Сталеплавильное производство и прямое восстановление металла

  Наиболее  распространенная схема системы оборотного водоснабжения,- применяемая в зарубежной практике, приведена на рис. 17, Отходящая из скруббера загрязненная вода 1 подается в первичный отстойник 2, где отделяются наиболее крупные частицы. Далее сточ> H>ie воды поступают в распределительную камеру 4, в которую также поступает кислота 3 для нейтрализации. Из камеры 4 вода поступает в радиальные отстойники 6, в них подаются реагенты 5 для коагуляции и стабилизации. Осветленная вода стекает в приемный резервуар! 11, сюда подводится и свежая вода 10. Из резервуара 11 вода нас» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.3Электросталеплавильные цехи

  Электросталеплавильная  печь применяется для выплавки высоко- качественной стали, легированной стали  и ферросплавов. В электро« печи нагрев шихты производится электрической энергией. Преимущество электропечи состоит в том, что в ее плавильном пространстве можно легко и быстро получить высокую температуру, благодаря чему можно расплавлять тугоплавкие материалы, получать шлаки, позволяющие выделить из стали все вредные примеси. В сталеплавильном производстве наибольшее распространение получил дуговой способ нагрева, также применяется и индукционный. I

Вода  требуется в электро'сталеплавильной  печи для охлаждения некоторых ее элементов: зажимов электродержателей, сводового кольца, экономайзеров (устанавливаемых в местах прохода элект родов через свод печи), арки рабочего окна, рамы окна загрузки заслонки. Все эти элементы работают в тяжелых температурных условиях и их необходимо охлаждать для сохранения прочности.

  При водяном охлаждении расход воды на дуговые печи составляет в среднем 18 м³/т стали (без учета газоочистки). Эта вода только нагревается и может быть использована повторно. Температурный перепад составляет от 5 до 12 °С.

  В современных электродуговых печах большой мощности особую роль играет стойкость огнеупорной кладки стен и сводов, которая лимитирует рост производительности печей за счет повышения удельной мощности печных трансформаторов. Поэтому все большее распространение получает применение водоохлаждаемых панелей для охлаждения стенки и свода печей. Опыт эксплуатации печей с водоох- лаждаемыми панелями показал, что они характеризуются значительно меньшим удельным расходом стеновых и сводовых огнеупоров, снижается расход электродов и электроэнергии. При этом возрастает и часовая производительность печи.

  Конструкция охлаждающих элементов кладки электродуговых печей (^ожет быть как трубчатой, так  и коробчатой. При полной системе охлаждения около 75 % кирпичной стены заменяется водоохлаж- даемыми- панелями. Только зоны, окружающие выпускное отверстие и некоторые ряды кладки над шлаковой зоной, укладываются из огнеупорного кирпича для того, чтобы не возникал непосредственный контакт расплавленной стали с водоохлаждаемыми панелями во нремя периода кипения или при наклоне печи.

  Потребность в охлаждающей воде составляет 6—9 м³/(ч-м²) по- нерхности при минимальном давлении 0,25 МПа. Температурный пе- |К1пад составляет 10—15 °С. В водоохлаждаемом своде охлаждается около 85% его поверхности. Огнеупорами футеруется толькр центральная часть, чтобы решить проблемы электрической изоляции между сводом и электродами. Потребность в охлаждающей воде составляет t 5 м³/(ч • м²) поверхности.

  В зарубежной практике для снижения расхода  графитовых электродов хорошо зарекомендовали себя водоохлаждаемые комбинированные электроды. Верхняя часть такого комбинированного электрода является нерасходуемой и выполняется из металла. Она состоит из i|iex концентрических полых труб (рис. 18). Наружная труба выпол- мнетсч из стали или из меди и заканчивается резьбой, на которую на- пинчивается графитовая часть электрода. Охлаждающая вода входит чпрез стальную центральную трубу и поступает к водоохлаждаемому ниппелю, откуда отводится через небольшой зазор между наружной и средней трубами.

 Системы водоснабжения для каждой фазы контролируются отдельно, необходимо предусматривать подключение к аварийной системе водоснабжения цеха. При замене комбинированного электрода его вручную отключают от системы водоснабжения печи, после чего он транспортируется на ниппельный стенд. Ниппельный стенд при применении комбинированных электродов должен быть оснащен системой ёодоснабжения, к которой немедленно должен быть подсоединен вынутый из печи электрод. Интервал между отключением водоснабжения и соответствующим подсоединением электрода к ниппельному стенду не должен превышать 5 мин, иначе будет закипать остающаяся в электроде вода. Требуемый на стенде расход воды на один электрод составляет 5—7 м³/ч.

      При применении мокрой системы очистки отходящих газов электродуговой печи удельный расход воды в зависимости от объема течи и системы газоочистки аппаратов составляет от 1 до 4 м³ на 1000 м^? газа или 1,5—6 м³/т выплавляемой стали. Сточные воды газоочистки загрязнены мелкими взвешенными веществами (примерно 50% частиц крупностью до 2 мкм, 25 % — от 2 до 4 мкм), а также растворенными в них химическими веществами. Содержание взвеси может достигать 9000, а общее солесодержание 5000 мг/л. Состав сточных вод зависит от состава шихты и работы газоочистных сооружений, а также изменяется по ходу плавки. Осветление сточных вод наиболее целесообразно осуществлять в радиальных отстойниках или в открытых гидроциклонах. Требуемая для повторного использования степень осветления сточной воды до остаточного содержания взвесей в ней 150—200 мг/л достигается при гидравлической нагрузке на отстойник 0,8—1,0, а на гидроциклон 4 м³/(ч-м²). При этом следует применять || качестве коагулянта полиакриламид с концентрацией 1 мг/л.

  Поскольку сточные воды газоочистки характеризуются легкой кислотностью, они нейтрализуются известью с дозой порядка 50 мг/л по активному веществу. Это ведет к осаждению гидроокиси железа и удалению почти всех тяжелых металлов. Интенсивное выпадение в осадок гидроксида железа способствует удалению взвешенных частиц.

  Охлаждение  оборотной воды производится на градирных  с брыз- i ильным оросителем, но в отдельных случаях охлаждение оборотной моды может не потребоваться, что должно подтверждаться теплотехническим расчетом.

1.4. Разливка стали

  Жидкая сталь из сталеплавильного агрегата выливается в етале 1>п шивочный ковш, из которого она либо разливается в изложницы (формы), подаваемые в сталеплавильный цех, либо направляете» на установку непрерывной разливки стали.

Наиболее прогрессивным  методом разливки стали является ее непрерывная разливка на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). При непрерывной разливке сталь из сталеразливочного ковша заливают в промежуточный ковш, из которого она поступает в кристаллизатор — разъемные водоохлаждаемые изложницы квадратной или прямоугольной формы, открытые с обеих сторон.

Жидкая  сталь, попадая в кристаллизатор, усиленно охлаждаемый водой, быстро застывает у стенок, образуя заготовку такой же формы, как кристаллизатор. Тогда тянущие клети начинают вытягивать из кристаллизатора застывшую снаружи, но еще жидкую внутри заготовку. Из кристаллизатора заготовка попадает в зону вторичного охлаждения, где происходит опрыскивание металла водой из форсунок. Для предотвращения разрушения гидростатическим давлением, находящегося внутри заготовки жидкого металла, ее протягивают через охлаждаемые водой обжимные ролики или балки. Полностью затвердевший металл разрезается газорезкой на части заданного размера. Отрезанная заготовка системой кантователей и рольгангов выдается на приемные стеллажи.

  В зависимости от количества линий  разливок (ручьев) МНЛЗ бывают одноручьевые, двух-, четырех- или шестиручьевые.

  Схемы устройства промышленных МНЛЗ представлены на рис. 19. Различают вертикальные, радиальные и криволинейные машины. Основная особенность машин радиального типа состоит в том, что кристаллизатор выполнен с криволинейной поверхностью широких стенок, а ролики зоны вторичного охлаждения также расположены по этому радиусу. Вместо тянущей клети радиальные МНЛЗ оборудованы правильно-тянущим устройством, которое не только перемещает, но и распределяет заготовку, переводя ее в горизонтальное положение. Криволинейные машины являются разновидностью радиальных, у них продольная ось отливаемого слитка представляет собой сложную кривую. Вода в МНЛЗ расходуется на охлаждение кристаллизаторов, обжимных роликов, рольгангов, тянущих клетей, газовых резаков, охладителей гидравлических систем, на охлаждение слитка (вторичное охлаждение) и для гидротранспорта окалины. Обычно предусматривается три раздельных системы водоснабжения: охлаждения кристаллизаторов, охлаждения машин и вторичного охлаждения. Для охлаждения кристаллизаторов воды требуется 15 м³/т разливаемой стали с давлением 0,8—1 МПа. Вода в кристаллизаторе контактирует со стенками, которые в свою очередь соприкасаются со слитком, температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора достигает 1100—1200 °С. Поэтому в этой системе предъявляются самые высокие требования к качеству охлаждающей воды.

  Опыт  эксплуатации подобных систем, в которых  охлаждение оборотной воды осуществлялось на обычных градирнях, показал, что  в них образовывались отложения  на стенках кристаллизатора, включавшие в себя карбонат кальция, окислы железа, взвешенные вещества, биологические обрастания и органику. Даже незначительный слой таких отложений ведет к резкому снижению теплопередачи и выходу из строя кристаллизаторов. Для предотвращения образования отложений применяется реагентная обработка оборотной воды в совокупности с рациональной эксплуатацией системы. Например, при цикличной работе установок разливки стали трубопроводы системы корродируют.и при пуске системы продукты коррозии попадают в кристаллизатор и образуют отложения на его стенках. В таких случаях добавка в оборотную воду ингибиторов коррозии не дает эффекта, так как трубопроводы то наполняются, то опорожняются. Для избежания этого предусматривают постоянную циркуляцию воды в перерывах между

плавками. Однако при подаче воды в кристаллизаторы  в мехразливоч- мые периоды происходит запотевание его внутренней поверхности, что приводит к опасным взрывам  при разливке. В этих случаях предусматривают обводную линию, которая обеспечивает постоянную циркуляцию оборотной воды в кристаллизаторе в перерывах между плавками.

  Из-за недостатков, присущих открытым системам водоснабжения с охлаждением  оборотной воды на градирнях, в настоящее  время в основном применяются  замкнутые системы водоснабжения (рис. 20, а). Они характеризуются тем, что в них циркулирует умягченная вода, а ее охлаждение производится в замкнутых теплообменниках, за счет чего можно полностью решить проблемы, связанные с отложениями.

  Для умягчения воды применяют цеолитовые умягчители, общая жесткость воды в системе поддерживается в пределах 0,1—0,2 мг-экв/л, что предотвращает зарастание системы карбонатом кальция. При организации замкнутой системы также достигается предотвращение попадания в нее масла, смазки, жидкости из гидравлических систем и взвеш шенных веществ. При закрывании системы также снижаются до минимума требования к обработке оборотной воды ингибиторами коррозии, поскольку достигается высокая концентрация реагентов в системе при низком их расходе, и обеспечивается большая надежность в защите системы от коррозии.

  В кристаллизаторе вода нагревается  на 10—15 °С. В закрытых системах охлаждение ее производится на водоводяных кожухотрубчатых или пластинчатых теплообменниках. Охлаждение теплообменников осуществляется либо водой из локального оборотного цикла с градирней, либо водой из системы охлаждения машин. В качестве теплообменников также применяют воздушные охладители. Для обеспечения бесперебойной подачи воды к кристаллизаторам предусматривается система аварийного водоснабжения. Обычно она состоит из бака, расположенного в цехе, и рассчитанного на подачу половинного расхода с половинным давлением в течение 10—15 мин.

  Система охлаждения машин предназначена  для подачи воды к элементам установок разливки стали для их косвенного охлаждения. На эти цели расход воды составляет около 3 м³/т разливаемой стали. Вода в этой системе не загрязняется, а только нагревается на 10— 15 °С. К этой системе могут также подсоединяться теплообменники системы охлаждения кристаллизаторов, а также и другие потребители цеха, например система охлаждения электродуговых печей.

 В системах водовоздушного охлаждения применяются сопла специальной конструкции, к такому соплу подводится вода и сжатый воздух. Внутри сопла образуется .смесь из воздуха и воды, направляемая струями в требуемом направлении. При расходе воды 1 — 10 и воздуха до 160 нл/мин создается струя тонкораспыленной воды шириной 600 мм и длиной 1,5—2 м. Площадь сечения отверстия сопла составляет около 20 мм², в то время как в обычной спрейер- ной системе применяются форсунки с диаметром отверстия 1—4 мм. Конструкция сопла водовоздушной системы охлаждения позволяет при практически постоянном давлении и расходе воздуха бесступенчато регулировать количество подаваемой воды в пределах 1:40, тогда как спрейерная система допускает регулирование только в пределах 1:3. Внедрение систем водовоздушного охлаждения позволяет в 1,5—2 раза сократить расход воды на вторичное охлаждение. 
 
 
 

  2.Прямое восстановление металла

    Метод прямого восстановления железа в наши дни по принципу  остался  без

изменения  –  специально  подготовленная,  то  есть  обогащенная,  руда,   -

концентрат,  где  содержится  основной  окисел  железа  восстанавливается  в

шахтной печи с  помощью твердого топлива, как это  было в древности,  или для

этой  цели  используется  конвертированный  газ  -   природный   метан,   но

преобразованный в смесь водорода и угарного газа (СО).

    Как  установлено в настоящее  время,  можно  восстанавливать  концентраты

руды, которые  еще не  превращены  в  окатыши.  Более  того,  оказалось,  что

концентрат восстанавливается  даже с большей скоростью, чем  изготовленные  из

него окатыши. Однако на пути к реализации  этого  процесса  стоят  трудности

чисто технологического порядка.