Снижение выбросов пыли в атмосферу при производстве черных металлов

Переливы чугуна являются необходимым звеном технологической цепи производства чёрных металлов. При выпуске жидкого чугуна из доменной печи, сливе чугуна из миксера в ковш, заливке чугуна в миксер или конвертер выделяется значительное количество пыли. Так, при выпуске чугуна из доменной печи выделяется 0,4-0,7 кг пыли на тонну металла, при заливке в миксер 0,1-0,15 кг/т, при сливе из миксера 0,1-0,3 кг/т и при заливке в конвертер в среднем 0,16 кг/т. Основными компонентами пыли являются мелкодисперсные оксиды же-леза (бурый дым) и крупнодисперсная графитсодержащая пыль (графитная спель). Соотношение между этими компонентами зависит от типа технологической операции, температуры и химического состава чугуна, но обычно основную часть выбросов пыли составляет бурый дым. Так, на литейных дворах доля бурого дыма составляет 60-80% по массе, при заливке в миксер и сливе из него - 70-85%, а при заливке в конвертер содержание бурого дыма превышает 90%. Традиционным методом снижения выбросов пыли является отвод запылённых газов с помощью дымососа с последующей их очисткой и сбросом очищенных газов в атмосферу. Для очистки газов от графитсодержащей пыли достаточно циклонов, но мелкодисперсный бурый дым ими практически не улавливается, поэтому требуется применение второй ступени газоочистки - электрофильтров или тканевых фильтров - дорогостоящих, громоздких и сложных в эксплуатации аппаратов. Так, капитальные затраты на сооружение электрофильтра производительностью 260 тыс.м3/ч составят примерно 2 млн. долларов США, а для рукавного фильтра - около 1 млн. долларов США. Эксплуатационные расходы в обоих случаях превысят 100 тыс. долларов США в год. Применение столь дорогостоящих методов очистки при нынешней эко-номической ситуации является нецелесообразным.

Более предпочтительными являются технологические методы снижения выбросов бурого дыма, основанные на изучении механизма дымообразования. Бурый дым при переливах чугуна образуется в результате взаимодействия брызг металла с кислородом газовой фазы. Это взаимодействие является сложным многостадийным процессом, включающим в себя следующие стадии:

образование брызг металла в результате механического диспергирования при переливе;

взаимодействие этих брызг с кислородом газовой фазы. Образование на поверхности капель оксидного слоя и разогрев капель в результате экзотермической реакции окисления железа. Охлаждение капель, образование в них пузырька монооксида углерода и взрыв капель с образованием мелких брызг. Интенсивность взрывов в условиях перелива чугуна практически не зависит от концентрации кислорода в газовой фазе. Лимитирующим звеном является процесс зарождения пузырька в объёме капли на поверхности частичек графита;

взаимодействие капель диаметром менее 40 мкм, образующихся в ре-зультате взрыва крупных капель, с кислородом газовой фазы. Разо-грев капель до высоких температур, интенсивное испарение железа и его оксидов с поверхности капли и образование бурого дыма.

Непосредственной причиной образования бурого дыма является взаимодействие капель чугуна диаметром менее 40 мкм, образующихся в результате взрыва более крупных капель, с кислородом газовой фазы. Это взаимодействие заключается в интенсивном окислении капель в режиме то-тального горения, её сильном разогреве и испарении с её поверхности железа и его оксидов, что и приводит к образованию бурого дыма. Лимитирующим звеном этого процесса является подвод кислорода из газовой фазы к поверхности капли. Следовательно, снижая концентрацию кислорода в зоне образования брызг, например, вдувая туда нейтральный газ, можно воздействовать на процесс окисления мелких капель и уменьшить количество бурого дыма.

Разработана технология подавления бурого дыма азотом или азотно-водным аэрозолем. Технология заключается в подаче через специальные сопла в наполняемую чугуном емкость газообразного азота, а при малых ресурсах азота - азотно-водного аэрозоля. При этом в зоне дымообразования создается атмосфера с пониженным содержанием кислорода, что приводит к подавлению процесса образования бурого дыма. Технология предусматривает изменение количества, диаметра и расположения сопел, а также регулирование скорости и расхода азота (водного аэрозоля) в зависимости от условий перелива чугуна. Установка пылеподавления может быть использована в миксерных отделениях конвертерных цехов на участках перелива чугуна. Управление установки пылеподавления осуществляется автоматизировано. Эксплуатационные и капитальные затраты на установку значительно ниже затрат, требуемых при сооружении и поддержании в эксплуатации рукавных фильтров или электрофильтров.

Применение разработанной технологии позволяет достичь санитарных норм без использования фильтров. Побочным эффектом применения технологии пылеподавления является изменение химического состава графитсодержащей пыли, улавливаемой циклонами - второго существенного компонента выбросов кроме бурого дыма. Обычно содержание углерода в этой пыли составляет 10-15% по массе, но при применении пылеподавления возрастает до 25-30%, а при использовании несложных специальных мероприятий может быть повышено до 35-45%. Повышение содержания углерода достигается за счет снижения доли окислов железа в графитсодержащей пыли. Это превращает графитсодержащую пыль из от-ходов, вывозимых на свалку, в ценное сырьё для графитовых заводов.

В результате внедрения способа подавления бурого дыма газообразным азотом: улучшилось санитарное состояние в миксерном отделении на “Азовстали”; уменьшились выбросы бурого дыма в атмосферу после циклонов ЦН-15 ( концентрация пыли в выбросах снизилась на 83% на “Азовстали”); уменьшился угар железа при переливах чугуна (экономия составила около 50 т в год); увеличилось содержание углерода в графитсодержащей пыли, улавливаемой циклонами ЦН-15, за счет снижения доли окислов железа (содержание углерода возросло с 11...12% до 30...40%.).