чермет

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