Классификация. В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %)

В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.

В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита.

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

· передельный чугун — П1, П2;

· передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2,

· передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3,

· передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;

· чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);

· антифрикционный чугун

o антифрикционный серый — АЧС,

o антифрикционный высокопрочный — АЧВ,

o антифрикционный ковкий — АЧК;

· чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение(%);

· чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫБРОСОВ

Вредные выбросы доменного производства делят на технологические и неорганизованные.

К технологическим относятся доменный (колошниковый) газ, который образуется в результате доменного процесса. Его очищают в газоочистных устройствах и затем используют в качестве топлива. В колошниковом газе содержатся вредные вещества – пыль, окись углерода и незначительное количество сернистых газов. К технологическим выбросам условно относятся газы, прорывающиеся из печи в атмосферу через загрузочное устройство.

Неорганизованные выбросы пыли в доменном производстве фактически начинаются с момента поступления в доменный цех шихтовых материалов и выгрузки их на рудном дворе или в бункер эстакады. Их количество зависит от подготовки материалов и технической оснащенности доменного цеха. Часть этих выбросов попадает в помещение, а часть удаляется системой вентиляции (аспирационные выбросы).

2. ВЫХОД КОЛОШНИКОВЫХ ГАЗОВ

Выход колошникового газа при доменной плавке зависит от ряда технологических факторов: состава исходного сырья – агломерата и кокса, температуры и давления воздушного дутья, обогащения дутья кислородом, применения природного газа, распределения материалов печи, прочности кокса и агломерата, развития процесса прямого восстановления.

3. ВЫБРОСЫ ПЫЛИ С КОЛОШНИКОВЫМ ГАЗОМ

Масса пыли, выносимой доменными газами, составляет 20-100 кг/т чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9,55 г/м^з_; а при неполадках или мелкой шихте может дости­гать 200 г/м³. Количество образующегося доменного газа составляет 3880 м³/т влажного кокса, или 4000 м³/т сухого кокса, или 2000-2500 м³ на 1 т чугуна.

Удельные технологические выбросы с колошниковыми газа­ми при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли - 100; СО - 640; 0₂ - 0,08-0,45.

Примерный состав колошникового газа:

Температура доменного газа на выходе из печи составляет обычно 300-350°С.

Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлением на колошнике печи пыль содержит, %: SiO₂ – 14,6; MgO – 4,35; Al₂O₃ – 4,35; CaO – 11,85; S – 0,74; MnO – 3,75, остальное - оксиды железа.

Пылегазовыделения из печи обусловлены тем, что при по­даче шихты на большой конус загрузочного устройства печи, давление по обе стороны конуса необходимо выровнять, для чего неочищенный газ из межконусного пространства выводят в атмосферу. Запыленность газа во время' выхлопа составляет 250-700 г/м³. Удельный выброс пыли достигает 4 кг на 1 т чугуна при основном режиме работы печи. Кроме того, пылевыделение происходит при каждом ссыпании скипа в приемную воронку.

Величина выбросов пыли зависит от фракционного состава шихтовых материалов; химического и минералогического состава сырья; расхода и давления дутья; температуры под колошником; способа загрузки шихты в печь и других факторов.

Вынос пыли из доменных печей, работающих с обычным давлением, по практическим данным составляет 50-150 кг/т чугуна, а из печей, работающих с повышенным давлением газов, 25-75 кг/т чугуна.

Дисперсный состав пыли также зависит от многих факторов и может колебаться в широких пределах

Значительное количество пыли выделяется в атмосферу из межконусного пространства. По данным исследований, проведенных в институте «ВНИПИчерметэнергоочистка», запыленность газов в период выхлопа составляет 250-700 г/м³. Удельный выброс пыли достигает 4 кг/т чугуна при основном режиме работы и 15 кг/т чугуна при дополнительном. Такая высокая запыленность возникает из-за перепада давления между колошником доменной печи и межконусным пространством при опускании большого конуса. В этот момент ссыпающийся из воронки материал пронизывается потоком колошниковых газов, увлекающих за собой большое количество пыли.

Удельные выбросы из межконусного пространства доменной печи при выплавке передельного чугуна при основном режиме работы составляют на 1 т чугуна: пыли 4 кг, СО 2 кг, H ₂ S 0,5 г (при плавке на низкосернистом коксе) и 3,0 г (при плавке на высокосернистом коксе).

Содержание пыли в газе, выбрасываемом из межконусного пространства, в среднем равно 400 г/м³.

4. ВЫБРОСЫ ОКИСИ УГЛЕРОДА И СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА С КОЛОШНИКОВЫМ ГАЗОМ

Содержание окиси углерода в колошниковом газе зависит от состава дутья, расхода и состава вдуваемого восстановительного газа, расхода кокса, флюса, развития прямого восстановления в доменной печи и т. д.

Содержание СО в колошниковом газе изменяется от 24 до 30%. Примерный выход окиси углерода составляет до 900 кг/т чугуна.

Газ из межконусного пространства выбрасывается через выхлопную трубу после поднятия большого конуса и открывания малого. При основном режиме работы засыпанного аппарата давление в межконусном пространстве в период между опусканиями большого конуса близко к атмосферному, поэтому при опускании малого конуса только часть находящегося в межконусном пространстве газа вытесняется в атмосферу. Эта часть приблизительно равна объему материалов, загруженных в большой конус в течении цикла.

Количество паро-газовой смеси, выделяемой в атмосферу из межконусного пространства в течение часа, можно рассчитать по формуле:

Vг = [(V · P · 273 /1,033 - 1) n + Vм] 273 / T · N

где Vг – выброс газа из межконусного пространства, м³/ч;

V – объем межконусного пространства, м³

P – давление в межконусном пространстве перед выхлопом, атм.;

Т – температура газа в межконусном пространстве, К;

Vм – объем материалов, загружаемых в большой конус в течение одного цикла, м³;

N – количество циклов в час;

n – количество выхлопов газа в течение одного цикла (при основном режиме n = 1).

Содержание СО в паро-газовой смеси при выхлопе из межконусного пространства составляет 20%, при открытии малого конуса 10% (при основном режиме работы) и 12% (при дополнительном).

Пользуясь приведенными данными и формулой, можно вычислить количество окиси углерода, выделяемое из межконусного пространства в атмосферу в течение часа. По расчету, оно составляет до 2 кг/т чугуна при основном режиме работы и до 7 кг/т чугуна при дополнительном.

Сера поступает в доменную печь вместе с загружаемыми материалами. В руде и флюсе она содержится в виде пирита FeS, иногда в виде сульфатов (CaSO₄, BaSO₄ и др.). В настоящее время печи работают на офлюсованном агломерате, в котором сера находится в сложных твердых растворах в виде CaS.

В коксе сера имеется в свободном состоянии, в твердых растворах и в золе в виде сульфитов и сульфатов. В доменной печи вынос серы с газом из офлюсованного агломерата весьма незначителен. Из кокса некоторая часть серы улетучивается до поступления кокса к фурмам доменной печи. Значительное количество этой серы поглощается шихтовыми материалами, образуя FeS и CaS. Остальная сера кокса сгорает у фурм до SO ₂ и, поднимаясь с газами, восстанавливается углеродом кокса до элементарной серы или переходит в соединение CS, CS ₂, HS, COS, H ₂ S . Она также интенсивно поглощается шихтой с образованием CaS и FeS.

Применение офлюсованного агломерата, уменьшение выхода шлака, снижение расхода кокса сокращают унос серы с газами. Повышение температуры колошниковых газов, наоборот, увеличивает количество уносимой серы.

Эмпирические формулы В. Е. Васильева, отражающие зависимость степени уноса серы с газами от различных факторов, выведены на основании анализа условий работы многих доменных печей в 30-е годы и для современных условий не пригодны. Расчет количества серы, выносимой с газами по балансу серы, поступающей в печь и выходящей из нее, дает неверные результаты из-за несовершенной методики анализа содержания серы в шлаке. Поэтому для расчетов можно принять, на основании современных исследований, степень уноса серы (%) при выплавке передельного чугуна 4, литейного 15-20, зеркального 20-30, ферромарганца и ферросилиция 45-60.Расчетные данные уноса серы с колошниковыми газами представлены в табл.

Таблица - Расчетные данные уноса серы с колошниковыми газами

Часть серы (до 0,35 г/т чугуна) выбрасывается в виде сернистых газов в атмосферу из межконусного пространства. Остальная уходит с газами в систему газоочистки и к потребителям газа, где при его сжигании вся сера с дымовыми газами выбрасывается в атмосферу.

5. НЕОРГАНИЗОВАННЫЕ ВЫБРОСЫ НА ТРАКТЕ ДВИЖЕНИЯ СЫРЬЯ

Рудный двор и бункерная эстакада

При разгрузке вагонов, перегрузке руды грейферами, подаче руды на бункерную эстакаду, разгрузке трансферкаров на бункерной эстакаде и на других объектах образуется пыль. Удельное выделение пыли на рудном дворе ориентировочно принимают равным 50 г/т чугуна.

По данным замеров, выполненных сотрудниками Харьковского института «Сантехпроект», выделение пыли на бункерной эстакаде составляет 20 г/т чугуна. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 г/м³, максимальная концентрация достигает 1500 мг/м³. Столь большие колебания связаны с влажностью шихты, погодой, уровнем механизации и другими причинами. В дальнейшем предполагается заменить рудный двор закрытыми вентилируемыми складами. Неорганизованные выбросы в атмосферу при этом резко сократятся.