Окружающей среды и природопользования



бет11/46
Дата18.07.2016
өлшемі9.9 Mb.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   46

6.9 Контроль качества


В процессе контроля качества обработанная отливка проверяется на соответствие заданным требованиям: например, на соответствие размеров, наличие дефектов структуры металла, поверхностной структуры. В зависимости от типа отливки и размера серии, контроль качества может осуществляться путем визуального осмотра, с использованием измерительных инструментов или автоматически.

В производстве колес из алюминиевых сплавов отливки контролируются с помощью рентгеновского анализа. Стандартный спектр, соответствующий качественной отливке, используется для проверки с помощью компьютерной программы. Если существуют какие-нибудь отличия, изображение изучается и оценивается оператором. Случайные испытания образцов сплава выполняются с помощью спектрального анализа.



Процесс контроля качества позволяет принять решение об отклонении отливки или разрешении на ее дальнейшую отгрузку на рынок. Отбракованная отливка возвращается на вход сырья для переплавки. [3]

7 Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, сбросов загрязняющих веществ в составе отводимых сточных вод в окружающую среду, образования отходов производства и потребления воды и энергии

7.1 Обзор массовых потоков

7.1.1 Введение


На Рисунке 7.1 приводится общий обзор массовых потоков для процесса литейного производства. В основном, данная схема относится к литейному производству черных и цветных металлов. Конкретные аспекты различных стадий и типов обработки будут разобраны далее.

Рисунок 7.1 - Обзор массовых потоков для процесса литейного производства

7.2 Черные металлы – плавление и обработка металла

7.2.1 Свойства плавильных печей для стали и чугуна


В Таблице 7.1 представлен обзор свойств, типичных для плавильных печей, использующихся для производства стали и чугуна. Приводимые данные обсуждаются в следующих далее разделах.

Таблица 7.1 - Типичные свойства плавильных печей и данные по выбросу вредных веществ [1], [13], [7], [3] и комментарии от CTIF


Процесс

Сталь

Чугун

Тип

Дуговая электропечь

Индукционная

Индукционная

Вагранка

Роторная

Подтип

С кислой футеровкой

С основной футеровкой

Без сердечника

Без серденика

Холодное дутье

Горячее дутье

Горячее дутье – С долгим сроком службы футеровки

Безкоксовая - дуплексная




Источник энергии

Электри-чество

Электричество

Электричество

Электричество

Кокс

Кокс

Кокс

Газ / топливо

Газ / топливо

Тепловой кпд1 (%)

60 - 70

60 - 70

50 – 60

50 – 60

30 – 40

40 - 45

35 – 45

50 – 60

50 – 60

Первоначальный тепловой кпд2 (%)

21 – 25

21 – 25

15 – 20

15 – 20

30 – 40

40 – 45

40 – 45

45 – 50

35 – 453

КВт/ч на тонну садки металла

500 – 700

500 – 700

520 – 800

520 – 800

950 – 1200

800 – 900

810 – 1100

700 – 800

600 – 800

Периодическая / методическая

Периодическая

Периоди-ческая

Периодическая

Периодическая

Методическая

Методи-ческая

Методи-ческая

Методи-ческая

Периоди-ческая

Производительность (тонн/час)4













2 – 10

8 – 70

8 – 70

>5




Производственная мощность5 (тонн)

2 – 50

2 – 50

0,01 – 30

0,01 – 30













1 – 20

Время расплавления (час)

1 – 4

1 – 4

1 – 2

1 – 2













2 – 4

Возможность рафинирования

Возможно

Возможно

Нет

Нет

Да

Да

Да

Нет

Нет

Капитальные затраты

Высокие

Высокие

Высокие

Высокие

Средние

Высокие

Высокие

Средние

Низкие

Образование шлака на тонну садки металла

10 – 40

20 – 80

10 – 20

40 – 80

40 – 80

40 – 80

20 – 60

Образование пыли6 (кг на тонну садки металла)

5 – 8

0,06 – 1

5 – 13

4 – 12

0,8

0,3 – 2,9

Выброс газообразных отходов7 (кг на тонну садки металла)

СО28

В зависимости от производства электроэнергии

В зависимости от производства электроэнергии

400 – 500

350 – 480

100 – 120

120

СО

7,5 – 25 (обезуглероживание)

не имеет отношения

Возмо-жен9

0,5 - 2,5

<10

1,0 – 1,5

SO2

<1

Незначительный

1 - 2

<1

Зависит от топлива

2,5 – 3,0

NOx

не имеет отношения

не имеет отношения

<1

<1

0,5

0,3 – 0,4

1 Указанные значения дают представление о порядке величины, но во многом зависят от условий эксплуатации, таких как температура металла, производственной мощности и производительность печи

2 Эффективность выработки электрической энергии принята равной 35%

3 Принимая в расчеты потребление энергии для производства кислорода и сырьевых материалов, таких как графит и FeSi, для восполнения элементов, окислившихся во время плавления

4 Только для непрерывных процессов

5 Только для периодических процессов

6 Указаны общие значения, найденные в литературе

7 Указаны общие значения, найденные в литературе

8 Предполагается полное сгорание

9 В зависимости от местных условий эксплуатации и конструкции.



7.2.2 Вагранки





На входе

чёрный металл (чугунные болванки, губчатое железо, стальной металлолом, возвращаемые отходы литейного производства…)

легирующие металлы (ферросплавы…)

флюс (известняк…)

энергия (кокс, газ, нефть, электричество)

кислород, воздух

охлаждающая жидкость

вода


На выходе

металлический сплав (чугун)

пыль (содержащая металл)

CO/CO2, SO2, NOx

HF

диоксины, фураны



органические загрязняющие вещества

шлак


отходы огнеупорных материалов


7.2.2.1 Потребление кокса и энергии

Что касается операций с холодным дутьем, то потребление кокса между загрузками, как правило, составляет 90 – 120 кг на тонну загруженного металла, но может составлять и менее 70 кг на тонну садки металла, например, в случае противовесов. По расчетам количества кокса в коксовой колоше выходит, что общее его потребление составляет 110 – 140 кг на тонну садки металла. А так как теплотворная способность европейских коксов равна 8,5 кВтчас/кг, то это соответствует термической мощности в 950 – 1200 кВтчас на тонну садки металла.

Общее соотношение кокса в вагранке для горячего дутья, как правило, составляет 110 – 145 кг на тонну садки металла. Тем не менее, в среднем процентное содержание стали равно 50%, а на рекарбюризацию расходуется приблизительно 1,5%. С учетом этого, действительное потребление кокса составляет 95 – 130 кг на тонну садки металла, что дает нам от 810 до 1100 кВтчас на тонну садки металла. А это соответствует термическому коэффициенту полезного действия, составляющему от 35 до 45%.

В зависимости от планировки завода, необходимо также учитывать энергию, потребляемую оборудованием для очистки отходящих газов и раздаточной печью, как оговаривается в Таблице 7.2. Данные по Германии указывают на специфическое потребление электричества для оборудования по очистке топочных газов. Оно составляет 20 кВтчас на тонну хорошего литья. [7]


Таблица 7.2 - Среднее потребление энергии для очистки отходящих газов и для выравнивания температуры


Тип энергоносителя

Среднее потребление, кВтчас на тонну садки металла

Газ для топочной камеры

40

Электричество для оборудования по очистке топочных газов (вентиляторы и т.д.)

40

Электричество для раздаточной печи

60


7.2.2.2 Твердые частицы

Диапазон выброса твердых частиц очень широкий. В первую очередь подобные выбросы зависят от используемого типа вагранки, как указано в Таблице 7.3:


Таблица 7.3 - Уровень выброса пыли (неочищенный отходящий газ) для различных типов вагранок [1]


Тип вагранки

Выбросы пыли

(кг/т садки металла)



Количественное соотношение кокса

(кг/т садки металла)



Холодное дутье

5 – 13

110 – 140

Горячее дутье

4 – 10

95 – 130

Горячее дутье без футеровки

5 – 12

115 – 135

Безкоксовая

0.8

0

В Таблице 7.4 приводятся уровни выброса пыли, измеренные в комплекте дымовых труб для трех немецких печей.


Таблица 7.4 - Уровни выброса пыли у вагранок и распределение твердых частиц по размерам [7]


Очистка отходящего газа

Объем

3/час)



Общее количество пыли (мг/м3)

Твердые частицы (ТЧ10) %

Твердые частицы (ТЧ2,5) %

Отводящий канал над колошей; рукавный фильтр

28500

7

88

47

Циклонный пылеуловитель, трубка Вентури, регенератор

16000

68 – 94

96

88

Нет данных

6000

(Нм3/час, сухая)



75

100

45 – 85

В общем случае, размер твердых частиц находится в диапазоне от менее чем 1 мкм до 10 мм, при этом 50% составляют размеры меньше чем 100 мкм. Однако размеры менее 2 мкм составляют от 5 до 20%, что делает сбор пыли более трудным занятием. В первую очередь пыль в вагранках обязана своим происхождением коксу, двуокиси кремния, ржавчине и известняку, как видно из Таблицы 7.5.


Таблица 7.5 - Типичный состав пыли в вагранках, данные показывают процент от массы [1] и [41]


Вещество

Состав (%)

[1]

[158, Шарбонье, и другие, 1998]

Оксид железа

30 – 60

15 – 25

SiO2

± 25

15 – 30

Коксовая пыль

3 – 15

нет данных

MnO

3 – 10

2 – 5

Al2O3

1 – 3

2 – 5

MgO

1 – 3

0 – 2

CaO

<1

5 – 10

S

<2

нет данных

ZnO, в зависимости от садки

<3

0 – 30 Zn*

PbO, в зависимости от садки

<1

0 – 5 Pb*

* В форме оксидов и силикатов; относится к пыли с повышенным содержанием цинка


7.2.2.3 Газообразные отходы

Газ в вагранке, работающей на коксе, в первую очередь состоит из N2, CO2, H2O и CO, с небольшим содержанием SO2. В обычных вагранках, в которых отходящий газ собирается над завалочным окном, необходимо делать различие между условиями топочных газов ниже и выше нее, потому что через завалочное окно проникает окружающий воздух. А он в значительной степени изменяет общий воздушный поток.

Если ваграночные газы достаточно горячие и если присутствует достаточное количество СО, газы могут спонтанно дожигаться вместе с проникающим внутрь воздухом (CO + O2 => 2CO2). При этом температура может повыситься до 900 ºC. В этом случае в отработанных газах будет содержаться небольшое или нулевое количество СО. Если же сгорание не происходит, засасывание воздуха вызывает эффект охлаждения, в диапазоне между 100 и 300 ºC. В этом случае соотношение CO/CO2 остается неизменным. Температура газов сразу же под завалочным окном в первую очередь зависит от высоты садки; поступление окружающего воздуха определяется мощностью вентилятора или наличием естественной тяги.

Поток неразбавленных колошниковых ваграночных газов пропорционален потреблению кокса. Увеличение содержания кокса в садке приводит к снижению производительности (тонна расплавленного металла в час) при условии поддержания постоянного воздушного потока. В этом случае может потребоваться увеличить приток воздуха, чтобы поддерживать производительность. С учетом интенсивности горения (CO + O2 => 2CO2), увеличение количества кокса и подаваемого воздуха приведет к увеличению потока отработанных газов.

Для какой-либо конкретной печи потребление кокса и подаваемого воздуха зависят от желаемой скорости плавления и температуры металла, а они могут изменяться на ежечасной основе. Типичные скорости потока, отмеченные в литературе, изменяются в диапазоне от 600 до 800 Нм3 на тонну садки металла для вагранок холодного дутья, и от 500 до 700 Нм3 на тонну садки металла для вагранок горячего дутья. Процентное содержание несгоревших колошниковых газов может быть таким, как указывается в Таблице 7.6:
Таблица 7.6 - Процентный состав несгоревших колошниковых газов для вагранок [1]


Вещество

Объем %

CO2

10 – 18

CO

5 – 15

Н2

<1

SO2

<0,05

N2

Остатки

Скорости потоков отработанных газов над загрузочной дверью могут быть в два – пять раз выше. Это зависит от заданной температуры разбавленных газов (которая в свою очередь зависит от применяемой системы улавливания пыли), а также – в случае рекуперативной вагранки для горячего дутья, – от наличия камеры последующего дожигания. Типичные значения для скоростей потоков составляют от 3000 до 4000 Нм3 на тонну садки металла, расплавленного для вагранок холодного дутья, и от 900 до 1400 Нм3 на тонну садки металла, если производится последующее дожигание. Процентный состав газов определяется скоростью разбавления (в зависти от естественной тяги или мощности вентилятора), степени спонтанного дожигания СО или от самого последующего дожигания, которое может производиться с полным или частичным потоком. [1]

Данные по выбросам для основных компонентов газообразных продуктов горения приводятся в Таблице 7.7. В ней перечисляются вагранки для холодного и горячего дутья с различными плавильными мощностями. Кроме того, в таблице также указывается, где именно – ниже или выше завалочного окна – собирается отходящий газ. Для систем горячего дутья характерны пониженные уровни выброса SO2. Дожигатель проявляет лучшие показатели по очистке от пыли, чем скруббер Вентури. Применение последующего дожигания отчетливо влияет на уровни как СО, так и NOx, при оптимальных рабочих условиях. Анализ всеобъемлющих данных по сроку службы указывает, что работа вагранки для холодного дутья в условиях ниже оптимальных ведет к увеличению выброса СО: 2000 мг/Нм3 по сравнению с 5 – 20 мг/Нм3 в оптимизированных условиях. Соответственно увеличиваются и выбросы ЛОС и ПАУ (полициклические ароматические углеводороды). [13]

Использование сухой очистки от пыли (т.е. применение рукавного фильтра) понижает уровни выброса пыли до ≤20 мг/Нм3. Согласно инвентаризационным данным от итальянских плавильных производств, у них уровень пыли был ниже 30 мг/Нм3 (он находился в пределах от 0,1 до 32 мг/Нм3), когда применялся рукавный фильтр. При мокрой очистке выбросы пыли достигают 80 мг/Нм3 (находясь в пределах от 5,4 до 78 мг/Нм3) [45]. На одной немецкой вагранке было отмечено значение в 68 – 94 мг/Нм3 при мокрой очистке (смотрите Таблицу 7.4).


Таблица 7.7- Данные по выбросу для вагранок холодного и горячего дутья, работающих с различными устройствами [7], [42], данные приводятся в пересчете на 11% О2


Вагранка

тип


Мощность

т/час


Выпуск

тип


Поток

м3/час



Оборудование очистки газов

Пыль

мг/Нм3



SO2

мг/Нм3



СО

мг/Нм3



NOx

мг/Нм3



HF

мг/Нм3



2

объем.%


Горячее дутье1
Горячее дутье
Горячее дутье
Горячее дутье
Горячее дутье

19
20
24
25
60

НС
НС
НС
НС
НС

29000
40000
46445
35000
75000

Вентури1
Дожигатель

Рукавный


фильтр
Вентури
Дожигатель

1
5
11-1,4
36
5

21
57
20
28
58

17798
712
14-17
21
9

21
11
70-75
16
7

нет дан.
нет дан.
7
нет дан.
нет дан.

11
11
11
11
11

Холод.дутье
Холод.дутье
Холод.дутье
Холод.дутье

3,2
5
8
9

ВС
ВС
ВС
НС

12000
23000
20000
22000

Рукавный

фильтр


Рукавный

фильтр


Рукавный

фильтр


Рукавный

фильтр


10
6
20
4

401
434
401
105

5084
28558
936
17286

16
63
36
60

1
нет дан.
нет дан.
нет дан.

11
11
11
11

1) Применялся старый регенератор

НС: сбор газов ниже садки; ВС: сбор газов выше садки

Все данные представляют средние значения, основанные на непрерывном ежедневном наблюдении



7.2.2.4 Ваграночный шлак

Шлаки содержат оксиды, которые плавают на поверхности расплава. Они образуются из-за загрязнений в подаваемых материалах, износа печной огнеупорной керамики, а также из коксовой золы и угара металла в садке [3]. Шлаки связываются с помощью введения связующих материалов, таких как вермикулит. В Таблице 7.8 приводится типичный состав ваграночного шлака. Как правило, вагранка производит 40 – 80 кг шлака на тонну жидкого чугуна.


Таблица 7.8 - Типичный состав ваграночного шлака [43], [12]


Компонент

%

SiO2

45 – 55

СаО

25 – 40

Al2O3

8 – 20

MgO

1 – 3

MnO

1 – 4

FeO

1 – 6

Сульфиды

<1

TiO2

<1

ZnO

<0,1

Ваграночный шлак на 30% состоит из огнеупорного материала, на 10% из песка (из оборотного лома), на 40% из СаО (флюс), на 10% из коксовой золы и на 10% из перегоревшего материала.

Важной характеристикой ваграночного шлака является высокое содержание в нем SiO2. После быстрого охлаждения шлак приобретает стекловидную структуру. А это ведет к образованию инертного невыщелачиваемого материала.

7.2.2.5 Отходы огнеупорной керамики

Вагранка имеет одну типичную особенность: срок службы футеровочного материала печи (смесь кварца и глины) в зоне плавления составляет всего лишь один цикл. Основная часть огнеупорной керамики превращается в шлак. Количество материала, вынимаемого и выбрасываемого в качестве отходов, значительно меньше количества применяемого материала.



7.2.3 Дуговая электропечь





На входе

чёрный металл (стальной металлолом, возвращаемые отходы литейного производства, металлическая стружка, чугунные болванки…)

легирующие металлы (ферросплавы…)

флюс (известняк…)

энергия (электричество, газ, нефть)

кислород


электроды

На выходе

металлический сплав (стальная отливка)

пыль (содержащая металл, огнеупорную керамику)

NOx, CO2, CO

органические вещества, загрязняющие воздух; углеводороды

металлооксидный дым

шлак (CaO, SiO2, MgO)

отходы огнеупорных материалов




7.2.3.1 Потребляемые ресурсы

Чтобы расплавить одну тонну стали и довести ее до температуры разливки, используется 500 – 600 кВтчас электроэнергии. Как правило, печи рассчитаны на 500 кВА на тонну, при этом время плавления составляет приблизительно 1,5 часа.

Электроды изготавливаются из графита. Во время работы они окисляются, испаряются и ломаются, поэтому их необходимо заменять по мере необходимости. Для трехтонной печи, как правило, используются электроды диаметром 200 мм. Потребление электродов составляет значительную часть в стоимости дуговой плавки. Расход достигает от 3 до 10 кг на тонну расплавленной стали, в зависимости от производимой стали и используемой технологии. [10]

7.2.3.2 Твердые частицы

Степень выброса твердых частиц, указанная в литературе, составляет от 2 до 20 кг на тонну загруженного чугуна, при этом среднее значение равно 5 – 8 кг на тонну. Наиболее высокая интенсивность выброса отмечается в начале цикла плавления, во время обработки по обезуглероживанию и во время обратной загрузки [44]. Размер частиц находится в диапазоне от менее 1 мкм до более 100 мкм, при этом 50% составляет менее 3 – 5 мкм. Во время кислородной обработки один из анализов показал, что почти 90% твердых частиц были меньше чем 5 мкм.

С точки зрения химического состава частиц можно наблюдать еще больший разброс в данных измерений. В Таблице 7.9 приводится обзор цифр, которые встречаются в литературе.
Таблица 7.9 - Химический состав пыли в дуговых электропечах на сталелитейных заводах [1]


Вещество

Весовой процент (%)

FeO + Fe2O3

30 – 60

SiO2

5 – 35

СаО

1 – 15

MgO

0 – 15

ZnO

0 – 16

Cr2O3

0 – 8

MnO

2 – 10

Al2O3

0 – 5

MoO3

<1

NiO

<1

Pb

<1

Cd

<0,01

TiO2

<0,05

V2O5

<0,05

Растопочные потери

0 – 4

Химический состав печной пыли во многом зависит от сорта выплавляемой стали. Например, низколегированные стали не будут образовывать выбросов, содержащих хром или никель, а нержавеющая сталь - будет. Еще одним важным фактором является качество металлолома. Плавление лома оцинкованной стали приводит к значительному выбросу оксида цинка.

Применение соответствующего защитного зонта для дымовой трубы печи позволяет улавливать до 98% печной пыли. После этого собранный отходящий газ очищается, как правило, с использованием рукавного фильтра.[42]

7.2.3.3 Видимые дымы

Видимые дымы выбрасываются во время загрузки горячей печи, а также в начале цикла плавления. В имеющейся литературе не указываются количество и химический состав этих вторичных выбросов. Опять же, природа дымов зависит от чистоты загружаемого материала с точки зрения содержания в нем масел, смазок, красок и других органических веществ.



7.2.3.4 Газообразные отходы

Дуговые электропечи (ДЭП) в основном используются для плавления стали. Они в первую очередь порождают выбросы пыли и газообразных компонентов, таких как оксиды азота, окись углерода и органические составляющие. Последние зависят от типа и количества примесей в подаваемом металле. Сырье, используемое в литейном производстве в качестве загружаемых материалов, подбирается таким образом, чтобы оно, как правило, не могло производить диоксинов. Органические компоненты разлагаются до безвредных продуктов, если не применяется предварительный нагрев металлолома без последующего дожигания. [42]

В Таблице 7.10 приводятся данные по выбросу основных компонентов газообразных продуктов горения. Согласно инвентаризационным данным от итальянских плавильных производств, у них уровень пыли был ниже 10 мг/Нм3 (он находился в пределах от 1,2 до 8,3 мг/Нм3), когда применялся рукавный фильтр. При мокрой очистке выбросы пыли достигают менее 25 мг/Нм3 (находясь в пределах от 12 до 24,5 мг/Нм3) [45].
Таблица 7.10 - Типичные значения выбросов для дуговых электропечей [42]





Мощность

т/загрузка



Отходя-щий газ

сбор


Поток

м3/час



Оборудо-вание очистки газов

Пыль

мг/Нм3



SO2

мг/Нм3



СО

мг/Нм3



NOx

мг/Нм3



HF

мг/Нм3



О2

объем.%


ДЭП

50

ПУ

265000

рукавный

фильтр


2

Нет

дан.


нет дан.

50

нет дан.

20

ДЭП

2х50

ПУ

380000

рукавный

фильтр


4

нет дан.

нет дан.

нет дан.

нет дан.

20

ДЭП

10

ЧУ

160000

рукавный

фильтр


1

1


200


5


0,1

20

ПУ: полное укрытие защитным зонтом; ЧУ: частичное укрытие защитным зонтом

Во время плавления и фришевания образуется СО за счет окисления графитовых электродов и углерода из зеркала ванны. Рассчитанное количество составляет от 6 до 20 Нм3 СО на тонну (или от 7,5 до 25 кг СО на тонну), в зависимости от первоначального содержания углерода в загруженном материале и от требующегося уровня углерода после обработки. Нагнетание кислорода приводит к тому, что из зеркала ванны выбрасывается большое количество оксида железа. Каких-либо других значительных выбросов не отмечалось. [1]



7.2.3.5 Шлаки

В Таблице 7.11 приводится химический состав шлаков в ДЭП. Указанные значения были основаны на анализе 3 образцов.


Таблица 7.11- Химический состав шлака в ДЭП [46]


Компонент

Среднее значение

(%)

Разброс значений

(%)

SiO2

36,2

28,6 – 41,8

СаО

12,4

7,2 – 17,7

MgO

22,1

18,3 – 27,0

Al2O3

8,4

7,4 – 0,1

FeO

0,7

0,5 – 1,0

MnO

14,8

4,0 – 29,6

TiO2

1,2

0,39 – 2,7

Na2O

0,3

0,11 – 0,57

K2O

0,1

0,1 – 0,23



7.2.4 Индукционная печь


На входе

чёрный металл (чугунные болванки, стальной металлолом, металлическая стружка, возвращаемые отходы литейного производства …)

легирующие металлы (ферросплавы…)

науглероживающие вещества, флюс

энергия (электричество)

охлаждающая жидкость



На выходе

металлический сплав (чугун, стальная отливка)

пыль

органические и металлические дымы



СО

шлак


отходы огнеупорных материалов



7.2.4.1 Индукционная печь без сердечника


7.2.4.1.1 Потребление энергии

Индукционная печь без сердечника может расплавить тонну чугуна и повысить температуру жидкого металла до 1450 ºC, потребляя чуть меньше 600 кВтчас электроэнергии. Однако на практике только немногие литейные производства могут достичь такого уровня удельного расхода на еженедельной основе. Реальное потребление энергии меняется в соответствии с размером и рабочим режимом печи. Большие печи, работающие по 24 часа в сутки и использующие зеркало расплавленного металла, могут достичь значения в 600 кВтчас на тонну. Наблюдения на литейных производствах показывают, что общими являются значения потребления в 520 – 800 кВтчас на тонну садки. Отклонения объясняются индивидуальными технологиями плавления. Например, скоростью, с которой разливочная линия принимает расплавленный металл, а также тем, насколько эффективно используются заслонки печи. Если уделять внимание мерам по сохранению энергии, то можно достичь значений в 550 – 650 кВтчас на тонну садки. На Рисунке 7.2 указаны типичные тепловые потери для индукционных печей без сердечника. [7], [10], [16]



Рисунок 7.2 - Типичные потери энергии для индукционной печи без сердечника, работающей на промышленной частоте [16]
7.2.4.1.2 Твердые частицы

В литературе отмечалась интенсивность выбросов порядка от 0,06 до 1 кг на тонну садки. Но в настоящее время обычной является интенсивность выброса в диапазоне от 0,04 до 3 кг/т. Наибольшая интенсивность проявляется во время загрузки и во время начала цикла плавления. Размеры частиц изменяются от 1 до 100 мкм, при этом более 50% - это частицы с размерами меньше чем 10 – 20 мкм. [1], [7]

В Таблице 7.12 приводятся уровни выбросов и распределение твердых частиц в индукционной печи на одном из немецких плавильных производств.
Таблица 7.12 - Уровни выброса пыли в индукционной печи и распределение размеров твердых частиц [7]


Очистка топочного газа

Объем

3/час)



Общее количество пыли (мг/м3)

Твердые частицы (ТЧ10) %

Твердые частицы (ТЧ2,5) %

Защитный зонт и рукавный фильтр

10400

собранная 0,4

78

50

Что касается химического состава твердых частиц, то нет опубликованных данных, относящихся к плавке стали. Но есть основания верить, что он близок к химическому составу пыли, выбрасываемой во время плавления чугуна, как показано в Таблице 7.13. Наличие Zn, Pb или Cd приведет к образованию взвешенных частиц содержащих оксиды металлов во время плавления садки.


Таблица 7.13 - Химический состав пыли в индукционных печах на производствах по литью чугуна [1]


Вещество

Весовой процент (%)

FeO + Fe2O3

30 – 70

SiO2 (в зависимости от материала футеровки)

5 – 25

MnO

<5

Al2O3 (в зависимости от материала футеровки)

3 – 10

СаО

<1

ZnO (в зависимости от материала футеровки)

<5

Оксиды металлов (в зависимости от материала футеровки)

<0,1

Растопочные потери

0 – 10


7.2.4.1.3 Газообразные отходы

Плавление чугуна и стали в индукционных печах (ИП) приводит к образованию меньших выбросов, по сравнению с вагранками. В первую очередь предотвращаются выбросы, производимые при сгорании ископаемого топлива. Эффективность очистки отработанных газов на уровне до 95% становится возможной благодаря использованию специальных систем улавливания. Например, боковых вытяжек, передвижных защитных зонтов и частичного укрытия. Фильтрация отходящих газов выполняется в основном с использованием систем сухой очистки. При этом могут быть достигнуты урони выброса пыли меньше чем 5 мг/Нм3 [3]. В Таблице 7.14 приводятся типичные данные по выбросам.


Таблица 7.14 - Типичные данные по выбросам для плавки в индукционных печах на производстве литья черных металлов [42]


Мощность

Кол-во печей х т/садка



Отходящий газ

сбор


Поток

м3/час



Оборудование очистки газов

Пыль

мг/Нм3



SO2

мг/Нм3



СО

мг/Нм3



NOx

мг/Нм3



HF

мг/Нм3



О2 объем.%

(2х10) + (3х3)

боковая вытяжка

54000

рукавный

фильтр


5

нет дан.

нет дан.

нет дан.

нет дан.

21

Загрузка в холодную печь металлолома или металлической стружки с маслянистыми загрязнениями приводит к образованию органических испарений в отработанных газах. Они не сгорают, потому что образуются в начале цикла плавления. Добавление подобного металлолома в зеркало ванны (т.е. при использовании технологии зеркала расплавленного металла) может оказаться очень опасным.

Так как объем данной работы ограничивается литьем черных металлов, то в расчеты не принимались данные по выбросам в результате выработки электроэнергии.

7.2.4.1.4 Шлаки

В Таблице 7.15 приводятся типичные свойства шлаков в индукционных печах. Такие печи производят 10 – 20 кг шлака на тонну садки металла. Количество получаемого шлака зависит от качества загружаемого материала. Если оборотный лом перед повторной плавкой очищается (струей сжатого воздуха), то могут применяться нижние пределы из указанного диапазона.


Таблица 7.15 - Типичный химический состав шлака в индукционных печах [43]

Вещество

(%)

SiO2

40 – 70

FeO

10 – 30

Al2O3

2 – 15

MnO

2 – 10

СаО

0 – 3

MgO

0 – 3



7.2.4.2 Канальная индукционная печь


В литейном производстве черных металлов канальная индукционная печь, как правило, используется в качестве разливочной печи. Именно такая печь является хорошим выбором для дуплексной работы с вагранкой горячего дутья. В этом случае она либо используется для поддержания или гомогенизирования химического состава металла, либо служит в качестве резервуара для разливки расплавленного металла. В задачу печи не входит увеличение температуры металла, а скорее предотвращение нежелательного охлаждения.

На Рисунке 7.3 показано потребление энергии некоторыми репрезентативными канальными индукционными печами. Расходы зависят от параметров, относящихся к процессу, таких как время хранения. График показывает, что потребление падает при годовом увеличении тоннажа.



Рисунок 7.3 - Потребление энергии (кВтчас/тонн) в зависимости от переработанного тоннажа и потери температуры для канальных индукционных печей [9]

7.2.5 Роторная печь





На входе

чёрный металл (чугунные болванки, стальной металлолом, металлическая стружка, возвращаемые отходы литейного производства …)

легирующие металлы (ферросплавы…)

науглероживающие вещества, флюс

энергия (электричество, нефть, газ)

охлаждающая жидкость



На выходе

металлический сплав (чугун)

пыль

органические и металлические дымы



шлак

отходы огнеупорных материалов




7.2.5.1 Потребляемые ресурсы

Так же как и в случае с электрическим плавлением, источник энергии, использующийся в роторной печи, обеспечивает чистый процесс, особенно, если применяется природный газ или пропан. И опять же, степень загрязнения загружаемого металлолома оказывает большое значение на природу и количество вырабатываемых выбросов. Этот факт объясняет почему не существует единообразной модели выбросов, а также почему данные измерений демонстрируют широкий разброс значений.



7.2.5.2 Твердые частицы

Твердые частицы порождаются из-за грязи, прилипшей к загружаемому материалу, а также из-за износа футеровки во время загрузки и плавления, выгорания легирующих компонентов и различных добавок в садке. Приводимые данные показывают общую интенсивность выбросов в диапазоне от 0,3 до 2,9 кг на тонну садки металла. Размер зерна сравнительно невелик, от менее чем 1 мкм до 100 мкм. При этом 20 % <1 мкм, 60 % меньше чем 10 мкм и 95% меньше чем 50 мкм. [1], [47]

В Таблице 7.16 приводится химический состав пыли в роторной печи.
Таблица 7.16 - Химический состав пыли в роторной печи на литейном производстве черных металлов [47]


Вещество

(%)

Оксиды железа

50 – 75

MnO

<1

SiO2

<1

MgO

1 – 2

Cr2O3

<0,5

ZnO

<1

Pb

<0,5

Sn

0,2

Растопочные потери

5 – 10


7.2.5.3 Газообразные отходы

Подсчитано, что выработка СО2 составляет 120 кг на тонну садки металла. У печи очень высокий тепловой коэффициент полезного действия: от 50 до 65%4, в зависимости от мощности. Такой высокий уровень достигается за счет использования чистого кислорода вместо воздуха в качестве среды для сжигания. При этом сгорание топлива или газа может быть неполным. И в таком случае может образовываться СО. Тем не менее, в этой точке отработанные газы покидают печь при температуре в 1500 ºC. Вступая в контакт с окружающим воздухом, который используется для охлаждения газов, СО спонтанно дожигается.

При использовании топлива, содержащего серу, могут образовываться значительные выбросы SO2. В то же время, природный газ или пропан не порождают каких-либо значительных выбросов SO2.

В отходящих газах 5-тонной печи были отмечены выбросы NOx в объемах от 50 до 250 ppm NOx, образующихся за счет окисления атмосферного азота при высоких температурах пламени (2800 ºC), если окружающий воздух просачивается в печь через дверцу топки. Образование NOx будет значительным при режиме окислительного пламени и незначительным во время восстановительного горения. Не было отмечено никаких углеродосодержащих выбросов. Возможно, это объясняется высокой температурой пламени в печи и относительно высокой чистотой загружаемого материала. [1]

У роторных печей для литья черных металлов, работающих с простыми воздушно-топливными горелками и дожигателем, выбросы пыли достигают своего пика приблизительно в 250 мг/м3 на короткие периоды времени (между 3 секундами без прерываний, но также с прерываниями на период в одну минуту). Это происходит во время твердых фаз цикла плавления. После этого, как только садка начинает становиться жидкой, выбросы пыли снижаются до менее чем 30 мг/м3 в течение нормальной работы. Во время твердой фазы плавки выбросы могут непрерывно оставаться на высоком уровне в 150 – 200 мг/м3. Типичными являются 40% горючих выбросов. Пиковые выбросы из роторных печей по крайней мере на 80% состоят из несгоревшего топлива. Они возникают во время операций по загрузке, когда основная горелка печи гасится, а затем снова поджигается. Вышеуказанные выбросы имеют место, только если в течение всего времени, в том числе во время загрузки, дымы пропускаются через дожигатель, который поддерживается полностью в рабочем режиме [48]. Для кислородогазовой роторной печи без дожигателя были отмечены следующие уровни пыли от неочищенного газа: средняя плотность пыли составила 400 – 450 мг/Нм3 в течение двух различных фаз плавки. Этими фазами являются: твердая фаза с уровнем выброса пыли в 150 мг/Нм3 и фаза жидкого металла с пиковыми уровнями до 1500 мг/Нм3 при начале вращения и 60 – 700 мг/Нм3 в течение нормальной работы. [47]

В Таблице 7.17 приводятся типичные данные по выбросам. Они были собраны на печи для плавки чугуна мощностью 1,4 тонны в час без какого-либо оборудования для очистки газов. [45].


Таблица 7.17 - Измеренные выбросы по роторной печи для плавки чугуна, без оборудования для очистки топочных газов [13]


Параметр

Измеренное значение

Параметр

Измеренное значение

Поток газа (Нм3/час)

9000

Хлор (мг/ Нм3)

0,01

Мощность (т/час)

1,4

Диоксины (нгTEQ/ Нм3)

0,018

SO2 (мг/ Нм3)

70 ± 60

PAHs (нг/ Нм3)




NOx (мг/ Нм3)

200 ± 200

Нафталин

548

СО (мг/ Нм3)

20 ± 10

Фенантрен

269

Углеводороды (мг/ Нм3)

<1

Антрацен

9

HCl (мг/ Нм3)

1,64

Флуорантен

102

HF (мг/ Нм3)

0,91

Пирен

55

Пыль (мг/ Нм3)

220

Бензо(а)антрацен

10

Ртуть (мг/ Нм3)

0,35

Хризен

73

Кадмий (мг/ Нм3)

0,001

Бензо(а)флуорантен

3

Таллий (мг/ Нм3)

<0,0015

Бензо(b)+(k)флуорантен

39

Мышьяк (мг/ Нм3)

0,0002

Бензо(а)пирен

12

Никель (мг/ Нм3)

0,015

Бензо(е)пирен

20

Кобальт (мг/ Нм3)

0,0001

Индено(1,2,3-cd)

10

Свинец (мг/ Нм3)

0,38

Дибензо(a,h)+(a,c)антрацен

3

Хром (мг/ Нм3)

0,022

Бензо(g,h,i)перилен

11

Медь (мг/ Нм3)

0,196

Перилен

4

Марганец (мг/ Нм3)

0,38

Антантрен

3

Сурьма (мг/ Нм3)

<0,0001







Ванадий (мг/ Нм3)

0,011







Олово (мг/ Нм3)

0,0187







Селен (мг/ Нм3)

<0,0001







Платина (мг/ Нм3)

<0,0006







Палладий (мг/ Нм3)

<0,0029







Родий (мг/ Нм3)

<0,0016







Цинк (мг/ Нм3)

1,768







Железо (мг/ Нм3)

64,63







  • Данные для установки без очистки топочных газов

  • Средние значения по 3 измерениям, если стандартное отклонение составляет >30 %, используйте предоставленное значение



7.2.6 Рафинирование и обработка стали


Для раскисления, как правило, используется алюминий в форме стержней. Количество добавок меняется от 0,1% для стали со средним содержание углерода до 0,2% для низкоуглеродистой стали. Восстановление доходит до 35% - 80%. Также может применяться механическая подача алюминиевой проволоки. [10]


Каталог: userfiles -> file
file -> Е. Ахетов Аудан әкімі С. Тәуіпбаев 2011 жыл Тереңөзек кенті әкімі аппаратының
file -> Бағдарламасының мониторингі бойынша жедел есептілік Есепті кезең 2013 жыл
file -> Келісемін бекітемін кәсіпкерлік және өнеркәсіп басқармасының бастығы Сырдария ауданының әкімі
file -> Жамбыл облысында «Қолжетімді тұрғын үй – 2020» бағдарламасын іске асыру жөніндегі жоспар
file -> Бағдарламасының мониторингі бойынша жедел есептілік Есепті кезең 2012 жыл Іске асыру кезеңі
file -> Бағдарламасының мониторингі бойынша жедел есептілік Есепті кезең 2012 жыл Іске асыру кезең
file -> Білім берудің тиісті деңгейлерінің мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру стандарттарын бекіту туралы Қазақстан Республикасы Үкіметінің 2012 жылғы 23 тамыздағы №1080 Қаулысы «Білім туралы»


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   46


©dereksiz.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет