном ковше на агрегатах «ковш-печь»,

обеспечивающих нагрев и перемешивание стали в ковше, ее усреднение и

корректировку химического состава.

Агрегат «ковш-печь» представляет собой установку, состоящую из крышки для

ковша с отверстиями, через которые установлены три электрода. Под крышку

помещается сталеразливочный ковш с металлом после выпуска из конвертера для

проведения внепечной обработки стали. Кроме того, в состав установки «ковш-печь»

обычно также входят средства для перемешивания металла инертным газом, система

подачи ферросплавов и материалов для усреднения стали в ковше.

Вакуумирование металла осуществляют главным образом на сталях

специального назначения с повышенными требованиями по содержаниям газов и

неметаллическим включениям. После интенсивной дегазации в металл сверху из

помещенного в вакуумной камере бункера вводят раскислители, ферросплавы и другие

добавки.

После окончания внепечной обработки стали плавку передают на разливку [56].

Подготовка сталеразливочных и промежуточных ковшей

Для обеспечения бесперебойной и безопасной работы конвертерного цеха

(производства) осуществляют регламентные работы по подготовке сталеразливочных и

промежуточных ковшей.

143

Подготовка сталеразливочных ковшей

Сталеразливочный ковш представляет собой цилиндрическую емкость,

изготовленную из металла, с цапфами для подъема и транспортировки мостовыми

кранами, футерованную изнутри огнеупорами.

Подготовку и регламентный ремонт сталеразливочных ковшей организуют и

выполняют на специализированных стендах.

После окончания разливки металла из сталеразливочного ковша сливают шлак в

шлаковую чашу, затем ковш транспортируют в отделение подготовки ковшей. Ковш

устанавливают на стенд, оборудованный охлаждающим устройством.

После охлаждения футеровки ковш устанавливают на стенд, оборудованный

манипулятором для снятия и установки шиберных затворов и устройством для

выдавливания стаканов. После снятия шиберного затвора и выдавливания стакана

сталеразливочный ковш устанавливают на поворотный стенд, где осматривают

футеровку и удаляют скрап и остатки шлака.

Далее ковш возвращают на стенд, где устанавливают новый шиберный затвор и

проверяют его работу. Затем в ковш опускают кессон, с помощью которого

устанавливают стакан и уплотняют гнездо, после чего ковш переносят на стенд,

оборудованный устройством для сушки и разогрева ковша. Разогретый

сталеразливочный ковш транспортируют к конвертеру.

Подготовка промежуточных ковшей к разливке

Перед началом разливки стали производят сушку и предварительный разогрев

промежуточных ковшей на специальном стенде участка подготовки промковшей.

Окончательный разогрев и поддержание рабочей температуры футеровки

промежуточных ковшей производят на стендах разогрева, расположенных на рабочей

площадке МНЛЗ. Производится подключение горелок для разогрева футеровки ковша.

Канал стакана промежуточного ковша прогревается как специально

установленными горелками снизу, так и при помощи верхних горелок.

Для обеспечения стабильной и непрерывной работы МНЛЗ разливку стали

начинают при наличии на рабочей площадке двух разогретых промежуточных ковшей.

Разливка стали на МНЛЗ или в изложницы (слитки)

Сталь после внепечной обработки направляется на разливку. Разливку стали

осуществляют на МНЛЗ или в изложницы (слитки).

Разливка стали на МНЛЗ

Разливку стали на МНЛЗ производят методом «плавка на плавку» без прерывания

разливки одной плавки.

После наполнения промежуточного ковша не менее чем на одну треть его высоты,

начинается заполнение кристаллизатора (ов) сталью. По мере выхода

сформировавшегося слитка из кристаллизатора (ов) подают воду на вторичное

охлаждение. Режим вторичного охлаждения выбирают исходя из типа разливаемой

стали и сечения заготовок.

Вода, применяемая для охлаждения стали и оборудования МНЛЗ,

предварительно проходит реагентную обработку. Массовая концентрация взвесей и

144

нефтепродуктов в воде не должна превышать установленные нормативами требования.

Рабочую скорость разливки выбирают в зависимости от типа стали и сечения заготовок.

В течение разливки каждой плавки измеряют температуру стали в промежуточном

ковше.

После окончания разливки производят закрытие шиберного затвора. Снижают

скорость

разливки,

перемещением

стенда

производят

замену

сталеразливочныхковшей.

После прекращения подачи стали в кристаллизатор подают воду в таком

количестве, чтобы происходило ее полное испарение.

В зависимости от конструкции кристаллизатора выделяют следующие типы

МНЛЗ:

- криволинейного типа;

- радиального типа;

- вертикального типа.

По виду разливаемой заготовки:

- сортовые;

- слябовые.

Устройство МНЛЗ криволинейного типа показано на рисунке 2.42.

Рисунок 2.42 - Устройство МНЛЗ криволинейного типа

Разливка стали в изложницы (слитки)

На ряде металлургических заводов для получения слитков сталь разливают в

изложницы (слитки). Изложницы изготавливают из чугуна, реже - из стали. Форма

поперечного сечения изложниц может быть квадратной (для получения слитков,

прокатываемых на сортовой прокат), прямоугольной (для слитков, прокатываемых на

лист), круглой (для прокатки труб) и многогранной (для изготовления крупных поковок).

Перед разливкой стали в изложницы (слитки) их тщательно очищают от остатков

стали предыдущего выпуска, затем подогревают до

80-120 °C и покрывают

специальными обмазками.

Применяют следующие способы разливки стали в изложницы (слитки):

145

- в изложницы сверху (применим при получении крупных слитков);

- в изложницы сифоном (сталью заполняются одновременно от 2 до 60 изложниц,

установленных на поддоне, через центровой литник, каналы и каналы в поддоне,

т. е. эта разливка основана на принципе сообщающихся сосудов).

Слитки в изложницах поступают из разливочного отделения в отделение

раздевания слитков или стрипперное отделение для подготовки к последующей посадке

слитков в нагревательные колодцы (печи) блюминга или слябинга.

Разливка стали в изложницы (слитки) представлена на рисунке 2.43.

Рисунок 2.43 - Разливка стали в изложницы (слитки)

Обработка непрерывнолитых заготовок и слитков

Непрерывнолитые заготовки и слитки перед отгрузкой на следующий передел

проходят обработку с целью контроля и удаления дефектов.

Обработка непрерывнолитых заготовок

Непрерывнолитые заготовки подают на специальные площадки, где производят

визуальный осмотр поверхности и при необходимости осуществляют огневое

осветление поверхности заготовок, удаление дефектов. Выявленные дефекты

(трещины, шлаковые включения, завороты, наплывы, механические повреждения и др.),

связанные с производством, транспортировкой и охлаждением заготовок и имеющие

недопустимую степень развития, удаляют огневой зачисткой, для сталей с более

высоким содержанием углерода и высоколегированных применяют абразивную зачистку

во избежание образования трещин.

Обработка слитков

Слитки, разлитые в изложницы, передают на дальнейшею обработку с целью

удаления дефектов. При выборе способа удаления поверхностных дефектов со слитков

учитывают степень пораженности слитка поверхностными дефектами (имеется в виду

площадь распространения дефектов и глубина их залегания), характер дефектов,

146

физические свойства зачищаемой стали, назначение в дальнейшем готового проката и

его размеры.

При удалении отдельно залегающих на поверхности металла дефектов

применяют местную зачистку. Сплошную зачистку применяют при наличии большого

числа дефектов, расположенных по всей поверхности слитка. Для сталей с более

высоким содержанием углерода и высоколегированных применяют абразивную зачистку

во избежание образования трещин.

Иногда применяют комбинированный способ зачистки, при котором отдельные,

глубоко залегающие дефекты, удаляют пневматической вырубкой, а мелкие дефекты,

распространенные на большой площади, - абразивной зачисткой [57].

2.4.3 Особенности двухстадийного дуплекс-процесса производства стали

При переработке ванадиевого чугуна на отдельных предприятиях (в частности, на

АО «ЕВРАЗ НТМК») применяется двухстадийный дуплекс-процесс производства стали:

извлечение ванадиевого шлака и получение годной стали.

Ванадиевый чугун из доменного цеха (производства) поступает в миксерное

отделение конвертерного цеха в чугуновозных ковшах емкостью 100-120 т и сливается

в один из миксеров для усреднения химического состава и температуры. По мере

необходимости чугун из миксера сливается в чугунозаливочные ковши емкостью 160-

170 т для передачи в конвертерное отделение. Основной объем выплавляемого

ванадиевого чугуна перерабатывается в четырех кислородных конвертерах емкостью

160 т каждый двухстадийным дуплекс-процессом.

На первой стадии дуплекс-процесса жидкий ванадиевый чугун с содержанием

0,40-0,60 % V,

0,05-0,15 % Si,

0,05-0,20 % Ti заливается в специальный

«полупродуктовый» конвертер и продувается кислородом через водоохлаждаемую

фурму. В ходе кислородной продувки происходят процессы окисления углерода и

примесей чугуна - кремния, титана, марганца, в том числе ванадия, с выделением

тепла. При увеличении температуры расплава выше температуры скорости

обезуглероживания (1370-1420 °C) реакции окисления углерода резко ускоряются, а

процессы окисления ванадия затормаживаются.

Для обеспечения низкотемпературного режима конвертерной плавки

присаживается твердый охладитель-окислитель (прокатная окалина).

В результате окислительной обработки чугуна в конвертерной ванне

формируется шлаковый расплав, в который переведено 90-95 % общего количества

ванадия, от исходного содержания в ванадиевом чугуне. По окончании кислородной

продувки углеродистый металл-полупродукт сливается через летку конвертера обратно

в заливочный ковш, заранее установленный под конвертером.

В целях обеспечения запаса тепла для второй стадии дуплекс-процесса

углеродистый металл-полупродукт обычно содержит 2,8-3,5 % C; его температура в

ковше после выпуска из конвертера составляет 1350-1380 °C. Концентрация фосфора

и серы в металле за период окисления ванадия практически не изменяется. После

выпуска полупродукта ванадиевый шлак сливают через горловину конвертера в

шлаковую чашу или оставляют в конвертере на следующую плавку цикла (для

накопления шлака).

147

Передел углеродистого металла-полупродукта осуществляется на второй стадии

дуплекс-процесса в другом, «стальном» конвертере классическим способом с

добавлением необходимого количества извести и других шлакообразующих материалов

для обеспечения требуемой степени окисления фосфора и серы в расплаве.

Для повышения при выплавке стали содержания ванадия в образующемся шлаке

известь в начале операции не загружают. Таким образом, удается в начальный период

продувки получить шлак, содержащий 16-18 % V2O5. Этот шлак скачивают и направляют

на ферросплавные заводы для производства феррованадия или используют в чистом

виде для прямого легирования стали.

2.4.4 Особенности производства стали в двухванном стационарном

конвертере (ПАО «ММК»)

На ПАО «ММК» проведена реконструкция двухванной мартеновской печи в

двухванный сталеплавильный агрегат с заменой физически и морально устаревших

газоочисток «мокрого типа» на рукавные фильтры (содержание пыли в отходящих газах

снизилось с 70-100 г/м³ до 20 мг/м³). Процесс выплавки стали в ДСА основан на

интенсивной продувке кислородом ванны с чугуном и ломом и использовании тепла

отходящих газов, выделяющихся при продувке, для нагрева шихты (металлолом,

добавочные материалы) в соседней ванне, производительность и КПД печи при таком

методе работы возрастает.

Расплавление металлошихты в ДСА осуществляется за счет тепла химических

реакций окисления примесей жидкого чугуна и лома (углерода, кремния, марганца и т.

д.), аналогично как в кислородном конвертере, а не за счет сжигания большого

количества топлива (природного газ и мазута) как в мартеновском производстве.

Применяемые шихтовые материалы в ДСА аналогичны конвертерному процессу,

так шихтой мартеновской печи при скрап-рудном процессе (основной процесс ведения

мартеновской плавки) является стальной подготовленный лом 40-50 % и жидкий чугун

в количестве 50-60 %, а кислородный конвертер и реконструированный агрегат (ДСА)

работают на шихте следующего состава: 75 % - жидкий чугун и 25 % - металлический

лом, тем самым по использованию шихтовых материалов и технологии производства

сталеплавильный агрегат ДСА полностью повторяет конвертерный процесс.

2.4.5 Переработка и утилизация шлаков сталеплавильного производства

Переработка и утилизация образующихся в сталеплавильном производстве

шлаков являются обязательными элементами безотходной технологии.

Сталеплавильные шлаки в зависимости от генезиса можно разбить на несколько

подгрупп, отличающихся составом и определяющих их дальнейшее использование:

- шлаки, образующиеся в начальный период плавки; эти шлаки содержат большое

количество оксидов железа (до 40 % от общегоколичества шлака). Железо в шлаке

может быть в виде оксидов FeO и Fe2O3 и в виде запутавшихся в шлаке корольков

железа;

- шлаки, сформировавшиеся в конце плавки (конечные шлаки); эти шлаки

содержат несколько меньшее количество железа и имеют высокое значение основности

(CaO/SiO2 = 2,5-3,5); при выплавке низкоуглеродистой стали содержание оксидов

148

железа и в этих шлаках может быть достаточно высоким (15-20 %), однако корольков

железа в них значительно меньше;

- шлаки, попадающие в сталеразливочный ковш с выпускаемой сталью; эти шлаки

в жидком состоянии содержат незначительное количество железа; на практике часто

определенное количество металла, оставшегося на днище и стенках ковша после

окончания разливки стали, попадает вместе со шлаком в шлаковые чаши (это так

называемые скрапины); олучаемый в результате конгломерат конечного шлака и

скрапин металла подвергают тщательной разделке с целью максимального извлечения

железа;

- шлаки внепечной обработки (рафинировочные шлаки), характеризующиеся

высокой основностью и практически не содержащие железа как в оксидной, так и

металлической формах.

В настоящее время разрабатываются технологии получения из шлаков

абразивных материалов; отрабатываются методы сухой и мокрой грануляции жидких

сталеплавильных шлаков. Особенно перспективна организация сухой грануляции, при

которой одновременно можно решить две задачи: сокращение потребления воды и

повышение энергоэффективности за счет использования выделяемого тепла.

Извлечение скрапа из шлака в основном ведется с помощью дробильно-

сортировочных установок. Извлеченный скрап перевозят в копровый цех; его разделяют

на магнитный и немагнитный, на негабаритный (более 10-15 т), габаритный (0,5-10,0 т)

и мелкий (0,25-0,5 т). Отдельно складируется скрап, в котором видны сплавленные

скрапины разных плавок, а также скрапины с большой долей (более

20 %)

неотделяемого шлака. Негабаритный скрап в копровом цехе разрезают с помощью

газокислородных горелок и различных видов пресс-ножниц.

Основные направления использования шлака сталеплавильного производства

после извлечения скрапа:

- в качестве флюсов для ваграночного и аглодоменного производства;

- в сельском хозяйстве для замены суперфосфата (фосфорсодержащие);

- в сельском хозяйстве для известкования почвы (выскоосновные шлаки);

- в качестве добавки, повышающей содержание марганца в стали

(высокомарганцевые шлаки);

- для снижения расхода извести и улучшения шлакообразования в

сталеплавильном производстве (высокоосновные);

- в строительстве (щебень из сталеплавильных шлаков является полноценным

заменителем гранитного щебня в бетонах и железобетонах);

- в дорожном строительстве - щебень при строительстве автодорог.

2.4.6 Основное технологическое и природоохранное оборудование для

производства стали в конвертерах

Назначение, описание, технологические характеристики основного оборудования,

применяемого в производстве непрерывнолитых заготовок или слитков в конвертерном

цехе приведено в таблице 2.18.

149

Таблица 2.18 - Основное оборудование для производства непрерывнолитых

заготовок или слитков в конвертерном цехе

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Чугуновозный ковш

Усреднение чугуна

Емкость, футерованная огнеупорными

Миксер стационарный

материалами.

Агрегат отапливаемый, футерованный

огнеупорными материалами

Миксер передвижной

Усреднение чугуна

Емкость, футерованная огнеупорными

Транспортировка чугуна

материалами на колесах

Установка

Десульфурация чугуна

Стационарный стенд с системой

десульфурации чугуна

бункеров для подачи сыпучих и

газообразных материалов в

чугунозаливочный ковш и системой

скачивания шлака

Лоток (совок) для твердой

Завалка твердой

Лоток (совок)

металлической шихты

металлической шихты в

конвертер

Чугунозаливочный ковш

Заливка чугуна в

Емкость, футерованная огнеупорными

конвертер

материалами для заливки жидкого

чугуна в конвертер

Конвертер с машиной

Выплавка стали

Грушевидный агрегат, футерованный

подачи кислорода,

изнутри с приводом, машиной подачи

системой подачи

кислорода, системой бункеров подачи

шлакообразующих и

сыпучих материалов

газоотводящего тракта

Сталеразливочный ковш

Выпуск стали

Цилиндрическая емкость, футерованная

огнеупорными материалами для приема

жидкой стали

Установка доводки

Доводка металла до

Стационарный стенд с системой подачи

металла

необходимого

инертного газа и бункеров с сыпучими

химического состава

материалами для обработки стали

Агрегат «ковш-печь»

Внепечная обработка

Стационарный стенд с системой

жидкой стали

электродов и бункеров с сыпучими

материалами для обработки стали

Вакууматор

Внепечная обработка

Агрегат с системой обработки стали

жидкой стали

вакуумом

МНЛЗ

Разливка жидкой стали

Комплекс оборудования, включающий

подъемно-поворотный стенд,

промежуточный ковш, кристаллизатор,

зону вторичного охлаждения, тянуще

правильный агрегат, резаки, рольганг

Изложницы (мостовой

Разливка жидкой стали

Комплекс оборудования, включающий

разливочный кран, ж/д

разливочный мостовой кран,

тележки с

маслостанцию управления шиберным

установленными на них

затвором стальковша, передвижной

изложницами

тележкой осмотра изложниц

150

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса

производства стали в конвертерном цехе (производстве) на технологических участках

(отделениях) устанавливается природоохранное оборудование:

- газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый

уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в

них загрязняющих веществ перед отводом газов (воздуха) в атмосферу и/или возвратом

обратно в рабочую зону;

- водоочистные

сооружения,

обеспечивающие

очистку

загрязненных

промышленных сточных вод.

Для улавливания поступающих в атмосферу газов и пыли на металлургических

предприятиях широко используют газоочистные системы сухого и мокрого способов

очистки. Благодаря развитию газоочистных технологий, в последнее время успешно

применяются высокоэффективные пылеуловители. К ним относятся рукавные фильтры,

электрофильтры, а также мокрые фильтры. Среди наиболее распространенных сухих

методов очистки газов от пыли наибольшей эффективности улавливания частиц

тонкодисперсных (менее 5 мкм) можно добиться от использования рукавных фильтров,

а также от электрофильтров. Использование рукавных фильтров позволяет достичь

отметки остаточной запыленности, находящейся ниже 5-10 мг/м³.

Аспирационное оборудование должно быть либо прямоточным, которое после

очистки воздушных масс выбрасывает их в атмосферу, или рециркуляционным,

предназначенным для возвращения очищенного воздуха обратно в помещение.

Для того чтобы воздух очищался наиболее качественно, применяется большое

количество разнообразных фильтрующих элементов и устройств, работающих на

гравитационном принципе, так называемых циклонов и сепараторов.

Комплексы водоочистных сооружений, независимо от их производительности и

типа, включают: реагентное хозяйство со смесителем, камеры реакции

(хлопьеобразование), горизонтальные отстойники или осветлители, фильтры,

резервуары для чистой воды, насосную станцию II подъема с электроподстанцией и др

[58].

Природоохранное оборудование производства непрерывно-литых заготовок или

слитков в конвертерном цехе приведено в таблице 2.19.

Таблица 2.19 - Природоохранное оборудование конвертерного цеха

Наименование

Существенные характеристики

Назначение оборудования

оборудования

природоохранного оборудования

Газоочистные

Улавливание, охлаждение и

Комплекс очистных сооружений,

установки

очистка конвертерных газов,

который выполняет функции и

вредных выбросов и частиц

действия по очистке воздуха, как

воздуха при продувке в

правило, мокрые системы очистки

конвертере

(скрубберы Вентури)

151

Окончание таблицы 2.19

Наименование

Существенные характеристики

Назначение оборудования

оборудования

природоохранного оборудования

Аспирационные

Локализация выделения

Комплекс оборудования с

установки

примесей, недопущение

разветвленной сетью воздуховодов,

поступления примесей от

с вертикальными коллекторами

источника их образования при

(аспирационными стояками), с

технологическом процессе

барабанными проходными

производства стали в

коллекторами (электрофильтры,

конвертерном цехе в воздух

рукавные фильтры)

рабочей зоны. Удаление

запыленного воздуха из-под

укрытий транспортно-

технологического оборудования

участков разливки стали и

обработки заготовок и слитков

Водоочистные

Очистка воды, используемой

Комплекс оборудования,

сооружения

для охлаждения и промывки

включающий отстойники, устройства

технологических агрегатов и

и аппаратуру для химической

устройств конвертерного цеха.

обработки воды, осветлители и

Отведение шламов,

фильтры

образующихся в процессе

производства стали

2.4.7 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

Материальные потоки, характерные основные эмиссии по стадиям

технологического процесса при производстве стали в конвертерах и непрерывнолитых

заготовок или слитков по стадиям технологического процесса представлены в

таблице 2.20.

152

Таблица 2.20

- Материальные потоки и эмиссии при производства стали в

конвертерах и непрерывнолитых заготовок или слитков

Основное

Этап процесса

Выходной

Входной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

поток

оборудование

Слив жидкого

Чугун в

Миксер;

чугуна из

миксере

чугуновозный

чугуновозного

стационарном;

ковш;

ковша в миксер,

чугун в

чугунозали-

Взвешенные

усреднение

чугунозали-

вочный ковш

вещества

жидкого чугуна в

вочном ковше

состава: С, Fe2O3,

миксере и

Fe3O4, FeO, SiO2,

перелив из

Al2O3, CaO, MgO,

миксера в

MnO, тепловое

чугунозали-

излучение, шум,

вочный ковш

вибрация,

Шихтовые

Прямой перелив

Чугун в

Чугуновозный

выделение

компоненты

чугуна из

чугунозали-

ковш;

графитовой

плавки стали в

чугуновозного

вочном ковше

чугуновозный

спели,

конвертере

ковша или

ковш миксерного

неорганизованны

чугуновозного

типа

е выбросы

ковша миксерного

(передвижной

типа в чугунозали-

миксер);

вочный ковш

чугунозали-

вочный ковш

Подготовка

Твердая

Мостовые краны с

Взвешенные

твердой

металлическая

магнитно-

вещества

металлической

шихта

грейферным

состава: Fe2O3,

шихты

перегружателем

Fe3O4, FeO, SiO2,

Al2O3, CaO, MgO,

MnO, шум

Чугун

Десульфурация

Обработанный

Установка

Взвешенные

Десульфураторы

чугуна

чугун

десульфурации

вещества

чугуна

состава: С, Fe2O3,

Fe3O4, FeO, SiO2,

Al2O3, CaO, MgO,

MnO, тепловое

излучение, шум,

вибрация,

выделение

графитовой спели

Твердая

Завалка твердой

Твердая шихта

Лоток (совок)

Взвешенные

металлическая

металлической

в конвертере

вещества

шихта

шихты в

состава: Fe2O3,

конвертер

Fe3O4, FeO, SiO2,

Al2O3, CaO, MgO,

MnO, шум

153

Продолжение таблицы 2.20

Основное

Этап процесса

Выходной

Входной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

поток

оборудование

Чугун

Заливка чугуна в

Чугун в

Чугунозали-

Взвешенные

конвертер

конвертере

вочный ковш

вещества

состава: С, Fe2O3,

Fe3O4, FeO, SiO2,

Al2O3, CaO, MgO,

MnO, тепловое

излучение,

выделение

графитовой спели

Конвертер с

Выплавка стали в

Расплав,

Конвертер с

Взвешенные

металлошихтой,

конвертере

газообразные

системой подачи

вещества

готовый к плавке

продукты

кислорода,

состава: Al2O3,

плавки СО,

шлакообразу-

FeO, Fe2O3,

СО2, жидкий

ющих и

Fe3O4, CaO, SiO2,

шлак

газоотводящего

MgO,

тракта

MnO, ZnO; NO2,

N2O, SO2, CO,

CO2, сажа,

бенз(а)пирен,

тепловое

излучение, шум,

вибрация

Расплав

Окончание

Расплав в

Конвертер с

Взвешенные

плавки, выпуск

сталеразливоч

приводом,

вещества

расплава в

ном ковше

сталеразли-

состава: Al2O3,

сталеразливочны

вочный ковш

FeO, Fe2O3,

й ковш.

Fe3O4, SiO2, CaO,

Раскисление,

MgO, MnO, ZnO;

присадка

NO2, N2O, SO2,

ферросплавов и

CO, CO2, сажа,

других

бенз(а)пирен

добавочных

тепловое

материалов

излучение, шум,

вибрация

154

Продолжение таблицы 2.20

Основное

Этап процесса

Выходной

Входной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

поток

оборудование

Расплав в

Внепечная

Сталь в ковше

Агрегат «ковш-

Взвешенные

сталеразли-

обработка жидкой

заданного

печь», вакууматор

вещества

вочном ковше

стали (установка

химического

состава: Al2O3,

доводки металла,

состава

FeO, Fe2O3,

агрегат «ковш-

Fe3O4, SiO2, CaO,

печь»,

MgO, MnO, ZnO,

вакууматор).

сажа;NO2, N2O,

Раскисление,

SO2, CO, CO2,

присадка

бенз(а)пирен

ферросплавов и

тепловое

других

излучение, шум,

добавочных

вибрация,

материалов

электромагнитное

загрязнение

Сталь в ковше

Разливка стали на

Непрерывно-

МНЛЗ, резаки

Взвешенные

сталь заданного

МНЛЗ

литые

вещества

химического

заготовки

состава: Al2O3,

состава

требуемого

FeO, Fe2O3,

химического

Fe3O4, SiO2, CaO,

состава и

MgO, MnO;

заданного

тепловое

размера

излучение, шум,

вибрация

Разливка стали в

Слитки

Изложницы

изложницы

требуемого

(слитки)

химического

состава и

заданного

размера

Непрерывнолиты

Обработка

Непрерывно-

Оборудование для

Взвешенные

е заготовки

непрерывнолитых

литые

обработки

вещества состава

требуемого

заготовок

заготовки

заготовок

Al2O3, FeO, Fe2O3,

химического

годные к

Fe3O4, SiO2, CaO,

состава и

отгрузке

MgO, MnO;

заданного

тепловое

типоразмера

излучение, шум,

выделения от

огневой зачистки

155

Окончание таблицы 2.20

Основное

Этап процесса

Выходной

Входной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

поток

оборудование

Слитки

Подрыв слитка

Слиток, годный

Стрипперные

Взвешенные

требуемого

для переката

краны и

вещества

химического

на блюминге

напольные

состава: Al2O3,

состава в

или слябинге

машины

FeO, Fe2O3,

изложницах

Fe3O4, SiO2, CaO,

MgO, MnO;

тепловое

излучение, шум,

выделения от

зачистки

Сталеплавильные

Охлаждение и

Переработанн

Оборудование для

Взвешенные

шлаки

переработка

ые шлаки

переработки

вещества

сталеплавильных

шлаков

состава: Al2O3,

шлаков

FeO, Fe2O3,

Fe3O4, SiO2, CaO,

MgO, MnO;

газовые

компоненты- SO2,

тепловое

излучение, шум

2.4.8 Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Производство стали в конвертерном цехе (производстве) по всей технологической

цепочке сопровождается воздействием на атмосферу, воздух рабочей зоны,

поверхностные и подземные воды, образованием отходов производства и потребления.

Контроль за соблюдением нормативов предельно допустимых выбросов

загрязняющих веществ в атмосферу, контроль качества воздуха рабочей зоны, контроль

качества сточных вод, учет и обращение с отходами производства осуществляют

специализированные подразделения металлургических предприятий.

Выбросы в атмосферу

При производстве конвертерной стали происходят выбросы в атмосферу вредных

веществ: взвешенные вещества состава Al2O3, FeO, Fe2O3, Fe3O4, SiO2, CaO, MgO, MnO,

ZnO, сажа; газовые компоненты NO2, N2O, SO2, CO, CO2, бенз(а)пирен; тепловое

излучение, шум, вибрация, электромагнитное загрязнение.

Сточные воды

Водоснабжение потребителей конвертерного производства технической водой

осуществляется по водооборотным системам:

- система водоснабжения шихтоподготовительного отделения;

- система водоснабжения технологических агрегатов конвертерного отделения;

- система водоснабжения технологических агрегатов участка разливки стали;

156

- система водоснабжения газоочисток конвертерного газа;

- система водоснабжения химически очищенной водой котлов-утилизаторов.

Отходы и побочные продукты

В процессе производства конвертерной стали образуются отходы производства и

потребления, побочные продукты:

- пыль графитная, десульфурации чугуна, известковая;

- окалина;

- лом цветных и черных металлов;

- отходы электродов, абразивных кругов, шлаковаты, кабельной продукции,

резинотехнические, стекла;

- отходы строительных материалов;

- отработанные ртутные лампы, аккумуляторы, смазка, масла, фильтры

замасленные;

- промасленные ветошь и опилки;

- тара б/у;

- твердые бытовые отходы.

Вредные производственные факторы

При производстве стали конвертерным процессом вредными производственными

факторами являются:

- повышенное напряжение в электрической цепи (свыше 50 В);

- движущиеся машины и механизмы;

- подвижные части производственного оборудования;

- повышенный уровень инфракрасной радиации;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

- повышенная температура поверхности оборудования, материалов;

- расположение рабочего места на значительной высоте относительно

поверхности пола;

- повышенная запыленность и загазованность рабочей зоны.

Допускаемые санитарными нормами уровни и концентрации вредных факторов:

- предельно допустимая концентрация (ПДК) неорганической пыли 6 мг/м³;

- уровень производственного шума - 80 дБ;

- ПДК окиси углерода - 20 мг/м³;

- уровень инфракрасного излучения - 140 Вт/м².

2.5 Производство стали в электродуговых печах

В электродуговых печах различной мощности выплавляют различные марки

сталей: инструментальные, углеродистые, подшипниковые, коррозионностойкие,

электротехнические и прецизионные сплавы. В настоящее время отмечается рост

выплавки электростали, обусловленный реализацией проектов по строительству и

реконструкции ЭСПЦ на металлургических комбинатах ММК, «Северсталь», «Уральская

Сталь», «Евраз-ЗСМК», ОЭМК, ЧМК, «Амурметалл», «Волжский трубный завод».

157

Восемь новых электросталеплавильных комплексов построено взамен

мартеновского производства, в том числе на заводе «Камасталь», «НЛМК-Урал»,

Металлургическом заводе им. А.К. Серова («Надеждинский металлургический завод»),

в ПАО «ТМК» - «Северский трубный завод», «Таганрогский металлургический завод».

В период с 2007 г. введены новые электросталеплавильные мощности ОМК

(г. Выкса), «ОМЗ-сталь», «Ростовский электрометаллургический завод», «Ашинский

металлургический завод», «Первоуральский новотрубный завод», «Ижсталь».

Запущены в эксплуатацию мини-заводы «НЛМК-Калуга», «Тюменский ЭМЗ»,

«Сортовой завод Балаково», «Абинский электрометаллургический завод», «Ставсталь».

Дуговые сталеплавильные печи, и связанное с ними оборудование, постоянно

совершенствуются. Используются инновационные решения [73-77]:

- водоохлаждаемые элементы футеровки стен, свода, наиболее нагруженных

элементов откосов;

- использование высокого вторичного напряжении до 1600 В;

- разделение технологического процесса процесса производства стали на две

стадии: выплавку полупродукта в ДСП и внепечную обработку;

- интенсивное использование кислорода;

- использование альтернативных источников энергии;

- применение подогрева лома, в том числе непрерывного;

- использование при плавке пенистых шлаков;

- использование донной продувки расплава в ДСП;

- использование металлизованных окатышей и брикетов;

- использование жидкого чугуна;

- использование АСУ ТП разных уровней, позволяющих вести плавку в

автоматическом режиме большую часть времени;

- дожигание СО, эффективная газоочистка, рециклинг пыли;

- регенерация тепла отходящих газов;

- использование устройств, существенно уменьшающих участие человека в

процессе выплавки: механизированные манипуляторы замеров температуры,

окисленности, отбора проб.

Эти новшества привели к сокращению длительности плавки до одного и менее

часа, что позволило согласовать работу ДСП и МНЛЗ.

Выплавка стали в ДСП в сочетании с агрегатами внепечной обработки на

сегодняшний день позволяет выплавлять все марки, в том числе низколегированные

углеродистые, легированные, подшипниковые, для производства железнодорожных

колес и рельсов по различным ГОСТам, ТУ и зарубежным стандартам.

Производство коррозионностойких сталей стало двухстадийным. Выплавленную

в ДСП сталь обезуглероживают аргонно-кислородной продувкой в специальном

конверторе. При производстве особонизкоуглеродистых марок коррозионностойких

сталей используется обезуглероживание под вакуумом на установках вакуумно-

кислородного рафинирования.

В таблице 2.21 приведены характеристики современных ДСП на некоторых

металлургических комбинатах России [59].

Таблица 2.21

- Характеристики современных электродуговых сталеплавильных

печей

158

Метзавод

Характеристика

Север-

Ашин-

НЛМК-

ММК

Мечел

им. А.К.

оборудования

сталь

ский МЗ

Калуга

Серова

Конструкция

ДСП-100И7

Традици-

Шахтная

Традици-

Consteel

онная

Год постройки

1999 /

2006

1993

2006

2010

2013

2005

Вместимость,

2 х 210 /

2 х 150 /

2х140/125

120

160 / 120

всего/выпуск, т

180

125

Трансформатор,

150

МВА

Шихта

Лом +25-

Лом +

Лом + 30 %

40 % жид.

Лом

жид. чугун

чугун

Продолжительность

42-55

52-54

60-70

плавки, мин

Производительность,

2 х 1,1 =

2 х 0,75 =

2 х 2,0 = 4,0

0,75

До 1,5

млн т

2,2

1,5

Расход

270 (с

260 (с жид.

электроэнергии,

жид.

чугуном) -

310

380

416

380

кВт*ч/т

чугуном)

360

– 338

Расход электродов,

1,15-1,40

1,7

2,2

1,4

кг/т

ГКГ, шт. х МВт

ГКГ - 2 ×

6 х 3,2

1 х 3,5

3,5

4 х 3,2

КИ* - 4

Комбинированные

2 х 3,0

RCB, 6 х 3,5

3 х 3,5

4 х 3,0

5 × 3,5

горелки, шт. х МВт

4 х 3,0

Донная продувка

Н.д.

Опыт эксплуатации ДСП на зарубежных и российских предприятиях показывает,

что достижимые уровни расхода материалов и энергии при производстве в ДСП 1 т

жидкой стали характеризуются:

340 кВт/ч электроэнергии,

1,2 кг электродов,

35 м³ кислорода, 5 м³ природного газа, 10 кг угольной шихты, 7 кг угольного порошка для

вспенивания шлака, 40 кг извести. Мировой опыт работы современных ДСП показывает,

что выход жидкого металла может составлять от 91 % до 92 % от общей массы

металлозавалки. При этом потери железа составляют от 4 % до 6 %, в том числе в пыль

отходящих газов переходит от 1,5 % до 3,0 %, в виде оксидов со шлаком от 2,5 % до

3,0 %, со скрапом в шлаковые отвалы уходит от 2 % до 3 %.

Электродуговая сталеплавильная печь (ДСП) нового поколения вместимостью

120-250 т характеризуется следующими основными особенностями:

- верхняя ступень вторичного напряжения до 1600 В, что позволяет вводить

ультравысокую мощность (до 200 МВА) с использованием стандартных электродов

диаметром 610 мм;

159

- альтернативные источники энергии (газокислородные горелки и инжекторы

кислорода и углерода) позволяют вводить 10-12 % активной электрической мощности;

- увеличенная высота печного пространства до 4,5 м от зеркала металла до верха

стен позволяет осуществлять загрузку шихты одной корзиной и нагрев шихты

отходящими газами;

- разъёмная конструкция корпуса печи, состоящая из секций стальных

водоохлаждаемых панелей в верхней части и медных панелей в районе шлакового

пояса с повышенными тепловыми нагрузками; панели трубчатой конструкции

охлаждаются высокоскоростными потоками воды;

- система инфракрасного контроля и отсечки шлака при автоматизированном

выпуске металла из печи;

- расход электроэнергии

390 кВт*ч/т, цикл плавки

50 мин, часовая

производительность 300 т, что обеспечивает годовую производительность 2,4 млн т.

Показатели работы печей нового поколения представлены в таблице 2.22.

Таблица 2.22 - Показатели работы ДСП нового поколения [59]

Магнитогорский

Colakoglu

Характеристики

металлургический

НЛМК-Урал

Mеtalurgji

комбинат

Трансформатор

800-1236 В

740-1025 В

880-1600 В

150 МВА

100 МВА + 20 %

240 МВА

Масса плавки, т

180

90 / 120

250

Расход электроэнергии,

313

325 / 334

390

кВт*ч/т

Расход кислорода, м³/т

29,5

33 / 39

Расход газа, м³/т

3,2

5 / 6,5

Цикл плавки, мин

36 / 45

Производительность, т/ч

240

150 / 159

300

Горелки RCB

5 / 3,5 МВт,

3 / 3,5 МВт, расход О2

расход О2 - 2500 м³/ч

- 2000 м³/ч

Горелки, МВт

1 / 3,5

4 / 3,5

1 / 3,5

Инжекторы углерода,

3 х 60

кг/мин

2.5.1 Технологический процесс производства стали в ДСП и заготовок

Главное здание электросталеплавильного цеха, как правило, имеет шихтовый

пролет (шихтовое отделение может находиться в отдельно стоящем крытом здании),

печной пролет и разливочный пролет [56, 60]. В состав электросталеплавильного цеха,

как правило, входят следующие основные отделения и участки:

- отделение подготовки шихтовых материалов;

- склад электродов;

160

- склад ферросплавов;

- отделение подготовки порошкообразных материалов;

- склад огнеупоров;

- отделение ремонта механического и электрического оборудования;

подготовки сталеразливочных и промежуточных ковшей;

- печное отделение;

- отделение внепечной обработки;

- отделение разливки;

- отделение переработка шлаков.

На рисунках 2.44 и

2.45 представлен один из вариантов российских

электросталеплавильных цехов, предназначенного для производства сортамента,

ориентированного на производство коррозионностойкой стали [62].

1 - железнодорожный путь; 2 - закрома для скрапа; 3 - самоходная тележка для

завалочной бадьи; 5 - магнитно-грейферный кран; 6 - участок ремонта и наборки

свода; 7 - стенд для наращивания электродов; 8 - машина для скачивания шлака;

9 - ДСП-100И7; 10 - шумо- и пылезащитная камера; 11 - пульт управления печью;

12 - мостовой завалочный кран; 13 - кран бункерного пролета; 14 - бункер для

сыпучих материалов; 15 - агрегат аргонно-кислородного рафинирования (АКР);

16 - мостовой кран рафинировочного пролета; 17 - стенд для шлаковой чаши; 18 -

стенд для сушки футеровки агрегата АКР; 19 - стенд для ремонта агрегата АКР;

20 - установка для доводки стали в ковше; 22 - сталевоз; 24 - МНЛЗ; 25 - установка

для сушки сталеразливочного ковша; 27 - автошлаковоз для шлаковой чаши

Рисунок 2.44 - Вариант плана главного здания ЭСПЦ

161

1 - магнитно-грейферный кран; 2 - шумо- и пылезащитная камера;

3 - машина для скачивания шлака; 4 - самоходная тележка для шлаковой

чаши (автошлаковоз); 5 - ДСП-100 И7; 6 - совок с металлическим ломом

на самоходной тележке; 7 - агрегат АКР; 8 - бункер для сыпучих

материалов; 9 - кран бункерного пролета; 10 - мостовой кран

рафинировочного пролета; 11 - поперечный кран

Рисунок 2.45 - Вариант разреза главного здания ЭСПЦ

На рисунке 2.46 даны типичные схемы производства стали с техническими

операциями в ДСП и агрегатах внепечной обработки металла [61]. Первая схема

предусматривает доведение металла по химическому составу в ковше и десульфурацию

стали. Вторая схема позволяет существенно повысить служебные свойства стали, так

как в технологическую цепочку включена вакуумная обработка металла, позволяющая

снизить содержание вредных примесей: газов (азот, водород, кислород),

неметаллических включений, серы.

Рисунок 2.46 - Технологический процесс производства стали в ДСП,

заготовок и слитков

162

Футеровка подины печи, ее стен и свода выполняются из магнезиальных,

магнезитохромитовых, периклазоуглеродистых огнеупоров как штучного изготовления,

так и в виде масс. Подина печи выдерживает до

2000 плавок. Применение

водоохлаждаемых сводов и стен печи (см. рисунок 2.49) увеличило их стойкость до и

более 1000 плавок.

Рисунок 2.49 - Конструкция ДСП с водоохлаждаемыми стенами и

эркерным выпуском

Для отсечки шлака при выпуске применяют эркерное или донное сталевыпускные

отверстия с шиберными затворами. Это при необходимости позволяет оставлять в печи

часть металла до 10-25 % (работа на «болоте»). Для ускорения процессов нагрева и

расплавления шихты современные печи оборудованы газокислородными горелками,

для интенсификации процесса плавления и обезуглероживания - кислородными

фурмами (см. рисунки 2.50 и 2.51). Для вспенивания шлака с целью экранирования

электрической дуги используются инжекторы углеродсодержащих материалов. Эти

устройства в большинстве случаев комбинируются в различных сочетаниях и

устанавливаются в водоохлаждаемых стеновых панелях. Дополнительно возможна

установка таких устройств на специальном манипуляторе, который направляет их в

рабочее окно ДСП.

164

Рисунок 2.50 - Типичное расположение инжекторов в ДСП

Г-О2 - горелка и инжектор кислорода; Г-С - горелка и инжектор

углеродосодержащих материалов

Рисунок 2.51 - Схема расположения универсальных устройств в ДСП-160

Эти усовершенствования позволили сократить продолжительность плавки до 40-

60 мин и сравняться по времени плавок с кислородными конвертерами [63].

Процесс плавления металла в дуговых электропечах сопровождается большим

выделением газов и аэрозолей окислов железа. Поэтому электропечи оборудуют

системой газоочистки, включающей эвакуацию продуктов горения непосредственно из

рабочего пространства печи в общую систему аспирации цеха с последующей очисткой

на рукавных фильтрах. Электропечи

оснащают

современными

системами

автоматического управления технологическим процессом АСУ ТП, решающими

следующие задачи:

165

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА, СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ (ИТС 26-2022) - часть 2