РАСПЛАВЫ
4 • 2010
УДК 669.168
© 2010 г. В. И. Жучков1, О. В. Заякин
ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ В ФЕРРОСПЛАВНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Представлены основные мероприятия по снижению вредного воздействия металлургических предприятий на окружающую среду и перспективные направления развития в области производства ферросплавов.
Ключевые слова: металлургия, ферросплавы, природоохранные мероприятия, утилизация, плавильные агрегаты, безотходные и малоотходные технологии.
В последние десятилетия в связи с возрастанием масштабов потребления природных ресурсов и выбросов различных отходов в окружающую среду происходят значительные изменения в естественных экологических процессах и нарушение равновесия в их протекании. Поэтому проблемы охраны природы и рационального использования природных ресурсов в Российской Федерации отнесены к числу важнейших государственных задач. В значительной мере это относится и к металлургическому производству.
К основным мероприятиям по снижению вредного воздействия металлургических предприятий на окружающую среду следует отнести следующие [1]:
1. Мероприятия технического характера: замена мартеновского производства стали кислородно-конвертерным и электропечным (снижает выбросы в атмосферу в три раза); внедрение непрерывной разливки стали (по сравнению с обычной снижает выбросы в четыре раза); применение пылеугольного топлива в доменном процессе (по сравнению с производством кокса дает снижение в девять раз).
2. Внедрение энергосберегающих технологий: использование энергии колошникового газа доменных печей в турбогенераторах (экономия 90—120 тыс. ккал/т чугуна), утилизация физического и химического тепла конвертерных газов (экономия 200—240 тыс. ккал/т стали), использование тепла отходящих газов от электропечей, воздухонагревателей, доменных печей и др.
3. Предотвращение и локализация выбросов: герметизация и укрытие технологического оборудования (конвертеров, электропечей, коксовых батарей), укрытие конвертеров и мест перегрузок сыпучих материалов, предотвращение пыления складов рудных материалов, хвостохранилищ, шламонакопителей и др.
4. Очистка вредных выбросов, образование которых нельзя предотвратить.
5. Внедрение безотходных и малоотходных технологий с комплексным использованием сырья: утилизация образующихся в процессе производства отходов (шлаков, шламов и др.) и ликвидация в результате этого отвалов и шламохранилищ; более глубокое обогащение руд с исключением применения токсичных реагентов, содержащих цианиды, сернистый натрий и др.; более полное и экономное расходование воды, создание замкнутых систем водоснабжения, применение современных высокоэффективных очистных сооружений и комплекса различных реагентов.
^егго'й'таД.ги
В области ферросплавного производства перспективные направления развития коснутся сырья, его подготовки, плавильных агрегатов, технологии плавки и разливки с учетом их воздействия на окружающую среду [2].
Должны измениться взгляды на рудное сырье ферросплавного производства. Наряду с применением богатых и чистых по примесям руд, запасы которых стремительно уменьшаются, все большее применение будут находить нетрадиционные виды сырья. Например, при получении марганцевых ферросплавов применяемые руды имеют ограничение по содержанию кремнезема. В то же время при выплавке силикомарган-ца в шихту специально добавляют кварцит. В связи с этим для получения кремнистых ферросплавов с марганцем будут широко использоваться считающиеся забалансовыми марганцевые руды с высоким (40—50%) содержанием кремнезема (например, руды Джездинского месторождения). Найдут применение и высокофосфористые руды.
В Институте металлургии УрО РАН разработана оригинальная технология плавки с глубокой дефосфорацией, позволяющая применять ниобийсодержащие концентраты с 12—16% Р с получением стандартных по фосфору сплавов. При этом фосфор переходит в шлак, который может использоваться в качестве удобрений. Имеются технологические решения по выплавке ванадийсодержащих ферросплавов не из технической У205, а из ванадиевого конвертерного шлака, что позволяет миновать гидрометаллургический передел шлака, являющийся наиболее экологически вредным звеном технологии, и увеличить на 18—25% сквозное извлечение ванадия. Эти и подобные материалы уже в ближайшем будущем будут широко использоваться в ферросплавной шихте. При подготовке руд к плавке более распространенным способом должно стать оком-кование, поскольку ферросплавные печи являются низкошахтными (до 3 м) и окатыши не требуют высокой прочности. Производство окатышей является более экологически чистым, а степень перехода (извлечения) ведущих элементов из окатанного сырья на 4—10% выше, чем из такого же агломерированного.
Дуговые электропечи — во многих случаях единственный агрегат, где можно переплавлять многочисленные отходы производства, в том числе тугоплавкие. В связи с этим должно скачкообразно увеличиться количество перерабатываемого в ферросплавных печах хромового, никелевого лома, катализаторов, аккумуляторов, сложных многокомпонентных сплавов с получением востребуемых продуктов и без нарушения экологической обстановки.
Пакр плавильных агрегатов для получения ферросплавов также должен значительно видоизмениться. В дуговых рудовосстановительных печах должны выплавляться только те ферросплавы, которые невозможно или невыгодно получать в других агрегатах ввиду высокой стоимости электроэнергии и значительного загрязнения окружающей среды при их получении. Это — ферросилиций всех марок, силикомарганец, си-ликохром, силикокальций и т.д.
Должны измениться конструкции электропечей. На смену полузакрытым (или "укрытым") рудовосстановительным электропечам, которыми в настоящее время полностью оснащены российские предприятия, должны прийти полностью закрытые герметичные печи с уплотнением для электродов в своде, затворами для подачи шихты. Это не только значительно сократит количество выбросов пыли в атмосферу, но и увеличит выход высококалорийного колошникового газа. Через 10—15 лет должны найти свое место принципиально новые по своим электрическим, конструкционным и геометрическим параметрам агрегаты, такие как печи на постоянном токе, кольцевые электропечи, рудовосстановительные печи с увеличенным распадом электродов. Единичная мощность электропечей не должна быть чрезмерно высокой; очевидно, оптимальным верхним пределом мощности рудовосстановительных электропечей является 80-120 МВА.
Широкое применение должны найти конструкции электропечей, позволяющие раздельно и полно выпускать из печи либо шлак, либо металл, оставляя для дальней-
68
В. И. Жучков, О. В. Заякин
шей переработки нужный расплав. Это значительно расширит возможность технологов, создаст условия для последовательного селективного восстановления и разделения элементов, рафинирования металла. Изменение технологии плавки должно в первую очередь коснуться резкого увеличения извлечения ведущих элементов из оксидного сырья и снижения содержания вредных примесей. При выплавке ферро- и силикомарганца с возгонами и шлаками теряется 28—32% Мп, причем все имеющиеся меры по увеличению извлечения в самом агрегате (изменение основности, вязкости шлака и др.) практически исчерпаны. Поэтому будут привлечены методы по доизвле-чению марганца вне печи. Это могут быть пропускание шлака на выходе из печи через коксовую насадку, довосстановление марганца из шлака в ковше путем продувки расплава газом с углеродсодержащей пылью при использовании инжекционных установок и др.
Значительную экономию электроэнергии и увеличение производительности агрегатов может дать технология с предварительным подогревом шихтовых материалов. Промышленные опыты получения ферромарганца, феррохрома в рудовосстанови-тельных электропечах показывают, что предварительный подогрев шихты дешевым топливом с подачей ее на колошник при 800—1000°С позволяет экономить 20—25% электроэнергии, повышая соответственно производительность печи.
Современные методы разливки ферросплавов на конвейерных разливочных машинах в плоские изложницы несовершенны, сопровождаются значительным пылегазо-выделением. Необходим переход на новые методы разливки, например, в большие изложницы, вмещающие несколько плавок.
При дроблеии ферросплавов образуется 20—25% мелочи, которая, как правило, подается для переплава в печь, где она окисляется на колошнике, усваиваясь на 50—70%. Внедрение современных методов утилизации мелочи позволит ее использовать на 90— 98%. К этим методам относятся брикетирование мелочи с получением брикетов, которые могут использоваться в качестве ферросплавов, а также ввод мелочи в мульды при разливке ферросплавов на разливочных машинах. Дополнительное преимущество этих способов — возможность получения брикетов или слитков различного состава путем введения разнообразных порошкообразных смесей ферросплавов.
Одним из примеров использования техногенных отходов является применение алюминийсодержащих шлаков производства вторичного алюминия для получения различных видов ферросплавов. Мировой объем производства алюминия постоянно возрастает. При этом увеличивается и количество отходов производства вторичного алюминия — алюмошлаков, доля которых составляет около 7% от выпуска металла. Несмотря на предпринимаемые предприятиями цветной металлургии меры по использованию алюмошлака, значительные его количества не находят потребителя.
При производстве ферросплавов алюмошлаки могут использоваться комплексно по нескольким направлениям:
1. Возможен ввод алюминия, кремния, железа, которые содержатся в алюмошла-ках, в выплавляемые сплавы, например при производстве ферросиликоалюминия.
Существует метод получения комплексного алюмосодержащего ферросплава-рас-кислителя с использованием в качестве шихтовых материалов алюмошлаков, стального лома и флюсующих добавок. Метод позволяет получать ферросиликоалюминий с содержанием 20—30% А1 и от 7 до 20% 81.
2. Алюминий и кремний, содержащиеся в алюмошлаках, могут выступать в роли восстановителя при получении средне- и низкоуглеродистых сортов ферросплавов при металлотермических процессах производства ферроспла
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.