Экологические проблемы металлопрокатного производства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра - БЖДЭиФВ

Контрольная работа

Экологические проблемы металлопрокатного производства

Выполнил

Студент группы З-10В10

Е.М Лукашова

Руководитель

А.Н. Третьяков

Юрга - 2015

Содержание

1. Защита атмосферы от вредных выбросов металлопрокатного производства.

. Защита естественных водоемов от загрязнения сточными водами металлопрокатного производства

. Уменьшение вредных выбросов металлопрокатного производства технологическим путем и утилизация отходов

Список использованной литературы

1. Защита атмосферы от вредных выбросов металлопрокатного производства

Около 90% всей выплавляемой стали поступает на прокатку. Прокатка это деформация металла, сдавливание его вращающимися валками.

По сравнению с другими переделами черной металлургии в прокатном производстве образуется меньше пыли и газов. В среднем общий выброс пыли от всех источников пылеобразования составляет около 200 г/т товарного проката без огневой зачистки и 500-2000 г/т при наличии огневой зачистки. Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в прокатном производстве являются нагревательные печи, машины огневой зачистки и травильные агрегаты, а также станы горячей прокатки, над которыми образуются пылевыбросы (2,0-18,0 г/т проката), содержащие окалину (оксиды железа) и другие металлы в зависимости от степени легирования стали и сплава. Эти выбросы поступают через аэрационный фонарь в атмосферу.

Выбросы нагревательных печей содержат оксиды азота. Из машин огневой зачистки с отсасываемым через их укрытия газом выносится пыль, которая содержит до 90% оксидов железа. Для очистки дымовых газов нагревательных печей прокатных цехов от оксидов азота предусматриваются ванадиевые катализаторы, встроенные в котлы-утилизаторы. В настоящее время в основном применяются высокие дымовые трубы, при этом обеспечивается приземная концентрация в пределах ПДК.

При горячей прокатке металла пыль образуется в результате измельчения окалины валками и испарения вследствие мгновенного увеличения давления и повышения температуры. Количество выделяющейся пыли на 1 т проката листа составляет до 100 г/т. Часть пыли (~20%) мелкодисперсная (размер частиц < 10мкм).

На слябовых, блюмовых и сортовых станах наиболее интенсивное пылевыделение происходит на первых проходах.

Локализацию и удаление пыли, выделяющейся при прокатке, осуществляют различными способами. В мелких прокатных станах устанавливают зонты на высоте 2,4 м, чтобы не мешать обслуживанию стана (рисунок 55, а). Так как скорость воздуха в отверстии зонта должна быть не менее 2м/с, и ширина зонта должна быть равна или немного менее ширины клети стана, конструкция получается громоздкой. Кроме того, расходы воздуха (100-900 тыс. м3/ч) вследствие больших присосов и энергии значительны.

Рисунок 1. Обеспыливание клетей прокатных станов: 1-зонт; 2-бесфланцевое соединение; 3-воздухопровод запыленного воздуха; 4-гибкий шланг; 5-двухрожковое сопло; 6-прокатываемый металл; 7-водопроводная труба; 8- сдвижной хомут

На многих заводах проблему обеспыливания пытались решить, применяя гидрообеспыливание. Процесс осуществлялся форсунками с тонким распылением воды, механическим и пневматическим, равномерным орошением мест пылевыделения через трубы и т.п. Подобные способы не дали положительных результатов.

Наилучшие результаты показал смыв пыли компактной струей воды (рисунок 55, б) в месте её образования. Вода подавалась на прокатываемый металл в месте выхода его из валков и отводилась по специальному желобу. При прокате листа толщиной 2 мм коэффициент обеспыливания составлял 98-99%. При этом дополнительного, нежелательного охлаждения листа практически не происходило.

При гидросмыве ориентировочный расход воды на блюм равен 40, сляб 30, на одну клеть листового стана - 6-10, непрерывного сортопрокатного стана - 2 и на один проход на раскатном стане - 1 м3/ч. При прокатке специальных сталей подача воды недопустима. В этом случае следует применять вентиляционные системы с зонтами.

При холодной прокатке металла на валки стана для охлаждения подается эмульсия. Часть эмульсии испаряется из-за разогрева валков и в виде паров распространяется по цеху, конденсируясь на конструкциях и оборудовании. Пары эмульсии очень агрессивны и наносят большой вред оборудованию, особенно электроаппаратуре и отопительным агрегатам.

Для локализации паров эмульсии на стане холодной прокатки предусматривают укрытия, из которых отсасывается 25 000-40 000 м3/ч воздуха на каждое межклетевое пространство, 70% из верхней зоны и 30% - из нижней.

Для защиты улавливающих аппаратов от отложений эмульсии необходимо как можно ближе к стану устанавливать два поочередно работающих сетчатых фильтра, регенерация которых осуществляется разогревом паром и промывкой щелочным раствором.

Зачистка поверхности заготовки осуществляется при помощи щелевых горелок в результате расплавления и частичного сгорания верхнего слоя металла толщиной 1-3 мм.

Одна часть расплавленного металла гидросбивом смывается в лоток, расположенный под рольгангом, и водой транспортируется в яму для окалины. Другая часть испаряется, сгорает и в виде пыли уносится вместе с отсасываемым газом (рисунок 56, а).

Количество газов, отсасываемых от машины огневой зачистки, с учетом разбавления воздухом составляет 50 000-250 000 м3/ч в зависимости от размеров головки. Совместно с газом из машины выносится большое количество мелкодисперсной пыли, концентрация которой обычно составляет 3-6 г/м3, в отдельные периоды повышаясь до 10-12 г/м3. Пыль в основном содержит окислы железа, 75-90%.

Рисунок 2. Схема укрытия, отвода и очистки газов от машин огневой зачистки (МОЗ): 1 - машина огневой зачистки; 2 - укрытие; 3 - газоотводящий тракт; 4 - канал для гидросмыва; 5 - труба Вентури; 6 - каплеуловитель; 7 - дымосос; 8 -дымовая труба; 9 - электрофильтр

Для очистки газов машин огневой зачистки применяются скрубберы Вентури, электрофильтры. Схема очистки со скрубберами Вентури показана на рисунке 56,б. Если на предприятии имеется возможность разместить электрофильтры, предпочитают их установку, так как малые эксплуатационные расходы и отсутствие водопотребления дают меньшие приведенные затраты по сравнению с мокрыми газоочистками. Схема очистки газа от пыли с электрофильтром представлена на рисунке 2.

Для удаления окалины с поверхности горячекатаных изделий на большинстве заводов применяют травление в серной или соляной кислоте, которое можно осуществлять периодически и непрерывно.

При травлении металлов в кислотах в атмосферу выделяется большое количество вредных газов и паров: оксиды азота (до 400 кг/м3), фтористый водород (до 100 мг/м3), пары серной кислоты (до 200 мг/м3), соли металлов.

Периодическое травление применяют в трубном производстве и при подготовке листов к нанесению защитных покрытий (например, оцинкование). На рисунке 3,а изображен агрегат карусельного типа, для обслуживания которого практически не требуется сменный персонал.

Рисунок 3. Борьба с выбросами паров в травильных отделениях: 1 - вытяжной воздуховод; 2 - ограждение травильных ванн; 3 - бортовой отсос; 4 - корзина с листами; 5 - передув паров; 6 - подъемно-поворотный механизм; 7 - платформа для подачи и приема корзин с листами; 8 - двойная крышка; 9 - гидравлические затворы у бортов

В агрегатах непрерывного травления полоса проходит четыре травильные ванны, со щелочным раствором и водой, осушку горячим воздухом, после чего сматывается в рулоны. Для уменьшения выделений паров кислот из ванн ванны снабжают двойными крышками и гидравлическими затворами у бортов (рисунок 3,б). Также сокращению испарений способствуют пенообразующие добавки. Применение пенообразователей из расчета 1 кг/м3 раствора снижает испарения в 300-400 раз.

Для обезвреживания выбросов травильных агрегатов применяется газоочистные системы, где могут использоваться пенные аппараты (рисунок 4, а), полые скрубберы (рисунок 4, б), низконапорные скрубберы Вентури (рисунок 4, в) и фильтры из винипластовых сеток (рисунок 4, г).

Рисунок 4. Возможные схемы очистки газов травильных отделений от паров кислот: 1 - травильное отделение; 2 - пенный фильтр; 3 - дымосос; 4 - дымовая труба; 5 - скруббер; 6 - труба Вентури; 7 - каплеуловитель; 8 - фильтр из винипластовых сеток

Для обезвреживания кислотных испарений может использоваться система, служащая для адсорбции кислых компонентов щелочными растворами. Эта система состоит из полного скруббера с эвольвентными форсунками, каплеуловителя, циркуляционного сборника, группы насосов-дозаторов и дымососов. Скорость газов в аппарата 6 м/с, степень очистки от оксидов азота - не менее 80%, от кислот - выше 90%.

Аналогичная установка применяется для очистки газов гальванических ванн от NO, NO2, H2SО4, HCI, HF, H2S, HCN, F, HN3, NH4ОH, паров ртути, хромового ангидрида (CrO3). Используются фильтры из синтетических волокнистых материалов, полученных иглопробивным способом, а также ионообменных смол в виде гранул.

атмосфера вредный выброс прокатный

2. Защита естественных водоемов от загрязнения сточными водами металлопрокатного производства

Образующиеся в прокатном производстве сточные воды составляют от 30 до 50% общего их количества, образующегося на предприятии с полным металлургическим циклом (производство кокса, агломерата, ферросплавов, чугуна, стали, проката). Сточные воды образуются при охлаждении валков, их шеек и подшипников, смыве и транспортировке окалины, а также при охлаждении пил, ножниц и других вспомогательных механизмов. В трубопрокатном производстве образование сточных вод дополнительно связано с гидравлическим испытанием труб. Сточные воды содержат окалину, масло, эмульсию, кислоты, токсичные вещества. Вода загрязняется окалиной при гидросбиве и гидросмыве.

При химической и электрохимической обработке металлов (травлении, нанесении покрытий и т.д.) образуются сточные воды, содержащие химические загрязнения. Объем сточных вод при травлении металла зависит от вида обрабатываемых изделий и в среднем составляет 3 м3/т металла, обработанного кислотой. Объем промывных вод достигает 300-400 м3/ч и более. В сточных водах содержатся соединения аммония, кислоты, металлы, сероводород, кремний, сульфаты, хлор, хлориды, сульфиды и др.

Окалиносодержащие сточные воды в основном осветляются. Этот процесс идет в два этапа: вначале сточные воды проходят отстойники глубокого осветления, во вторичных отстойниках происходит более тонкая очистка. Помимо отстойников, для очистки окалиносодержащих сточных вод используют гидроциклоны.

В прокатном производстве на станах горячей прокатки используется система оборотного водоснабжения. В настоящее время на современных предприятиях предусматривается трехступенчатая система очистки оборотной воды. Первая ступень включает яму для окалины, радиальные отстойники с камерами флокуляции (для укрупнения механических примесей) и сетчатые фильтры. В качестве второй ступени очистки в системе

предусматриваются отстойники со встроенными камерами хлопьебразования гидроциклонного типа.На третьей ступени очистки (тонкая очистка окалины и маслосодержащих сточных вод) применяются специальные фильтры: антрацито-кварцевые или с плавающей пенополистирольной загрузкой.

В цехах холодной прокатки используется система оборотного водоснабжения с очисткой воды от технологических смазок, эмульсий и механических примесей. Необходимая степень очистки достигается сочетанием последовательной очистки в горизонтальных отстойниках и в установке флотации с последующей доочисткой на фильтрах.

Всплывающие масла удаляются с поверхности отстойников специальными скребковыми транспортерами.

В трубопрокатном производстве для глубокой очистки обезжиренных сточных вод применяют фильтрацию и последующую электрофлотацию.

При травлении металлов различными кислотами образуется большое количество высокоминерализованных отработанных травильных растворов и промывных вод. Для получения товарной продукции и использования очищенных вод (после их доочистки) в системах оборотного водоснабжения применяется реагентная обработка таких стоков. Для сернокислотных отработанных травильных растворов применяются следующие виды обработки: нейтрализация аммиаком (продуктами нейтрализации являются аммиачная соль серной кислоты, т.е. сульфат аммония - (NH4)2SO4 и FеО·Fе2О3 - магнетит); вакуум-кристаллическая обработка (продуктами нейтрализации являются семиводный железный купорос - FeSO4·7H2O и маточный раствор серной кислоты); известкование (реагент - известковое молоко) и комбинированный метод (вакуум-кристаллический + известкование).

Аммиачная селитра (сульфат аммония) является минеральным удобрением, а магнетит нашел широкое применение в производстве лаков и электротехнических изделий. Семиводный железный купорос применяется в различных отраслях промышленности; маточный раствор серной кислоты нейтрализуется известью.

В качестве реагента для нейтрализации сточных вод, содержащих кислоты, используются любые щелочи и их соли (известняк, доломит, мрамор, мел, едкий натр, едкое кали, известь, магнезит, сода и др.). Наиболее дешевым реагентом является гидроксид кальция. Более надежная защита водоемов от загрязнений обеспечивается при использовании технологии нейтрализации с помощью аммиака (аммиачной воды), так как в этом случае возможна нейтрализация не только простых, но и сложных по составу сернокислотных отработанных травильных растворов, содержащих соли железа, никеля, кобальта, хрома, молибдена и других металлов.

Регенерация отработанных солянокислотных травильных растворов вызывает затруднения в силу того, что эти растворы содержат значительное количество солей различных металлов и других примесей. При регенерации этих растворов получают хлор, хлористый водород или соли (в зависимости от метода регенерации). Если отработанный солянокислотный травильный раствор содержит примеси лишь одного металла, то такой раствор поступает в камеру распылительной сушки, в которой соли и оксиды собираются в осадок, а соляная кислота улавливается в виде 16-18%-ного раствора.

В случае, когда в отработанных солянокислотных растворах содержатся соли двух различных металлов, например железа и цинка, они подвергаются обработке ионообменным фильтрованием с движущимся слоем адсорбента. На адсорбенте компоненты разделяются: соли одного металла задерживаются ионообменными смолами, соли другого вместе с раствором подаются в камеру распылительной сушки. Смола, содержащая соли одного из металлов, подается в десорбер, где последовательно обрабатывается 30%- и 20%-ным раствором серной кислоты. Из этого раствора металл извлекается электролитическим способом, а восстановленная серная кислота возвращается в производственный цикл.

Разработан метод, позволяющий отработанные солянокислотные травильные растворы направлять на регенерационную установку для термического разложения солей FeCI2 с получением газообразного НСl. Проходя через электрофильтр, газы очищаются от оксида железа, и направляются на абсорбцию. Отработанные промывные воды поступают в абсорбционную колонну установки регенерации для насыщения их полученным газообразным НС1. В результате получается регенерированная соляная кислота, которая вновь возвращается в технологический цикл. Замкнутый цикл травление металлов с промывкой его каскадным методом с повторным многократным использованием промывной воды - регенерация позволяет исключить сброс промывных вод в очистные сооружения предприятия. Промывочные кислотные сточные воды нейтрализуются известковым молоком, после чего осветляются в отстойниках. Шлам сбрасывается в шламонакопители или обезвреживается на фильтр-прессах. Осветленная вода используется в технологическом цикле.

Для обезвреживания сточных вод, образующихся при химико-термической обработке металлов (хромировании, цианировании, силицировании и др.), применяются электрохимические методы. Для обезвреживания цианосодержащих сточных вод используются также известковое молоко, жидкий хлор, гипохлорит натрия, гипохлорит кальция, хлорная известь, марганцовокислый калий, перекись водорода и др.

. Уменьшение вредных выбросов металлопрокатного производства технологическим путем и утилизация отходов

В прокатном производстве вопросы охраны окружающей среды неразрывно связаны с производственными процессами, оборудованием, организацией производства и наиболее эффективно решаются разработкой прогрессивной технологии.

Определяющими факторами являются: точное ведение технологического процесса; систематический контроль за основными параметрами нагревательных печей и прокатного оборудования; устройство систем оперативной сигнализации об экстремальных условиях технологических процессов и о состоянии агрегатов и оборудования.

В связи с этим большая роль в решении вопросов точного ведения технологических процессов и предотвращении аварийных ситуаций, выбросов вредных веществ принадлежит рабочим основных профессий прокатных цехов: нагревальщикам металла, вальцовщикам-операторам, резчикам металла, термистам, рабочим, обслуживающим травильные отделения.

Решение вопросов охраны окружающей среды связано с созданием механизированных и автоматизированных прокатных станов, преимущественно непрерывных и полунепрерывных; механизацией всех операций на складах заготовок и готовой продукции; герметизацией нагревательных печей; использованием нагревательных печей с шагающими балками, оборудованными экономичными плоскопламенными горелками; применением гидросбива окалины; устройством аспирационных систем над прокатными клетями для удаления окалину содержащей пыли.

Для снижения вредных выбросов в травильных отделениях и отделениях покрытий (цинкования, алюминирования и др.) прокатных цехов устанавливаются агрегаты непрерывного действия с герметизацией всех ванн, машин и аппаратов и удалением вредных выбросов с помощью систем вытяжной вентиляции. В трубном производстве получают распространение прогрессивные способы непрерывной прокатки труб, механизированные и автоматизированные многониточные станы холодной прокатки и волочения, поточные линии отделки с приборами неразрушающего контроля труб. Использование полифосфатной смазки позволяет устранить вредные выделения газов и улучшить условия протекания технологического процесса при обжатии гильзы в непрерывном трубопрокатном стане.

Отходы прокатного производства утилизируются, перерабатываются или размещаются в окружающей среде.

Список использованной литературы

1. Инженерная защита окружающей среды. Учебное пособие [Текст] / под ред. Воробьева О.Г. - СПб.: изд. Лань, 2002. - 288 с.

. Воскобойников, В.Г. Общая металлургия. Учебник для вузов [Текст]/ В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. 6-изд., перераб. и доп. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.

. Баев, Л.А. Экономические основы управления переработкой отходов металлургического производства[Текст]/ Л.А. Баев, Я.В. Афанасьев. Экология и промышленность России, 2004, №1, с.37-40.

. Денисенко, Г.Ф. Охрана окружающей среды в черной металлургии. Учебное пособие [Текст] / Г.Ф. Денисенко, З.И. Губонина. - М.: Металлургия, 1989. - 120 с.

. Гордон, Г.М. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии Текст/ Г.М. Гордон, И.Л. Пейсахов. - М.: Металлургия, 1977. - 456 с.