Відходи народного господарства і власного виробництва в доменній плавці

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Введення.
Доменна плавка як процес і доменна піч як агрегат сформувалися наприкінці середньовіччя і останні 500-600 років не змінили своєї сутності, зберігши такі особливості: безперервний характер процесу, шахтний принцип конструкції, противоточную рух шихти і газу (шихта рухається вниз, а нагріті гази і продукти згоряння піднімаються вгору), наявність в одному агрегаті зон твердого, пластичного і рідкого стану, значний діапазон температур (від 20 до 3500 ° С).
Температура в нижній зоні може досягати 2400 ° С. При такій температурі згорає все органічне і хімічне з утворенням летючих оксидів і газів. Але домна влаштована так, що ні ті, ні інші в атмосферу не потрапляють. Стало бути, домна, що б у ній ні спалювалося, навколишнє середовище не забруднює і представляється ідеальним "котлом" для спалювання і повного знищення і твердих, та рідких отруйних речовин.
Потрібно сказати, що ідея спалювання отруйних речовин не нова. У дев'яності роки тільки в Росії запатентовані десятки різних способів і пристроїв. Наприклад, пропонувалося спалювати ОВ у відпрацьованих нафтових і газових свердловинах, подаючи в них разом з отрутою пальне і окислювач, при тому під солідним тиском. Спосіб екологічно чистий, але потрібні глибокі і, головне, міцні свердловини. Крім того, заповнити свердловину твердими ОВ вельми проблематично. Ось і виходить, що немає для цієї справи нічого кращого домни.

Відходи народного господарства в доменній плавці.
До недавнього часу досить молода галузь переробки твердих побутових відходів і відраховуються не одне тисячоліття чорна металургія співіснували паралельно і не перетиналися. Стрімкий розвиток першої призвело до появи нових технологій і нових матеріалів з вторинних ресурсів, часто ефективно замінюють традиційні. В даний час існує безліч технічних можливостей переробити відходи паперу, полімерів, гуми і т.д.
На початок 1999 року на підприємствах різних галузей промисловості накопичилося близько 1500 млн. тонн токсичних відходів виробництва та споживання. Щорічно на підприємствах Російської Федерації утворюється близько 90 млн. тонн токсичних промислових відходів (ПО), з яких 87 млн. тонн належать до III та IV класів небезпеки. Кількість відходів споживання, або твердих побутових відходів (ТПВ), щорічно зростає в Росії на 30 млн. тонн.
У 1999 році підприємствами використано у власному виробництві близько 40 млн. тонн (40%) і повністю знешкоджено 9 млн. тонн (10%) від загальної кількості утворилися за рік відходів. Решта відходів передані на полігони для поховання.
Розвиток чорної металургії завжди було тісно пов'язане з використанням власних відходів або відходів суміжних галузей. Металургія є галуззю, повністю переробної відходи споживання з чорних металів, замикаючи таким чином їх життєвий цикл. Як зазначає професор Московського інституту сталі і сплавів Ю.С. Юсфін, «з переробки сталевого брухту в мартенівських печах, конвертерах, а потім і в електропечах почалася ера промислового рециклінгу».
В останні роки залучення металургійних агрегатів у переробку різних видів відходів спостерігається в усьому світі. Металурги різних країн світу, починаючи з другої половини ХХ століття, пропонують і успішно реалізують ідеї утилізації у високотемпературних металургійних агрегатах різних горючих компонентів ТПВ. Це обумовлено тим, що жоден сміттєспалювач не може конкурувати з такими високотемпературними металургійними агрегатами як кисневий конвертер або доменна піч за умовами знешкодження токсичних відходів, які мають температуру до 2500 - 2700 ° С, активну окислювальну або відновну атмосферу, інтенсивний тепло - і масообмін, наявність високоактивних основних шлаків, що пов'язують негорючий залишок від спалювання відходів і переводить його в осклованих шлак. У таких умовах практично неможливо утворення діоксинів. Діоксини - це група поліхлорованих поліциклічних сполук, складається з сотень речовин близької будови, одна з найбільш токсичних синтетичних сполук. Крім цього, потужні металургійні агрегати оснащені повним набором обладнання для уловлювання та очищення газів, що виділяються, а також мають замкнену систему водопостачання.
Найбільш перспективним вважається використання пластмасових відходів (крім ПВХ) в доменному виробництві. Відходи пластмас виявляють відновні властивості і при цьому не утворюються діоксини. Змішані відходи пластмас використовуються при виплавці сталі шляхом вдування відходів в доменні печі, тобто відбувається вдування твердих гранульованих або подрібнених відходів пластмас (Японія, Німеччина). При цьому знищуються відходи і використовується їхня теплота горіння. Більш простим способом є інжекція через фурми рідин, зокрема електротехнічних (Соволя, совтола), основу яких складають поліхлорбіфеніли (ПХБ). У процесі їх виробництва з'являються мікродомішки, а при їх горінні діоксини утворюються в надзвичайно небезпечних кількостях. Це підтверджено наслідками пожеж силових підстанцій. Тому в даний час ПХБ-матеріали виводяться з експлуатації, і проблема їх знищення стоїть дуже гостро.
Експерименти зі знищення рідких ПХБ-відходів вдуванням в доменну піч з успіхом проводяться на НЛМК.
Відомо, що металургійні компанії Німеччини і Японії вже більше 10 років переробляють відходи пластмас.
Німецька фірма «Stahlwerke Bremen GmbH» переробляє в доменних печах понад 70 тис. тонн на рік відходів пластмас. Регулярний моніторинг викидів в атмосферу показав, що кількість викидів пилу, SO2 і NOx при використанні пластмас знаходиться істотно нижче рівня гранично допустимих викидів. У викидаються в атмосферу газах були виявлені слідові концентрації діоксину - менше 0,001 нг/м3, що більш ніж у 100 разів нижче рівня ГДК діоксинів в атмосферному повітрі, що становить в Німеччині 0,1 нг / м3. Фірма «Eko-Stahl» у м. Айзенгюттенштадт вдмухує відходи пластмас у доменні печі з 1996 р . зі стійким витратою 30-60 кг / т чавуну.
У Японії використання відходів пластмас у доменних печах ведеться з 1993 р . Металургійна компанія «Ніппон Кока» в м. Кейхане більше 10 років вдмухує відходи пластмас у доменну піч об'ємом 4907 м3 з витратою до 200 кг / т чавуну, в 2004 р . на переробку на металургійний комбінат було направлено близько 20% муніципальних відходів. На думку керівників компанії, металургійні підприємства, розташовані поблизу великих міст, знаходяться в зоні утворення великої маси відходів та їх унікальні технологічні можливості повинні бути використані для їх утилізації. В даний час система рециклінгу пластмас, розроблена цією компанією, широко використовується іншими японськими металургійними підприємствами, що підтримують міжнародний стандарт ISO 14001. До складу типових пластмасових відходів, утилізованих в доменних печах, входять офісне обладнання, пляшки та контейнери, плівка та ін В даний час Японія наближається до рівня 1 млн. т на рік відходів пластмас, що переробляються в доменних печах, що становить 10% від рівня їх щорічного освіти.
У Росії розробки в галузі переробки відходів в чорній металургії традиційно ведуться державними технічними університетами - Московським інститутом сталі і сплавів (МІСіС), Сибірським державним індустріальним університетом (СібГІУ) та ін Вченими МІСіС розроблено ряд технологій переробки відходів пластмас, відпрацьованих масел та інших видів відходів в доменних печах. Проведені дослідження з використанням методу математичного моделювання за допомогою програм IVTANThermo, що дозволяють розрахувати рівноважний стан складних систем в умовах металургійних агрегатів, показали, що в умовах доменної печі концентрація діоксинів і фуранів становить менше 10-30%. На підставі отриманих результатів вченими МІСіС зроблено висновок про те, що поява в відведених газах доменної печі суперекотоксікантов (фуранів, діоксинів, HCN, COS і ін) при вдування в піч пластмас виключено.
Існує дуже цікава розробка в Росії - «піч Ванюкова». Це спільна розробка інститутів «Гинцветмет» та місіс за участю Академії комунального господарства ім. К.Д. Памфілова - передбачає спалювання ТПВ в умовах, характерних для сталеплавильних агрегатів: висока температура, наявність шлакового розплаву, використання кисневого дуття, мокра система газоочистки та ін Проведений комплекс промислових випробувань даної технології на печі Ванюкова, встановленої на Рязанському дослідно-експериментальному металургійному заводі, показав , що застосування технічного кисню при температурах 1400 - 1700 ° С призводить до повного руйнування всіх токсичних компонентів відходів. Встановлено відсутність діоксинів на виході пилогазового потоку, в рідких продуктах плавки (шлак, металомістких продукт), а також по газоходному тракту, що свідчить про те, що їх вторинне освіта також не відбувалося. Це пояснюється тим, що умови спалювання ТПВ в печі Ванюкова призводить до такого руйнування структурної грати діоксинів, що їх оборотна фрагментація стає практично неможливою.
Таким чином, металургійні агрегати забезпечують більш безпечне спалювання горючих компонентів відходів, ніж сміттєспалювальні заводи. Ідея використання металургії для утилізації найбільш трудноутілізіруемих видів відходів, включаючи особливо токсичні, належить самим металургам. Спалювання горючих компонентів відходів у металургійних агрегатах більше 10 років використовується в найбільш промислово розвинених країнах світу, відомих суворим ставленням до захисту навколишнього середовища. Вітчизняний досвід підтверджує можливість і ефективність використання високотемпературних металургійних агрегатів для утилізації та знешкодження цілого ряду відходів, що дозволяє металургійним підприємствам допомогти у вирішенні гострих екологічних проблем у регіонах, на території яких вони розміщуються. У зв'язку з цим державним контролюючим природоохоронним організаціям доцільно почати розглядати металургію як галузь, здатну ефективно і найбільш безпечно утилізувати та знешкоджувати такі відходи як відпрацьовані автомобільні покришки, неутилізованих горюча частину після сортування ТПВ, відходи лікувально-профілактичних установ та інші, і сприяти розвитку даного напрямку .
Відходи власного виробництва в доменній плавці.
Хоча основним призначенням доменної печі є одержання первинного металу, її технологія і конструкція в рівній мірі адаптовані до отримання поліметалічних лігатур, шлакових розплавів і горючих газів, які в даний час кваліфікуються переважно як побічна продукція. Однак при іншій постановці завдань побічним продуктом може стати і чавун.
В даний час значна частка чавуна виробляється з комплексних поліметалевих руд, що містять титан, хром, ванадій, мідь, миш'як, рідкоземельні метали. Частка цих руд буде надалі тільки зростати. Кількість домішок до цих пір в чавуні практично неконтрольовано. Переклад плавки комплексних руд в русло керованого процесу зажадає інший постановки питання. Перш за все необхідно переорієнтувати доменної плавки на максимально повне вилучення основних домішок через отримання поліметалічних лігатур або переведення домішкових елементів в шлак з подальшою його переробкою.
Вже сьогодні доведена можливість одержання в доменній печі поряд з чавуном титанових шлаків з подальшою переробкою їх у титановому виробництві. Дослідженнями уральських і казахських фахівців показана можливість отримання в доменній печі глиноземистих шлаків з подальшим використанням їх для виробництва глинозему. Перелік аналогічних технологій може бути продовжений.
Ще один побічний продукт - це доменний шлак. Він не містить видобутих компонентів і екологічно безпечний. Його вихід становить більше 150 млн. т на рік. Проте існуючі технології переробки дозволяють стверджувати, що доменний шлак - це не відхід, а промислове сировина, яка в індустріально розвинених країнах використовується практично повністю. Його найбільшими споживачами є цементна промисловість (у Японії - 70% доменного шлаку, в Німеччині - 55%) і дорожнє будівництво (в Японії - 20%, у Німеччині - 40%). Застосування шлаку при виробництві цементу дає додатковий ресурсо-екологічний ефект, оскільки знижує енерговитрати на 40% і зменшує викиди CO2.
Основу шлаку складають CaO і SiO2. При кристалізації розплаву утворюється двухкальціевий силікат 2CaO * SiO2, який при охолодженні зазнає поліморфний перетворення, що супроводжується збільшенням об'єму. Це викликає саморассипаемость шлаку. Запобігання саморассипаемості досягається збільшенням швидкості охолодження розплаву при його грануляції, наприклад розпиленням у воду.
Гранульований шлак має багато переваг, і його виробництво безперервно збільшується (у країнах ЄС гранулюють 70% шлаку). За певних складах і великій швидкості охолодження шлак твердне без кристалізації і набуває склоподібну аморфну ​​структуру. З шлаку роблять виливки (кам'яне лиття), виробляють технічне скло і скловату. Що й викликало останні роки інтерес скляних заводів до використання доменних шлаків, що, очевидно, пов'язано з досить високими цінами на основну мінеральну сировину, що застосовується у виробництві скла.
Великий вміст заліза так само і в сталеплавильних шлаках (до 20%) ускладнює їх використання в цементній промисловості. Основне застосування - виготовлення щебеню для доріг. Шлаки треба стабілізувати, щоб зв'язати надлишок CaO і перевести залізо в тривалентне стан. Який підвищує хімічну стійкість і зменшує вилуговування.
Шлаки з високим вмістом фосфору і CaO використовують як добриво і при вапнуванні грунтів. Але при великому змісті заліза це неефективно, і частина шлаку піддають вторинної металургійної переробки (у Японії та Німеччині до 20%).
У комплексі металургійного підприємства доменна піч є так же енергетичним агрегатом, що постачають інші переділи доменним газом. Ця функція іноді може домінувати навіть в існуючих умовах, а в перспективі може стати не менш важливою, ніж виробництво чавуну.
Доменна піч - один з найбільш досконалих газифікаторів кускового палива. Вона може бути налаштована на отримання гарячих відновлювальних газів для вдування в інші печі, але може працювати у режимі генерації опалювального газу для енергетичних потреб.
Приміром, Новолипецький металургійний комбінат уклав контракт на будівництво нової ТЕЦ потужністю 150 МВт, що дозволить НЛМК підвищити рівень його самозабезпечення електроенергією до 66%. При цьому для вироблення електроенергії буде використовуватися доменний газ.
Очищений доменний газ використовують як паливо для повітронагрівачів доменної печі, коксових батарей і парових котлів; в суміші з коксувальні газом він йде для опалення мартенівських і нагрівальних печей. Традиційно доменний газ використовується в самому доменному цеху для обігріву повітронагрівачів і для нагрівання злитків у обтискному цеху. При спалюванні 1 т коксу виходить близько 4000 м3 газу.
Таким чином, доменна піч, будучи багатоцільовим агрегатом, легко може бути перебудована на технологію, в якій домінує одна з його основних функцій - одержання первинного металу, шлаку заданого складу, газу необхідних параметрів шляхом газифікації твердого палива.
Поряд з доменною піччю існують і інші цікаві технології, наприклад - «РОМЕЛТ».
РОМЕЛТ - новий спосіб переробки відходів.
Процес РОМЕЛТ є безперервним способом одержання чавуну з залізовмісного сировини та відходів із застосуванням недефіцитних і дешевих марок некоксівного вугілля. Принципова схема печі РОМЕЛТ представлена ​​на малюнку: у піч, з розплавом шлаку через нижні фурми вдувається киснево-повітряна суміш, яка інтенсивно перемішує шлак. Піч футерована тільки до рівня нижніх фурм. Інша частина виконана з водоохолоджуваних елементів - кесонів. На холодній поверхні кесонів шлак утворює тверду шкірку - гарнісажем. Так вирішується проблема стійкості футеровки в контакті з шлаковим розплавом. Шихта - руда чи залізовмісні відходи (шлами, окалина) і вугілля - безперервно завантажуються зверху на поверхню шлакового розплаву з температурою 1400 - 1500 ° С. Попередньої підготовки пилоподібного сировини або вугілля не потрібно. Вугілля виконує дві функції. Його горіння спільно з допалюванням газів підтримує температуру в печі. Крім того, він забезпечує відновлення оксидів заліза і формування чавуну, який у вигляді крапельок осідає на дно (подину) печі. Метал і шлак випускають через отвори (льотки), виконані на різних рівнях.
Для допалювання газів, що виділяються (CO, H2, летючі вуглеводні вугілля) і повернення тепла в ванну через верхні фурми подається кисень. У дослідній установці виходять з печі гази надходять в котел-охолоджувач, де остаточно допалюються за рахунок природного підсмоктування повітря, охолоджуються і подаються на газоочистку. У промисловому агрегаті вони будуть використані для вироблення електроенергії. Процес РОМЕЛТ розширює можливості прямого використання відходів. На час експлуатації печі накопичений досвід переробки різних матеріалів, включаючи шлами доменного та конвертерного виробництв, окалину, шлак свинцево-цинкового комбінату. З них витягували головний корисний компонент (залізо) і отримували чавун, який використовували для виробництва сталі.


Інші компоненти переходять в безпечне компактне стан - шлак, який за складом і властивостями близький до доменного і може бути використаний аналогічно йому. Так вирішується двоєдина ресурсоекологіческая завдання. Переробка шлаків кольорової металургії ще один приклад утилізації невласних відходів в чорній металургії. Проте на цьому не вичерпуються можливості процесу.
У печі РОМЕЛТ компоненти розподіляються між чавуном, шлаком і газом. Досвід показав, що легковосстановімие нелеткі елементи Cu, Ni відновлюються і переходять у чавун. Тому комплексний підбір шихти дозволить отримати легований чавун зі спеціальними властивостями.
Летючі елементи Zn, Pb, Ag виносяться з димовими газами і при охолодженні осідають в пил, де їх концентрація в багато разів. Тому при переробці деяких відходів пил процесу РОМЕЛТ стає сировиною для отримання кольорових металів.
Для такого використання пилу важливо знати, в які з'єднання пов'язуються елементи, і вміти керувати цим процесом. Теоретичне рішення задачі можна отримати розрахунком складних хімічних рівноваг, а практична реалізація досягається зміною ступеня допалювання.
Відносно невеликі конструктивні зміни дозволяють використовувати піч РОМЕЛТ для спалювання і утилізації побутових і горючих промислових відходів. Її можна розглядати як сміттєспалювальний завод нового покоління, перевагою якого є можливість скріплення негорючих компонентів в шлак і металевий напівпродукт.

Висновок.
Будучи багатоцільовим агрегатом, доменна піч буде виконувати, крім металургійної, функції енергетичну і санітарно-екологічну стосовно регіональних та інших потреб. Це об'єктивно висуває доменну піч на роль ведучого металургійного агрегату XXI століття.
Ідея використання металургії для утилізації відходів, включаючи особливо токсичні, належить самим металургам. Спалювання горючих компонентів відходів у металургійних агрегатах більше 10 років використовується в найбільш промислово розвинених країнах світу, відомих суворим ставленням до захисту навколишнього середовища. Вітчизняний досвід підтверджує можливість і ефективність використання високотемпературних металургійних агрегатів для утилізації та знешкодження цілого ряду відходів, що дозволяє металургійним підприємствам допомогти у вирішенні гострих екологічних проблем у регіонах, на території яких вони розміщуються.
Розрахунки показують, що 20-30% потужностей доменного виробництва Росії, що знаходяться в положенні резервних, можуть бути задіяні для переробки техногенних та побутових відходів.

Список літератури.
1. Доменна піч - агрегат XXI століття. Москва, "Сталь", 1995, N 8, с.1-8. Автори: Ю. С. Юсфін, І. Г. Товаровський, П. І. Черноусов.
2. Юсфін Ю.С. Техногенні відходи та рециклінг / Ю.С. Юсфін / / Ринок вторинних металів. 2002. № 3. С. 34-35.
3. Утилізація вторинних матеріальних ресурсів у металургії / К.А. Черепанов, Г.І. Черниш та ін М.: Металургія, 1994.
4. Роменець, В.А. "РОМЕЛТ" - повністю рідиннофазної процес отримання металу / / Изв. вузів. Чорна металургія, 1999. № 11. С. 13-23.
5. Юсфін Ю.С. Промисловість і навколишнє середовище / Ю.С. Юсфін, Л.І. Леонтьєв, П.І. Черноусов. - М.: ИКЦ Академкнига, 2002.
6. Лісін В.С., Юсфін Ю.С. Ресурсо-екологічні проблеми XXI століття і металургія. М.: Вищ. школа, 1998.
7. Любешкін Є.Г. Проблема утилізації побутових відходів пластмас та шляхи їх вирішення / / Екол. пром. пр-ва. - 1996. - N 1. - С.57-61.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
42кб. | скачати


Схожі роботи:
Лужна агресія в доменній плавці
Відбудова народного господарства
Історія народного господарства
Історія Народного Господарства лекції
ТЕРНОПІЛЬСЬКА АКАДЕМІЯ НАРОДНОГО ГОСПОДАРСТВА
Дослідження народного господарства Франції
Бухгалтерський облік в галузях народного господарства
Післявоєнна перебудова народного господарства України
Значення автомобілебудування для народного господарства
© Усі права захищені
написати до нас