Зміст

Вступ
1.Актуальність теми
2. Цілі та задачі роботи
3. Об'єкт дослідження
4. Наукова новизна роботи
5. Практичне значення результатів
6. Водопостачання підприємств чорної металургії

6.1 Доменний цех

6.2 Сталеплавильні цехи

6.3 Прокатні цехи
7. Вимоги до якості технічної води та підготовка води в системах промислового водопостачання
8. Безстічні системи водного господарства та безвідходна технологія металургійного виробництва
Висновки
Перелік посилань

 

ВСТУП

На сьогоднішній день металургійні та металообробні підприємства є одними з основних споживачів води. Сумарна кількість води, що витрачається на 1 т сталі, становить 200 - 220 м3 це в 22 рази вище, ніж в країнах ЄС. Тому в останні роки на підприємствах чорної металургії у великих масштабах проводяться організаційно-технічні заходи, спрямовані на раціональне витрачання води і зменшення скидання стічних вод у водойми, а також здійснюється будівництво очисних та інших водогосподарських споруд з метою запобігання забруднення природних вод.

1 АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ
Актуальність даної теми полягає в зростаючому споживанні водних ресурсів у металургійному виробництві та недоліком її для умов даного регіону.

2 МЕТА ТА ЗАДАЧІ РОБОТИ

Метою даної роботи є аналіз споживання води в металургійних переділах, а також пошук рішень щодо зниження водоспоживання.
Основними задачами виділеними в даній роботі є:
- виділення факторів які впливають на збільшення водоспоживання;
- пошук основних джерел виробничого водопостачання, з мінімальним збитком для ОС;
- розгляд перспектив впровадження маловодної і безводної технології;
- пошук засобів зниження споживання води в металургійних переділах.

3 ОБ'ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ
Об'єктом дослідження є водоспоживання металургійного виробництва

4 НАУКОВА НОВИЗНА РОБОТИ

Розгляд перспектив впровадження альтернативних джерел водопостачання для металургійних підприємств

5 ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ

Результатом роботи є запропоновані способи щодо зменшення використання води в металургії та перспективи впровадження маловодної та безводної технології.

6 ВОДОПОСТАЧАННЯ ПІДПРИЄМСТВ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ

Металургійні заводи складаються з трьох основних цехів: доменного, сталеплавильного, прокатного і багатьох інших допоміжних цехів. Для економії води більшість металургійних підприємств використовують оборотне водопостачання.

Як правило, систему оборотного водопостачання складається з окремих циклів для кожного з цехів і пристроїв, що відрізняються якістю води і необхідними напорами її в мережах (рис.1).

Загальне споживання води на виробничі потреби сучасного заводу з повним металургійним циклом, включаючи коксове і вогнетривке виробництва, ТЕЦ і допоміжні цехи, на 1 т чавуну, що виплавляється з переділом його в сталь і прокат досягає 220 м3, в тому числі від 3 до 5% свіжої води .
Основна кількість води (близько 75%) витрачається на металургійному заводі на охолодження конструктивних елементів, агрегатів (доменних, сталеплавильних і нагрівальних печей) і на конденсацію пари на воздуходувной та електричної станціях. До 22% води витрачається тут на охолодження безпосередньо устаткування та продукції (газу і металу), а також на транспортування механічних домішок, при цьому вода і нагрівається, і забруднюється. Невелика кількість води (близько 3%) витрачається на інші дрібні потреби. Для основних цехів металургійного заводу необхідна безперебійна подача води.

6.1 Доменний цех

У доменному цеху продукти виробництва-чавун і шлак - випускаються з печей в ковші.
Вода при виплавці чавуну витрачається на зволоження шихти, охолодження доменних печей і арматури повітронагрівачів і на дрібні потреби. Крім того, вода в доменному цеху витрачається на грануляцію шлаку, охолодження чавуну на розливальних машинах і в підбункерних приміщеннях.

Водопостачання доменного цеху може бути однозонний або двох-зонним. При однозонної водопостачанні вся охолоджуюча вода подається в холодильники доменної печі під одним загальним натиском, достатнім для її вступу до найвищу точку. При двозонного водопостачанні вода для нижньої частини печі (распар, заплечики, фурменних зона, горн і поду) подається під одним (зниженим) напором, а для верхньої частини - під іншим (підвищеним) напором. Останнім часом водопостачання великих доменних печей влаштовують однозонний. Як при однозонної, так і за двозонного водопостачанні вода подається до доменному цеху по двом самостійно працюють водоводах і мереж (паралельним водоводам), як показано на (рис.2).

Водопостачання доменного цеху - оборотне; відпрацювала вода з холодильників печей і арматури повітронагрівачів зливається в прийомні коробки і надходить для охолодження на градирні або в бризкальних басейн; охолоджена вода забирається насосами і знову подається в цех. Необхідний напір оборотної води в мережі у доменних печей становить від 45 до 70 м в залежності від корисного обсягу печі.
В даний час застосовують переважно напівсуху грануляцію шлаку, а у нових доменних печах - мокру грануляцію в жолобах з висвітленням оборотної води в відстійнику. Витрата оборотної води на мокру грануляцію становить 8 м3 на 1 т шлаку; безповоротно втрачається в обох випадках близько 1 м3 на 1 т шлаку.
Загальна витрата води при розливі на 1 т чавуну складає до 4 м3, при цьому близько 20% води втрачається. Водопостачання оборотне з очищенням відпрацювала води від шматочків ламаного чавуну і вапна у відстійнику. Втрати в системі поповнюються свіжою водою.

      6.2 Сталеплавильні цехи

У сталеплавильних цехах виробляється виплавка сталі з чавуну. Виплавка сталі може здійснюватися наступними способами: конвертерним, мартенівським і електроплавкі, іноді застосовують комбінації цих способів. Виплавлену сталь розливають у виливниці і направляють в прокатні цехи. В даний час широке застосування знаходить безперервне розливання сталі в довгі злитки для подальшої прокатки в профілі.

У конвертерному цеху вода витрачається на охолодження повітродувних і кисневих машин, очищення газу в скрубберах, а також на різні дрібні потреби; очищений газ випускається в атмосферу. Загальне споживання води становить від 15 до 26 м3 на 1 т виплавленої сталі, в тому числі 4 - 5% свіжої води.

У електросталеплавильному цеху виплавляються високоякісні леговані сталі або феросплави. Плавка здійснюється в електричних печах, в яких необхідна температура плавильного простору забезпечується горінням електричних дуг, що утворюються між шихтою і електродами.

Вода в електросталеплавильному цеху витрачається на охолодження затискачів електродотримачів (це необхідно для уникнення надмірного нагрівання затискачів струмом великої сили, які пройшли по електродів, а також виділяються в печі гарячими газами), на охолодження електродів в місцях їх проходу через звід, де охолоджуюча вода протікає по трубчастим кільцям, на охолодження завалочних і випускних вікон, трансформаторного масла та ін.. Крім того, вода витрачається на очищення відходять від плавки газів перед, викидом їх в атмосферу.

В кожному сталеплавильному цеху (конвертерному, електропічний) влаштовують два цикли оборотного водопостачання: цикл незабрудненій охолоджуючої води з градирнею і цикл забрудненої води газоочистки з відстійником і градирнею. Ведуться виробничі досліди з використання оборотної води газоочистки без її охолодження.
У сталеплавильних цехах вода подається також у вигляді душа на охолодження сталі, що знаходиться в виливницях, встановлених на візках. Витрата цієї води враховується в загальному споживанні води в цеху і становить 30 - 50 м3/ч, у тому числі 10 - 15% свіжої води.

6.3 Прокатні цехи

У прокатних цехах сталеві зливки прокочуються в метал найрізноманітнішого профілю. Технологічний процес прокатки поділяється на два основних цикли: нагрівання злитків перед прокаткою в нагрівальних печах або нагрівальних колодязях і прокатка нагрітих злитків.

У прокатному цеху основна маса води витрачається на охолодження валків і підшипників, щоб уникнути надмірного їх нагрівання при постійному зіткненні з розпеченим металом; валки поливають водою з розташованих над ними дірчастих труб або жолобів.

Вода, поливаємо на валки, охолоджує їх і змиває окалину, що обсипається з прокочується металу. Стічна вода надходить під кліть в канал. Основну масу окалини від багатьох великих станів можна видаляти в вагонетках, що встановлюються під воронками, через які зсипається окалина. На більшості сучасних станів зсипаються під стан окалину транспортують водою до цехових відстійних ям; для транспортування окалини витрачається вода, яка використовується послідовно або повторно (іноді після охолодження печей). Вода витрачається на змив і транспортування окалини безперервно. Після цехових (первинних) відстійників воду додатково очищають від дрібної окалини і масла у вторинних відстійниках і потім подають на повторне використання. На деяких заводах замість вторинних відстійників стали застосовувати відкриті гідроциклони.
Вода в прокатному цеху витрачається також на охолодження масла і повітря (для великих електродвигунів) в закритих трубчастих холодильниках. Бажано, щоб температура охолоджувальної води була не вище 25 ° С. У деяких випадках вода йде ще на зволоження повітря, що подається в машинне відділення або цех. Для цієї мети використовують воду, що володіє якостями питної води. Режим витрачання води на прокатних станах і її кількість дуже різні через розмаїття станів, а також з огляду на те, що на одному і тому ж стані можуть прокочуватися різні сорти і профілі металу.

Стічні води з травильних ванн містять кислоту і залізо і в сучасних умовах направляються на установку з вилучення з них залізного купоросу. Стоки від промивання металу після травлення надходять на нейтралізацію вапном і освітлення; сюди ж надходить і вапняна вода. Нейтралізовані і прояснені стічні води від промивання металу зазвичай використовуються на ті ж цілі з пристроєм самостійного циклу оборотного водопостачання.

Водопостачання прокатних цехів оборотне, зазвичай з роздільним (за різними трубах) подачею води: до нагрівальних печей - чистої води, до прокатних станів - забрудненої води (рис. 3).

У прокатних цехах основна увага повинна бути звернена на забезпечення безперебійності надходження води до нагрівальних печей. Вода протікає тут по подовимабо гліссажним трубах, по яких безперервно пересуваються злитки стали, що нагріваються перед прокаткою. У разі припинення надходження води до нагрівальних печей через нетривалий час (як тільки випарується залишилася в трубах вода) гліссажні і подові труби згорають, і просування сталевих злитків в печі припиняється. В результаті порушується весь цикл прокатки металу, а нагрівальні печі вимагають ремонту.

Припинення подачі води до прокатних станів також неприпустимо, хоча воно і не представляє тут такої небезпеки, як для нагрівальних печей. У разі припинення надходження води прокатні стани повинні бути зупинені, щоб уникнути псування підшипників і валків; допустимо лише короткочасне зниження подачі води на 25 - 30%.

 

7 ВИМОГИ ДО ЯКОСТІ ТЕХНІЧНОЇ ВОДИ І ПІДГОТОВКА ВОДИ В СИСТЕМАХ ПРОМИСЛОВОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ

 

Проблема захисту навколишнього середовища є однією з основних і актуальних проблем сучасності. Основні завдання, що стоять перед фахівцями в цьому плані, полягають в тому, щоб в умовах подальшого зростання обсягу виробництва забезпечити зниження витрат води та обсягів стічних вод, скоротити викиди у водний басейн, знизити кількість утворюються твердих відходів і зменшити негативний вплив виробничої діяльності металургійного виробництва на навколишнє середовище. З економічних міркувань, вимогам екології, а також обмеженим запасами води в природних джерелах на промислових підприємствах рекомендується споруджувати оборотні системи технічного водопостачання, де вода використовується багаторазово.

В залежності від зміни якості води в процесі її використання оборотне водопостачання підрозділяється на:
1. «Чисті цикли» - для води, яка при використанні тільки нагрівається;
2. «Брудні цикли» - для води, яка тільки забруднюється;
3. «Змішані цикли» - для води, яка при використанні одночасно і нагрівається, і забруднюється.
Для промислових підприємств 1-ї групи технічна вода регламентується граничною температурою використовуваної води. Її оптимальне значення близько 1500С.

У системах оборотного водопостачання карбонатна жорсткість води, яка використовується як холодоносій Ca і Mg, не повинна перевищувати 2,8 ... 3,0 мг-екв / л, а допустима концентрація суспензії приймається в залежності від швидкості руху води в охолоджувальних апаратах. Ці споживачі не допускають підвищення змісту механічних домішок вище 50 ... 100; сульфатів вище 40; сірководню вище 0,5; масла вище 1 ... 2; кисню вище 4 ... 6; сухого залишку вище 1000 (мг / кг) мг / л.
Вода, яка використовується як середовище для відмивання і гідротранспортування матеріалів, звільняється тільки від грубодисперсной суміші. Це відноситься до споживачів 2-ї групи.

Для споживачів 3-ї групи вода повинна бути хімічно очищеної і загальний вміст солей в ній не повинно перевищувати 100 ... 2000 мг / кг в залежності від тиску виробляється пара. Практично всі споживачі технічної води не пред'являють особливих вимог до її кольору, запаху, присмаку та утримання бактерій.

Проведена в даний час в галузі робота по підготовці води в системи водопостачання має спрямованість на максимальне використання води в оборотних системах і створення замкнутих систем водопостачання окремих цехів, виробництв і, в перспективі, підприємств в цілому. На рис.4 представлений один з варіантів водопідготовки.

Одним з основних напрямків водоохоронних рішень є подальше скорочення витрати свіжої технічної води стічних вод за рахунок удосконалення технологічних процесів.
Актуальним є підвищення ступеня використання води з нетрадиційних джерел водопостачання. Разом з тим найбільш доступними нетрадиційними джерелами водопостачання підприємств чорної металургії можуть стати води поверхневого стоку які пройшли біологічне очищення міські стічні води.

Використання цих вод для потреб промисловості має двоякий ефект. Перш за все значно скорочується скидання господарсько побутових стічних вод у водойми. Це призводить до значного скорочення необхідного обсягу разбавляющей води (10 - 15 кратне) і разом з тим скорочується споживання свіжої води з пріродньх джерел. Для вирішення цієї проблеми необхідно визначить технічно і економічно доцільні схеми доочистки води після станцій біологічної очистки. Планомірне вирішення поставлених завдань дозволить постійно покращувати показники використання водних ресурсів і наближатися до безстічних режиму.

8 БЕЗСТІЧНІ СИСТЕМИ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА І БЕЗВІДХОДНІ  ТЕХНОЛОГІЇ МЕТАЛУРГІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА

Створення замкнутих безстічних систем водного господарства грунтується на організації систем оборотного водопостачання, що включають використання відводимих з території підприємства поверхневих вод і очищених міських стічних вод, локальної обробці стічних вод і регенераціі відпрацьованих технологічних розчинів з метою їх повторного використання в виробництві з одночасним витягненням та утилізацією цінних компонентів, а також на розробці нових технологій, що характеризуються значним скороченням спиживання вихідної води і виникнення забруднених стоків, або повним виключенням води з технологічних операцій. Створення замкнутих систем оборотного водопостачання промислових підприємств базується на докорінну зміну існуючих принципів організації водопостачання, водовідведення та очищення стічних вод.

Водне господарство підприємства повинно розглядатися як комплексна система, що включає водопостачання і каналізацію, причому очищення стічних вод розглядається як підготовка їх для повторного використання. Основою замкнутих систем водного господарства є локальні оборотні цикли водопостачання, в яких об'єднуються споживачі з однаковими вимогами до якості води та аналогічними забрудненнями. При цьому якість повторно використовуваної води визначається на підставі науково-обгрунтованих вимог. Локальні оборотні системи об'єднуються в єдиний комплекс водного господарства з використанням каскадного принципу - первісна подача води споживачам з підвищеними вимогами до якості води, а продувка цих систем служить підживленням систем з водою більш низької якості.

Основним джерелом виробничого водопостачання повинні бути очищені виробничі та міські, стічні води, а також поверхневий стік з території підприємства. Свіжа вода з вододжерел повинна використовуватися тільки для особливих цілей і заповнення втрат води в системах. При очищенні стічних вод та регенерації технологічних розчинів застосовуються методи повинні забезпечувати одночасне вилучення цінних компонентів з отриманням товарного продукту або вторинної сировини для подальшого використання.

При проектуванні основної виробничої технології одночасно повинно вестися проектування систем водопостачання з урахуванням науково-обгрунтованих вимог до якості води і суворого нормування водоспоживання та водовідведення. Розробка нових технологічних процесів, повинна при цьому характеризуватися значним скороченням споживання вихідної води і освіти забруднених стоків, або повним виключенням води з технологічних операцій.

Для оборотних систем непрямого охолодження елементів обладнання, що застосовуються як у чорній металургії, так і в інших галузях промисловості, створення беспродувочного режиму роботи, а також використання для підживлення очищених стічних вод в першу чергу пов'язано рішенням проблеми боротьби з коррозією трубопроводів і апаратури і відкладенням солей, з кондиціювання води.

Для основних металургійних виробництв - аглодоменного, сталеплавильного і прокатного - найбільш серйозна проблема при створенні безстічних замкнутих систем водопостачання полягає в знесолюванні високомінералізованих стічних вод, що утворюються при знесолюванні котлової води, продувці енергетичних установок, нейтралізації промивних травильних вод і знежирювальних розчинів, а також продувних вод локальних систем оборотного водопостачання.

Досить ефективні методи, що дозволяють використовувати стічні води одного виробництва в якості підживлення систем водопостачання інших виробництв. Особливо це важливо для таких стічних вод, як фенольні стічні води і нейтралізовані кислото-містять стічні води, знешкодження та повторне використання яких представляє значні труднощі. Використання фенольної стічної води у вигляді добавки до підживлювальної воді систем оборотного водопостачання дозволяє істотно знизити швидкість корозії металу теплообмінних апаратів. Це пояснюється різким зниженням в оборотній воді концентрації розчиненого кисню, який взаємодіє з органічними і легкоокислюваних неорганічними речовинами (сірководнем, тіосульфат, ціанідами і т.д.), що містяться в фенольної воді.

Незважаючи на важливість розглянутих принципів створення замкнутих безстічних систем водного господарства, найбільш радикальним і перспективним є впровадження маловодний і безводній технології. Під цим маються на увазі такі технологічні процеси, застосування яких дозволяє значно скоротити споживання води, кількість стічних вод і ступінь їх забрудненості, або повністю виключити застосування води та освіта стічних вод. Тут слід виділити два основних напрямки – удосконалення технології охолодження і впровадження відповідних виробничих процесів.

У чорній металургії до виробничих процесів, повністю виключає використання води, в першу чергу слід віднести сухі газоочистки. Для сучасних електросталеплавильних печей у закордонній та вітчизняній практиці, як правило, передбачає тільки суху газоочистку, для кисневих конвертерів застосовуються переважно системи відводу технологічних газів як без допалювання, так і з допалюванням і подальшим очищенням в апаратах мокрого типу. Однак при використанні конвертернго газу як палива застосування установок сухого очищення значно економічніше.

 

ВИСНОВКИ

 

Розглянувши кожен металургійний переділ і проаналізіровов їх потребу в водоспоживання, можна зробити висновок, що основними напрямками в зниженні водоемкости виробництва можуть стати такі заходи:
- заміна водяного охолодження печей випарним;
- в системі очищення доменного газу заміна форсункових скруберів електрофільтрами;
- робота в режимі без допалювання конвертерних газів;
- впровадження сухого способу охолодження і очищення димових газів;
- заміна мартенівських печей конвертерами або ДСП та ін;

Проте в даний час у зв'язку із загальним зростанням обсягів споживаної води і дефіцитом свіжої води особливо характерною для умов Донбасу, необоходимо прагнути до створення замкнутих систем водоснобженія або до переходу до безстічного виробництва.

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

1. Андоньев С.М., Жильцов В.М., Левин Г.М. Особенности промышленного водоснабжения – Киев: Стоитель, 1981.– 248 с.
2. Аксенов В.И. Замкнутые системы водного хозяйства металлургических предприятий – М.: Металлургия, 1991. – 126 с.
3. Рациональное использование и защита водных ресурсов в черной металлургии / Г.Н.Красавцев, Ю.И. Ильичев, А.И.Кашуба –М.: Металлургия, 1989. – 285 с.
4. Буторина И.В. Возможные пути решения проблем водопотребления на металлургических предприятиях Украины // Сталь-2005 – № 2 – с. 91-95.
5. Белевцев А.Н., Белевцев М.А., Мирошкина Л.А. Процессы и аппараты очистки воды в металлургии [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/42847
6. Абрамов Н.Н. Водоснабжение предприятий черной металлургии [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-15/144.htm