Экологически безопасные технологии
Прямое получение железа из руд
На Оскольском металлургическом комбинате вместо традиционных методов, железо получают прямым путем из руд, прошедшие подготовку в цехе окатышей и металлизации. В этом случае с технологии исключены наиболее мощные источники загрязнения (производство кокса, аглофабрика, доменный цех).
Физико-химическая отличие бескоксовой металлургической схемы в том, что содержание кислорода в железорудном материале снижается постепенно. В традиционной схеме получения металла содержание кислорода снижается от 20% в руде до 0,001% в чугуне, а затем повышался до 0,1% в стали. В бескоксовой схеме количество кислорода снижается от 20% до 1% в металлизированной сырье, а затем, после плавки в электропечи, снижается до 0,1% в готовой стали.
Схема производственного процесса: железорудный концентрат после обогащения в виде пульпы поступает на ошматування для производства окатышей, а затем в шахтную печь для восстановительного обжига. Получают металлизированные окатыши с содержанием железа до 95%, которые направляют на передел в электродуговые печи.
Общее количество выбросов пыли, SO2, NOx, СО в технологии прямого получения железа в 6 раз меньше, чем в традиционной технологии. Если учитывать, что нет производства кокса с выделениями канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, то суммарная токсичность выбросов по новой технологии в 300 раз меньше, чем по традиционной.
Прямое получение черновой меди
Для прямого получения черновой меди целесообразно применять процесс "Мицубиси" (Япония). Он происходит в трех различных агрегатах: 1- плавильная печь; 2 - фурмы; 3 - горелка; 4 - электропечь; 5 - печь для конвертирования.
Сульфидная концентрат вместе с флюсами и воздух, обогащенный кислородом, подают в печь через вертикальные фурмы. Здесь происходит плавление и продувки расплава. Штейн и шлак из плавильной печи перетекают в электропечь, где происходит их расслаивание и обеднение шлака до 0,4-0,5% Сц. Через сифон штейн непрерывно перетекает в печь для конвертирования. После продувки штейна воздухом получают черновую медь, которую в дальнейшем подают в миксер и на огневое рафинирование. Конвертерный шлак, содержащий 13-18% Си, возвращают в плавильную печь.
Мероприятия ресурсосбережения в металлургии
Одной из отраслей, в деятельности которой по ресурсосбережению и экологии человечество ставит серьезные претензии, является металлургия. Например, металлургический комбинат полного цикла, выпускает 10 млн. Тонн стали в год, до введения строгих мер контроля ежегодно выбрасывал в атмосферу более 200 тыс. Тонн пыли, 50 тыс. Тонн серы, 250 тыс. Тонн оксида углерода (II), оксидов азота и других веществ. Кроме того, работа заводских агрегатов сопровождается шумом и вибрацией.
Современная металлургия основывается на использовании топливных ресурсов (уголь, природный газ, нефть), электроэнергии (источники – нефть, природный газ, уголь), воздух (производство, связанное со значительными затратами электроэнергии).
Энергоресурсы металлургических предприятий обычно разделяют на первичные и вторичные. К первичным относятся потребляемые в процессе производства, поступающих на завод, уголь, газ, мазут, электроэнергия. Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) условно разделяют на две группы: высоко и низкопотенциальное. В нашей стране, как и во многих промышленно развитых странах, основное внимание уделяют утилизации высокопотенциальный вторичных энергоресурсов (ВЭР).
К высокопотенциальным вторичным энергоресурсам относятся нагретые до высоких температур (1000-1700 °С) отходящие газы металлургических агрегатов и отходы, содержащие горючие компоненты. На практике используют довольно эффективные способы утилизации физической и химической теплоты этих газов.
Исходя из рабочего пространства металлургических агрегатов, горячие дымовые газы уносят с собой значительное количество теплоты (чем больше газов, тем выше их температура и ниже степень использования теплоты в агрегате). Для максимального проведения утилизации теплоты чаще всего выполняют следующие операции:
• пропускают отходящие горячие газы через котел-утилизатор с целью получения пара;
• используют горячие газы для предварительного (перед загрузкой в сталеплавильный агрегат) подогрева металлолома;
• создают условия для передачи теплоты горячих газов воздуху или газа, подаваемого в металлургический агрегат для горения (применение теплообменников регенеративного и рекуперативного типов).
Следует отметить, что количество теплоты, отобранной из горячих дымовых газов и внесенной в печь с подогретым воздухом или газом, значительно ценнее количеством теплоты, полученной в печи вследствие сгорания топлива. Использование для этой цели регенеративных и рекуперативных теплообменников позволяет значительно снизить расход топлива.
Конверторные газы – ценный источник высокопотенциальный ВЭР (возможность утилизировать физическую теплоту нагретых газов и химическую теплоту после сжигания СО и Н2), но нужно учитывать следующее: интенсивность выделения газов из конвертера периодически меняется от нуля в мижплавильний период до максимума примерно внутри продувки. Если учесть, что промежуток времени от впуска до выпуска составляет 35 минут, а продолжительность интенсивного окисления углерода 10 минут, то с 1440 минут суточного времени только 10*40 = 400 мин в сутки конвертор оставляют газы, являющиеся ВЭР.
Горячие конверторные газы можно использовать как восстановитель железорудного сырья и для предварительного подогрева металлолома, который загружают в конвертер. Возможны и другие варианты решения проблемы эффективного использования химической и физической теплоты конверторных газов.
Низкопотенциального вторичные энергетические ресурсы, например, отходящие газы с температурой 200 °С и меньше, часто не только остаются неиспользованными, но и рассеиваются в окружающей среде. По мере совершенствования технологий утилизации высокопотенциальный ВЭР доля энергии растет. Проблема использования этих ВЭР имеет несколько аспектов:
1. Выработка энергии на базе специальных турбин (испытано в Японии, Южной Корее, Италии).
2. Использование низкопотенциальных ВЭР для обогрева почвы в теплицах. По предварительным расчетам такое предприятие, как крупный металлургический комбинат, может отапливать низкотемпературными (80-90 °С) ВЭР примерно 150 га теплиц и обеспечивать выращивание около 60 тыс. Тонн овощей и зелени.
3. Использование перепада давления при дросселировании газа на газораспределительных пунктах и газораспределительных станциях металлургических заводов. Во многих случаях давление уменьшается в 3-6 раз без какого-либо использования, тогда как энергию сжатых газов можно применять для производства холода, необходимого для хранения плодоовощной продукции.
4. Использование оксида углерода (II), выделяется из отходящих газов для получения сухого льда, который можно использовать для быстрого замораживания, хранения и сушки продуктов питания, в частности в связи с запретом использования фреонов (для сохранения озонового слоя).