ЗАЩИТА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА В МЕТАЛЛУРГИИ

 

Значительная доля сил и средств, рас­ходуемых в металлургии на защиту ок­ружающей среды, связана с защитой воздушного бассейна. Основными на­правлениями защиты воздушного бассейна являются:

1. Защита от так называемых орга­низованных видимых загрязнений и выбросов в виде отходящих из агрега­тов газов и находящихся в их основе пыли, копоти, дыма через трубу или газоотсасывающие устройства.

2. Борьба с так называемыми неор­ганизованными загрязнениями, выделяе­мыми в атмосферу в процессе пере­возки, перемещения, складирования сыпучих материалов и металлошихты, а также в процессе транспортировки и перелива жидких чугуна, шлака, ста­ли, ферросплавов и лигатуры.

3. Борьба с невидимыми загрязне­ниями токсического характера (кото­рые иногда оказываются более опас­ными, чем видимые).

Защита воздушного бассейна от выбросов сопровождается улавлива­нием и последующей утилизацией этих выбросов.

Особенности защиты воздуш­ного бассейна в сталеплавильных цехах. Количество и состав покидающих ста­леплавильные агрегаты газов опреде­ляется такими факторами, как:

1. Использование топлива. Марте­новский процесс связан со значитель­ным расходом топлива. Состав топли­ва определяет состав отходящих газов (содержание серы при сжигании сер­нистого и малосернистого мазута нео­динаково, меньшее содержание водо­рода в мазуте и большее — в природ­ном газе и соответствующее различие в содержании Н₂О в продуктах сгора­ния и т. п.).

2. Использование кислорода. На­пример, в случае продувки металла воздухом в составе продуктов горения будет преобладать азот, а при замене воздуха кислородом азот в составе отходящих газов практически отсут­ствует.

3. Подсос воздуха через неплотнос­ти кладки и конструкций.

4. Специфические особенности процесса (например, при продувке металла в ковше аргоном в отходящих газах будет присутствовать в основном аргон; при продувке металла паром или при подаче в агрегат пара в отхо­дящих газах увеличится доля Н₂О и т.п.).

5. Наличие или отсутствие обору­дования и условий для дожигания СО до СО₂. При работе без дожигания в газах будет много СО; при работе с до­жиганием СО в отходящих газах прак­тически отсутствует.

Пылеобразование и пылегазовые выбросы при продувке металла кислородом. Воздействие на металлур­гическую ванну струй кислорода со­провождается обильным выделением плавильной пыли. Пыль эта, состоя­щая в основном из оксидов железа, имеет бурый цвет, поэтому выделяю­щиеся при продувке ванны кислоро­дом образования обычно называют бу­рым дымом.

Бурый дым с содержащейся в нем плавильной пылью входит составной частью в потери с выбросами, выно­сом и выплесками металла и шлака. Общие потери металла с выбросами, выплесками и выносом плавильной пыли в отдельных случаях превышают 2 % от массы жидкой стали. Эти поте­ри трудно разделить по составляю­щим, так как в отбираемых пробах газа или при взвешивании пыли после газоочистки определяется общая мас­са механически выносимых частиц и сконденсированных паров железа и его оксидов

Размеры частичек пыли в зависи­мости от условий продувки меняются в широких пределах — от 1 до 200 мкм. Большое влияние на унос пыли ока­зывают условия продувки. Испарив­шиеся в зоне высоких температур час­тички могут конденсироваться в зоне менее высоких температур. Например, при погружении продувочного уст­ройства в глубь ванны более крупные частички пыли, проходя через более «холодные» слои металла и шлака, конденсируются и остаются в ванне (меняя соответственно состав металла и шлака). Мельчайшие частички, «ви­тающие» в пузырьках газа, уходят вме­сте с газом из ванны. Крупные частич­ки оседают также на футеровке агрега­та. Поэтому состав и количество пыли в различных местах отбора проб могут существенно различаться. В среднем можно принять, что основной состав­ляющей плавильной пыли (более 90 %) являются оксиды железа, ос­тальное — оксиды марганца, кремния и другие примеси (в зависимости от состава металла и технологии плавки). Для грубых прикидочных расчетов можно принять, что на 1 м³ вдуваемо­го в ванну кислорода образуется пла­вильной пыли около 0,3 кг, в том чис­ле ~ 0,2 кг Fe.

Основными понятиями данного раздела являются:

пылеобразование — количество пыли, выделяющейся из ванны в еди­ницу времени. Часть этой пыли воз­вращается в ванну, часть оседает на кладке, часть уносится с потоком га­зов;

пылеунос — количество пыли, уно­симой из агрегата с газом в единицу времени;

запыленность — концентрация пыли в отходящих газах.

На практике отработаны специаль­ные приемы, позволяющие умень­шить пылеобразование и вынос пыли из рабочего пространства агрегата. К их числу относятся:

1. Распределение дутья (замена одноструйных фурм многоструйными, увеличение угла расхождения со­пел) — обеспечивает более равномер­ное распределение газа в ванне и уве­личение площади контакта газовой струи с жидким металлом и шлаком, что, в свою очередь, повышает интен­сивность теплоотвода из зоны реак­ции.

2. Ввод в струю кислорода охлади­телей — в качестве охладителей ис­пользованы вода, водяной пар, инерт­ные газы (аргон), азот, порошкообраз­ная железная руда, известняк, известь и т. п. В качестве охладителей исполь­зуют также жидкие или газообразные углеводороды (у нас в стране обычно природный газ), на разложение кото­рых затрачивается тепло.

3. Заглубление струи кислорода при продувке или продувка снизу или сбоку — повышают интенсивность теплоотвода при интенсивном переме­шивании ванны; кроме того, достига­ется фильтрация пыли при прохожде­нии струи через слой металла и шлака.

4. Механическое перемешивание ванны (например, путем вращения аг­регата) — ускоряется теплообмен.

Борьба с «неорганизованны­ми» выбросами. Проблема улавливания так называемых неорганизованных за­грязнений и очистка от них воздушного бассейна пока еще далеки от решения. В конвертерных цехах значительны выбросы через аэрационный фонарь газов, пыли и других вредностей, вы­деляющихся при сливе стали в ковш, при завалке шихты, при заливке чугу­на, при ремонтах конвертера, от пе­чей для прокаливания ферросплавов (пыль, оксиды углерода и азота, гра­фитовая спель, сернистый газ, фтори­ды).

В электросталеплавильных цехах большое количество газов и пыли вы­деляется во время загрузки шихты и при сливе металла и шлака в ковш. Из-за трудностей улавливания значи­тельное количество (до 40 %) запылен­ного газа поступает непосредственно в атмосферу цеха.

В мартеновских цехах значительны выбросы через аэрационный фонарь главного здания вредностей, выделяю­щихся при заливке чугуна, при скачи­вании шлака и выпуске стали из пе­чей, при ремонтах печей (пыль, окси­ды углерода, азота, серы, графитовая спель).

При решении проблем, связанных с неорганизованными выбросами, не­обходимо учитывать, что капитало­вложения и эксплуатационные расхо­ды на улавливание и очистку значи­тельно выше, чем в случае «органи­зованных» выбросов, вследствие большего (в 8-10 раз) засоса воздуха, свойственного системам улавливания неорганизованных выбросов. Обычно неорганизованные выбросы улавли­вают с помощью тканевых фильтров (если их объем велик) и электрофиль­тров или высоконапорных скруббе­ров (при малом объеме или высокой температуре).

При этом приходится тщательно и взвешенно решать, что экономич­нее: ставить установки для улавлива­ния вредностей или строить укры­тия. При проектировании складов необходимо учитывать следующее: преобладающее направление ветра (и укладывать штабель вдоль него); с наветренной стороны не должно быть по возможности зданий и со­оружений, которые могли бы спро­воцировать турбулизацию потоков воздуха и усилить унос пыли; целе­сообразно также предусмотреть по­садку деревьев высотой не меньше высоты штабелей; на складах, в ших­товых отделениях и т. п. нужно стре­миться минимизировать высоту па­дения загружаемого материала; для увлажнения поверхностного слоя ре­комендуется его опрыскивание из системы распылителей; опрыскива­ние водой осуществляется в местах перегрузки; в случае длительного хранения материалов возможно при­менение химических добавок на ос­нове битума или органических поли­меров, упрочняющих поверхностный слой.

Для улавливания неорганизован­ных выбросов успешно применяют зонты. Зонты засасывают много возду­ха — это недостаток, но они почти не нуждаются в уходе и не мешают об­служивающему персоналу.