11.3. Планування цеху

Обладнання головної будови конвертерного цеху з розливанням сталі у виливниці по­казано на рис. 11.5.

Рідкий чавун доставляється у завантажувальний проліт І у чавуновозному ковші 1, а брухт - у совках 2 і завантажуються в конвертер 4 краном 3. Сталь із конвертера випус­кається в сталерозливний ківш 6, а шлак - у шлакову чашу 5, встановлені на сталевозі, що пересувається по залізничній колії із конвертерного простору II у розливні прольоти III і IV.

Сталерозливний ківш 6 розливним краном 7 подається до розливної площадки 8 і з нього сталь розливається по виливницях 9, встановлених разом з піддонами на залізнич­них візках.

У розливному прольоті III розташовуються ями для ремонту ковшів, стенди для їх су­шіння, склад розливних вогнетривів, відділення підготовки шиберних затворів.

Рис. П.6. План (а) та розріз (б) конвертерного цеху з безперервним розливанням сталі

У сучасних цехах існує окремий ковшовий проліт.

Схема обладнання головної будови киснево-конвертерного цеху з безперервним роз- і ливанням сталі представлена на рис. 11.6.

Відділення шихтових матеріалів з ямними бункерами 1 і шихтовими кранами 2 в>: дить до складу головної будови. Передбачено шлаковий проліт II, в якому шлакові чаші 11 заповнені шлаком, краном 3 переставляються на вільні візки, а на їх місце встановлюються порожні шлакові чаші. Конвертерний шлак вивозиться із цеху на переробку.

Брухт із відділення І перевозиться в совках у завантажувальний проліт і через отвори 6 піднімається на робочу площадку і напівпортальним краном 7 завантажується в конвер­тер 8.

Рідкий чавун із ковша 4 краном 5 заливається в конвертер 8. У завантажувальному просторі влаштована ділянка для ремонту кисневих фурм. У конвертерному відділенні IV розташовані конвертери 8 і крани 9 для переміщення І вантажів.

Керування конвертером ведеться з операторської, розташованої на межі просторів II і III. Тут же розташований обчислювальний комплекс цеху.

У конвертерному прольоті IV розміщені ОКГ і газоочистка, бункери для феросплавів, устаткування, використовуване при ремонті конвертерів, система подачі сипучих шихтову матеріалів у конвертер.

У ковшовому прольоті V ковші 11 готують під плавку, складують вогнетриви, розташо­вані крани 10 для переміщення вантажів.

Тамбур VI відокремлює ковшовий проліт V від відділення підготовки проміжних ковшів для МБЛЗ, за яким ідуть три розливних прольоти VIII, в кожному з яких по дві МБЛЗ 13 робочими площадками 14, рольгангами 15 приймають сталь із ковшів 12, які кранами 1

встановлюються на поворотному стенді. Пі­сля розливання сталі з даного ковша стенді повертається і наступний ківш встановлю­ється у положенні «на розливання», чим здій­снюється безперервне розливання по мето­ду «плавка на плавку».

Безперервнолита заготовка по роль­гангу 15 надходить у передаточний проліт в приміщення ад'юстажа, де її оглядают видаляють поверхневі вади (ремонтують), потім направляють у прокатний цех.

Останнім часом проводиться робота по створенню ливарно-прокатних комплексів, які з'єднують територіально МБЛЗ і прокат ний стан, що заощаджує час на передач металу і тепло безперервнолитої заготовк

Рис. 11.7. Схема установки позапічного

доведення сталі і сприяє енергозбереженню.

Ділянка позапічного доведення сталі (рис. 11.7) розташовується звичайно між ковша-іи і розливним прольотом. Сталь з конвертерів 1 випускається у ківш із синтетичним шла-ом, виплавленим в електродуговій печі 2, і рідкою лігатурою, підготовленою в електроду-овій печі 3.

З конвертерного прольоту І вона передається в ковші у проліт II, де піддається усере-.неній продувці аргоном на одному із стендів 5 з доведенням по складу і температурі, і, ри необхідності, вакуумується у вакууматорі 6, після чого розливається на МБЛЗ 4. Трива­ють доведення й обробки сталі складає 5-40 хв.

Існує значна кількість схем обладнання конвертерних цехів у зв'язку зі специфікою мов, в яких вони проектуються і будуються.

Є певний досвід реконструкції діючих цехів із заміною одних агрегатів іншими: кон­вертера повітряного - конвертером кисневого дуття, мартенівських печей - конвертера-ш, мартенівських печей - електропечами.

12.1. Рециркуляція матеріалів як джерело ресурсів для майбутнього і засіб вирішення екологічних проблем

Проблема використання відпрацьованих виробів і відходів виробництва у поєднанні з питаннями екології в даний час викликає значний інтерес у промислово розвинутих країнах, про що свідчить зростання кількості публікацій з даної тематики; слід зазначити, що і у нас поступово складається розуміння важливості цих завдань.

На рис. 12.1 представлено в хронологічній послідовності річне виробництво матеріа­лів у світі.

Очевидно, що найбільш використовуваними матеріалами є метали, насамперед, сталь і чавун. В останні десятиліття одержали поширення легкі метали (алюміній і титан) і відповідно зросло їх виробництво. Значний прогрес спостерігається в галузі виробництва пластиків.

На відміну від замкнених циклічних процесів перетворення речовин у природній екоси­стемі, процеси виробництва і споживання матеріалів, використовуваних людиною, часто не носять циклічний характер і проходять лише в одному напрямку. Матеріали, необхідні для задоволення потреб людини, виробляються із сировини, що добувається у природній еко­системі, а кінцеві продукти після споживання перетворюються у відходи, тобто життєдіяль­ність людського суспільства по суті не веде до циркуляції матеріалів. Продукти, що забез­печують життєдіяльність, повертаються в екосистему, однак із цим пов'язане виникнення проблем, викликаних посиленням активності людського суспільства: по-перше, людство використовує більше того, що може дати природа; по-друге, воно виробляє набагато біль­ше продукції, ніж природа може переробити.

Вирішення цих проблем - у рециркуляції матеріалів, яка буде здійснюватися тим успішніше, чим ближче вдасться підійти до створення замкненого, подібного природному, циклу, в якому перетворення і переміщення матеріалів не ставить перешкод їх подальшому використанню.

Швидкість рециркуляції V визначається як частка (%) маси рециркульованого матеріа­лу в загальній потребі у сировині для одержання продукції. Швидкість рециркуляції конкретного матеріалу визначають в окремо взятій країні чи у світі на річній основі; наприклад, швидкість рециркуляції сталі у світовому масштабі - 55%. На думку багатьох авторів, бажана максимально можлива V . Для більшості матеріалів річна потреба більша, ніж кількість зібраних відходів, і задоволення її в даному матеріалі неможливе лише за рахунок вторинного виробництва (пер­винне виробництво - із природної сировини, вторинне - із рециркульованого).

Здатність до рециркуляції Крец - це міра (у %), що показує, яка частина виробленого матеріалу може бути рециркульована і яка ча­стка відходів, одержувана внаслідок технічно неможливого здійснення рециркуляції; напри­клад, сталь - матеріал, що може рециркулю-ватися на 100%. Деякі композитні пакувальні матеріали (алюмінієва фольга разом із плас-тиковою плівкою), навпаки, рециркулюються з трудом.

Через збільшення витрат людством ма­теріалів, викликаних зростанням населення земної кулі (рис. 12.2) і потреб кожного, очі­кується нестача сировини.

У табл. 12.1 наведені ресурси R, щорічне споживання С і тривалість життя матеріалів, що розраховується діленням R на С, тобто не враховуючи рециркуляції.

Очевидно, по закінченні певного періоду повинен виявитись дефіцит ресурсів. Запасів Mg, V, Аl, Cr, Fe, Pt, Co вистачить більш ніж на сторіччя, однак таких матеріалів, як Zn, Pb, Sn незабаром не вистачатиме. Тривалість життя матеріалу може бути подовжена шляхом зростання V рец: заради скорочення первинного виробництва слід збільшувати вторинне. Відомі швидкості рециркуляції деяких матеріалів у даний час, %: сталь - 55, скло - 45, папір - 35, алюміній - 27, пластики - 10.

В останні десятиріччя минулого століття величезного значення набули проблеми енерго-зберігання. Світове споживання енергії в 1998 р. зросло приблизно у 3,5 раза у порівнянні з

1958 р.; витрати енергії збільшуються при­близно на 2% за рік. В даний час 90% енергії одержують з викопного палива, лише 6% да­ють гідроелектростанції, а 4% - ядерні уста­новки (рис. 12.3). Співвідношення споживан­ня енергії на одиницю виробленого матеріа­лу у вторинному (чисельник) і первинному (знаменник) виробництві складає, МДж/кг: для поліетилену - 26,9/70,0; поліхлорвінілу -38,5/58,5; полістиролу - 53,1/79,2; скла -6,9/10,8; міді - 19,2/30,8; сталі - 11,5/25,4; алюмінію - 13,8/138,5. Таким чином, рецир­куляція досить істотно знижує енерговитрати і подовжує термін служби непоновлюваних джерел енергії.

Зростання виробництва продукції й енергії супроводжується збільшенням об'є­му і швидкості утворення відходів надушу населення. Рециркуляція, перетворюючи відходи у сировину, сприяє залученню в господарський оборот цінних родючих земель, що раніше використовувалися для зберігання відходів (під відвали). У Німеччині, наприклад, число від­валів скоротилося з 50 тис. у 60-х роках до 700 - у даний час. Рециркуляція пластичних матеріалів, однак, більш складна в порівнянні з рециркуляцією металів і, як наслідок, 18% об'єму відвалів довелося заповнити викинутим пластиком. Для захисту навколишнього се­редовища в багатьох країнах прийняті відповідні закони, спрямовані на зменшення утво­рення відходів і організацію рециркуляції. Встановлено швидкість рециркуляції ряду виро­бів у недалекому майбутньому. У законодавстві промислово розвинутих країн простежуєть­ся перехід від ідей рециркулювати «якщо можна» до вимоги обов'язкової рециркуляції. Проте і за відсутності законодавства дотримання тенденцій виготовлення або купівлі виробів, ви­готовлених з рециркульованих матеріалів чи утримуючих їх значну кількість, впливає на репутацію підприємств. «Купуй рециркульоване» - таким повинне бути гасло виробників у новому столітті. Символ рециркуляції (рис. 12.4) широко відомий і зрозумілий в усьому світі.

На рис. 12.5 представлена схема рециркуляції матеріалів. У початковій точці (точка П) зібрані необхідні для виробництва сировина, енергія, інформація. Рівень розвитку суспіль­ства в даний час вимірюється не кількістю вироблених продуктів, а ресурсозатратами на одиницю високоякісних виробів, в яких суспільство має потребу. Доступність і повне вико­ристання інформації (інформаційна революція) дозволяють заощаджувати енергію і сиро­вину на всіх стадіях виробництва.

Доступність сировини, необхідної для виробництва, обмежена, а виробництво штуч­них матеріалів саме вимагає значних витрат енергії. Разом з тим, виробництво, наприклад, полімерів і енергії ґрунтується на тих же джерелах: вугіллі, нафті, при­родному газі, однак лише близько 10% маси останніх використовуєть­ся для виробництва матеріалу, решта ж витрачається на постачання енергії, що перетворюється, в остаточному підсумку, на тепло і С02 і його матеріальний вміст, таким чином, втрачається, тобто мова йде про невідновлювані джерела енергії (таким є також ядерне паливо). Джерела водяної, сонячної, вітряної і геотеплової енергії розглядаються як відновлювані. Чи морально, з погляду майбутніх поколінь, викорис­товувати природні вугілля, нафту, газ як основні джерела одержання енергії? Як видно з рис. 12.3, джерела відновлюваної енергії сьогодні можуть забезпечити лише невелику частку енергії, необхідної вироб-

ництву. Це означає, що рециркуляція полімерів і їх складових у значній мірі сприятиме збе­реженню невідтворюваних джерел енергії.

При виробництві (точка В) первинного матеріалу (напівпродукту), внаслідок особливо­стей технології, певна його кількість перетворюється у відходи. Внутрішня рециркуляція ефективно реалізується на виробничій ділянці заводу, де відходи утилізуються безпосеред­ньо; вона проходить без особливих труднощів у зв'язку з відомим хімічним складом відхо­дів і нескладними транспортними операціями. Кількість відходів у точці В пропорційна за­гальній кількості виробленого матеріалу.

При подальшій переробці продукту (точка Т) шляхом деформації, сепарації, з'єднан­ня з іншими матеріалами і т.п. частина його, з технологічних причин, також потрапляє у відходи. Утилізація цих відходів більш складна, ніж внутрішньозаводська рециркуляція. Часто необхідні їх сортування і попередня обробка, а матеріали потрібно транспортувати з цехів обробки до устаткування рециркуляції. Обробна промисловість прагне збільшити вихід придатного матеріалу шляхом удосконалення обладнання і технології. Таким чином, кількість відходів при обробці зменшується.

Використання того чи іншого продукту припиняється внаслідок дефектів та недоліків, очікуваних чи несподіваних, що виявляються у процесі його служби (точка Д). Краще очіку­вані недоліки, оскільки їх можна прогнозувати, використовуючи методи статистики. Це до­зволяє передбачити запасні варіанти і, вчасно використавши їх, запобігти збитків. Чим дов­ше використовують продукт, тим менше шкоди його виробництво наносить навколишньому середовищу. Дослідження тривалості споживання продуктів (сервісної стійкості) тільки почи­наються (точка С).

Із закінченням терміну служби матеріалів (точка К), перетворенням їх у відходи, мож­ливі наступні напрямки їх подальшої трансформації:

1)повернення у виробництво у вигляді сировини;

2. перетворення в іншу корисну хімічну форму (наприклад, одержання компосту);

3. утилізація енергії, що міститься в них (наприклад, спалюванням);

4. збереження у вигляді відходів (скинути у відвали).

Останній варіант залишає матеріальний цикл відкритим: сировина й енергія, що міс­тяться у відходах, не використані. Більш того, відходи потребують певних площ для збері­гання і можуть забруднювати атмосферу або ґрунтові води шкідливими речовинами.

Спалювання відходів - часткове вирішення проблеми, тому що одержання енергії су­проводжується виділенням топкових газів: двоокису вуглецю - шкідливої речовини з точки зору глобального потеплення землі, діоксинів і фуранів, що завдають величезної шкоди здоров'ю людей.

Загальне прагнення до підвищення швидкостей рециркуляції приведе до позитивної соціальної оцінки відновлення більш широкого використання металів - традиційного мате­ріалу, з якого починалася історія людства («Бронзовий вік», «Залізний вік» і т.д.). Метали легко рециркулюються, а їх трансформація не супроводжується утворенням токсичних ре­човин. Наприклад, іржа - продукт «деградації» сталі - ідентична з оксидами природного матеріалу - залізної руди і не шкідлива для навколишнього середовища. На думку багатьох дослідників, кінець «залізного віку» не передбачається. Подібним чином і легкі метали ма­ють відмінні шанси для широкого практичного застосування.

Полімери і їх композити - також легкі матеріали. Швидкими темпами розвивається їх виробництво, з ними виробники пов'язують багато надій відносно задоволення потреб лю­дей. Однак у розглянутому матеріальному циклі полімери викликають труднощі, особливо якщо вони являють собою з'єднання, закріплені волокнами. У більшості випадків рецирку­ляція полімерів зводиться лише до використання енергії, що міститься в них.

У той же час «високі» полімери, основані на природній полімерній сировині, можуть бути синтезовані за допомогою енергії сонця; після служби вони руйнуються біологічним шляхом, стаючи відмінним добривом (компостом). У цьому випадку навколишнє середови­ще не піддається довготривалим зовнішнім впливам, завдяки чому таким матеріалам слід віддавати перевагу. Так, сучасність повертає нас до первинних матеріалів - дерева і природ­них волокон. Розвиток виробництва високотехнологічних виробів, основаних на подібних натуральних матеріалах, поки що, на жаль, знаходиться у початковій стадії.

Відзначимо деякі проблеми, пов'язані з рециркуляцією матеріалів. Поки що не встанов­лені прийнятні методи рециркуляції штучних полімерів і композитів, їх утримуючих. Для змі­шаних видів і отверділих полімерів існує можливість лише термічної утилізації - одержання енергії їх спалюванням. У якісних термопластиках, навпаки, закладена можливість матеріаль­ної утилізації, оскільки їх можна розплавляти. Еластоміри також можуть бути відновлені механіко-термічним впливом у змішувачах.

Швидкість рециркуляції пластиків, у порівнянні з металами, досить низька. Пластики -відносно новий матеріал і досвід їх рециркуляції поки що невеликий, однак у зв'язку з різ­ким збільшенням витрат пластиків проблема їх рециркуляції набуває гостроти.

В останні десятиліття виробництво більшості металів збільшилося (див. рис. 12.1), завдяки чому зростала швидкість утворення металевого скрапу. Внаслідок поліпшення тех­нології й устаткування кількість внутрішньозаводського скрапу знизилась, а «ринкового» -зросла. Оскільки він забруднений іншими матеріалами - пластиком, керамікою, склом, різ­ними покриттями і містить легуючі та інші елементи, які можуть зашкодити якості металу, рециркуляція ускладнюється попередньою обробкою і рафінуванням розплавів.

Як і сталь, матеріалом, економічно привабливим для рециркуляції, є, наприклад, мідь. Рециркуляція поєднує в собі велику розмаїтість процесів - від відновлення міді до рецир­куляції відходів мідного виробництва, напівпродуктів і продуктів переробки. Економічно

виправдана навіть рециркуляція води після мокрого очищення від електричного мідного покриття. Більш складні проблеми виникають при рециркуляції старого мідного забрудне­ного скрапу в плавильному агрегаті. Проблеми тут не в самому рафінуванні, а в обробці супровідних матеріалів, що підлягають сепарації: ртуті, талію, радіоактивних елементів, які потрапляють у вторинне виробництво через скрап. Незважаючи на труднощі, швидкість рециркуляції міді в Німеччині досягла 46%. Так, мідних катодів із вторинної сировини ви­робляється 256 тис.т/рік. Враховуючи тривалий термін служби мідної продукції, в найближ­чому майбутньому очікують швидкості рециркуляції 90-95%, причому без погіршення якості міді. Це означає, що рециркуляцію міді можна розглядати як наочну модель процесів рецир­куляції матеріалів.

Світове виробництво цинку становить понад 7 млн.т на рік, 80% цієї кількості одержу­ють електровиділенням, решту - пірометалургійним способом, найчастіше - процесом ISP, створеним у Великобританії і найбільш популярним. Його технологічна гнучкість забезпе­чує переробку в цинк концентратів і вторинних матеріалів усіх типів і одночасне виробниц­тво цинку і свинцю. Порошкоподібна сировина для процесу агломерується або брикетуєть­ся; освоюється також вдування порошків безпосередньо через фурми шахтних печей ISP для прямого одержання цинку із вторинного матеріалу.

Деякі автори заперечують сталу думку ряду державних діячів і громадськості про те, що рециркуляція завжди позитивно позначається на навколишньому середовищі і чим вище швидкості рециркуляції, тим краще поставлена охорона природи. Законодавчі рециркуля-ційні квоти для пакувальних матеріалів - сталі, скла, паперу, алюмінію, пластику прийняті в Німеччині, Бельгії, Швеції, Англії, Франції, однак без доказів того, що ці квоти забезпечу­ють найбільш сприятливі умови захисту навколишнього середовища. У ряді випадків збіль­шені швидкості рециркуляції, що вимушено супроводжується великим числом процесів сор­тування, очищення і транспортування, знижують ефективність і корисність самої рецирку­ляції. Якість рециркульованих продуктів знижується внаслідок акумуляції шкідливих речо­вин (домішки у сплавах, фарби в інших матеріалах та ін.), зміни внутрішньої структури ма­теріалів (деградація полімерних ланцюжків і волокон). Збільшення швидкості рециркуляції без введення, використання додаткових процесів обробки (рафінування) чи заміни тради­ційних добавок на такі, що легко видаляються (зі своїм виробництвом і побічними продук­тами) може погіршити якість виробів. Тому квоти рециркуляції матеріалу повинні ретельно вивірятися з метою пошуку найбільш придатної з екологічної точки зору. При виборі швид­кості і технологічного ланцюга циркуляції кожного матеріалу їх різні варіанти слід порівню­вати з дотриманням двох важливих методологічних вимог: рівності загальної вигоди й обо­в'язкового моделювання всього технологічного ланцюга в залежності від швидкості рецир­куляції. Такий підхід дозволив, наприклад, розрахувати у Фрайберській Гірничій Академії (Німеччина) оптимальну швидкість рециркуляції паперу - 75%, якщо до циклу рециркуляції додадуться технологія виробництва фарб (чорнила) з додатковими флотаційними власти­востями, дисперсія відбілювачів і т.ін.

На інтегрованих металургійних заводах розроблені і здійснюються концепції рецирку­ляції, складовими частинами яких є:

• постійна увага до розробки і широке використання технологій, що скорочують відхо­ди виробництва;

• багаторазове використання скрапу, шлаків, пилу, шламів, води, формувальних мате­ріалів на різних стадіях процесу;

• повторне використання матеріалів і відходів, включаючи воду, на інших ділянках як самого заводу, так і за його межами;

• внутрішньозаводське або зовнішнє застосування енергії тепловиділень і газів, що спалюються, у теплообмінниках і бойлерах;

• удосконалення технологічного ланцюга утилізації побічних продуктів виробництва;

• підготовка старих заводських ділянок для вторинного використання як для завод­ських потреб, так і для муніципальних.

З 1993 року діють німецькі і європейські наукові програми і концепції, що містять стра­тегію захисту навколишнього середовища. Систематично публікуються їх назви, адреси і телефони виконавчих служб. Основні функції, права і можливості учасників програм, в числі яких Україна, на жаль, поки що не фігурує, наступні. На першому плані - захист від забруд­нення середовища шляхом «первинних заходів» у самому джерелі, тобто зведення до міні­муму емісії будь-якого виду в технологічному процесі. Для збереження природи розгляда­ються не тільки технологічні аспекти змін у промисловій індустрії, але й економічні і соціальні, такі як безробіття, споживання, ринкові відносини, питання кваліфікаційні, комунікацій, ко­операції й оцінки змін у глобальному масштабі.

Програми включають підтримку економіки країн, схильних до стратегії виробництва, ін­тегрованого з захистом навколишнього середовища, і фінансування навіть окремих техноло­гій. В їх основі лежать розвиток виробництва рециркулюючих продуктів, керування потоком інтелектуального матеріалу, розробка і поширення новітніх технологій рециркуляції. Для коопе­рації зі Східною Європою і третіми державами передбачені можливості здійснення спільних проектів і консультативної діяльності, реалізація демонстраційних проектів. З 1997 р. Євро­пейський комітет з науки і технологій створив ряд додаткових довгострокових програм, тезами яких є: виконання дослідницьких і технологічних робіт при організації зв'язку між підприємствами, науковими центрами й університетами; здійснення дослідницьких техно­логічних проектів з країнами третього світу і міжнародними організаціями; поширення й оптимізація результатів досліджень, технологічних рішень; стимуляція придбання навичок рециркуляції і мобільності наукових досліджень. В результаті проведених робіт у 1998 р. до програми «Життя», що розвиває і здійснює загальну погоджену політику і законодавство у сфері охорони навколишнього середовища, крім країн ЄЕС, приєдналися Албанія, Алжир, Боснія-Герцеговина, Хорватія, Кіпр, Єгипет, Ізраїль, Йорданія, Ліван, Мальта, Марокко, Сирія, Туніс, Західний берег ріки Йордан, Балтійська прибережна лінія Росії.