Николаева Александра Константиновна

• Актуальность темы
• Цель и задачи работы

• Обзор существующих разработок и исследований
• Текущие и планируемые результаты

ВВЕДЕНИЕ

Доменное производство - один из основных переделов чёрной металлургии, загрязняющий окружающую среду. При производстве чугуна образуется большое количество газовых выбросов и отходов (доменный шлак, колошниковая пыль, доменный шлам, шлам смывов и разливочных машин, отсев окатышей и агломерата).
Потери железа в доменном производстве с колошниковой пылью и шламом составляют до 70 кг/т чугуна. Учитывая сырьевую ценность этих отходов, целесообразным и актуальным является их возврат в технологические переделы, в результате чего происходит улучшение экономической обстановки на предприятиях и экологической в целом.
В Украине ежегодно образуется около 4 млрд. т техногенных отходов, из которых лишь 10-15% используется как вторичные материальные ресурсы, остальные поступают в отвалы, шламонакопители и т.д. Основная доля в указанном объёме принадлежит доменным отходам.
Переработка и утилизация отходов важны не только с точки зрения их использования как альтернативного источника сырья, но и с точки зрения охраны окружающей среды.
Производство чугуна - самое энергоёмкое в чёрной металлургии, оно потребляет более 50% энергии, используемой метпредприятиями с полным циклом.
Повышение уровня использования вторичных материальных и энергетических ресурсов ведёт к снижению материало- и энергоемкости продукции и экономии первичных ресурсов.
Огромное значение имеет комплексная переработка отходов в черной металлургии, из которых огромная доля приходится на доменные шламы и пыли, так как они содержат значительное количество железа. Вовлечение их в переработку способствует сбережению первичных природных ресурсов и одновременно позволяет решить проблему экологической чистоты производства.
Все это резко повысило актуальность проблемы комплексной утилизации доменных шламов и пыли, перехода на безотходные схемы металлургического производства.
Основной целью работы является разработка схемы и выбор оборудования для организации ресурсосберегающей технологии доменного производства, а также анализ технико-экономических и экологических показателей ее эффективности.
Главнейшими задачами являются: глубокий анализ доменного производства, выявление источников негативного воздействия на окружающую среду, обзор существующих прогрессивных схем комплексной подготовки и утилизации вторичных ресурсов метпроизводства.

Вверх

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В последние десятилетия многие страны разрабатывают и реализовывают мероприятия, направленные на защиту ресурсов и здоровья людей от загрязнения окружающей среды, а также на восстановление и улучшение качества окружающей природной среды.
Утилизация отходов – залог рационального использования природных ресурсов. Этот показатель по-прежнему довольно низок на отечественных предприятиях, хотя давно известны рациональные схемы и технологии. Однако модернизация производства требует значительных вложений и потому откладывается на неопределенное время, хотя, учитывая ценность многих отходов, их рециклинг будет крайне выгоден как с материальной точки зрения, так и с экологической.
Так организация малоотходного производства и ресурсосбережения на отечественных металлургических предприятиях в основном является не удовлетворительной. Количество накопленных отходов очень высоко (шлаков 175 млн. т, пыли, шламов – 30 млн. т), занимаемые под их хранение площади огромны, а исходных природных ресурсов все меньше. Разного рода отвалы и шламонакопители крайне негативно влияют на окружающую среду: имеет место пыление, загрязнение почв и водоемов, вплоть до полного нарушения ландшафтных экосистем. При этом и предприятия несут значительные затраты на содержание отвалов, теряя еще и ценные ресурсы.
На многих металлургических предприятиях Украины строительство корпусов обезвоживания прекращено, а процесс накопления доменных влажных шламов продолжается, причем повсеместно. На ряде метзаводов, где аглофабрики отсутствуют или закрыты по каким-либо причинам, доменные шламы вообще не утилизируются, а направляются в пруды-накопители, либо передаются, по возможности, другим предприятиям.
Металлургические предприятия, имеющие агломерационные фабрики, имеют следующую технологию подготовки шламов: смешение доменного, мартеновского шлама, а также других железосодержащих отходов, после чего полученная смесь в основном без подготовки поступает на спекание, что является одной из причин производства агломерата низкого качества.
Главнейшей задачей является разработка и внедрение прогрессивных рациональных схем комплексной подготовки к утилизации вторичных материальных ресурсов метпроизводства, использование не менее ценных вторичных энергоресурсов. Однако следует отметить, что широко внедряется система оборотного водоснабжения. Состояние организации ресурсосбережения на зарубежных предприятиях намного лучше, чем на предприятиях Украины. Доменные отходы утилизируются в основном совместно с другими железосодержащими отходами предприятия, для последующего использования их в агломерационном производстве, либо возврата, полученного продукта в свой же передел.
Так, например, на Орско-Халиловском металлургическом комбинате доменные железосодержащие шламы перерабатываются совместно с мартеновскими во вращающейся печи с получением окускованного материала, который пригоден для использования в доменной шихте. Основной агрегат - обжиговая печь с противоточным движением газов, в которую исходный материал с влажностью 30—70 % поступает ч через разбрызгивающие форсунки. При работе вращающейся печи происходит повышенный вынос пыли (до 20 %), которая улавливается в газоочистке и возвращается на спекание. Содержание Fe(общ) в спеченном продукте составляет 55,9 %.
Существует также целый ряд примеров рационального использования ресурсов и организации малоотходных технологий на предприятиях Японии, и даже России (например, ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», одним из важнейших направлений повышения эффективности работы которого является разработка и внедрение мероприятий по утилизации отходов в сочетании с решением экологических проблем).
В последние годы в черной металлургии повышается эффективность подготовки и переработки железосодержащих отходов. Однако в связи с возрастающим объемом производства назрела необходимость разработки качественно новых подходов и методов снижения вредных выбросов, совершенствования технологии подготовки железосодержащих отходов и их рациональной утилизации, то есть разработки комплексных мероприятий, обеспечивающих организацию малоотходного производства.
В настоящее время существуют различные технологические схемы подготовки к утилизации текущих шламов при использовании мокрых систем газоочисток и гидроуборки подбункерных помещений, выбор которых определяется в основном гранулометрическим составом и способом дальнейшей утилизации шламов.
Варианты подготовки шламов к утилизации в аглопроизводстве можно принципиально объединить в три схемы: сгущение шлама до содержания твердого 300-500 г/л, механическое обезвоживание шламов до влажности 15-40 % и дальнейшая термическая сушка шламов до влажности 3-8 % или смешение кека шламов с известью, цементом или сухими отходами.
Наиболее простыми являются схемы с утилизацией сгущенного шлама. При их применении не требуется дополнительных затрат на обработку шламов, так как сгущенный шлам получают в сгустителях и подают в окомковательный барабан шихты. Необходимыми условиями успешного осуществления таких схем являются надежность работы насосных станций, барботажного оборудования и дозирования сгущенного шлама.
Одним из перспективных направлений утилизации шламов в аглопроизводстве является способ смешивания. Подсушка шламов более сухими отходами, которые зачастую раздельно уже используются при производстве агломерата (колошниковая пыль, отсев агломерата и окатышей, известь и др.) с последующим усреднением позволяет получить гомогенную сыпучую и транспортабельную смесь отходов. Такая технология позволяет использовать их в повышенном количестве и более выгодно отличается от сушки кека в громоздких сушильных барабанах.
Одним из способов, позволяющих отказаться от сушки, является смешивание влажного материала с негашеной известью. Здесь уменьшение влажности достигается не только за счет смешивания с сухим материалом, но также благодаря химической реакции гашения извести и разогрева массы смеси. Известно множество патентов, работ в области химического обезвоживания шламов известью и другими различными добавками (цемент, органические адсорбенты и т.д.). Отличительной особенностью разработанного способа обезвоживания шлама известью является ее предварительное гидратационное измельчение и активация, что значительно увеличивает реакционную способность извести. Это позволит значительно снизить время обезвоживания и улучшить качество шламоизвестковой смеси.
Одним из наиболее дешевых способов утилизации шламов в агломерационном производстве является способ впрыскивания или распыления сгущенных шламов в аглошихту и для охлаждения возврата. Способ введения сгущенного шлама для увлажнения агломерационной шихты с устройством для его тонкодисперсного распыления предложен на Украине. Эти схемы включают: сгущение шламов до п лотности 40 - 50 % твердого, дозирование сгущенных шламов и их растление пневматической форсункой.
На аглофабриках заводов в Редборне (Великобритания), Диллингене, Аидин в Брикхаузене (ФРГ) и Вюнкерке (Франция) шлам без предварительной обработки подают на аглофабрику и вводят в барабанные окомкователи. Количество влаги, вносимой шламом, рассчитывают в зависимости от плотности шлама. Недостающее для увлажнения аглошихты количество влаги восполняется технической водой.
С целью улучшения газодинамических свойств шихты и повышения качества агломерата разработан ряд способов предварительной подготовки шламов и пыли к спеканию. Для получения сыпучего, непылящего п родукта разработана технология и установка для смешивания сухих отходов извести и сгущенного шлама с использованием вибросмесителя, которая внедрена на меткомбинате «Азовсталь».
Большой интерес представляет технология обработки железосодержащих пылей и шламов к утилизации непосредственно в доменной печи. В ФРГ и Японии предложено вдувать колошниковую пыль в воздушные фурмы доменных печей, используя колошниковый газ в качестве транспортирующей среды через систему бункеров с дозаторами. В другом патенте предложено вводить в реакционную зону доменной печи суспензию, содержащую биомассу из очистных установок, выполняющую роль дополнительного топлива и восстановителя. От известных способов использования сухого шлама данный метод отличается тем, что отпадает необходимость дорогостоящей операции сушки.
Агломерационное производство во многом позволяет эффективно решать проблему отходов метпроизводства. Однако для метзаводов с полным циклом часто становиться актуальной проблема накопления цветных металлов во вторичной шихте. Следует отметить, что для процесса агломерации повышенные содержания цинка и других цветных металлов, например в доменных шламах, не имеют особого значения. Трудности возникают при подаче агломерата в доменную печь. Утилизация шламов мокрых ступеней доменных газоочисток в аглопроизводстве без обесцинкования вызовет прогрессирующее увеличение поступления цинка в доменную печь, что неизбежно приведет к отрицательным последствиям.
Операция удаления цинка из замкнутой системы аглофабрика - доменная печь обесцинкованием шламов позволит предотвратить накопление цинка в этой системе. Необходимую степень обесцинкования доменных шламов следует определять для каждого предприятия с учетом конкретных условий по результатам баланса цинка. Отрицательное влияние цинка в доменном производстве Украины начинает проявляться при общем его содержании в шихтовых материалах, превышающем 0,1%, или при удельном его поступлении, превышающем 0,15 - 0,3 кг/т чугуна.
Основными методами удаления вредных примесей из железосодержащих отходов являются гидрометаллургия (классификация отходов и выщелачивание примесей) и пирометаллургия (возгонка при восстановлении оксидов железа). Удаление примесей пирометаллургическим способом преимущественно совмещают с восстановлением оксидов железа, улавливанием пыли, обогащенной цинком и свинцом, с получением металлизованного продукта. Так, например, эффективным способом удаления цинка является обработка цинксодержащих шламов (особенно их тонкой фракции) огненно жидкими сталеплавильными шлаками с получением кускового продукта для доменной плавки (особенно это перспективно на заводах без аглофабрик).
Шламы и пыли газоочисток металлургических производств могут быть использованы как самостоятельное сырье при производстве окатышей и брикетов и как добавки к другим шихтовым материалам. Использование пыли и шламов в виде добавок к основным рудным шихтовым материалам не решают проблемы наиболее полного использования этих отходов. Поэтому интерес представляют такие процессы производства окатышей и брикетов, при которых эти отходы являются основным шихтовым материалом.
Все процессы и способы получения металлизованных окатышей условно можно разделить на две группы: процессы, в которых восстановление железа осуществляется за счет газа-восстановителя (в основном протекают в шахтных печах) и процессы, где восстановителем является твердое топливо и газ (например, процессы протекающие во вращающихся трубчатых печах).
Экономичными способами получения окускованного материала являются безобжиговые способы. В 1978 г. в Нагоя (Япония) введена установка для производства безобжиговых окатышей. Технология включает смешивание влажных и сухих компонентов шихты с добавкой металлургических пылей и шламов, которые служат связующими для получения сырых окатышей, и последующее их упрочнение на складе.
Перспективным направлением является внедрение сухих способов очистки газа и уборки подбункерных помещений.При переходе на сухие способы очистки газа (например, в электрофильтрах) и уборки подбункерных помещений исключаются образование шламов, затраты на содержание шламонакопителей, а также необходимость обезвоживания шламов при подготовке их к утилизации. Однако в данном случае необходимо организовывать беспылевую выгрузку во избежание вторичного пыления уловленной пыли, увлажнение ее до необходимой влажности.
Ключевой установкой в технологии беспыльной выгрузки из бункеров накопленной пыли и подготовки к дальнейшему использованию является специальный вибросмеситель-увлажнитель пылей, позволяющий получать непылящий гомогенный сыпучий продукт с необходимой влажностью. Производительность такого увлажнителя составляет 15 – 20 т/ч.
Так гидросмыв подбункерных помещений можно заменить на сухую уборку пыли с помощью всасываюшей установки, транспортирующей ее к разгрузителю, откуда через двухкамерный затвор-питатель пыль и мелкие просыпи будут попадать в бункер нагнетательной установки и транспортироваться к увлажнителю, куда будет поступать пыль от сухой технологической очистки газа. Далее готовая к у тилизации пыль подается на аглофабрику.
Кроме использования пылей в аглошихте возможным вариантом является их брикетирование и подача в доменную печь или рассмотренный ранее способ утилизации пылей путем подачи в фурмы печи.
Вышеприведенные данные указывают на большое разнообразие методов утилизации отходов металлургического производства, которые имеют разрозненный характер, выбор которых зависит от состава, свойств отходов и конкретных условий работы предприятия.
Доменные шлаки можно гранулировать на припечных гранустановках (рекомендуется для вновь строящихся печей) и на отдельно стоящих. Припечная грануляция имеет определенные экологические преимущества. Методы грануляции разнообразны: грануляция водой (например, гидрожелобной способ) и воздухом.

На данном этапе мной проводится сбор и анализ информации о различных вариантах организации ресурсосбережения в доменном производстве и в металлургии в целом. Строятся и анализируются различные варианты схем малоотходного доменного производства. В перспективе я планирую составить, предложить и обосновать новую прогрессивную схему доменного производства применительно к условиям ОАО «Донецксталь – МЗ».

Вверх

ВЫВОДЫ

В последние годы в черной металлургии повышается эффективность подготовки и переработки железосодержащих отходов. Однако в связи с возрастающим объемом производства назрела необходимость разработки качественно новых подходов и методов снижения вредных выбросов, совершенствования технологии подготовки железосодержащих отходов и их рациональной утилизации, то есть разработки комплексных мероприятий, обеспечивающих организацию малоотходного производства.
Организация ресурсосберегающих технологий и подбор борудования должны осуществляться исходя из условий конкретного завода (объемов образования ВМР, а также их химического и гранулометрического состава, существующей застройки завода и т.д.).

Вверх

Список основной литературы

1. Ростовский В.И., Блащук Н.М., Фоменко С.И. Металлургии – безотходную технологию.-К.: И-во «Знание», 1985,-48с.

2. Носков В.А., Петренко В.А., Бобылев В.П. Перспективные направления утилизации промышленных отходов в условиях ОАО «ДМЗ им.Петровского»//Металл и литьё Украины.-2003.-5.-32с.

3. Лисин В.С., Юсфин Ю.С.:Ресурсо-экологические проблемы ХХI и металлургия.-М.:Высшая школа,1998.-447с.

4. Бобылев В.П.Разработка технологии производства шламосодержащих безобжиговых окатышей и их использование в сталеплавильном производстве//Металлургическая и горнорудная промышленность.-1999.-№1.-с.96-100.

5. Велецкий Р.К., Каненко Г.М.: Разработка технологии по переработке ЖСО металлургических предприятий.//Вестник.-1999.-№4.-с.27-28

6. Якушев А.М. Основы проектирования и оборудование сталеплавильных и доменных цехов. – М.: Металлургия, 1992. – 422с.

7. Красавцев В.Г и др.:Рациональное использование и защита водных ресурсов в черной металлургии.- К.:Выща школа;1981.-254с.

8. Старк С.Б.: Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве.-М.:Металлург;1990.-400с.

9. Андоньев С.М.,Филипьев О.С.:Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии.-М.:Металлургия,1970.-190с

10. Вагин А.А. Доменное производство. – М.: Металлургия, 1962

11. Гончаров Б.Ф. и др. Производство чугуна. Уч.пос. – М.: Металлургия, 1965.

12. Толочко А.,И., Славин Ю.,М., Супрун К.,И.:Утилизация пылей и шламов в черной металлургии.-К;Металлургия.-1990ю-141с.

13. Розенгард Ю.Н и другие.:ВЭРЧМ и их использование.-К.-Выща школа.-1988.

14. Состояние и перспективы комплексной переработки вторичных ресурсов чёрной металлургии Донецкой области// В.И. Ростовский //состояние выполнения ’’Программы использования отходов производства и потребления в Донецкой области на период до 2005 года’’, нормативно-правовые ограничения, экономические и научно-технические аспекты её реализации/Донецк. обл. гос. администрация, Гос. упр. экологии и природ. ресурсов в Донецкой обл.-Донецк 2001.-с.60-67

15. Рашников В.Ф.Утилизация ЖСО В ОАО «ММК»//Металлург.-2004.-№5.-с 19

Вверх

Примечание:

На данный момент работа находится в стадии разработки. Завершение планируется на начало декабря 2007 года.