Выбросы доменных цехов

Процесс выплавки чугуна в доменной печи заключается в восстановлении оксидов железа углеродом, оксидом углерода и водородом. Углерод поступает в доменную печь в составе кокса, пылевидного топлива, вдуваемых газов, водород ‑ в составе природного газа, мазута и других добавок.

Доменную печь сверху последовательно загружают шихтой: железной рудой, смешанной с флюсами, затем коксом, опять железной рудой и т. д. Снизу вдувают нагретый воздух, обогащенный кислородом; кокс сгорает:

С + О₂ = СО₂ +402 кДж

В результате этой экзотермической реакции температура достигает 1850 ^оС. Образующийся диоксид углерода, поднимаясь, соприкасается с раскаленным углем и реагирует с ним:

СО₂ + С = 2СО

Оксид углерода является основным восстановителем железа из его оксидов, хотя в этом процессе участвует также и твердый углерод, содержащийся в коксе. Восстановление железа оксидом углерода происходит последовательно: Fe₂О₃ Fе₃О₄ (Fе₂О₃•FeO ) FеО Fе.

Частично восстанавливаются также из оксидов марганец, кремний, фосфор и сера. Восстановленное железо в жидком состоянии растворяет эти вещества, и образуется жидкий чугун.

В железной руде содержатся тугоплавкие примеси. Для того чтобы их расплавить и удалить, к загружаемым в доменную печь железной руде и коксу добавляют так называемые флюсы или плавни. Они образуют с примесями легкоплавкие соединения, называемые шлаками. Обычно руда содержит оксид кремния (SiO₂), потому в качестве флюсов применяют известняк или доломит, взаимодействующий с оксидом кремния с образованием легкоплавкого силиката кальция — одной из составных частей шлака:

СаСО₃ = СаО + СО₂

СаО + SiО₂ = СаSiO₃

Основным продуктом доменного процесса является чугун, содержащий кроме железа 3-5 % C; 0, 3-2, 5 % Si; 0, 5-6, 0 % Mn; 0, 08-2, 2 % P; 0, 03-0, 12 % S. Дополнительными продуктами процесса являются доменный газ, содержащий 60 % N₂, 30 % CO, 10 % СО₂ и много пыли. После удаления пыли этот газ используют для подогрева воздуха и как горючий газ. Кроме этого, дополнительным продуктом является доменный шлак, состоящий из алюмосиликата кальция и используемый для приготовления щебня, гравия, шлакобетона, пенобетона, шлаковаты и др.

Доменное производство сопровождается выделением больших количеств пыли и газов в процессе загрузки шихты, выпуска шлака и чугуна из доменной печи. При загрузке шихты в доменную печь выделяется большое количество пыли (десятки кг/ч, размер частиц 0, 2-100 мкм). Выпуск чугуна и шлака из печи сопровождается выделением оксида углерода, диоксида серы, различных углеводородов, цианистых соединений. Источниками газовыделения могут быть также трещины в кладке и кожухе доменной печи, неплотности соединений отдельных элементов конструкций.

Временным фактором является также наличие высоких концентраций пыли в воздухе рабочей зоны при выпуске чугуна и шлака. Максимальные пылевыделения наблюдаются из главного желоба при выпуске чугуна. В зоне чугуновозного ковша образуется облако пыли, состоящее в основном из графита мелких фракций. Наиболее эффективным средством борьбы с пылью является устройство аспирации.

Вместе с доменным газом из печи выносится пыль, внесенная вместе с шихтой, и пыль, образующаяся при трении столба шихты в самой доменной печи (механическая пыль). Пыль состоит из оксидов железа, кремния, алюминия, магния, кальция, марганца, может быть и сера. Основные составляющие доменного шлака (CaO, MgO, SiO₂, Al₂O₃) обладают очень высокой температурой плавления, и в доменной печи нет условий для их возгонки. В доменной шихте содержится небольшое количество цинка, который уже при 900 ^оС испаряется, пары его в верхней части печи окисляются и оседают на стенках колошника (конденсирующаяся пыль), образуя наросты, мешающие работе печи. Часть оксидов цинка и цинк в пылеобразном состоянии удаляются вместе с газами в газопровод.

В доменной печи создаются условия для перехода оксидов и силицидов калия и натрия в карбонаты, цианиды, иногда в сульфиды и хлориды. Карбонаты и цианиды образуются в зоне высоких температур, могут вступать в реакции со шлаком и чугуном и частично уноситься газами.

Расплавленные чугун и шлак являются источником интенсивных тепловых излучений. Конструкционные элементы доменной печи также являются источником значительных тепловых выделений в производственное помещение. Для снижения вредного воздействия тепла на организм человека устанавливают стационарные или неподвижные вентиляционные установки, чаще всего с устройствами для водораспыления.

К вредным производственным факторам относятся также повышенные уровни шума, вибраций при проведении некоторых операций, однако доля воздействия их на формирование условий труда по сравнению с остальными вредными факторами производства является незначительной.