Реферат з теми випускної роботи
Актуальність теми.
Наростаючий дефіцит і постійне дорожчання вугілля, що коксується, може стати сьогодні потужною стимул-реакцією до розвитку беськоксової металургії – напряму, пов'язаного з розробкою нових способів здобуття заліза з руд, що виключають використання коксу, що дозволить понизити витрати паливних ресурсів, поліпшити і прискорити процес плавлення, скоротити викиди пилу і токсичних з'єднань. Це приведе до зниження собівартості продукції і зниження шкідливої дії на природне довкілля.
Мета і завдання дипломної роботи.
Відобразити актуальність порівняння еколого-економічних показників альтернативних процесів коксівної і безкоксової металургії, необхідність розробки рекомендацій по розвитку елементів беськоксової металургії в Україні.
Новизна роботи.
Новизна роботи полягає в тому, що пропонуються для впровадження в доменне виробництво сучасні технології, які дозволяють досягти планованих цілей і завдань цієї роботи.
Практична значущість результатів.
Результат даної роботи — розробка технологічних методів для впровадження в умовах доменного виробництва. Використання цих методів дозволить підприємству організувати ефективніше виробництво чавуну, забезпечивши мінімальну негативну дію виробництва на довкілля, дозволить понизити можливі екологічні платежі за викиди, понизить собівартість продукції за рахунок зниження енерговитрат і зменшення екологічних виплат.
Введення.
Чорна металургія, безперечно, відноситься до галузей підвищеної екологічної небезпеки, тому в пропонованій вузькому кругу читателей- фахівців металургійного профілю – магістерській дипломній роботі зроблена одна з перших спроб порівняльного аналізу ресурсо – екологічних і інших характеристик виробництва первинного металу в менш екологічних доменних печах і логічніших економічних агрегатах прямого відновлення заліза з руд.
Цим обумовлена висока природоохоронна актуальність дипломної роботи. У екологічних оцінках беруть участь виробництва, зв'язані з конкуруючими агрегатами (доменна піч – агрегат прямого відновлення заліза) і постачання сировини, що забезпечують не лише, палива, інших ресурсів, але і випуск готової металопродукції.
В ХХI столітті і, по – видимому, у віддаленішій перспектіві основну кількість чорніх металів віроблятімуть за традіційною вісокопродуктівною схемою подвійного переділу «доменна піч – конвертер або інший сталеплавільній агрегат». Протягом більше двох століть виробництво за схемою «чавун – сталь» настільки радикально модернізовано і досягло великих висот в основному по лініях зростання продуктивності і економічної ефективності процесів, що доля основної – конверторної сталі багато десятиліть майбутнього навряд чи складе менше 70% від загальної її виплавки. Проте для цієї схеми виробництва характерні колосальні шкідливі викиди ( наприклад в умовах зношених і морально застарілих підприємств України), які обумовлені не лише станом агрегатів але і самою суттю виробництва коксу і агломерату, поки майже фатально необхідних для виплавки первинного металу – передільного чавуну. Металургійний кокс є енергетичною базою всієї світової, так званої коксової чорної металургії, а його виробництво характеризується великим набором отруйних і смердючих викидів. Шкідливі викиди агломерації майже не пахнуть, але абсолютна їх кількість дуже велика. На долю тріади «коксове – агломераційне доменне виробництво» доводиться більше 70 – 80% викидів пилу, оксидів вуглецю, сірки, сірководня, аміаку, фенолів, бензолів, діоксину, фурану і інших супертоксичних речовин. Цим трьом, що належить металургійному комбінату виробництвам, зумовлена тривала перспектива розвитку, тому так гостро необхідні кардинальні заходи їх екологічної модернізації.
Альтернативний спосіб прямого здобуття металу з руд ( «руда» - узагальнене поняття, що включає концентрат, дрібну руду, агломерат, окатиши, залізовмісні відходи) дуже залучає своєю підвищеною екологічністю: йому не потрібні кокс і агломерат. У зв'язку з викладеними мобілізуючими міркуваннями завданнями досліджень в дипломній роботі є:
- загальна характеристика процесів, порівняння екологічних показників шкідливих викидів, ресурсопотребленія при виробництві первинного металу за двома згаданими схемами, у тому числі порівняння основних показників екологічних балансів за схемами виробництва металопродукції (прокату) «кокс – агломерат – чавун – конвертертерная сталь», «металізованниє окатиши – конвертер» і « металізованниє окатиши – електросталь».
- розробка комплексних заходів щодо екологізації процесів схеми «кокс – агломерат – чавун – конвертертерная сталь».
Основною метою роботи є підвищення екологічної безпеки виробництва первинного металу, як за традиційною схемою, так і по варіанту прямого витягання заліза з руд. Орієнтовне зниження газопилових викидів при комплексній схемі модернізованого виробництва первинного металу (доля металізованних окатишей ймовірно досягне 10 – 15% від виплавки чавуну на підприємствах України) може перевищити 30 – 50% нині існуючих викидів галузі.
Огляд досліджень і розробок по темі.
Перспективи розвитку технологій прямого відновлення.
Більше трьох тисяч років назад виник самий древній спосіб здобуття заліза — сиродутний процес. Пізніше з'явилися економічніші, продуктивніші способи, але вони виявилися пов'язані з необхідністю проміжного етапу здобуття чавуну. Проте ідея створення рентабельного процеса здобуття заліза безпосередньо з руд іншими, більш совершеннимі в порівнянні з сиродутним способами не померла. Сплеск інтересу до реалізації цієї ідеї відноситься до 1931 —1934 рр., коли на крупповських заводах в Германії був здійснений в промислових масштабах крупповський сиродутний процес (Krupp-renn-verfahren).
Процес здійснювався в похилих футерованих трубчастих печах, що оберталися, в які з одного боку завантажували вугільну або коксову дрібницю, залізняк, колошниковий пил і т. д., а з другого боку (там, де видавалася готова криця) бувальщини встановлені пальники для спалювання топлівоугольной пилу.
Температура в зоні утворення криці досягала 1250 - 1350С. Таких установок в світі в передвоєнні роки і роки другої світової війни працювало декілька десятків.
Практика показала нерентабельність цих установок із-за низької продуктивності, їх неекономічності і виробничих труднощів (нерідкі випадки розм'якшення шматків криці, злипання і налипання на стінки агрегату).Окрім установок такого типа певного поширення набули установки по методу Віберга і заводу «Хаганес» (Швеція) і деякі інші.
Всі ці способи набули обмеженого поширення. Проте тепер багато фірм і інститути низки країн ведуть інтенсивні дослідження в цьому напрямі, що викликане рядом причин.
1. Можливість здобуття заліза безпосередньо з руд міняє в корені весь технологічний ланцюжок сучасної металургії. При роботі агрегату COREX (або ROMELT, або іншого подібного) немає необхідності споруджувати коксові батареї і агломераційні фабрики, відсутні витрати на пошуки коксу¬ющихся вугілля і здобуття коксу.
2. Коксохімічні підприємства і агломераційні фабрики дають найбільшу кількість викидів газів і пилу в атмосферу, споживають значні маси води і займають великі площі земельних угідь; це найбільш екологічно неблагополучні галузі металургійного виробництва. Умови праці що працюють на коксохімічному і агломераційному виробництвах найбільш важкі і шкідливі в чорній металургії.
3. Раціональна технологія прямого здобуття заліза дозволить ефективно використовувати корисні компоненти в пріроднолегирован-них рудах.
4. Раціональна технологія здобуття заліза безпосередньо з руд дозволяє вирішувати дуже серйозну проблему організації виробництва чистих від домішок кольорових металів марок стали. Крім того, за наявності чистих шихтових матеріалів можна в міру необхідності «розбавляти» «брудну» (по домішках кольорових металів) шихту, що складається з металобрухту.
5. Агрегати жідкофазного відновлення (зокрема, типа ROMELT) забезпечують ефективну переробку шлаків, шламів і інших відходів, що містять коштовні компоненти. Поки що скрутно остаточно оцінити результати досліджень, що ведуться в багатьох країнах, в цьому напрямі.
Чавун.
Нагадаємо, що чавун отримують в доменних печах відновленням заліза із залізорудних матеріалів (агломерату, окатишей і ін.). При горінні коксу йдуть реакції
С + О2 + 3,762N2 = С02 + 3,762N2,
С + СО2 + 3,762N2 = 2CO + 3,762N2.
При частковому збагаченні повітря киснем коефіцієнт 3,762 відповідно зменшується (це співвідношення доль азоту і кисню в повітрі: 79/21 = 3,762). В області високих температур за наявності вуглецю йде реакція
С02 + С = 2СО.
Оксид, що утворюється, СО — відновник, і атмосфера в доменній печі відновна. У зоні високих температур йде пряма реакція відновлення заліза вуглецем коксу:
FeO + С = Fe + СО - Q.
Міра відновлення заліза в доменній печі 99—99,9%, тому доменний шлак містить < 1% FEO. У відновних умовах печі відновлюються і інші оксиди, що поступають в доменну піч з шихтою (оксиди кремнію, марганцю, фосфору і ін.):
SiO2 + 2С = [Si] + 2CO - Q,
МпО + С = [Мп] + СО - Q,
ЗСаО • Р2О5 + 5С = 2[Р] + ЗСаО + SCO - Q.
Використовуваний в доменній печі кокс містить деяка кількість сірки. Сірка міститься і в железорудних матеріалах (у вигляді FES, CAS, Caso3). Близько 10% міститься в шихті сірки віддаляється з печі разом з газами. Сірка, що залишилася, розподіляється між металом (чавуном) і шлаком відповідно до коефіцієнта розподілу LS = (S)/[S], величина якого значною мірою залежить від основності шлаку:
[S] + Реш+ (СаО) = (CaS) + (FeO).
За наявності в доменній шихті оксидів марганцю можлива реакція
(МпО) + [S] + С = (MnS) + CO.
З попередньої формули видно, що в доменній печі сприятливі умови для видалення сірки в шлак, оскільки завдяки відновній атмосфері вміст FEO в шлаку мінімально. При цьому поважно по можливості підвищити (САО) тобто працювати з шлаками високої основності. В той же час при підвищенні основності зростає в'язкість шлаку, тобто відповідно потрібно збільшити витрату коксу для підтримки вищої температури і витрату вапняку. При цьому знижується продуктивність печі, оскільки частина об'єму печі зайнята додатковими кількостями коксу, вапняку і шлаку. Практично величина LS вагається в межах 30—70, а содержа¬ніє сірки в чавуні складає 0,015— 0,050 %. При роботі на сірчистому коксі (наприклад, з вугілля Донбасу) вміст сірки вищий.
Таким чином, чавун, що виплавляється в доменних печах, містить деяка кількість сірки, фосфору (практично весь фосфор, що міститься в доменній шихті, відновлюється і переходить в чавун), кремнію, марганцю. Крім того, в процесі контакту крапель рідкого чавуну, що стікають в горн печі через шар розжареного коксу, відбувається вуглецювання металу. Вміст вуглецю в чавуні багато в чому визначається наявністю в чавуні тих або інших домішок. Мп, Сг, V утворюють карбіди, сприяючи збільшенню вмісту вуглецю в чавуні. Si, P, Сі сприяють зниженню вмісту вуглецю. Тому у феромарганці і у високомарганцевистому чавуні вміст вуглецю вищий, ніж в звичайному передільному (до7 %), а в ливарних чавунах з підвищеними концентраціями кремнію вміст вуглецю нижчий (3,5-4,5%).
Одна з емпіричних формул для розрахунку вмісту вуглецю в чавуні:
%С = 4,8 + 0,03 %Мп - 0,27 %Si -- 0,32 %Р-0,03 %S.
Зазвичай передільний (використовуваний для переділу чавуну в сталь) чавун має склад, мас.%: З 4,4—4,6; Si 0,2-0,8; Мп 0,2-0,6; Р < 0,3; S < 0,05.
Таким чином, в чавуні ~94 % Fe і 6% різних домішок. В процесі переділу чавуну в сталь в окислювальних умовах основна маса домішок окислюється. Крім того, при використанні кисню для продування сталеплавильної ванни частина заліза (1—2%) випаровується, окислюється і у вигляді пилегазових викидів покидає агрегат. Маса шлаку у момент закінчення плавки сталі складає 10— 20% від маси металу. Шлак містить 20—25% оксидів заліза, або 1,5— 2,5 % Fe від маси металу. Цей розрахунок показує, що при плавці стали з шихти, що перебуває на 100 % з рідкого чавуну, близько 10% її маси переходить в шлак і в газову фазу і витрату металлошихти на 1 т рідкої сталі перевищує 1100 кг
Світова ціна 1 т рідкого чавуну 140—160 дол. США, ціна металобрухту нижча, вона міняється залежно від кон'юнктури ринку. Цим пояснюється прагнення металургів гнучко реагувати на вагання цін і максимально використовувати в шихті металобрухт.
Перспективи досліджень по темі
У нашій країні проекти переходу на беськоксовиє технології знаходяться поки що лише на етапі досліджень. Як приклад хочеться привести останні розробки Інституту чорної металургії ім. Некрасова для аглодоменного переділу. Вони передбачають заміну коксу і природного газу низькосортним вугіллям в металургійному виробництві з удосконаленням циклу переробки первинного металу в кінцевий продукт і, як наслідок, поліпшенням екологічних умов в районах металургійного виробництва. Суть розробок полягає в створенні газифікаторів вугілля, що генерують гарячий відновний газ для вдування в доменні печі і агрегати беськоксового здобуття металу. На першому етапі передбачається заміна в доменній плавці 40-50% коксу низькосортним вугіллям при повному виключенні природного газу, а на другому – створення нової технології беськоксового здобуття первинного металу. Був розроблений і частково випробуваний пріфурменний газифікатор подрібненого вугілля, габарити якого вписуються в існуючий фурмений прилад доменної печі. Реалізація першого етапу розробки дозволить замінити до половини коксу низькосортним вугіллям із збільшенням продуктивності одиничних агрегатів в 1,5 разу при зниженні енерговитрат і експлуатаційних витрат на 10%. Термін окупності витрат не перевищить 1 року. Другим етапом розробки передбачається перебудова доменної плавки на беськоксовую технологію шляхом реконструкції традиційної доменної печі з подачею гарячих відновних газів через встановлені по колу горна реактори-газифікатори подрібненого вугілля і розділення пічного простору на зону твердофазного відновлення (шахту) і плавильно-відновний горн із зведенням, яке для шахти є днищем. Перевантаження матеріалів з шахти в горн здійснюватиметься шнеками через тічки, а газ з горна в шахту поступатиме через газовідводи після охолоджування до 9000С. Дана технологія вже освоюється на комбінаті `Арселор Міттал Кривий ріг і феросплавних заводах України. Передбачається, що її впровадження дозволить зменшити собівартість металу на 20%, що при величині капітальних витрат, сумірній з витратами на капітальний ремонт печі, дасть термін окупності менше 1 року. Викиди в довкілля зменшуються відповідно до скорочення коксохімічного виробництва.
Література
- Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: "Мир", ООО "Издательство ACT".- 2003 - С.30 - 31
- Фомина О. Дефицит и дороговизна коксующегося угля подталкивают металлургов к более широкому применению альтернативных технологий выплавки стали [Электронный ресурс] / http://www.bau.ua/news_firm/ru_7152/
- Платонов О.И. В мировой химической промышленности // Кокс и химия. - 2007. - № 7. - С. 45-46. Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии.- М: Металлургия, 1984.- 320с.
- Андоньев С.М., Зайцев Ю.С., Филипьев О.В. Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии.- Харьков, 1998. - 246 с.
- Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии.- М.: Металлургия, 1977.- 328 с.
- Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф. Металлургия железа.- М.: Акаддемкнига, 2007
- Развитие бескоксовой металлургии [Электронный ресурс] / http://azwin.ru/razvitie_beskoksovoi_metallurgii-2.html
- КОРЕКС-ПРОЦЕСС [Электронный ресурс] / http://www.metallobaza.com/abc/k/koreks_pro.htm
- В. Ф. Пашинский, И. Г.Товаровский, П. Е. Коваленко, Н. Г. Бойков. Доменная плавка с вдуванием коксового газа.- К.: Техника, 1991. - 104с.
- Николаева А.К. Анализ ресурсосбережения и разработка мероприятий для организации малоотходного доменного производства [Электронный ресурс] / http://masters.donntu.ru/2007/fizmet/nikolayeva/diss/index.htm