Cercetari Privind Impactul Valorificarii Prafului Rezultat în Procesul de Elaborare a Otelului în Convertizor L.d. Asupra Mediulu
CAPITOLUL 1
STADIUL ACTUAL AL VALORIFICĂRII ȘLAMULUI DE OȚELĂRIE
ÎN ȚARĂ ȘI PE PLAN MONDIAL
1.1. INTRODUCERE
Reziduurile de orice fel rezultate din multiplele activități umane, constituie o problemă de o deosebită actualitate, datorită atât creșterii continue a cantităților și felurilor acestora (care prin degradare și infestare în mediul natural prezintă un pericol pentru mediul înconjurător și sănătatea populației), cât și însemnatelor cantități de materii prime, materiale refolosibile și energie care pot fi recuperate și introduse în circuitul economic.
Ritmurile înalte de dezvoltare a economiei în condițiile caracterului limitat al resurselor de materii prime, materiale și zăcăminte cu conținut tot mai redus de substanțe utile, a tendinței de creștere a prețurilor și a manifestării de criză pe piața mondială a materiilor prime și combustibililor, impune un nou mod de a gândi prin prisma economisirii tuturor resurselor, a valorificării superioare a acestora și, în final, de reciclare a diferitelor materii prime și materiale. Pe toate meridianele, atât în țările „sărace” cât și în cele „bogate” reciclarea materialelor reprezintă o preocupare de actualitate. Astăzi „antirisipa” trebuie să constituie una din preocupările prioritare, iar știința și tehnica sunt chemate să smulgă risipei uriașe comori. Iată, deja consacrat, un nou principiu cu valabilitate universală: „nimic nu trebuie pierdut, ci totul trebuie recuperat și valorificat”.
Economia națională dispune de importante cantități de materiale metalice, feroase și neferoase, chimice, lemnoase, textile, hârtie, pielărie, plastice ș.a. ce apar pe diferite trepte tehnologice sau din iazuri și halde miniere, siderurgice și de la termocentrale, din nămolurile rezultate la epurarea apelor uzate și alte reziduuri cu substanțe refolosibile. De asemenea, există importante cantități de materii prime și materiale conținute în obiectele de uz casnic și personal de la populație, în ambalajele uzate, din construcțiile și locuințele dezafectate și din fondurile fixe casate.
O mare importanță trebuie acordată reciclării tuturor materialelor refolosibile pentru că orice material pe care îl aruncăm își are prețul său, nu numai pentru noi, ci și pentru generațiile viitoare. Anumite materiale au fost întotdeauna reciclate. Deșeurile de fier (fierul vechi) constitue de mult timp o marfă importantă în comerțul internațional. Numeroase reciclări se fac, de asemenea, în țările lumii a treia, deoarece materialele valorează mai mult, iar forța de muncă este mai ieftină.
Un alt aspect al necesității reciclării materialelor este determinat de conștientizarea faptului că exită limite la cât de mult ne poate oferi pământul și la cât de mult ne poate absorbi el, sub forma poluării.
Reziduurile industriale sunt cele provenite atât din desfășurarea proceselor tehnologice în intreprinderile industriale (care sunt reziduuri tehnologice) cât și cele rezultate ca urmare a prezenței și activității oamenilor în aceste intreprinderi și care se definesc ca fiind de aceeași categorie cu reziduurile menajere și stradale. Prin reziduuri industriale trebuie să se înțeleagă toate reziduurile rezultate din procesele tehnologice având aceeași compoziție fizico-chimică cu materia primă, materialele prelucrate și materialele auxiliare folosite în industrie, iar în totalul de reziduuri industriale trebuie să fie cuprinse și deșeurile tehnologice, rebuturile de materie primă sau materiale care nu mai pot fi folosite ca atare, conform destinației inițiale, adică la locul unde acestea s-au produs (au rezultat), dar care pot fi tratate ca reziduuri prin diferite procedee de reciclare – valorificare.
1.2. BILANȚUL DE MEDIU ÎN PROCESUL DE ELABORARE A OȚELULUI ÎN CONVERTIZOARE LD
Uzina Oțelării Refractare din cadrul SC MITTAL STEEL GALAȚI este, în momentul de față, compusă din 2 oțelării (OLD 1 și OLD 3) cu convertizoare (fiecare cu câte 3 convertizoare), o turnare continuă cu 4 mașini de turnare pentru producerea de sleb și o turnare continuă cu 3 mașini de turnare pentru producerea blumului. De asemenea, U.O.R. cuprinde și Secția de Prelucrări Deșeuri Metalice ce are legătură pe calea ferată cu ajustajele tuturor laminoarelor, 2 fabrici de var și una de producere a materialelor refractare (blocuri dolomitice, dolomită sinterizată). Procesul tehnologic constă în principal din elaborarea și turnarea continuă sau în lingouri a oțelului, producerea de var, refractare și pregătirea fierului vechi.
Sintetic procesul de elaborare a oțelului este prezentat în figura 1. Sunt prezentate atât intrările – materii prime și energie – cât și ieșirile – emisii, deșeuri.
Elaborarea oțelului, indiferent de tipul agregatului, este caracterizată de generarea unor cantități însemnate de emisii de gaz praf, atât în timpul procesului de elaborare în agregatele de bază, cât și în halele ajutătoare de pregătire a încărcăturii, a melanjoarelor, a mașinilor de turnare și reparație a oalelor, precum și la epurarea gazelor evacuate din convertizor.
Epurarea gazului de convertizor se realizează pe cale umedă, deșeul (subprodusul) rezultat fiind șlamul de convertizor.
DESCRIEREA TEHNOLOGICĂ A INSTALAȚIEI DE EPURARE A GAZELOR DE CONVERTIZOR
În prezent, la SC MITTAL STEEL GALAȚI, funcționează 2 oțelării cu câte 3 convertizoare (160 ÷ 170 t/șarjă) fiecare cu insuflare de oxigen. Fiecare convertizor este prevăzut cu un sistem de răcire prin radiație a produselor de ardere constând dintr-un semicazan cu recuperare de abur saturat și instalațiile anexe.
Pe ansamblul celor 3 convertizoare există o gospodărie de apă de alimentare pentru cazane ce are în componență rezervoare, decantoare, pompe de alimentare, preîncălzitoare, conducte, gospodărie de acumulare abur.
Fiecare convertizor este dotat cu instalație proprie de captare și epurare care începe cu hota specială fixă situată deasupra gurii convertizorului prin care, pe lângă gazele din convertizor, este aspirat și aerul de combustie necesar procesului de ardere din cazanul recuperator.
După răcirea parțială a gazelor de convertizor de la cca. 1600 ÷ 1800°C la 1000°C în cazanul recuperator, gazele sunt răcite în continuare și desprăfuite într-o instalație de epurare umedă compusă din:
răcitor de gaze arse, unde gazele se răcesc până la 80°C;
spălător Venturi cu 3 tuburi montate în paralel, fiecare cu secțiune variabilă funcție de debitul de gaze evacuat;
închizător hidraulic;
separator de picături de tip elicoidal;
conducte de gaze arse;
conducte de apă de răcire și spălare cu armăturile aferente;
conducte de șlam;
exhaustor cu turație variabilă (prin cuplă hidraulică);
coș de evacuare prevăzut la rândul său cu separator de picături și tub Venturi pentru măsurarea debitelor de gaze.
Temperatura și compoziția gazelor rezultate din convertizor variază în funcție de faza de elaborare a convertizorului, astfel numai în timpul insuflării de oxigen pentru decarburare au loc degajări masive de gaze. În prezent, în cazanul recuperator se recuperează atât căldura fizică a gazelor (prin scăderea temperaturii lor de la 1600°C la 1000°C) cât și cea chimică datorată procesului exotermic de ardere a CO.
Variația debitului de gaze în instalație se realizează prin modificarea turației exhaustorului de gaze, obținută cu ajutorul unei cuple hidraulice, comanda realizându-se din cabina de comandă a exhaustoarelor, dar controlul parametrilor exhaustoarelor se asigură și din cabina cazanelor recuperatoare.
Alimentarea cu apă a tuburilor Venturi se realizează cu debit constant, indiferent de cantitatea de gaze vehiculată în instalație. Șlamul rezultat în elementele instalației de desprăfuire este trimis la gospodăria de șlam.
Răcitorul de gaze arse
Răcitorul de gaze este format dintr-un corp cilindric metalic cu axa verticală, închis la capete cu funduri conice. La partea superioară, unde se face legătura cu cazanul recuperator, este prevăzut un compensator elastic cu pânză specială (Blau azbest) pentru preluarea dilatărilor. Din fundul conic superior pornește un tub cilindric coaxial cu mantaua răcitorului cu diametrul de 3420 mm care constituie primul drum de gaze.
Tubul central coboară până aproape de fundul interior al răcitorului, spațiul dintre tubul central și mantaua răcitorului constituie al doilea drum de gaze. Răcitorul este prevăzut cu ștuțuri pentru:
intrarea gazelor, având diametrul de 3420 mm;
ieșirea gazelor, având diametrul de 2820 mm;
golirea preaplinului, având diametrul de 500 mm.
Răcitorul are punctul de sprijin la cota 43,900 m.
Diametrul mantalei răcitorului este de 5620 mm, lungimea totală de 13000 mm și greutatea totală de 45 t tubul central are lungimea de 9200 mm.
Răcitorul de gaze este prevăzut cu trei etaje de răcire a gazelor, cu injecție de apă.
La terminarea cazanului se află primul etaj de stropire constituit dîntr-o duză cu diametrul de 40 mm îndreptată în jos, izolată de vana FA5. În zona compensatorului de legătură între răcitor și cazan se află al doilea etaj de răcire, constituit din 12 duze cu diametrul de 12 mm cu jetul în sus, izolate de vana FA6 și care au rolul de a proteja compensatorul împotriva temperaturii gazelor de ardere. Al treilea etaj de răcire este constituit din 5 duze cu diametrul de 40 mm, cu jetul în sus și în jos, dispus pe axa tubului central. Aceste duze se izolează prin cinci vane FA7.
Spălătorul cu tuburi Venturi
Spălătorul de gaze cu tuburi Venturi este alcătuit dintr-un corp cilindric din tablă de oțel de 10 mm grosime, amplasat cu axa verticală și închis la capete cu două funduri conice. În interiorul corpului cilindric se află o pâlnie în care sunt dispuse trei tuburi metalice cu diametrul de 1820 mm dispuse la 120° între ele, în care se montează cele trei tuburi Venturi. Pâlnia este prevăzută cu o conductă de golire cu diametrul de 250 mm.
Tuburile Venturi sunt ajutaje convergent – divergente cu diametrul de 1820 mm la intrare și de 915 mm pe porțiunea de secțiune minimă.
În interiorul părții convergente a tubului Venturi se află un con din tablă de oțel sudată, ce poate fi acționat prin intermediul unui mecanism în sus și în jos. Conul are rolul de a modifica secțiunea de trecere a gazelor prin tubul Venturi și implicit viteza acestora. Cursa conului este de 1000 mm. Diametrul corpului spălătorului este de 5620 mm, iar înălțimea totală de 17025 mm.
Deasupra fiecărui tub Venturi se află câte o duză de stropire cu apă de spălare. Ștuțul de intrare a gazelor are diametrul de 2820 mm, ca și cel de ieșire. La partea inferioară corpul spălătorului este prevăzut cu un ștuț de golire și un preaplin cu diametrul de 350 mm.
Închizătorul hidraulic
Este o construcție cilindrică din tablă de oțel, închisă la capete.
La partea inferioară este prevăzută cu o vană de închidere ce se acționează de deasupra închizătorului.
Atenție ! În funcționare normală axul vanei este scos în afară (vană închisă).
Închizătorul hidraulic are în componență următoarele:
conducta de la golirea răcitorului de gaze;
conducta de la golirea pâlniei spălătorului;
conducta de golire a spălătorului;
conducta de la preaplinul spălătorului;
conducta de golire a sifonului de la separatorul de picături (în conducta de golire a închizătorului hidraulic);
conducta de la preaplinul sifonului separatorului de picături.
În mod normal vana de golire a închizătorului hidraulic este închisă, evacuarea apei cu șlam din aceasta făcându-se prin preaplin, astfel că toate conductele care intră în închizător se află sub nivelul apei, în acest mod împiedicându-se intrarea aerului atmosferic în instalația de epurare care lucrează la o presiune mai mică decât cea atmosferică.
Separatorul de picături
Separatorul de picături este montat pe conducta de gaze arse dintre spălătorul cu tuburi Venturi și exhaustor, la ieșirea din hală și are rolul de a elimina particulele de apă din gazele arse.
Este constituit dîntr-o elice cu 16 palete montate într-o carcasă cilindrică cu diametrul de 3000 mm. Gazele trecând prinu diametrul de 3000 mm. Gazele trecând prin paletele elicei, capătă o mișcare de rotație astfel că particulele de apă sunt antrenate spre peretele exterior al separatorului, spre închizătorul hidraulic, prin intermediul unui sifon.
Mod de funcționare
Apa de spălare vine de la stația de decantare pe două fire din care se ramifică conducte spre fiecare instalație de epurare. Pe aceste ramificații se află vanele generale de izolare FA1 EST și FA1 VEST. Cele două fire se unesc apoi într-o singură conductă pe care se află vana electrică FA2. După aceasta, conducta se ramifică în două: una din conducte transportă apa în zona răcitorului și se izolează cu vana FA3, iar cealaltă transportă apa în zona spălătorului Venturi și se izolează cu vana FA4.
Din debitul de apă de 620 t/h aferent răcitorului, 230 t/h sunt dirijați pe o conductă cu diametrul de 150 mm la diuza FA5. Restul de 390 t/h alimentează cele 12 duze FA6, cele 5 diuze FA7 și FA8 de pe conductele de legătură dintre răcitor și spălătorul Venturi. Un debit de 250 t/h alimentează cele 3 duze FA9 de la tuburile Venturi și diuza FA10 de dinaintea separatorului de picături.
Gazele ieșite din cazan cu 1700°C suferă prima răcire în zona diuzei FA5, după care în drumul lor întâlnesc diuzele FA6 și FA7, încât la terminarea tubului central al răcitorului au o temperatură de 80°C.
La schimbarea de direcție a gazelor la sfârșitul tubului central, când gazele trec în spațiul dintre acesta și mantaua răcitorului, are loc o primă separare a particulelor mai mari din gaze, care prin intermediul conductei de golire a răcitorului ajung în amestec cu apa de răcire nevaporizată, în închizătorul hidraulic și de aici spre stația de decantare. Trecând prin conducta de legătură dintre răcitor și spălător, unde primesc o injecție suplimentară de apă prin diuza FA8, gazele ajung deasupra tuburilor Venturi.
Întrucât în partea convergentă a tuburilor, viteza gazelor cât și a particulelor de apă injectate de diuza FA9 crește astfel încât la ciocnirea particulelor cu diametrul foarte mic din gazele de ardere cu picăturile de apă, acestea sunt înglobate în apă și reținute.
În zona divergentă a tuburilor are loc o reducere a vitezei amestecului de gaze și apă, iar la ieșirea din tuburi gazele, schimbându-și direcția spre ștuțul de ieșire din spălător, particulele de apă cu praf se vor colecta în pâlnia inferioară a spălătorului de unde se vor evacua.
În continuare, gazele de ardere trec prin separatorul de picături unde se extrag picăturile de apă antrenate de gaze și mai departe prin intermediul exhaustorului, care le refulează prin coșul de gaze în atmosferă.
Conurile din interiorul tuburilor Venturi au rol de a modifica secțiunea de trecere a gazelor și deci viteza lor, astfel încât să se impună gazelor viteza optimă procesului de epurare. Această creștere de viteză se traduce în mărirea presiunii diferențiale la tuburi, ce trebuie să aibă o valoare de 1200 – 1300 mmCA, pentru o epurare optimă.
DESCRIEREA TEHNOLOGICĂ A GOSPODĂRIEI DE NĂMOL
Gospodăria de nămol face parte din ansamblul lucrărilor necesare tratării apei și prelucrării șlamului, rezultate din circuitul de alimentare cu apă industrială a epurării gazelor de convertizor. Acest ansamblu realizează epurarea apei recuperate, pomparea apei epurate, deshidratarea, uscarea și expediția nămolului, ansamblu care este compus din:
2 decantoare radiale;
gospodăria de nămol care cuprinde stația de pompare a apei pentru alimentarea cu apă necesară epurării gazelor și stația de filtre pentru deshidratarea șlamului;
stația de uscare și expediție a șlamului;
conductele de legătură, pentru alimentare și recuperare, de la stația de pompare la hala de elaborare.
Amplasament
Gospodăria de nămol împreună cu decantoarele radiale sunt amplasate în zona centrală a sectorului oțelărie, între cele două hale de elaborare. Decantoarele radiale sunt amplasate în partea estică a acestei clădiri, iar stația de uscare și expediție este amplasată în sudul stației de pompare – filtrare. Între cele două decantoare radiale a fost prevăzută stația de pompare a nămolului din decantoare înspre distribuitorul filtrelor sau înspre iazul decantor – acumulator al șlamurilor.
Tehnologie
Apa recuperată de la epurarea gazelor este adusă gravitațional, de la hala de elaborare la decantoarele radiale, prin conductele montate pe estacadă. În bazinul de distribuție a apei spre decantoare – montat în stația de pompare – filtrare – se adaugă și laptele de var refulat de pompele dozatoare prevăzute deasupra bazinelor de lapte de var.
Apa decantată este aspirată din bazinul tampon de către pompele pentru epurarea gazelor și refulată la duzele de stropire a gazului de convertizor.
Nămolul adunat în decantoarele radiale în urma decantării prafului conținut în apa recuperată de la epurare, datorită conținutului ridicat de fier (cca. 50÷65%) urmează a fi prelucrat în vederea folosirii lui la fabrica de aglomerare; praful are cca. 69% părți fine sub 0,045 mm.
Cantitatea de praf rezultată în timpul elaborării șarjei are valori cuprinse între 1600 ÷ 2400 kg/șarjă, respectiv 1900 ÷ 2850 kg/h și convertizor (timpul de elaborare a șarjei fiind de cca. 40 minute). Cantitatea totală de praf este de cca. 3800 ÷ 5900 kg/h în prima etapă de dezvoltare a combinatului (2 convertizoare în funcțiune) și de cca. 7600 ÷ 11800 kg/h în etapa finală (4 convertizoare în funcțiune).
Deshidratarea nămolului se realizează în două trepte:
în prima – prin filtrare – se reduce umiditatea de la cea din decantor (cca. 250 mg praf/l) până la cca. 30%;
în cea de-a doua – prin uscare în cuptorul rotativ – se reduce umiditatea nămolului de la cca. 30% până la 10%.
Nămolul de la decantoare este trimis la distribuitorul filtrelor prin intermediul stației de pompare a nămolului, iar de la filtre la cuptorul rotativ cu ajutorul unor benzi transportoare. Tot cu ajutorul benzilor transportoare se face și evacuarea nămolului uscat de la cuptorul rotativ la buncărul de expediție.
Consumuri
Consumul de apă industrială la epurarea gazelor de convertizor se realizează prin stropire cu apă, după cum urmează:
stropire primară pentru răcirea gazului prin evaporare – Sp;
stropire principală în tuburile Venturi – Sv;
stropire pentru spălarea gazului – Ss;
stropire la separatorul de apă – Sa.
Aceste stropiri au regimul de funcționare reglat în funcție de mersul insuflării și anume – pentru un convertizor:
în timpul insuflării (25 minute): Sp + Sv = 130 m3/h + 388 m3/h = 518 m3/h;
în timpul pauzei între insuflări (10 minute): Ss + Sa = 110 m3/h + 20 m3/h = 130 m3/h.
Debitul de apă pentru epurarea gazelor de la cele două convertizoare în perioada de insuflare, considerând 2 convertizoare în funcțiune în prima etapă, este de cca. 1040 m3/h, debitul de apă recuperată după epurare fiind de cca. 850 m3/h.
Ținând seama de fazele de elaborare, consumurile de apă sunt:
în perioada de insuflare de 25 minute, la debitul de 518 m3/h se consumă 217 m3/șarjă;
în pauza dintre insuflări timp de 10 minute la debitul de 130 m3/h, se consumă 22 m3/șarjă.
Din această cantitate o parte se refolosește – cca. 201 m3/șarjă, deci necesarul de apă de adaos este de 239 – 201 = 38 m3/șarjă.
Consumul mediu este deci de 239 x 60/51 = 280 m3/h, iar apa de adaos este de 38 x 60/51 = 45 m3/h, la care se mai adaugă 12 m3/h debitul pompei de nămol, deci apa de adaos se ridică la 57 m3/h și convertizor.
Cantitățile anuale de apă industrială pentru epurarea gazelor au următoarele valori:
consum total de apă industrială: 2 x280 m3/h x 8760 h/an = 4,9÷106 m3/an;
consum apă proaspătă (R): 2 x 57 m3/h x 8760 h/an = 1,0 x 106 m3/an.
Consum de energie electrică
Consumul de energie electrică are următoarele valori:
pentru pomparea apei la epurarea gazelor: 2 x 320 kW x 8760 x 0,8 x 35/51 = 3,1 x 106 kWh/an;
pentru decantoare, pompare și filtrare nămol (acționare raclor, pompa nămol, acționare filtre cu vid, suflante, pompe vacuum, pompe filtrat, pompe dozatoare: cca. 1,4 x 106 kWh/an.
Consum total de energie electrică: 4,5 x 106 kWh/an.
Instalații pentru decantarea apei
Apa impurificată de la epurarea gazelor este adusă de la hala de elaborare la un bazin de distribuție spre decantoare. În vederea accelerării decantării apei și pentru corectarea cifrei pH-ului în rezervorul de distribuție se introduce lapte de var. Decantoarele sunt construcții din beton armat îngropate parțial, cota oglinzii apei fiind +3,27 m.
Apa decantată este evacuată din decantoare într-un bazin tampon din beton armat amplasat în clădirea stației de pompare – filtrare.
Decantoarele radiale, precum și bazinul tampon sunt prevăzute cu spații vizitabile atât sub fund cât și în jurul pereților, pentru detectarea pierderilor de apă prin exfiltrații.
Decantorul radial este prevăzut cu un pod raclor acționat de un grup de antrenare, amplasat în zona centrală a decantorului.
Instalații pentru pomparea nămolului
Nămolul rezultat în timpul decantării este pompat de două grupuri de pompare, câte unul pentru fiecare decantor, formate din câte 2 pompe cu membrană, având caracteristicile: Q = 12 m3/h; H = 160 mm col. H2O; N = 7,5 kW.
Stația de pompare a nămolului este amplasată între cele 2 decantoare, subteran între cotele –6,40 m și –2,70 m.
Refularea nămolului se face înspre distribuitorul care duce spre filtrele cu vid sau – prin manevrarea unor vane – înspre iazul decantor – acumulator Mălina.
Legătura între stația de pompare nămol și stația pompare – filtrare se realizează printr-un tunel din beton armat cu secțiunea 1,05 x 2,00 m.
Instalația de pompare a apei la epurarea gazelor
Apa decantată este aspirată din bazinul tampon, de către pompele pentru epurarea gazelor și refulată la hala de elaborare. S-au prevăzut 4 pompe cu următoarele caracteristici:
Q = 518 m3/h; H = 118 mm col.H2O; N = 320 kW; n = 1490 rot/min;
U = 6000 V
În bazinul tampon se aduce și adaosul de apă proaspătă, care este asigurat din rețeaua sectorială de apă industrială cu presiunea redusă „R”.
Bazinul tampon are un volum de cca. 200 m3 și este compus din două compartimente, astfel încât este asigurată revizuirea lui în timpul funcționării instalațiilor.
Circuitul de deshidratare a șlamului
Deshidratarea nămolului – în prima treaptă – se realizează prin filtrare. Bazinul de distribuție a nămolului este amplasat la cota +11,00 m, astfel încât asigură o bună distribuție a nămolului spre cele trei filtre de pe platforma de la cota +6,00 m. Prinderea nămolului pe suprafața filtrului se produce datorită vidului creat în interior de către pompele de vacuum; aspirația aerului se face prin intermediul unor cazane de vid. Apa colectată în cazanele de vid este aspirată de pompele de filtrat și refulată în bazinul de distribuție a apei brute spre decantoare. Nămolul care ajunge la preaplinul filtrelor, precum și cel evacuat în cazul golirii lor, este evacuat într-un bazin din beton armat de cca. 4,0 m3 din care aspiră 2 pompe de tip Wilfley, aceste pompe refulează spre bazinul de distribuție a nămolului. Turtele de nămol de pe filtre ajung pe o bandă transportoare care le va expedia în cuptorul rotativ în care se realizează uscarea.
Situația actuală
În momentul de față, acest circuit este scos din funcțiune. Șlamul este colectat în remorci și transportat pe o platformă pentru a se usca, după care este introdus în șarja de aglomerat (fig.1.3).
Fig. 1.3 Schema colectării șlamului de convertizor
SITUAȚIA ACTUALĂ A VALORIFICĂRII PRAFULUI ȘI
ȘLAMULUI DE CONVERTIZOR
Din procesul de elaborare a oțelurilor rezultă praf ce este antrenat de gazele arse. Gazele evacuate, captate la partea superioară a convertizoarelor, sunt supuse operațiilor de epurare primară care în cea mai mare parte se realizează pe cale umedă și doar în unele cazuri în sisteme uscate (precipitare electrostatică). Epurarea umedă se realizează în două etape. În prima etapă, gazul este răcit și din el se recuperează șlamul grosier. În cea de a doua etapă se captează din gazele evacuate fracțiile fine de praf.
Captat din bazinele de sedimentare, șlamul format din fracțiile fine este supus operațiilor de îndepărtare a apei, în filtre vidate și sisteme centrifugale.
Recuperarea șlamului cu fracții grosiere se realizează în clasoare cu racleți. În funcție de calitatea încărcăturii metalice utilizate la elaborarea oțelului, cantitățile de praf și șlam de convertizor sunt variabile, apreciindu-se o medie de aproximativ 18 kg/t.
Conținutul de praf în este de cca. 1,9 ÷ 2,85 t/h și convertizor în funcțiune, ceea ce corespunde unei concentrații de aproximativ 1,12 ÷ 1,68% din șarja de oțel de 170 t și durata de elaborare de 40 minute. Apa impurificată ajunge la gospodăria de ape în două bazine de distribuție și apoi în două predecantoare de granule mari (diametrul 70 ÷ 80 m). Separatoarele rețin 10% din cantitatea de material solid. În continuare, apa trece prin două decantoare de tip „recuperator” care asigură reținerea suspensiilor până la maximum 100 mg/l. Materialul depus în separatoare este preluat și transportat spre fabrica de aglomerare.
În tabelul nr. 1.1 se prezintă cantitățile de șlam OLD (sub 1% din șarja de aglomerat) și șlam Mălina (sub 0,1% din șarja de aglomerat) consumate de Fabricile de Aglomerare de la SC Mittal Steel SA pentru producerea de aglomerat:
Tabel nr.1.1
În tabelul nr.1.2 se prezintă producția de oțel și scoaterea rezultată la oțelăriile OLD 1 și OLD 3, principalele secții generatoare de șlam de convertizor.
Tabelul nr.1.2
S-au valorificat în șarjele de aglomerat în anul 2004 – 26.769 t șlam de convertizor, iar în trimestrul I al anului 2005 cantitatea de 1.617 t șlam de convertizor, dar cantitatea de șlam de convertizor rezultată (capitolul 6) este cu mult mai mare (27 kg șlam/ t oțel) după cum se poate observa și din valorile scoaterii de oțel (90,13% OLD1 și 90,1% OLD3 pentru anul 2004, respectiv 88,2% OLD1 și 88,5% OLD3 pentru trimestrul I 2005). Aceasta se explică prin faptul că au loc pierderi mari de fier în zgură, sub formă de stropi și prin trecere sub formă de fum brun-roșcat.
Praful și șlamul pot fi utilizate la producerea cimentului Portland și ca agent colorant pentru betoane. Combinatele care au instalații de aglomerare recirculă aproape în totalitate praful și șlamul de convertizor pentru producerea aglomeratului. Conținutul de zinc este limitativ și depinde de compoziția chimică a fierului vechi utilizat la elaborarea oțelului în convertizor. Fără pretratament aproximativ 30% din totalul prafului poate fi reciclat la aglomerare. Șlamul poate avea un conținut de zinc ce variază de la 1,8% la 7,8% atunci când provine de la elaborarea oțelului din deșeuri de tablă galvanizată. În acest caz nu poate fi introdus direct la aglomerare ci se supune operațiilor de tratare pentru purificare cu recuperarea zincului. În alte combinate, praful și șlamul sunt brichetate la rece și apoi reintroduse la elaborarea oțelului în convertizor, înlocuind parțial fierul vechi din încărcătură.
Comparativ cu practica și tendințele manifestate pe plan mondial, industria siderurgică românească înregistrează rămâneri în urmă, atât în domeniile colectării, transportului și depozitării tuturor categoriilor de deșeuri, precum și în ceea ce privește soluțiile de valorificare prin reciclare sau/și utilizare a acestora. În siderurgia românească se acumulează o cantitate de deșeuri de aproximativ 900 kg/t oțel, având un grad de valorificare de cca. 40%.
Pe plan mondial, în combinatele integrate se acumulează aproximativ 450 – 500 kg subproduse pe tona de oțel brut din care 80% se valorifică. Din această cantitate, 375 kg/t reprezintă zgură și cca. 65 kg/t prafurile, șlamurile și țunderul. Din cantitatea totală de subproduse solide cea mai mare parte o reprezintă zgura, care este dirijată în principal în industria cimentului și pentru realibilitarea solurilor. În următoarele tabele și grafice sunt prezentate deșeurile rezultate la elaborarea oțelului și gradul lor de valorificare în diferite combinate siderurgice din lume.
Tabelul nr.1.3
Subproduse generate la producerea oțelului în cadrul companiei British Steel
Tabelul nr. 1.4
Cantități de deșeuri rezultate la VOEST Alpine Stahl AG Austria
Fig.1.4 Cantitățile de praf și șlam acumulate în siderurgia din Renania de Nord
Westphalia, Germania, [kg/t produs]
Fig.1.5 Surse de fier, SUA – 2000
Tabel nr.1.5
Cantitățile de deșeuri generate, conținutul de fier și barierele de reciclare
din siderurgia SUA, 2000
La Kawasaki Steel, Japonia, rezultă 6,8 milioane tone de subproduse în fiecare an, teoretic toate sunt reciclate. S-a ajuns la siderurgie cu „deșeuri zero” prin promovarea managementului în două direcții:
reciclarea în oțelărie a subproduselor generate în propria companie;
utilizarea efectivă a propriilor deșeuri ca resurse în societățile regionale prin dezvoltarea de noi tehnologii.
Astfel, s-a ajuns ca rata de reciclare să crească de la 94% în 1994 la 99,5% în 1997.
Fig.1.6 Subproduse generate la corporația Kawasaki Steel Japonia
Valorificarea prafului și șlamului de convertizor se realizează prin diferite procedee realizate de firme consacrate cum ar fi:
Voest Alpine Linz, Austria – sistem de colectare și brichetare a prafului de la oțelării de oxigen; procedeul Lurgi Thyssen – procedeu de purificare a gazelor de oțelărie; procedeul OG – de valorificare a șlamului de convertizor; tehnologia BAUMCO – sistem integrat de reciclare a prafului în/de convertizor cu desprăfuire umedă;
Yawata, Japonia – obținerea peletelor oxidate prin clorurare (în amestec cu praful de furnal);
INMETCO Ellwood City, SUA – procedeul INMETCO de producere a peletelor crude (în amestec cu țunder și zgură);
Midrex Corporation SUA și Kobe Steel Ltd Japonia – procedeele FASMET și FASTMELT;
Aichi Steel Works Ltd, Toyokin Co Ltd. și Toyota Motor Corp. – procedeul VHR (Vacuum Heating Reduction) încălzirea și reducerea în vid a prafului de oțelărie.
Valorificarea prafului și șlamului de convertizor în fluxuri integrate conduce la:
reducerea la sursă a efectelor proceselor industriale asupra mediului, reducerea poluanților la origine;
introducerea conceptelor integrate de valorificare și stocare a deșeurilor cu randamente mari de reciclare și utilizare (70 … 90%) a subproduselor ce conțin fier, carbon, oxizi, cu imobilizarea reziduurilor neutilizabile în condiții de siguranță.
Reciclarea subproduselor într-o uzină siderurgică integrată trebuie să aibă în vedere:
separarea zincului și plumbului din pulberile și șlamurile metalurgice la fel ca și din fierul vechi;
reciclarea deșeurilor în procesele siderurgiei primare: aglomerare, producerea fontei în furnal, elaborarea oțelului în convertizor.
CAPITOLUL 2
PROPRIETĂȚI FIZICO-CHIMICE ȘI MECANICE ALE PRAFULUI
ȘI ȘLAMULUI DE CONVERTIZOR
2.1. VAPORIZAREA ELEMENTELOR ÎN PROCESUL DE
INSUFLARE A OXIGENULUI ÎN CONVERTIZORUL L.D.
La elaborarea oțelului în convertizoare cu oxigen, în zona de impact a jetului de oxigen cu baia metalică, se creează o temperatură locală de cca. 3000°C. Ca urmare a obținerii acestor temperaturi înalte în această zonă, se depășesc temperaturile de fierbere ale elementelor componente ale băii metalice, determinând ca 0,6 ÷ 1,2% din încărcătura metalică să se volatilizeze sub forma unui fum de culoare roșiatică format din particule cu dimensiunile în jur de 1 m.
Fig.2.1 Dependența față de temperatură a presiunii de vapori pentru unele metale:
Pb, Mn, Cr, Sn, Cu, Si, Ni, Co, Ti
În figura 2.1 se prezintă dependența față de temperatură a presiunii de vapori pentru unele metale. Cu cât temperatura băii metalice în zona de impact a jetului este mai mare cu atât presiunile de vapori ale elementelor componente Mn, Cr, Cu, Si, Fe, Ni, Co, Ti sunt mai mari și emisia de gaze și vapori metalici este mai puternică (fig.2.1).
Vaporii de Fe, Si, Mn, Al sunt antrenați de destinderea bulelor de CO rezultate în urma procesului de decarburare a băii metalice. De asemenea, sub acțiunea bulelor de CO și a impactului jetului de oxigen cu suprafața emulsiei metal – zgură, are loc o antrenare a particulelor de dimensiuni foarte mici de materiale fondante, în special în perioada de formare a zgurii. La nivelul zonei de impact a jetului de oxigen, curentul ascendent de gaze are presiunea Pt corespunzătoare temperaturii T1, temperatură cu care intră amestecul de gaze-vapori în instalația de recuperare (cca.1923 K, 1650°C):
Pt = Pt1 + Pt2 (2.1)
Pt1 = PFe + PSi + PMn + PAl + PMg + … (2.2)
Pt2 = PCO + PCO2 + PO2 + PH2O + PH2 (2.3)
Datorită condițiilor oxidante din instalația de recuperare (exces de aer fals), vaporii elementelor se oxidează și condensează la temperatura T2 corespunzătoare punctului de rouă (fig.2.2), regăsindu-se în proporție de peste 98% în șlamul rezultat din instalația de epurare umedă.
Fig.2.2 Diagrama procesului de condensare a vaporilor unui amestec gazos
Dintre elementele vaporizate, Fe are o pondere importantă, influențând nivelul scoaterii de oțel.
În literatura de specialitate s-a demonstrat că viteza de vaporizare a Fe crește liniar în funcție de presiunea parțială a oxigenului în atmosfera convertizorului (fig.2.3), până la o valoare limită, de unde ea devine constantă, fierul acoperindu-se cu un strat de FeO (fig.2.4). Această viteză de vaporizare este maximă în vid și la suprafața băii metalice și scade pe măsură ce crește distanța (fig.2.5).
Fig. 2.3 Variația vitezei de vaporizare a fierului în funcție de
presiunea parțială a oxigenului
Fig. 2.4 Dispunerea stratului de FeO Fig.2.5 Variația vitezei de vaporizare a Fe în funcție
și a fluxurilor de Fe și oxigen în de distanța de la suprafața băii metalice
atmosfera convertizorului
De asemenea, s-a ajuns la concluzia că degajarea fumurilor este condiționată de conținutul de carbon al băii metalice, nivelul degajării scăzând puternic sub 2% C (fig.2.6).
Vaporizarea fierului este influențată de: atmosfera convertizorului; conținutul de carbon al fontei; viteza de decarburare; viteza jetului de oxigen.
Fig.2.6 Variația vitezei de vaporizare a Fe în funcție de conținutul de [C] al băii metalice
Influența atmosferei convertizorului asupra vaporizării elementelor
Pentru exemplificare se ia în considerație vaporizarea fierului deoarece el predomină cantitățiv în sistemul eterogen supus procesului.
Ca umare a suflării oxigenului, apare un contracurent de vapori de Fe (fig.2.4) care determină, la o distanță de la suprafața băii metalice, formarea prin interacțiune a unui strat de ceață de FeO. Admițând că la distanța se produce reacția:
{Fe} + ½ {O2} = {FeO}
rezultă:
FFe = – 2FO2 (2.4)
Conform legii I a lui Fick, fluxul de vapori de fier va fi dat de relația:
(2.5)
Înlocuind pe (2.4) în (2.5) se obține:
(2.6)
(2.7)
Rezultă:
(2.8)
unde:
FFe – fluxul de vapori de fier, [moli/m2•s]
C – concentrația molară a vaporilor de fier, [moli/m3]
(2.9)
DFe – coeficientul de difuzie al fierului în oxigen, [m/s]
X – fracția molară a fierului la distanța y = 0
X – fracția molară a fierului la distanța y =
VFe – volumul molar al fierului, [moli]
n – numărul de moli de fier care se vaporizează
PFe – presiunea vaporilor de fier.
În concluzie, fluxul de vapori de Fe este de două ori mai mare ca fluxul de oxigen și el este determinat în special de presiunea parțială a oxigenului, mărime ce caracterizează atmosfera convertizorului.
Influența conținutului de C din topitura supusă vaporizării
Se observă că la decarburarea unei băi metalice cu jet de oxigen suflat pe sus, conținutul de carbon are o influență puternică asupra procesului de vaporizare (fig.2.6). Astfel, la un conținut mai mic de 2%C, vaporizarea Fe devine mult mai slabă și tinde spre zero pe măsură ce conținutul de carbon al băii metalice scade. În practica industrială viteza medie de decarburare în convertizorul LD este de 10%C/h, la o adâncime a băii metalice de cca. 100 mm. Dispariția flăcării la gura convertizorului și observarea lăncii se realizează la un conținut de [C] în baia metalică de cca. 0,05%, când vaporizarea este minimă. De mare importanță în studierea procesului de vaporizare este determinarea conținutului critic de C, de la care vaporizarea începe să scadă. Pentru aceasta se aplică legea I a lui Fick la transportul [C] printr-un strat subțire de difuziune la interfața metal-gaz:
(2.10)
unde:
L – adâncimea pe care se realizează fierberea băii metalice
(în medie cca. 100 mm);
DC – coeficientul de difuzie a [C] în Fe, [3∙10-8 m2/s];
g0 – grosimea stratului limită de difuzie, [3∙10-5 m];
C0 – conținutul de carbon la interfață (cca. 0,03%);
Ccr – conținutul critic de [C] la care vaporizarea este redusă.
Înlocuindu-se în relația (2.10), se găsește Ccr = 0,31%C, ceea ce corespunde cu datele practice: 0,20 ÷ 0,40% C.
Influența vitezei jetului de oxigen
În fig.2.7 s-a trasat variația vitezei jetului de oxigen în funcție de conținutul de [C] al băii metalice. Dacă viteza oxigenului este superioară valorii date de această curbă, pentru toate conținuturile de C, degajarea vaporilor este slabă. În cazul în care viteza jetului de oxigen este inferioară valorii critice, Fe se vaporizează la o viteză apropiată de valoarea sa maximă:
(2.11)
unde:
– viteza jetului de oxigen;
[C]2 – concentrația carbonului în baia metalică;
K – constanta de proporționalitate.
Relația (2.11) s-a stabilit pe baza relației:
2 (2.12)
unde:
fluxul de oxigen;
fluxul de CO2;
FC – fluxul de C.
Relația se obține din reacția:
{CO} + {O2} {CO2}
când degajarea vaporilor încetează.
Domeniul de deasupra curbei (fig.2.7) corespunde situației în care elaborarea decurge cu degajări minime de gaze brun-roșcate, iar domeniul de sub curbă situației în care elaborarea decurge cu degajări maxime. Se desprinde concluzia că la decarburarea fontei prin suflare de oxigen pe la partea superioară, pentru a obține o vaporizare redusă este nevoie ca viteza oxigenului la ieșirea din ajutajul lăncii să fie cât mai ridicată atunci când baia metalică are conținuturi mari de C.
Pe măsură ce decarburarea avansează trebuie să se mențină oxidarea Fe la o valoare minimă pentru a suprima formarea fumurilor.
Fig.2.7 Variația vitezei jetului de oxigen la ieșirea din lance
în funcție de conținutul de carbon al băii metalice
2.2. CARACTERIZAREA ȘLAMULUI ȘI PRAFULUI REZULTATE ÎN PROCESUL DE ELABORARE A OȚELULUI ÎN CONVERTIZOARE LD
Praful și șlamul de convertizor prezintă o mare variație a compoziției chimice (tabelul 2.1). Dacă se utilizează proporții mari de deșeuri de tablă galvanizată în încărcăturile convertizoarelor, conținutul de zinc din șlam va crește.
Tabel nr.2.1
Compoziția chimică medie a prafului de convertizor, [%]
În tabelele 2.2 și 2.3 sunt prezentate compoziția chimică și distribuția granulometrică a șlamului de convertizor la nivelul anului 2002:
Tabel nr.2.2
Compoziția chimică a șlamului de convertizor, [%]
Umiditate: 67%
Tabel nr.2.3
Distribuția granulometrică a șlamului de oțelărie, [%]
La nivelul anului 2004 șlamul de oțelărie prezintă următoarele caracteristici:
Tabel nr.2.4
Compoziția chimică medie a șlamului de oțelărie în anul 2004, %
Tabel nr.2.5
Distribuția granulometrică medie a șlamului de oțelărie în anul 2004, %
Înainte de a fi introdus în șarja de aglomerare, șlamul de oțelărie este verificat din punct de vedere al compoziției chimice. În tabelul 2.6 se prezintă ultimele analize chimice ale șlamului de oțelărie (cantitativ – sub 1% din șarja de aglomerare).
Tabelul 2.6
Compoziția chimică a șlamului de oțelărie introdus în șarja de aglomerare, %
În tabelul 2.7 se prezintă compoziția chimică a șlamului Mălina, ultima analiză din anul 2005, ce intră în șarja de aglomerare într-o proporție nesemnificativă (sub 0,1%).
Tabelul 2.7
Compoziția chimică a șlamului Mălina, %
CAPITOLUL 3
TEHNOLOGII DE VALORIFICARE A DEȘEURILOR REZULTATE
LA ELABORAREA OȚELULUI ÎN CONVERTIZOARE LD
3.1. CLASIFICARE TEHNOLOGII DE VALORIFICARE
Prelucrarea deșeurilor este un complex amplu de operații tehnologice – preparare mecanică – și termice – preparare termică – pentru aducerea acestora într-o formă care să permită valorificarea lor rațională. Alegerea tehnologiilor de preparare a deșeurilor este determinată de compoziția lor chimică, de forma sub care se află elementele utile sau dăunătoare și de particularitățile proprietăților fizice ale acestora (în special cele granulometrice).
Complexitatea proprietăților deșeurilor nu permite prepararea lor prîntr-o singură operație. Transformarea deșeurilor în subsproduse sau materii prime pentru industria siderurgică sau alte industrii are loc prîntr-o succesiune de operații metalurgice și procese ce se constituie în fluxuri tehnologice de prelucrare.
Operațiile de preparare a deșeurilor se realizează prin:
metode fizico-mecanice fără transformări chimice sau structurale;
metode fizico-chimice cu transformări chimice și structurale.
Din punct de vedere al scopului urmărit, operațiile de preparare se clasifică în:
operații de modificare sau îmbunătățire a granulației materialelor:
sfărâmarea prin care se realizează reducerea dimensiunilor materialelor;
clasarea prin care se realizează separarea materialelor pe clase cuprinse între anumite dimensiuni;
transformarea în bucăți a materialelor fine ce se realizează mecanic – brichetare, peletizare – și termic – aglomerare-sinterizare;
operații auxiliare: eliminarea apei (mecanic – deșlamare, îngroșare, filtrare sau termic – uscare), desprăfuirea aerului sau gazelor, amestecarea și omogenizarea, transportul, depozitarea, evacuarea apelor.
Deșeurile sunt preparate pentru a elimina din ele anumite substanțe sau elemente dăunătoare (plumb sau zinc din materialele feroase, uleiuri din țunder etc.).
Tehnologiile de valorificare a deșeurilor pot fi clasificare, în funcție de metoda folosită, astfel:
procedee pirometalurgice;
procedee hidrometalurgice;
procedee de neutralizare.
Procedeele pirometalurgice de valorificare se clasifică, în funcție de agregatul principal din fluxul tehnologic, astfel:
valorificare în cuptor rotativ;
valorificare în cuptor cu vatră rotativă;
valorificare în cuptor cu cuvă înaltă;
valorificare în cuptor cu vetre multietajate;
valorificare în cuptor – tunel cu contracurent;
valorificare în cuptor de topire cu jet de plasmă.
Procedeele hidrometalurgice se bazează pe:
utilizarea acidului sulfuric;
leșierea alcalină;
leșierea în soluții de cloruri amoniacale sau cloruri alcaline.
Valorificarea deșeurilor se poate realiza în:
fluxuri autonome;
fluxuri integrate.
Tendința, pe plan mondial, este de a se utiliza fluxuri integrate de valorificare a deșeurilor rezultate. De aceea este necesar să fie promovate tehnologii care să asigure:
gestionarea riguroasă a deșeurilor;
depozitarea controlată a tuturor categoriilor de deșeuri;
reducerea la sursă a cantității și nocivității deșeurilor produse;
reciclarea cât avansată a deșeurilor rezultate prin reintroducerea lor în diverse etape ale fluxului tehnologic, asigurându-se astfel protejarea resurselor naturale de materii prime;
creșterea gradului de utilizare a deșeurilor prin transformarea lor în materii prime pentru alte industrii.
3.2. PROCEDEE DE VALORIFICARE PRIN BRICHETARE
Brichetarea realizează comprimarea materialelor fine (până la 3 ÷ 5 mm sau 6 ÷ 10 mm) în forme geometrice, cu sau fără liant, sub acțiunea unor forțe exterioare mari (50 ÷ 100×105 N/m2 – pentru brichetarea fără liant).
Brichetarea constă în prepararea, amestecarea și omogenizarea deșeurilor cu liantul, pentru asigurarea granulației și umidității optime, presarea amestecului, întărirea, transportul și depozitarea brichetelor. Amestecarea și omogenizarea se realizează în tobe de amestec, amestecătoare cu melc, malaxoare cu palete. Presarea se efectuează în prese cu cilindri rotativi și prese cu piston. Consolidarea brichetelor se realizează prin răcire sau sinterizare.
3.2.1. INSTALAȚIA DE LA VOEST
ALPINE LINZ AUSTRIA
Instalația de la Voest Alpine Linz Austria este utilizată pentru valorificarea prafului de convertizor.
Fig.3.1 Schema sistemului de colectare și brichetare
la cald a prafului de oțelărie de la Voest
Alpine Linz Austria
Are în componență un reactor tip tambur pentru fluidizarea particulelor de praf încălzit până la 570°C (pentru oxidarea fierului) Praful este brichetat și reintrodus în procesul de elaborare a oțelului sau fontei. Instalația brichetează aproximativ 8 t praf/h (60% praf grosier, 40% praf fin), la o temperatură de 600÷700°C, în atmosferă inertă (N2), fără utilizare de liant. Brichetele obținute au un grad ridicat de metalizare și pot fi încărcare în convertizor ca înlocuitor al fierului vechi. Plumbul și zincul se concentrează în praful colectat, concentrația lor crescând de la 2% la peste 20%. Atunci când conținutul de plumb și zinc este mare (> 20%) praful este dirijat spre metalurgia neferoasă ca materie primă secundară. Instalația de la Voest Alpine Linz este cuplată cu o instalație de captare a gazului de convertizor care asigură atât răcirea cât și epurarea acestuia. Procedeul de captare, denumit procedeul Lurgi Thyssen – LT, permite utilizarea ulterioară a acestui gaz bogat în CO de către alți consumatori. Procedeul LT include un precipitator electrostatic de tip uscat care este legat direct la instalația de brichetare la cald. Gazele colectate sunt supuse unei epurări primare umede, de aici rezultând praful grosier și unei epurări secundare în electrofiltru, de unde rezultă praful fin. Prafurile sunt colectate și stocare în buncăre. Cantitatea totală de praf recuperată este de 15 ÷ 20 kg/t oțel, din care se colectează cca. 40% la epurarea umedă și 60% în electrofiltre.
Beneficiile instalațiile:
tehnologie unică în lume cu ajutorul căreia emisia de praf se situează sub 10 mg/Nm3;
fără tratament ape uzate;
micșorarea consumului de energie cu 50% față de sistemul umed;
reutilizarea în proporție cca. 100% a prafului prin brichetare la cald;
reutilizarea CO în cantitate de 80 ÷100 Nm3/t oțel.
3.2.2. PROCEDEUL OG
Se apreciază că peste 90% din sistemele de desprăfuire ale convertizoarelor din întreaga lume sunt de tip umed. Pentru șlamul de convertizor, la Voest Alpine Stahl Linz funcționează din anul 1990 o instalație de procesare și reciclare.
Etapele procedeului sunt:
acumularea șlamului de convertizor într-un bazin de sedimentare;
extragerea apei din șlam prîntr-o presă cu filtru sau într-o centrifugă;
aglomerarea șlamului cu CaO pentru obținerea unor granule brute;
uscarea șlamului granulat (conținutul de apă este redus la mai puțin de 5%, într-un cuptor de uscare sau într-o unitate de separare termică în care metalele neferoase (Pb, Zn) și alcaline sunt volatilizate și dirijate spre alte sisteme de valorificare din metalurgia neferoasă;
reintroducerea în șarja de convertizor a materialului granular cu conținut scăzut de zinc și plumb.
Fig.3.2 Schema procedeului OG
3.3. PROCEDEE PIROMETALURGICE DE VALORIFICARE
3.3.1 PROCEDEU DE VALORIFICARE ÎN CUPTOR CU VATRĂ
ROTATIVĂ – PROCEDEUL FASTMELT / FASTMET
Procedeul a fost dezvoltat de Midex Corporation SUA și Kobe Steel Ltd. Japonia și constă în obținerea unui produs rezultat din reducere directă – DRI, cu conținut ridicat de carbon ce poate fi utilizat în continuare pentru elaborarea unei fontei cu 2÷3% C, în cuptor electric. Instalația pilot cuprinde un cuptor de topire-reducere cu vatră rotativă (RHF) având diametrul vetrei de 8,5 m. Temperatura utilizată: 1300 ÷ 1350°C; timp de menținere: 12 min. A rezultat un burete de fier evacuat la 1000°C, cu compoziția chimică prezentată în tabelul nr.3.1 și un gaz din care se separă, în instalațiile de epurare, praful secundar cu conținut ridicat de zinc.
Tabelul nr.3.1
Compoziția chimică a produsului DRI, [%]
Procedeul FASTMET transformă încărcătura – oxizi de fier și/sau deșeuri metalice pulverulmente cu conținut de fier ridicat utilizând, dacă este necesar, cărbune pulverulent sau alte materiale cu conținut de carbon, ca reducător – într-un produs care poate fi răcit și stocat sau încărcat direct în cuptorul electric de topire (EIF) pentru a se obține produsul FASTIRON.
Brichetele plasate într-un singur strat pe vatra cuptorului cu vatră rotativă (RHF), sunt încălzite la 1350°C. Oxizii de fier sunt reduși de carbonul fix al reducătorului, din proces rezultând CO și CO2. O parte din carbonul reducătorului se dizolvă în fierul lichid formând Fe3C. Reducerea rapidă a oxizilor este datorată temperaturilor ridicate, transferul ridicat de căldură și contactul direct între carbon și oxizii de fier din încărcătură. Căldura fizică a gazului evacuat din cuptor este valorificată la preîncălzirea aerului de combustie în cuptorul RHF. Din gazul epurat se separă un praf secundar cu conținut ridicat de zinc care poate fi valorificat în industria zincului.
PROCEDEU DE VALORIFICARE ÎN CUPTOR-TUNEL
CU CONTRACURENT
Procedeul este folosit în USA, Marea Britanie, Canada, Germania și este destinat valorificării prafului de oțelărie cu conținut ridicat de plumb, cadmiu și zinc. Aceste elemente sunt separate prin volatilizare, recondensare și colectate din gazele evacuate din cuptor. Randamentul de recuperare a zincului depășește 97%. Din materialul inert rămas, bogat în fier, în amestec cu argilă pot fi fabricate cărămizi utilizate în construcții. Instalația din Ohio, SUA, poate procesa 30 t/h.
Fluxul tehnologic al procedeului constă în:
transportul prafului colectat pe cale pneumatică și depozitarea lui în silozuri speciale;
prelucrarea prafului în amestec cu cocs și apă sub forma unor brichete;
încărcarea brichetelor obținute în cuptorul tunel și încălzirea lor mai mult de 3 zile la temperaturi de 1050°C, pentru evaporarea zincului și a celorlalte metale grele;
oxidarea zincului sub formă de vapori și recondensarea în zona de răcire a cuptorului;
separarea oxidului de zinc antrenat de gazele evacuate din cuptor în instalațiile de epurare;
amestecarea materialului calcinat rămas după separarea elementelor volatile cu 30 ÷ 40% și fabricarea cărămizilor ce pot fi utilizate în construcții.
3.4. FLUXURI INTEGRATE DE VALORIFICARE A DEȘEURILOR
Deșeurile recuperate din gazele captate în oțelării cu convertizoare LD conțin între 40÷60% fier. Aceste deșeuri mai conțin carbon și oxizi de calciu care cresc eficiența economică a procesului. Mai mult acești oxizi determină răcirea băii metalice fiind capabili să înlocuiască într-o mare măsură fierul vechi și minereurile de fier din încărcătură.
Pulberile separate (cca. 15 ÷ 20 kg/t oțel) care constau în principal din oxizi de fier, mai conțin oxizi de zinc și plumb. Praful este supus întâi operației de brichetare la cald. Reciclarea separată a prafului în convertizor are efecte nefavorabile asupra zidăriei refractare a convertizorului (lipituri ale oxidului de zinc) sau sistemului de răcire a gazelor captate. Conținutul de zinc poate fi permanent controlat cu ajutorul unui spectrometru cu laser – sistem realizat de VAI Linz Austria. Atunci când valoarea conținutului de zinc depășește o anumită limită (> 20%) praful este dirijat în afara fluxului principal spre un flux secundar de îmbogățire (până la 60% Zn) prin procedee pirometalurgice.
Variantele fluxurilor integrate sunt adaptate metodelor utilizate pentru desprăfuirea gazelor captate la convertizor care pot fi uscate sau umede.
Fig.3.3 Schema sistemului integrat de reciclare a prafului în/de
convertizor cu desprăfuire uscată
Deoarece la scară mondială doar 10% din convertizoare sunt echipate cu sisteme de desprăfuire uscată, s-a dezvoltat un sistem adaptat desprăfuirii umede. Varianta VAI propune utilizarea unor sisteme de desprăfuire bazate pe tehnologia BAUMCO – desprăfuire umedă cu două etaje care utilizează un sistem optimizat Venturi.
Fig.3.4 Schema sistemului integrat de reciclare a prafului în/de
convertizor cu desprăfuire umedă
CAPITOLUL 4
CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND EPURAREA UMEDĂ A GAZELOR REZULTATE DIN PROCESUL DE ELABORARE A OȚELULUI ÎN CONVERTIZOARE LD
4.1. PREZENTAREA ACTIVITĂȚII DE CERCETARE
În cadrul experimentărilor s-a urmărit desfășurarea procesului tehnologic la un grup de 12 șarje elaborate în cadrul OLD1 – SC Mittal Steel SA. S-au prelevat probe de șlam de la pâlnia de șlam din 2 în 2 minute, pe toată durata insuflării cu oxigen. Probele au fost analizate din punct de vedere al compoziției chimice și al cantității de substanță uscată.
Analizele de laborator au fost efectuate conform STAS-urilor analizelor pentru minereuri de fier.
4.2. PREZENTAREA REZULTATELOR CERCETĂRII
Pentru fiecare șarjă a fost întocmită o fișă tehnologică ce cuprinde cei mai importanți parametri ce au influență asupra degajării fumurilor roșii.
Datele tehnologice din fișele șarjelor au fost grupate într-o bază de date prezentată în tabelul nr.4.1.
CAPITOLUL 5
STUDIU DE IMPACT ASUPRA MEDIULUI PRIVIND
ȘLAMUL REZULTAT LA ELABORAREA OȚELULUI ÎN CONVERTIZOARE LD
Amplasament, adresă:
SC MITTAL STEEL SA Galați este amplasat pe platforma Smârdan (strada Smârdan nr.1), la 3 km vest de Municipiul Galați.
Obiectivele studiului de impact asupra mediului au în vedere stabilirea:
modului de amplasare a obiectivului în mediu;
modificărilor posibile pozitive sau negative ce pot interveni în calitatea factorilor de mediu prin derularea activității din cadrul Uzinei Cocsochimice;
nivelului de afectare a factorilor de mediu și a sănătății populației (personalului de lucru) și a riscului declanșării unor accidente sau avarii cu impact major asupra mediului;
măsurilor ce pot fi luate pentru a se asigura protecția mediului;
posibilităților de acceptare sau nu a activității.
Descriere activitate
Înființat în 1961, complex industrial cu o suprafață de 1.594 ha înglobează cea mai mare pondere a forței de muncă gălățene. Din noiembrie 2001 pachetul de acțiuni majoritar al SC SIDEX SA Galați a fost preluat de grupul ISPAT. Acest combinat este cel mai mare producător de oțel din România și al doilea ca mărime din Europa Centrală și de Est. MITTAL STEEL este un combinat siderurgic complet integrat, situat în partea vestică a orașului, care produce în primul rând produse plate (tablă groasă, tablă zincată, bandă laminată la cald și rece), țagle și blumuri de relaminare, precum și țevi sudate de mare diametru, având o capacitate proiectată de aproximativ 10 milioane tone, ceea ce reprezintă 70% din producția națională de oțel și 95% din cea de laminate plate.
MITTAL STEEL SA domină piața internă, având un segment estimat de 95% pe piața producătorilor finali interni și realizează exporturi importante, ce se situează la 55% din cifra de afaceri. Activitatea MITTAL STEEL reprezintă aproximativ 5% din produsul intern brut al României, iar 25% din produsul intern brut la țării este direct sau indirect afectat de MITTAL STEEL. Datorită volumului activității sale, MITTAL STEEL poate transmite pe orizontală efecte negative sau pozitive importante.
Sistemul integrat de elaborare a oțelului este, din punct de vedere energetic, foarte eficient, dar presupune și existența a numeroase surse de poluare, în special a aerului. După natura proceselor tehnologice desfășurate, sursele de poluare din MITTAL STEEL SA Galați se împart în:
surse ce emit poluanți ca urmare a proceselor de ardere;
surse ce emit pulberi de diverse compoziții provenite din transportul și procesarea materiilor prime.
Societatea Comercială MITTAL STEEL S.A. are în componență 4 sectoare tehnologice principale ce sunt prezentate în ordinea fluxului de producție:
Uzina Cocsochimică (U.C.C.);
Uzina Aglomerare – Furnale (U.A.F.);
Uzina Oțelării – Refractare (U.O.R.);
Uzina Laminate Plate U.L.P.
Uzina Oțelării Refractare din cadrul SC MITTAL STEEL GALAȚI este, în momentul de față, compusă din 2 oțelării (OLD 1 și OLD 3) cu convertizoare (fiecare cu câte 3 convertizoare), o turnare continuă cu 4 mașini de turnare pentru producerea de sleb și o turnare continuă cu 3 mașini de turnare pentru producerea blumului. De asemenea, U.O.R. cuprinde și Secția de Prelucrări Deșeuri Metalice ce are legătură pe calea ferată cu ajustajele tuturor laminoarelor, 2 fabrici de var și una de producere a materialelor refractare (blocuri dolomitice, dolomită sinterizată). Procesul tehnologic constă în principal din elaborarea și turnarea continuă sau în lingouri a oțelului, producerea de var, refractare și pregătirea fierului vechi.
Producție oțel în anul 2004: 4.700.000 t .
Producție oțel în trimestrul I 2005: 1.270.000 t.
Consumuri energetice – anul 2004 – pentru OLD 1:
Consumuri energetice – trim.I anul 2005 – pentru OLD 1:
MITTAL STEEL este un mare consumator, dar și producător de utilități.
Apa industrială se asigură în principal din fluviul Dunărea având drept rezervă râul Siret. Apa potabilă necesară pentru consumul intern este prelucrată de uzina proprie de apă potabilă. Apa uzată și cea pluvială se evacuează prin 8 colectoare în iazurile decantoare Cătușa și Mălina și în final în râul Siret. Apa menajeră se evacuează prîntr-o canalizație separată în stația centrală a orașului Galați.
Energia electrică se preia în principal din sistemul național prin 3 stații de conexiune și transformare de 400/100 kV și 220/110 kV.
Gazele naturale (gaz metan) necesare se asigură din sistemul național prin Stația Regională Movileni. Drept combustibil se folosesc și gazele reziduale rezultate la producerea fontei și a cocsului. Gazul de furnal (rezultat la producerea fontei) are o putere calorifică de 800 kcal/Nm3 și este produs de cele 4 furnale în funcțiune, iar gazul de cocs (rezultat la producerea cocsului) are o putere calorifică de 4000 kcal/Nm3 și este produs de cele 6 baterii de cocsificare aflate în funcțiune.
Energia termică necesară proceselor tehnologice și pentru încălzire este produsă în Centrala Termică de suflante și în cazanele recuperatoare de la instalațiile de stingere uscată a cocsului, de la convertizoarele din oțelării și de la cuptoarele din laminoare. Aburul necesar acționării turboexhaustoarelor de gaz de cocs la cocserie și pentru tratarea în vid a oțelului se cmpără de la RENEL CET. Celelalte utilități necesare proceselor tehnologice (aer comprimat, oxigen, azot, argon) sunt produse în unități ale MITTAL STEEL aflate în componența sa.
Detalii de amplasament
SC MITTAL STEEL SA Galați este amplasat pe platforma Smârdan, la 3 km vest de Municipiul Galați, având o suprafață efectivă de 1.594 ha.
Rețeaua de control a poluării de impact din Galați, mai precis punctele de prelevare a probelor (monitorizarea permanentă a poluanților gazoși; NO2, NH3,SO2, C6H5-OH; precipitațiilor atmosferice; pulberilor în suspensie; pulberi sedimentabile) prezintă următoarele amplasamente față de MITTAL STEEL:
S.C. AGROMEC S.A. Șendreni – Galați, amplasat la 2 Km S-SV față de MITTAL STEEL (indicatori urmăriți: NO2, NH3, fenoli).
SEDIUL A.P.M. Galați – este situat la aprox. 5 Km Est de MITTAL STEEL, influențat în special când direcția vântului este de la Vest la Est (aprox 5,7% din timp). Indicatori urmăriți: NO2, NH3, fenoli, SO2, pulberi în suspensie.
S.C. ATLAS S.A. Galați este situat la cca. 1,5 Km N-NE de MITTAL STEEL. Se resimte influența MITTAL STEEL în zilele cu calm atmosferic și în cazurile în care vântul are direcția SV-NE (aprox. 14,8% din timp). Indicatori urmăriți: NO2, NH3, fenoli.
Funcționarea obiectivului
În secțiile productive ale MITTAL STEEL se lucrează 365 zile pe an, 7 zile pe săptămână, pe trei schimburi a 8 ore.
AMPLASAREA ÎN MEDIU
Poziția geografică a județului Galați
Județul Galați este situat în partea est-centrală a României, la confluența fluviului Dunărea cu două mari cursuri de apă, respectiv Siretul și Prutul. Teritoriul județului este limitat la nord de județul Vaslui, la vest de județul Vrancea, la sud de județul Brăila, iar la est de frontiera cu Republica Moldova.
Suprafața județului este de 446.632 ha. (4.466 km2) reprezentând 1,9 % din suprafața tarii, cu o populație de 644.000 locuitori, densitate – 143,9 locuitori/km2.
Organizarea administrativă include patru localități urbane (Municipiile Galați și Tecuci, orașele Tg.Bujor și Berești) și 56 de comune cuprinzând 180 de sate.
Municipiul Galați este cel mai mare oraș port al Dunării maritime și se află situat la 80 de mile de Marea Neagra, la cca. 250 km de București și de orașele Iași, Ploiești, Constanța.
Relieful. Este format în cea mai mare parte de câmpie joasă ce urca ușor către nord, făcând trecerea către platoul și colinele Moldovei, altitudinile variind de la 5 – 10 m în sud (Valea Dunării și Valea Siretului) la 310 m în nord. Cele cinci unități de relief care se disting sunt: Podișul Covurluiului, Câmpia Tecuciului, Câmpia Covurluiului, Lunca Siretului Inferior și Lunca Prutului.
Clima. Clima specifică teritoriului este de tip temperat continentală, cu diferențe între zona de deal și cea de câmpie în funcție de unitățile de relief și orientarea rețelei hidrografice. Temperaturile medii anuale au valori mai mari în sud și scad spre nord. Verile sunt secetoase iar iernile aspre, cu viscole frecvente. Direcția dominanta a vântului este nord, nord-vest, nebulozitatea fiind accentuată. Datorita influențelor estice și a circulației maselor de aer dinspre vest și nord-vest, precipitațiile atmosferice înregistrează cele mai scăzute valori din țară. Media precipitațiilor anuale variază între 420 – 426 mm/m2.
Rețeaua hidrografică. Este bogată, trei dintre cele mai mari cursuri de apă din țară – Dunărea, Siretul și Prutul delimitează teritoriul județului Galați. La limitele dintre județele Galați și Tulcea, Dunărea colectează pe o distanță de 22 km apele râurilor Siret și Prut precum și afluenții lor. Siretul are afluent principal Bârladul, care colectează apele Covurluiului. Prutul adună apele Elanului și Horincei, iar în centrul județului, Geru, Suhurlui și Lozova sunt colectate de Bârlădel. În ultimii ani s-a constatat o diminuare a gradului de poluare a principalelor cursuri de apă, îndeosebi prin scăderea producției industriale în județele din nordul țării.
Principalele lacuri și bălți sunt:
pe râul Prut – Mata Rădeanu, Pochina, Sovârca, Măicaș, Vlădești, Vlăscuța, Cotul Chiului, Lacul Brates;
pe Dunăre – Zătun,
pe Siret – Potcoava, Tălăbasca, Mălina, Lozova, Cătuța, Făloaia.
Lacurile și bălțile amenajate în scop piscicol ocupa cca. 40% din suprafața totală a rețelei hidrografice. Apa subterană – este înmagazinată în roci poroase, în orizonturi de pietrișuri și nisipuri, prin infiltrarea apelor din precipitații și din apele de suprafață formându-se straturi acvifere întinse sau locale situate la adâncimi de 20-30 m către terasa Siretului, unde adâncimea acestuia descrește treptat. Apele freatice din podișul Covurluiului se localizează în depozite cuaternare, alcătuite din nisipuri cu intercalații argiloase pe alocuri sub forma de ape captive descendente. Pe interfluvii, mai cu seamă pe aceea sub forma de mari câmpuri, adâncimea apei freatice este de 10-30 m. Pânza de apă subterană își trădează prezența și pe platforma municipiului Galați, prin izvoare ce apar la diferite nivele între fluviul Dunăre și Lacul Brateș. Se remarca o creștere a nivelului hidrostatic cu o rată de 0,5-1 m/an, creând probleme deosebite în municipiul Galați.
Vegetația. Vegetația predominantă este cea de stepă și silvostepă. În Luncile Dunării și Siretului predomină crângurile de salcie și diverse specii de plante, iarba scăioasa, iarba vântului etc. În Podișul Covurluiului abundă vegetația forestieră, pădurile și fânețele. Vegetația lemnoasă de silvostepă este reprezentată de stejarul brumăriu, stejarul pufos, cer și garniță (specifică Podișului și Câmpiei Covurluiului). Județul dispune de condiții favorabile cultivării cerealelor, viței de vie, plantelor tehnice și pomilor fructiferi.
Fauna. Este specifică zonei de stepă și silvostepă, fiind bine reprezentată de rozătoare ca: hârciogul, popândăul, orbetele și numeroase specii de șoareci de câmp, iepuri. Păsările sunt reprezentate în special de potârniche, prepeliță, ciocârlie etc. Dintre animalele cele mai întâlnite sunt: șopârlele, șarpele colubar, șopârla de stepă. Pădurile seculare de la Adam, Buciumeni și Viile adăpostesc specii faunistice de interes cinegetic: mistrețul, vulpea, cerbul etc. Apele Siret, Prut și afluenții sunt populate de o bogată faună și floră acvatică.
Solul – Date geotehnice și procese geomorfologice. Solul este alcătuit până la adâncimea de 15–30 m din loessuri galbene cu intercalații de praf argilos. Ca urmare a ridicării nivelului apelor subterane, stratul de loess galben se află în diferite stări de umiditate.
Structura geologică. Din punct de vedere geologic, orașul Galați este așezat pe partea de sud a platformei moldovenești în zona în care ia contact cu platforma de tip nord-dobrogean. Cuvertura sedimentară ce acoperă solul rigid al platformei cu grosimi de peste 3.000 m este constituită din formațiuni paleozoice și neozoice.
Seismicitatea. Din punct de vedere tectonic, Municipiul Galați este situat la linia de factură tectonică Focșani – Nămoloasa – Galați, zonă în care se fac resimțite seismele produse în zona Vrancea și a căror ritmicitate este de aproximativ 30 ani cu o intensitate seismică ce corespunde gradului 8 pe scara Mercalli. În zonele cu teren aluvionar și nivel hidrostatic ridicat, coeficientul dinamic al construcțiilor se mărește, iar forțele seismice cu care se încarcă structura cresc până la nivelul corespunzător gradului 8,5 pe aceeași scară seismică.
Economia locală. Municipiul Galați, în trecut oraș cu vocație comercială internațională, prin care se tranzacționau cele mai diverse mărfuri pe calea apei, având ca destinație nu numai România dar și țările vecine României, a devenit în perioada anilor ‘60 un oraș puternic industrializat. În prezent, orașul este caracterizat de prezența dominantă a industriei metalurgice reprezentată de MITTAL STEEL, Laminorul de tablă și Fabrica de sârmă, cuie și lanțuri, dar și de industria navală – Șantierul Naval DAMEN, MENAROM, ELNAV și Institutul de cercetare și proiectare navală Galați – ICEPRONAV, și diverse întreprinderi din domeniul alimentar, textil, construcții, etc.
Ponderea principalelor activități industriale în volum total al producției se prezintă astfel:
Structura activităților industriale
O pondere ridicată în producția industrială a municipiului Galați o reprezintă producția pentru export, în special la produse siderurgice, vase maritime și fluviale, ulei combustibil, textile și confecții, accesorii metalice, confecții metalice și altele.
După cifra de afaceri a unităților industriale orientarea este următoarea:
Oportunitățile de dezvoltare ale orașului constau în încurajarea sectoarelor tradiționale și profitabile, precum și a unor noi ramuri, între care, cu precădere, dezvoltarea sectorului terțiar.
SURSE DE POLUANȚI ȘI PROTECȚIA FACTORILOR DE MEDIU
Diagrama de flux pentru fabricarea oțelului
Definirea subsistemului analizat se face prin trasarea diagramei de flux, diagramă ce constituie o reprezentare grafică a tuturor proceselor implicate în analiza de impact asupra mediului înconjurător.
Diagrama de flux este compusă dîntr-o secvență de procese (reprezentate prin căsuțe), legate între ele prin fluxul de materiale (reprezentat prin săgeți). Scopul acestei reprezentări este acela de a furniza o privire de ansamblu asupra procesului analizat. De aceea trebuie tratate procesele cele mai semnificative și implicațiile lor majore asupra mediului.
Generalități privind emisiile de poluanți
POLUAREA ATOMOSFERICĂ. Poluarea atmosferică reprezintă contaminarea atmosferei cu deșeuri gazoase, lichide sau solide sau cu produse care pot periclita sănătatea oamenilor, a animalelor și a plantelor.
Cauzele poluării atmosferice și principalii poluanți
În fiecare an dezvoltarea industriei generează miliarde de tone de materiale poluante care sunt eliberate în atmosferă
Poluanții primari sunt emanați direct în atmosferă, de exemplu dioxidul de sulf, particulele de funingine și oxizii de azot. Poluanții secundari sunt produși prin reacții intre poluanții primari.
Monoxidul de carbon (CO). Toate materiile primare energetice folosite pentru combustie contin carbon sub formă de combinații chimice, care se oxidează, transfor- mându-se în gaz carbonic (CO2) sau în oxid de carbon (CO) dacă combustia este incompletă.
Monoxidul de carbon se formează în mod natural în metabolismul microorganismelor și în cel al anumitor plante; este un compus al gazului natural. El se răspândește în atmosferă sau se formează în stratosferă sub efectul razelor UV. 67% din CO provine de la vehicule, combustia nefiind completă decât dacă motoarele merg în plină viteză.
Monoxidul de carbon este un gaz toxic pentru oameni și animale. El pătrunde în organism prin plămâni și blochează fixarea oxigenului prin atomul central de Fe al hemoglobinei (HbCO): puterea sa de fixare este de 240 de ori mai importantă decât cel al oxigenului. Nivelul de otrăvire depinde de saturația sangvină, de cantitatea de CO din aer și de volumul respirat.
Gazul carbonic (CO2), cel mai important din ciclul carbonului, în cantități mici este inofensiv și aduce Carbonul necesar fotosintezei. CO2, sub formă de vapori de apă, lasă să treacă undele scurte ale radiației solare în atmosferă și absoarbe undele lungi ale radiațiilor Pămantului, ceea ce provoacă o reîncălzire a aerului, efectul de seră. Pe Venus, într-o atmosferă foarte bogată în CO2, temperatura atinge 470° C.
Dioxidul de sulf (SO2) este un compus oxigenat al sulfului. Este un gaz incolor, cu miros înăbușitor și pătrunzător. Rezultă, în principal, în urma arderii carburanților: cărbuni și petrol. Sursele de poluare sunt clasificate în:
surse staționare: centrale termoelectrice, care ard combustibili precum păcura sau cărbune, a căror emisii reprezintă cca. 67% din totalul emisiilor de SO2; procese industriale ca cele folosite în rafinăriile de petrol, oțelării, turnătorii, fabrici chimice, procese care nu folosesc drept combustibili păcura sau cărbune, cuptoare casnice, în total emisiile de SO2 reprezintă 28 ÷ 30%;
surse mobile cu emisii ce reprezintă cca. 4%.
Cantități importante de SO2 conduc la amplificarea efectului bolilor respiratorii cronice. Combinându-se cu vaporii de apă din atmosferă formează acid sulfuric care, la rândul lui, contribuie în mod hotărâtor la formarea ploilor acide (depuneri de acid).
Soluția radicală, de ameliorare a calității mediului, constă în instalarea de scrubere imediat în vecinătatea punctului de colectare a emisiilor, convertindu-le în acid sulfuric.
Oxizii de azot (NOx) sunt compuși ai azotului cu oxigenul. Dintre aceștia trebuie avuți în vedere în special oxidul de azot (NO), gaz incolor, care rezultă din combinarea directă a azotului cu oxigenul, la temperaturi foarte înalte și dioxidul de azot (NO2), gaz de culoare brună, rezultat din oxidul de azot care, în contact cu aerul, trece în dioxid de azot.
Poluanții principali provin de la arderea cărbunilor, păcurii, gazelor naturale, lemnului. Cantități mici de NO2 (1-2%) provin de la arderea gunoaielor menajere sau industriale.
Emisiile de NOx prejudiciază sănătatea umană prin afecțiuni asupra plămânilor și a căilor respiratorii. Reducerea emisiilor se realizează cu ajutorul convertizoarelor catalitice, procentul de reducere fiind de 90%.
Hidrogenul sulfurat (H2S) sau acidul sulfhidric este un gaz incolor, cu miros caracteristic neplăcut (de ouă stricate), toxic, solubil în apă, perceptibil în cantități și concentrații foarte mici. Este un agent reducător puternic, arde în aer cu flacără albastră, rezultând dioxid de sulf și apă.
Respirat în concentrații mari el provoacă moartea, prin formarea unei combinații cu hemoglobina și prin paralizia centrului nervos care comandă respirația. În concentrație mică este mai puțin periculos, organismul uman fiind capabil de descompunerea unor cantități limitate de hidrogen sulfurat, absorbite în unitatea de timp. Ameliorarea mediului poate fi realizată numai prin reținerea hidrogenului sulfurat și a sulfurilor solubile.
Pulberi sedimentabile și în suspensie. Pulberile sedimentabile sunt “pulberi de dimensiuni și densități care le favorizează depunerea conform legii gravitației”. Pulberile în suspensie sunt pulberi ce rămân în aer timp îndelungat. Aerosolii reprezintă “sisteme compuse din particule fine solide sau lichide (sub 100 microni), dispersate într-un gaz”. Fumul reprezintă “aerosoli vizibili, formați din particule fine solide, provenind din combustibili sau din diferite procese tehnologice”.
Pulberile, praful, aerosolii și fumul pot, în principal, pe termen scurt sau lung, să aibă efecte negative asupra mediului, respectiv asupra sănătății umane. Efectele contau în iritarea ochilor, a gâtului și reducerea rezistenței la infecții, cauza unor boli cronice ale organelor respective. O măsură eficace de ameliorare a mediului constă într-un control permanent și riguros al pulberilor la locul de producere a lor, cât și la distanțe mai mari.
Surse industriale de poluare cu praf, fum și cenușă
POLUAREA APEI. Poluarea apei reprezintă contaminarea izvoarelor, lacurilor, apelor subterane, a mărilor și oceanelor cu substanțe dăunatoare mediului înconjurator.
Apa este elementul care întreține viața pe Pământ. Toate organismele o conțin; unele trăiesc în ea, altele o consumă. Plantele și animalele au nevoie de apă pură, și nu pot supraviețui dacă apa este infectată cu chimicale toxice care dăunează microorganismelor. Dacă este extrem de gravă, poluarea apei poate ucide un număr mare de pești, păsări și alte animale, iar în unele cazuri poate ucide toți membrii speciei din zona afectată. Poluarea face ca pârâurile, lacurile și toate acumulările de apă să aibă un aspect și un miros neplăcut. Nu este recomandat să se consume peștele și crustaceele care trăiesc în apa infestată. Oamenii care beau apă poluată se pot îmbolnavi grav, iar expunerea îndelungată poate produce cancer iar la femei pot apărea sarcini cu probleme. Principalii poluanți sunt materialele chimice, biologice sau fizice care degradează calitatea apei. Poluanții au diferite acțiuni:
Metalele. Metale precum cuprul, plumbul, mercurul, seleniul ajung în apă din mai multe surse, inclusiv industria automobilelor, mine și chiar sol. Asemenea pesticidelor metalele devin din ce în ce mai concentrate pe masura ce sunt consumate prin intermediul hranei de catre animale, care la rândul lor sunt consumate de către alte animale, și așa mai departe, până când ajung la nivele înalte ale lanțului trofic devenind extrem de toxice. În cantități mari sunt otrăvitoare, și pot da naștere unor boli grave. Cadmiu, provine din îngrășăminte, recoltele tratate cu astfel de îngrășăminte și consumate în cantități mari de către oameni pot produce diaree și în timp pot afecta rinichii și ficatul. Plumbul poate ajunge și el în apa fie prin intermediul unor scurgeri din conducte fie pentru ca intra în componența unor sisteme de apa mai vechi. La copii, plumbul poate produce boli mentale.
Deșeurile. Deșeurile cele mai periculoase sunt deseurile chimice care pot fi toxice (otravitoare), reactive (capabile sa produca gaze toxice sau explozive) sau infamabile.
Daca nu sunt tratate și depozitate cu grijă aceste deseuri pot polua sursele de apa cele mai aproape de locul depozitarii. Chimicale folosite în industria echipamentelor electrice, pot ajunge în mediu prin deversări și pot atinge niveluri toxice foarte ridicate prin intermediul lanțului trofic.
Poluarea termică. Apa este deseori luata din rauri, lacuri, oceane sau mari pentru a fi folosita drept racitor în fabrici și centrale și apoi este adusa inapoi la sursa mai calda decât atunci cand a fost luata. Insă chiar și cele mai mici schimbări de temperatură în apa vor îndepărta speciile care viețuiau acolo și vor atrage specii noi. Poluarea termală poate grăbi procesul biologic la plante și animale sau poate reduce cantitatea de oxigen din apă. Rezultatul poate fi moartea speciilor care nu sunt adaptate vieții în ape calde sau, în cazul râurilor, poate duce la dispariția vegetației din zona poluată.
POLUAREA SOLULUI. Poluarea solului reprezintă contaminarea prin diferite surse a scoarței terestre cu substanțe dăunătoare mediului înconjurător.
Solul poate fi poluat:
direct prin deversări de deșeuri pe terenuri urbane sau rurale sau din îngrășăminte și pesticide aruncate pe terenurile agricole ;
indirect, prin depunerea agenților poluanți ejectați inițial în atmosferă, apa ploilor contaminate cu agenti poluanți "spălați" din atmosferă, transportul agenților poluanți de către vânt de pe un loc pe altul, infiltrarea prin sol a apelor contaminate.
În ceea ce privește poluarea prin intermediul agenților poluanți din atmosferă, se observă anumite particularități. Spre exemplu, ca regulă generală, solurile cele mai contaminate se vor afla în preajma surselor de poluare. Pe măsură, însă, ce înălțimea coșurilor de evacuare a gazelor contaminate crește, contaminarea terenului din imediata apropiere a sursei de poluare va scădea ca nivel de contaminare dar regiunea contaminată se va extinde în suprafață.
Nivelul contaminării solului depinde și de regimul ploilor. Acestea spală în general atmosfera de agenții poluanți și îi depun pe sol, dar în același timp spală și solul, ajutând la vehicularea agenților poluanți spre emisari. Trebuie totuși amintit că ploile favorizează și contaminarea în adâncime a solului. Într-o oarecare măsură poluarea solului depinde și de vegetația care îl acoperă, precum și de natura însași a solului. Lucrul acesta este foarte important pentru urmărirea persistenței pesticidelor și îngrășămintelor artificiale pe terenurile agricole. Interesul economic și de protejare a mediului cere ca atât îngrășămintele cât și pesticidele să rămână cât mai bine fixate în sol. În realitate, o parte din ele este luată de vânt, alta este spălată de ploi, iar restul se descompune în timp, datorită oxidării în aer sau acțiunii enzimelor secretate de bacteriile din sol.
EMISII DE POLUANȚI SPECIFICI SECTORULUI
Emisii de noxe. Manipularea zilnică a cantităților mari de materii prime, precum și complexitatea proceselor tehnologice care se desfășoară, îngreunează mult lupta pentru stăvilirea poluării aerului și a impactului noxelor asupra factorului uman. În complexul de activități desfășurate în sectorul de elaborare a oțelului, muncitorii participă la operații generatoare ale unui cumul de noxe fizice și chimice având totodată responsabilități deosebite pentru evitarea pericolului de accidentare.
Prezența noxelor este diversă, acestea putând fi chimice și fizice.
Noxele chimice pot fi prezente sub formă de: iritanți (SO2, NO2), CO, CO2, iar cele fizice sub formă de: pulberi, radiații calorice, zgomot, factori meteorologici, etc.
Conform Ordinului 462/1993, valorile concentrațiilor maxim admise (CMA) ale principalelor noxe degajate în atmosferă sunt prezentate în tabelul următor:
Măsurători de gaze efectuate pe durata a 3 șarje – în anul 2004, 2 șarje la cotul de ieșire din cazanul de abur și 1 șarjă la baza coșului:
În aceeași perioadă s-au măsurat și concentrațiile de pulberi în sectorul OLD1:
descărcarea fontei din vagoanele Torpedo: 6 g/m3 (la o cantitate de gaze de cca. 250.000 m3/h);
încărcarea fontei lichide în convertizor: 6 g/m3 (gaze degajate – 350.000 m3/h);
evacuare convertizor: 10 g/m3 (gaze degajate – 350.000 m3/h), concentrație ce duce la o cantitate de 2,3 t praf/șarjă (sau 13,5 kg praf/t oțel);
injectare pulberi: 8 g/m3 (gaze degajate – 20.000 m3/h).
Deșeuri. Procesul tehnologic de elaborare și turnare a oțelului implică generarea următoarelor deșeuri:
zgura de oțelărie (convertizor, cuptor electric);
șlam de convertizor;
praf de cuptor electric;
țunder de la turnarea continuă.
Zgura este elementul tehnologic indispensabil elaborării oțelului. Ea înglobează schimbul de elemente cu baia metalică asimilând elemente nedorite în oțel. Zgurile de oțelărie sunt caracterizate de temperaturi de topire ridicate, de valori mari ale vâscozității care variază într-un interval îngust de temperaturi determinând astfel solidificarea lor rapidă.
Elaborarea oțelului (indiferent de tipul agregatului) este caracterizată de generarea unor cantități însemnate de emisii de gaz – praf, atât în timpul procesului de elaborare în agregatele de bază, cât și în halele ajutătoare de pregătire a încărcăturii, a melanjoarelor, de turnare și reparații a oalelor precum și la epurarea gazelor evacuate din convertizor sau cuptor electric.
În cadrul fabricilor de var și dolomită sunt generate următoarele tipuri de deșeuri: praf de var; praf de var și calcar; praf de dolomită. Toate aceste prafuri au o compoziție granulometrică necorespunzătoare din punct de vedere al unei valorificări ulterioare, precum și o compoziție chimică ce se situează sub limitele admise pentru a fi din punct de vedere calitativ utilizat în procese siderurgice.
Impactul emisiilor poluante asupra mediului
și a factorului uman
Impactul gazelor cu efect de seră asupra mediului este extrem de complex, incluzând un număr mare de consecințe, de la modificări climatice și până la modificări ale ecosistemelor, la toate nivelele: local, regional și global. Estimările privind influența gazelor cu efect de seră asupra mediului au evidențiat următoarele tendințe:
creșterea temperaturii medii globale în anul 2100 cu cca. 2°C față de 1990;
creșterea nivelului mărilor în anul 2100 cu cca. 50 ÷ 100 cm față de nivelul actual;
mărirea/micșorarea cantității de precipitații în diverse zone ale globului;
creșterea frecvenței și intensității furtunilor și uraganelor;
creșterea altitudinii la care se va situa stratul permanent înghețat;
topirea ghețarilor și zăpezilor în Europa și în alte zone;
modificarea ciclului hidrologic incluzând creșterea frecvenței și gravității inundațiilor, precum și o înrăutățire a calității apei;
modificări la nivelul ecosistemelor ca urmare a schimbării condițiilor de viață, cu o posibilă redistribuire geografică a speciilor și o accelerare a procesului de creștere a plantelor.
CO inhalat, înlocuiește oxigenul în circulația sângelui și poate dăuna vederii, atenției și altor capacități mentale și fizice. Inhalarea poate conduce la efecte și mai grave, nervoase, cardiovasculare și pulmonare.
CO2 exercită efecte nocive asupra organismului uman prin creșterea concentrației sale la nivelul solului. Aceste semne constau din unele modificări respiratorii, cu creșterea frecvenței și amplitudinii respirației, dată fiind acțiunea cunoscută a CO2 ca excitant al centrului respirator. La concentrații de 4 ÷ 5% apare dispneea, senzație de constricție toracică, unele tulburări senzoriale și chiar o ușoară creștere a tensiunii arteriale. La 6 ÷ 8% se constată cefalee, vertije, greață și vomă, adinamie, somnolență, la 9 ÷ 10% apare lipotimia, iar la o concentrație de peste 16% se produce paralizia centrilor respiratori cu deces prin stop respirator.
Cantități importante de SO2 conduc la amplificarea efectului bolilor respiratorii cronice. SO2 este ușor de transportat la distanțe mari, combinându-se cu vaporii de apă formează acid sulfuric care, la rândul lui, contribuie în mod hotărâtor la formarea ploilor acide.
Emisiile de NOx prejudiciază sănătatea umană prin afecțiuni asupra plămânilor și a căilor respiratorii.
Pulberile, praful, aerosolii și fumul pot să aibă efecte negative asupra mediului, respectiv asupra sănătății umane. Efectele constau în iritarea ochilor, a gâtului și reducerea rezistenței la infecții, cauza unor boli cronice ale organelor respective.
Aparatul respirator este cel mai frecvent afectat de pulberile din atmosferă care pătrund în arborele respirator și pot ajunge până la alveolă. Reținerea pulberilor începe de la nivelul foselor narinare unde pe firișoare de păr se reține o anumită cantitate. Mișcarea turbulentă a aerului inspirat aduce noi mase de aer în contact cu mucoasa.
Atunci când cantitatea inhalată într-un interval de timp depășește cantitatea ce poate fi eliminată în mod natural, apar disfuncții ale plămânului, începând cu diminuarea capacității respiratorii și a suprafeței de schimb a gazelor din sânge. Aceste fenomene favorizează instalarea sau cronicizarea afecțiunilor cardiorespiratorii.
Acțiunea iritantă asupra pielii sau asupra mucoaselor cu care vin în contact poate fi consecința durității formei lor (aciculare, cu margini colțuroase, dure) care să provoace leziuni mecanice sau poate depinde de compoziția chimică. Intensitatea fenomenelor iritative depinde de natura și concentrația pulberilor, precum și de proprietățile absorbante ale unor pulberi care pot fixa astfel gazele iritante, potențând efectul acestora.
Morbiditatea in relație cu poluarea iritantă – 2003 Galați
Concluzii:
predomină afecțiunile aparatului respirator și afecțiuni oculare;
copii sunt cei mai afectați de morbiditate în relație cu poluarea iritantă, numărul de cazuri infantile fiind de aproximativ trei ori mai mare decât la adulți, în special în ceea ce privește bolile respiratorii.
majoritatea îmbolnăvirilor profesionale se datorează funcționării necorespunzătoare a sistemelor de ventilație, neigienizării grupurilor social sanitare, dotării necorespunzătoare cu echipament de protecția muncii, renunțării de către societățile nou înființate la asigurarea asistenței medicale a propriilor salariați și la controlul medical periodic.
POSIBILITĂȚI DE DIMINUARE SAU ELIMINARE A IMPACTULUI
PRODUS ASUPRA MEDIULUI
Societatea MITTAL STEEL dispune de instalații și dotări specifice pentru reducerea/eliminarea impactului asupra mediului și are în derulare o serie de acțiuni pentru reducerea efectelor prezente și viitoare ale activității din Uzina Oțelării Refractare.
Stații și instalații pentru reținerea, evacuarea și dispersia
poluanților în mediu
Instalații de aer: 101 din care:
43 – electrofiltre, 16 – filtre cu saci, 19 – instalații cu cicloane; 14 – instalații cu scurbere; 9 – tuburi Venturi. Din acestea în UOR se află 12 instalații: 4 electrofiltre, 6 instalații dotate cu filtre cu saci, 2 cicloane.
Instalații de apă: două stații de epurare având trepte de epurare mecanică și biochimică.
Alte amenajări speciale pentru protecția mediului:
Iazuri tehnologice de decantare: Cătușa, Mălina, Șoldana, cu următoarele volume nominale:
Iaz Cătușa: 360.750 m3. Balta Mălina: 2.659.269 m3.
Balta Cătușa: 2.951.670 m3. Iaz Șoldana I: 66.538 m3.
În vederea menținerii și conservării componentelor naturale ale mediului, a prevenirii și reducerii proceselor de degradare a solului au fost plantați, în conformitate cu proiectul tehnic elaborat de Direcția Silvică Vrancea, un număr de 226.000 puieți de salcâmi Și sălcioară, care a creat o veritabilă „barieră ecologică” între zona industrială ISPAT SIDEX și oraș. Acțiunea face parte din programul „Plantarea unui milion de arbori în municipiul Galați”.
Monitorizarea mediului
Laboratorul de mediu MITTAL STEEL cuprinde: laborator de ape uzate, laborator sol, laborator emisii, laborator imisii și toxicologie. Imisiile de noxe din aer și evacuările de poluanți din apele uzate sunt monitorizate de Biroul Tehnic de mediu în comun cu laboratorul de mediu, periodic sau continuu în funcție de nivelul de dotare cu echipamente specifice. Emisiile se urmăresc continuu la utilajele de depoluare la care există aparate de măsură și prin măsurători periodice cu aparate de laborator pentru utilajele care nu sunt încă echipate cu aparate fixe de măsurare continuă. Se transmit lunar către APM Galați date privind măsurătorile de poluanți la imisii pentru domeniul aer și situația emisiilor poluanților pentru apele uzate evacuate în râul Siret.
Program de conformare
Prin acest program sunt propuse măsuri pentru reducerea efectelor prezente și viitoare ale activităților din cadrul Uzinei Oțelării Refractare asupra mediului:
Domeniul: AER
Reducerea emisiilor de pulberi sub 50 mg/m3 (la coș) prin:
instalare echipamente de epurare cu filtre cu saci – electrofiltru cuptor de var nr.3;
reducere degajări gaze și pulberi la încărcare – descărcare: melanjor, convertizor, vagoane Torpedo;
carcasare zone transbordare var, modificare pâlnii de deversare ;
reducerea depunerilor de pulberi pe căile de rulare și platforme;
reglarea continuă a depresiunii în tuburile Venturi.
EVALUARE IMPACT ȘI CONCLUZII
Impactul sectorului UOR asupra mediului reprezentat de 4 domenii – AER, APĂ, SOL SĂNĂTATEA POPULAȚIEI – va fi evaluat calitativ folosind notații de la 1 la 10 (1 – impact puternic asupra mediului, 10 – impact nesemnificativ asupra mediului).
Rezultatul evaluării este indicele general de impact (IG) ce reprezintă raportul:
,
unde:
Si – suprafața ideală, cm2
Sr – suprafața reală, cm2.
Rezultatele sunt reprezentate pe grafice cu o suprafață ideală de 100 cm2 în interiorul cărora se va reprezenta suprafața reală a impactului fiecărui sector folosind o scară de notare de la 1 la 10.
Valoarea indicelui general de impact se va aprecia în modul următor:
Diagrama de impact și notele privind impactul asupra mediului sunt prezentate în continuare:
S-a obținut o valoarea:
IG = 2,8
Se apreciază, pe baza valorii indicelui general de impact, că sectorul oțelării refractare este un mediu afectat de activitatea umană, ce provoacă stare de disconfort formelor de viață. Prin măsurile promovate de societate se încearcă ca acest indice să aibă o tendință descendentă.
În urma acestui studiu de impact se emit următoarele concluzii:
În funcție de sectorul de activitate, atât tipul noxelor cât și concentrațiile acestora sunt variabile.
Starea de sănătate a personalului este afectată la un nivel ridicat, motiv pentru care este necesară inventarierea și stabilirea limitelor de variație ale noxelor specifice.
Efectul cumulativ al noxelor mărește riscul de îmbolnăvire, având efect sinergic de adiție asupra organismului uman.
Datorită numărului crescut de îmbolnăviri profesionale cât și a diversității noxelor, se impune o monitorizare permanentă.
CAPITOLUL 6
OPTIMIZAREA PROCESELOR CE AU LOC LA EPURAREA GAZELOR DE CONVERTIZOR
6.1. GENERALITĂȚI – STATISTICĂ
Statistica matematică, fundamentată pe teoria probabilităților are ca obiect sistematizarea, prelucrarea și utilizarea informațiilor statistice (observații) ale fenomenelor aleatoare de masă. Statistica matematică a apărut și s-a impus ca o necesitate de studiere a concordanței dintre modelarea matematică a unor fenomene aleatoare de masă și fenomenele însăși.
Metodele statistice aplicate pot fi clasificate, în funcție de scopul lor, în trei grupe principale:
pentru analiza proceselor tehnologice;
pentru stabilirea metodelor de îmbunătățire a calității produselor și a randamentului agregatelor;
pentru determinarea premizelor în vederea automatizării proceselor de producție.
Fiecare proces este caracterizat de trei caracteristici fundamenta:
caracterul aleator al majorității parametrilor;
variabilitatea mare a diferiților parametri;
numărul mare de parametri care acționează într-un anumit proces.
Pentru analiza proceselor se utilizează, în principal, metodele statistice fundamentale care permit ca din valorile observate să se tragă concluzii asupra repartiției frecvențelor diferiților parametri, interacțiunea lor, verificarea valabilității anumitor premize, studierea dependențelor dintre diferiți parametri.
Metodele statistice de analiză a proceselor nu rezolvă însă o serie întreagă de aspecte referitoare la modul de stabilire a deciziilor pentru conducerea proceselor. Este posibil de a găsi parametrii care pot fi controlați sau manipulați pentru obținerea optimului rezultatului procesului. Faza practică a problemelor de optimizare constă, într-o mare măsură, în a estima acești parametri care reprezintă o proprietate a componentelor procesului, a influenței lor asupra desfășurării procesului.
De fiecare dată când se utilizează o ecuație a unui proces, aceasta reprezintă o soluție abstractă, ea nu dă soluția reală decât atunci când valorile parametrilor săi sunt cunoscuți sau pot fi evaluați cu o eroare măsurabilă.
Cercetarea statistică pornește de la o colectivitate formată din elemente care se diferențiază prin diverse atribute. Colectivitatea statistică poate fi considerată ca fiind formată din următoarele tipuri de elemente:
produse obținute în procesul de producție (de exemplu: șarja de fontă, de oțel etc.) fiind caracterizate de anumite atribute cum ar fi compoziția chimică a șarjelor și a încărcăturii, temperatura fontei sau oțelului lichid, duratele fazelor procesului de elaborare;
înregistrări în timp ale desfășurării procesului; acest tip de colectivitate statistică este specifică agregatului cu mers continuu, înregistrările efectuându-se la anumite intervale de timp (egale sau inegale).
REPREZENTAREA GRAFICĂ ȘI TABELARĂ A OBSERVAȚIILOR STATISTICE
Dacă se urmărește o anumită caracteristică (atribut) într-o colectivitate statistică dată, trebuie să se obțină o serie de valori numerice pe care caracteristica considerată le ia pentru fiecare unitate a colectivității. Deoarece un număr mare de asemenea valori sunt înregistrate în ordinea în care ele au fost observate, se obține un material numeric foarte puțin explicit. Explicitarea acestuia se realizează prin gruparea datelor statistice în clase.
Baza de date rezultată în urma colectării informațiilor privind probele de șlam a fost transferată în programul STATISTICA. Informațiile au fost prelucrate în modulele:
„Quality Control Charts” (Regression control charts) – au rezultat graficele dreptelor de regresie (figurile 6.1 ÷ 6.10);
„Process capability analysis and tolerante intervals” – au rezultat histogramele de frecvență (figurile 6.11 ÷ 6.20) și corelațiile unui parametru în funcție de alți doi parametri (figurile 6.21 ÷ 6.25 – reprezentări 3D).
Fig.6.1 Dreapta de regresie a %Fe în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.2 Dreapta de regresie a %Fe2O3 în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.3 Dreapta de regresie a %SiO2 în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.4 Dreapta de regresie a %Al2O3 în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.5 Dreapta de regresie a %CaO în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.6 Dreapta de regresie a %MgO în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.7 Dreapta de regresie a %MgO în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.8 Dreapta de regresie a %PC în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.9 Dreapta de regresie a %SU în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.10 Dreapta de regresie a %FeO în funcție de minutul de insuflare
Fig.6.11 Histograma frecvențelor absolute a %Fe
Fig.6.12 Histograma frecvențelor absolute a %FeO
Fig.6.13 Histograma frecvențelor absolute a %Fe2O3
Fig.6.14 Histograma frecvențelor absolute a %CaO
Fig.6.15 Histograma frecvențelor absolute a %SiO2
Fig.6.16 Histograma frecvențelor absolute a %Al2O3
Fig.6.17 Histograma frecvențelor absolute a %MgO
Fig.6.18 Histograma frecvențelor absolute a %Mn
Fig.6.19 Histograma frecvențelor absolute a %SU
Fig.6.20 Histograma frecvențelor absolute a %PC
Fig.6.21 Corelația %Fe funcție de %CaO și %SiO2
Fig.6.22 Corelația %SU funcție de %Fe și %CaO
Fig.6.23 Corelația %PC funcție de %Fe și %CaO
Fig.6.24 Corelația %SU funcție de %Fe și %SiO2
Fig.6.25 Corelația %PC funcție de %Fe și %SiO2
6.3. INTERPRETAREA OBSERVAȚIILOR EXPERIMENTALE
Analiza fenomenelor ce au loc la epurarea gazelor degajate în timpul elaborării oțelului în convertizor, prin prisma experimentărilor efectuate, se prezintă sintetic sub formă tabelară:
figurile 6.1 ÷ 6.10 – monitorizează relația dintre 2 aspecte ale procesului urmărit. Un grafic de regresie conține o linie de regresie liniară ce descrie relația dintre 2 variabile. În jurul liniei de regresie de stabilește un interval de încredere (95%) și limitele superioară și interioară ce sunt utilizate pentru a se determina dacă există sau nu observații particulare:
histogramele din figurile 6.10 ÷ 6.20 reprezintă instrumente de analiză ce calculează frecvențele individuale (și cumulative) ale unui set de date:
6.4. CONCLUZII
În funcție de valorile rezultate în urma analizei histogramelor se poate determina cantitatea de șlam, rezultând:
Corelând datele din tabelul 1.2 (Producțiile de oțel) cu cantitatea de șlam rezultată din calcul și comparând cu datele din tabelul 1.1 (cantitatea de șlam utilizată în șarja de aglomerat), putem concluziona:
în anul 2004, la o producție de oțel de 4.600.000 t, luând în calcul valoarea medie a cantității de șlam, rezultă 115.874 t șlam convertizor din care s-a reutilizat în șarja de aglomerat o cantitate de 26.769 t – ceea ce reprezintă 23,10%;
în primul trimestru al anului 2005, la o producție de oțel de 1.270.000 t, calculând tot cu aceeași valoare medie, rezultă 31.991 t șlam de convertizor din care s-a reutilizat în șarja de aglomerat o cantitate de 1.617 t – ceea ce reprezintă 5,05%;
restul cantității de șlam se afla stocată temporar:
pe platforma de uscare a șlamului;
în vagoanele ce urmau a fi descărcate la culbutoare pentru a ajunge în depozitul de materie primă;
în lacuri și iazuri decantoare (balta Mălina) împreună cu șlamul de cocserie și furnale;
cantitatea de șlam de oțelărie netratat folosită în șarja de aglomerare se poate mări până la aproximativ 30% din cantitatea totală de șlam generată;
șlamul de oțelărie poate fi reutilizat integral în fluxul unui combinat siderurgic atât la aglomerare cât și la elaborarea oțelului (înlocuind parțial fierul vechi din încărcătură) dacă este tratat în instalații speciale de genul celor prezentate în capitolul 3;
șlamul de oțelărie poate fi reciclat în exteriorul fluxului siderurgic: fabricarea cimentului, colorant pentru betoane etc., devenind un subprodus ce poate fi comercializat, cu respectarea condițiilor de depozitare și transport către beneficiar;
cantitatea și calitatea șlamului poate fi controlată prin controlul tehnologiei de elaborare a oțelului în convertizor, deoarece volatilizarea fierului în convertizoarele LD cu suflare de oxigen pe la partea superioară este destul de importantă, întrucât se vaporizează cantități însemnate de Fe cuprinse între 0,6 ÷ 1,2% din încărcătura metalică, alcătuite în principal din oxizi de fier. Pentru a elimina această pierdere este necesar:
să se realizeze un regim intens de suflare a oxigenului, capabil să asigure jetului de oxigen viteze cu atât mai mari cu cât conținutul de [C] din baia metalică este mai ridicat;
să se mențină cantități de zgură de la șarja precedentă determină, pe de o parte, formarea mai rapidă a zgurii și pe de altă parte ajută la obținerea unor emisii mai sărace în vapori de fier, mangan, siliciu, la conținuturi mari de carbon în baia metalică. La conținuturi mici de carbon (sub cel critic) viteza jetului de oxigen, la ieșirea din ajutajul lăncii, este factorul care prin mărimea lui influențează emisia de vapori metalici. Cu cât viteza este mai mare cu atât emisia este mai slabă.
În urma acestor concluzii se pot stabili funcții obiectiv ce determină combinații de valori ale unor variabile care sunt supuse unui sistem de restricții (rezultate din graficele dreptelor de regresie și histograme de frecvență) în așa fel încât să fie maximizată sau minimizată – după caz – o funcție de performanță exprimată prin aceste variabile.
Analiza graficelor 3D se prezintă astfel:
Legendă:
– maximizarea cantității parametrului respectiv
– minimizarea cantității parametrului respectiv.
CAPITOLUL 7
NORME DE PROTECȚIA MUNCII ȘI P.S.I.
7.1. MĂSURI DE PROTECȚIE A MUNCII ÎN OȚELĂRII
PROTECȚIA ÎMPOTRIVA DEGAJĂRILOR DE CĂLDURĂ
În oțelării și anume în hala cuptoarelor, în hala de turnare și, uneori, în halele de pregătire și de stripare se degajează cantități mari de căldură, care creează condiții nefavorabile pentru desfășurarea normală amuncii. Intensitatea de radiație a căldurii în oțelărie variază între 0,5 și 14,5 cal/cm2∙min – deci este foarte mare (radiațiile de 3 ÷ 4 cal/cm2∙min îndreptate asupra pielii timp de 24 s provoacă arsuri grade). În spații în care se desfășoară activitate, intensitatea de radiație admisă este de 0,25 ÷ 1 cal/cm2∙min.
Pentru limitarea radiațiilor calorice de la sursele calde și pentru evacuarea căldurii degajate de organism (în stare de repaus, organismul degajă 70 ÷ 75 kcal/h; la muncă ușoară, 100 kcal/h; la muncă grea, 210 ÷ 230 kcal/h), în afară de măsurile specifice locului de muncă, sunt necesare și măsuri generale ca: asigurarea unei ventilații bune, limitarea intensității radiației asupra locurilor de muncă, condiționarea aerului în spațiile închise.
Ventilația poate fi naturală sau mecanică.
Ventilația naturală se realizează pe baza diferenței de temperatură a aerului din hală și din exterior. Deoarece aerul cald, fiind mai ușor, are tendința să se ridice, în partea de sus a halei se prevăd deschideri (luminatoare) prin care aerul cald iese în atmosferă, iar aerul proaspăt, din exterior, pătrunde pe jos ca să-i ia locul.
Asupra ventilației naturale au influență înălțimea și forma clădirii, amplasarea deschiderilor de aerisire, amplasarea utilajelor și a căilor pentru transportul oțelului și al fontei lichide (care dau un supliment de căldură și de gaze).
Ventilația realizată prin luminatoare este foarte bună. Temperatura aerului, direcția și intensitatea vântului schimbându-se însă după anotimp, este necesar ca luminatoarele să fie prevăzute cu ferestre, care să se poată închide și deschide după necesități. Luminatoarele fiind plasate la înălțime mare (25 ÷ 30 m), sistemul de închidere și deschidere al acestora trebuie să poată fi manevrat de pe platforma de lucru.
La temperatură înaltă, aerul se usucă, având un efect dăunător asupra sănătății; pentru a-l răci și, totodată, a-l umezi, se practică pulverizarea apei.
Ventilația mecanizată în oțelării se aplică de obicei local, în special acolo unde se produc cantități mari de gaze și de praf.
Dușuri și perdele de aer. Pentru a face posibilă munca în condiții bune în apropierea agregatelor care radiază puternică căldură, se pot folosi dușuri și perdele de aer.
Dușurile de aer constau dintr-un curent de aer îndreptat direct asupra muncitorului care lucrează în apropierea unei surse de radiații calorice puternice, ca, de exemplu, la destuparea orificiilor, la luarea probelor din cuptor.
La instalarea dușurilor de aer trebuie să se regleze cu mare atenție viteza aerului, pentru a nu îmbolnăvi muncitorii.
Perdelele de aer constau din lame continue de aer sub presiune, proiectate de ventilatoare în fața surselor de radiații. Aceste perdele se pot folosi și la deschiderile de acces în hale, în care caz instalația este prevăzută și cu un climatizor.
Un astfel de sistem de izolare are avantajul că permite trecerea prin el fără dificultate; în cazul folosirii lui drept ușă, prezintă încă un avantaj – al suprimării eventualelor accidente prin lovire. Rezultatele obținute cu acest sistem, atunci când viteza perdelei de aer este bine reglată, sunt foarte bune, chiar în regimuri cu vânturi puternice.
Pentru deschiderile de acces în hale se mai folosesc și alte sisteme de perdele de aer.
Condiționarea aerului. În oțelării există locuri de muncă în spații închise, unde, datorită degajărilor mari de căldură din jur, temperatura este înaltă. Astfel, în cabinele macaralelor și în cabinele de comandă ale cuptoarelor sunt condiții de lucru dintre cele mai grele.
Temperatura pereților exteriori ai cabinelor de pe macaralele de turnare sau de stripare ajunge, uneori, până la 100 ÷ 170°C, a geamurilor, până la 135 ÷ 170°C și a pardoselei, până la 70 ÷ 80°C. Temperatura din cabină nu scade sub 40 ÷ 50°C nici când macaraua se depărtează de sursele de căldură, chiar dacă aerisirea prin ferestre este bună. De aceea, este indicat ca în aceste locuri să se folosească instalații de răcire și condiționare a aerului.
ILUMINATUL
Iluminatul uniform și cu intensitate constantă a locurilor de muncă și a căilor de circulație constituie unul dintre factorii importanți pentru desfășurarea muncii în condiții de securitate.
Un iluminat necorespunzător poate provoca îmbolnăvirea nervului optic și traumatisme care conduc la înrăutățirea calității și la micșorarea productivității muncii.
În oțelării, în câmpul vizual se găsesc surse de radiații luminoase puternice (deschiderile cuptoarelor, oțel lichid), iar instalațiile de iluminat general sunt plasate la înălțimi mari (până la 30 m) și sunt expuse murdăririi cu praf, ceea ce face să le scadă puterea de iluminare. De asemenea, prezența prafului în atmosfera oțelăriilor face ca intensitatea radiațiilor luminoase de la sursele de lumină să scadă.
Norma de iluminat general în locurile unde sunt utilaje care pot periclita viața oamenilor este de 50 lx. În oțelării, în special la mașinile de încărcare și de turnare, iluminarea trebuie mărită la 100 ÷ 150 lx.
Pentru asigurarea unui iluminat corespunzător este bine să se folosească în locul lămpilor emailate, care au putere mai mică de reflexie, lămpi cu oglindă cu repartizarea asimetrică a luminii. Totodată, trebuie să se asigure curățirea periodică a prafului depus pe lămpi, pe pereți, pe luminatoare, cu aspiratoare de praf industriale.
Pardoseala platformei trebuie să fie curată și de culoare deschisă; oalele de turnare și de zgură, vagonetele cu podurile de turnare, trocile este bine să fie văruite pe dinafară, pentru a fi vizibile de la distanță.
Pentru executarea unor lucrări de reparații în locurile unde nu există un iluminat corespunzător, se folosesc lămpi portative.
ALIMENTAREA CU APĂ
Alimentarea cu apă este de foarte mare importanță, de aceasta depinzând funcționarea bună a agregatelor; întreruperile în alimentarea cu apă pot duce la scoaterea lor din funcțiune.
Consumul de apă pentru răcirea cuptoarelor variază de la 10 la 25 m3/t de oțel, în funcție de capacitatea și de felul cuptorului.
Instalațiile de răcire cu apă la cuptoare trebuie bine întreținute și înlocuite imediat când se defectează, scăpările de apă fiind foarte periculoase; la contactul apei cu oțelul lichid se produc explozii.
În afară de apa de răcire mai este necesară apă pentru stropirea platformelor de lucru, pentru umezirea aerului, pentru spălat și pentru băut.
Pierderea de apă din organism, datorită efortului și căldurii, este însoțită și de pierderi de săruri minerale. Pentru compensarea acestor pierderi trebuie să se asigure alimentarea personalului cu apă carbogazoasă, care conține iarna 0,2% NaCl, iar vara 0,5% NaCl. Temperatura apei trebuie să fie 8 ÷ 20 °C, consumul calculându-se pentru 4,0 ÷ 5,0 l/muncitor∙ 8 h.
Stația de preparare a apei carbogazoase trebuie deservită de personal instruit, nefiind admisă intrarea persoanelor străine în stație. În stație trebuie să existe un bazin curat în care să existe o rezervă de apă, pentru a avea în caz de oprire a apei. Presiunea de introducere a acidului carbonic va fi 4,5 ÷ 5 at.
Tuburile de bioxid de carbon vor trebui protejate de lovituri și răsturnări, pentru a nu exploda.
Datorită temperaturii înalte și prafului din oțelărie este necesară amenajarea, în incinta oțelăriei, a unor săli cu dușuri (un duș pentru 8 ÷ 10 muncitori), accesul la acestea făcându-se prin coridoare încălzite.
Alimentarea cu apă a instalațiilor de dușuri se calculează cu un consum zilnic mediu de 20 ÷ 30 l/muncitor.
Pe lângă această încăpere se amenajează și o încăpere cu chiuvete (una pentru 20 ÷ 30 muncitori) și vestiar, prevăzut cu locuri de odihnă.
PREVENIREA ELECTROCUTĂRILOR
Pentru evitarea electrocutărilor, trebuie să se verifice periodic starea izolației conductoarelor electrice și starea de funcționare a dispozitivelor de blocare și să nu se execute lucrări pe liniile de transport a energiei electrice când acestea se află sub curent sau lângă fire sau piese care sunt sub curent.
Este interzis lucrul cu instalații electrice improvizate și atingerea firelor sub tensiune.
Lămpile portative trebuie să fie de construcție specială, cu mâner bine izolat și cu dispozitiv de agățare, alimentat la o tensiune sub 32 V; pentru alimentare se folosesc transformatoare montate pe cărucioare. Toate instalațiile și mașinile ale căror părți metalice pot veni în contact cu fire a căror izolație este deteriorată, trebuie legate la pământ. De asemenea, trebuie legate la pământ toate mașinile acționate electric, dar mai ales cele mobile (mașini de găurit portative, lămpi portative etc.).
Pentru a opri accesul personalului neautorizat la instalațiile de înaltă tensiune, trebuie folosite sisteme de blocare, care deconectează automat instalația de la sursa de alimentare la deschiderea ușilor sau nu permit deschiderea ușii când instalația este sub curent.
PREVENIREA INCENDIILOR
Pentru combaterea pericolului de incendiu, care este prezent în oțelărie datorită multiplelor surse de căldură, trebuie respectată în primul rând ordinea și curățenia în hale, precumm și distanța convenabilă între clădiri și utilaje, pentru a putea interveni în timp util atunci când este nevoie.
La instalațiile electrice se vor respecta dimensiunile siguranțelor pentru care este proiectată rețeaua. Siguranțele care se ard în mod frecvent indică supraîncărcarea liniei; schimbarea siguranței cu una mai groasă care să reziste, înseamnă, de fapt, suprasolicitarea conductoarelor, încălzirea lor, eventuale scurtcircuite și chiar incendii.
În apropierea cuptoarelor, a oalelor cu zgură sau cu oțel lichid, nu sunt admise construcții din material inflamabil.
Conductele de gaze combustibile trebuie controlate să nu prezinte neetanșeități pentru ca gazul scurs prin acestea să nu se strângă în locuri unde poate provoca explozii. Buteliile cu combustibil trebuie verificate periodic și păstrate în mod corespunzător. Nu este admisă încălzirea păcurii decât cu ajutorul serpentinelor cu abur, și nu cu flacără de gaz.
MIJLOACE DE PROTECȚIE INDIVIDUALĂ
Personalul din oțelării trebuie să folosească mijloace de protecție individuală. Îmbrăcămintea trebuie să fie din materiale care nu se aprind ușor; este interzisă îmbrăcămintea din fibre sintetice, acestea fiind inflamabile și iritante pentru organism. Topitorii și turnătorii trebuie să poarte în față șorțuri din fibre de azbest, respectiv din piele, pentru a se proteja împotriva radiațiilor calorice la care sunt expuși.
De asemenea, trebuie să poarte cască cu vizor din sticlă de cobalt armată cu sârmă, pentru protecția capului și a ochilor împotriva radiațiilor termice și luminoase. Este interzis cu desăvârșire să se privească în cuptoare sau la jetul de oțel lichid (sau fontă lichidă) fără sticlă de cobalt, deoarece distruge vederea.
În timpul luării probelor sau al introducerii adaosurilor în cuptor, oțelarii trebuie să poarte mănuși din fibre de azbest sau din piele.
Manipulatorii de materiale trebuie să poarte șorțuri de piele și pălmare, pentru a fi feriți de sgârieturi. La tăierea cu flacăra a fierului vechi muncitorii sunt obligați să poarte cască protectoare.
Este interzisă călătoria pe vagoanele destinate transportului materialelor care nu au cabină sau, cu atât mai mult, pe tampoane. Este interzisă deplasarea în cabinele macaralelor și agățarea de sarcinile acestora.
7.2. MĂSURI DE TEHNICA SECURITĂȚII MUNCII ȘI DE
PREVENIRE ȘI STINGERE A INCENDIILOR ÎN OȚELĂRIILE
CU CONVERTIZOARE CU INSUFLARE DE OXIGEN
În comparație cu oțelăriile Siemens-Martin și electrice, în oțelăriile cu convertizoare există, în general, mai puține posibilități de accidente de muncă și de incendii. Aceasta se explică prin numărul mic de agregate (2 – 3 convertizoare într-o oțelărie) și gradul înalt de mecanizare și automatizare a proceselor. De asemenea, faptul că sursa de căldură o constituie reacțiile chimice de afinare, nefiind necesară utilizarea combustibililor sau a energiei electrice pentru procesul de elaborare, micșorează mult pericolul exploziilor, al incendiilor, al intoxicațiilor cu gaze sau al electrocutărilor. În oțelăriile cu oxigen însă ritmul de lucru este mult mai rapid, atenția personalului trebuie să fie mult mai încordată decât în alte tipuri de oțelării. De asemenea, utilizarea oxigenului, presupune funcționarea ireproșabilă a tuturor instalațiilor și dispozitivelor de pe traseul de alimentare cu oxigen. Orice neetanșeitate sau defecțiune a dispozitivelor de închidere și deschidere de pe conductă reprezintă un pericol de incendiu. Etanșările se fac numai cu materiale neinflamabile. Mijloacele pentru stingerea incendiilor trebuie să fie în perfectă stare de funcționare.
La încărcarea fontei lichide în convertizor topitorii trebuie să stea în interiorul cabinei, pentru a nu fi împroșcați cu stropi de fontă.
Un alt pericol din oțelăriile cu oxigen îl constituie scurgerile de apă din lănci, de la cazanele recuperatoare și de la instalațiile de desprăfuire a gazelor care sunt amplasate deasupra convertizorului. Apa scursă în convertizor, pe căptușeala acestuia sau pe platforma de lucru reprezintă un pericol de explozie și de incendiu. De aceea conductele de apă trebuie revizuite periodic și reparate.
Având în vedere eventualele debordări de oțel și de zgură pe gura convertizorului, trebuie limitată circulația și staționarea personalului de deservire în apropierea convertizorului la nivelul pardoselii și pe platforma de lucru.
Funcționarea normală a cazanelor recuperatoare, alimentarea continuă cu apă constituie condiții obligatorii pentru preîntâmpinarea exploziilor și a incendiilor.
În toate punctele care prezintă pericol de accidentare (transversările peste căile ferate, zonele din apropierea convertizorului) trebuie prevăzute dispozitive speciale de semnalizare acustică și optică.
Toate podurile rulante trebuie prevăzute cu blocuri semnalizatoare (verde – roșu) care se aprind cu intermitență, în funcție de starea de lucru a podului.
În zonele cu degajare masivă de praf (hala de adaosuri prăfoase, galeriile de benzi) trebuie să existe instalații speciale de ventilație și desprăfuire.
Cabinele de comandă ale convertizoarelor sunt prevăzute cu instalații de climatizare.
La melanjoase, la uscarea oalelor, la cuptoarele pentru calcinarea feroaliajelor, arzătoarele de gaze sunt prevăzute cu un sistem de interblocare, ce nu permite deschiderea clapetei de gaz până nu intră în funcțiune ventilatorul de aer și închide gazul când alimentarea cu aer s-a întrerupt. Prin aceasta se previne izbucnirea incendiilor.
Purtarea căștilor și a celorlalte componente ale echipamentului de protecție este obligatorie pentru toți membrii echipei.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Cercetari Privind Impactul Valorificarii Prafului Rezultat în Procesul de Elaborare a Otelului în Convertizor L.d. Asupra Mediulu (ID: 133954)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.