Экология черной металлургии ЕС

ǘǔǙǔǝǞǑǜǝǞǎǚ ǚǍǜnjǓǚǎnjǙǔǫ ǔ Ǚnjǟǖǔ ǜǠ 
ȱ 2925 
ǠǑǐǑǜnjǗǨǙǚǑ ǏǚǝǟǐnjǜǝǞǎǑǙǙǚǑ njǎǞǚǙǚǘǙǚǑ ǚǍǜnjǓǚǎnjǞǑǗǨǙǚǑ ǟǣǜǑǒǐǑǙǔǑ  
ǎǧǝǤǑǏǚ ǚǍǜnjǓǚǎnjǙǔǫ  
«ǙnjǢǔǚǙnjǗǨǙǧǕ ǔǝǝǗǑǐǚǎnjǞǑǗǨǝǖǔǕ ǞǑǡǙǚǗǚǏǔǣǑǝǖǔǕ ǟǙǔǎǑǜǝǔǞǑǞ «ǘǔǝǴǝ» 
 
ǖǬȀDZǰǼǬ ȉǹDZǼǯǺȉȀȀDZǶǾǴǮǹȇȁ Ǵ ǼDZǽǿǼǽǺǽǭDZǼDZǯǬȊȅǴȁ 
ǻǼǺǸȇȄǷDZǹǹȇȁ ǾDZȁǹǺǷǺǯǴǵ 
 
 
 
Ǘ.nj. ǤǿǷȈȂ 
Ǐ.ǝ. ǛǺǰǯǺǼǺǰDZȂǶǴǵ 
ǖ.ǝ. ǤǬǾǺȁǴǹ 
 
ǩǶǺǷǺǯǴȋ ȃDZǼǹǺǵ ǸDZǾǬǷǷǿǼǯǴǴ Ǒǝ 
 
 
 
ǟȃDZǭǹǺDZ ǻǺǽǺǭǴDZ 
 
 
ǜDZǶǺǸDZǹǰǺǮǬǹǺ ǼDZǰǬǶȂǴǺǹǹǺ-ǴdzǰǬǾDZǷȈǽǶǴǸ 
ǽǺǮDZǾǺǸ ǿǹǴǮDZǼǽǴǾDZǾǬ 
 
ǘǺǽǶǮǬ 2016 

УДК 504.06:669.1 
 
Ш95 
Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. В.А. Муравьев 
Шульц Л.А. 
Ш95  
Экология 
черной 
металлургии 
ЕС : учеб. 
пособие / 
Л.А. Шульц, Г.С. Подгородецкий, К.С. Шатохин. – М. : Изд. 
Дом МИСиС, 2016. – 155 с. 
ISBN 978-5-87623-985-3 
Приведена информация по технологическим и экологическим показателям основных производств черной металлургии стран ЕС. Во взаимосвязи с 
экологическими проблемами представлены сведения о современных технологиях и оборудовании, использовании ресурсов и переработке отходов. Они 
включают показатели, которые могут быть достигнуты в наилучших доступных технологиях, содержат сравнительные данные по эффективности различных направлений производства стали, знакомят с современными системами очистки и подавления вредных выбросов. 
Предназначено для студентов МИСиС, обучающихся по направлениям 
22.03.02 «Металлургия» и 20.00.00 «Техносферная безопасность и природообустройство». 
УДК 504.06:669.1 
 
 
ISBN 978-5-87623-985-3 
” Л.А. Шульц, Г.С. Подгородецкий, 
К.С. Шатохин, 2016 
” НИТУ «МИСиС», 2016 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Введение .................................................................................................... 
5
1. Общие сведения о производстве стали, 
использовании ресурсов, ключевых 
экологических проблемах и внутренней переработке отходов 
............ 
8
1.1. Способы производства стали 
........................................................ 
8
1.2. Ресурсы и их использование 
......................................................... 
9
1.3. Ключевые экологические проблемы 
.......................................... 12
1.4. Внутреннее использование отходов металлургического 
завода с полным циклом .................................................................... 14
2. Специализированные установки для рециклинга отходов 
с высоким содержанием железа ............................................................ 16
2.1. Печь шахтного типа OxyCup ...................................................... 16
2.2. DK-процесс................................................................................... 17
2.3. Процесс восстановительной плавки .......................................... 18
2.4. Безобжиговые окатыши .............................................................. 22
3. Мониторинг и управление окружающей средой ............................. 25
3.1. Непрерывный мониторинг параметров и выбросов 
в воздух 
................................................................................................ 25
3.2. Непрерывный мониторинг параметров и выбросов 
в воздух после фильтров .................................................................... 25
3.3. Периодический мониторинг выбросов после 
систем обеспыливания ....................................................................... 27
3.4. Управление водой и сточными водами ..................................... 28
3.5. Снижение уровней шума ............................................................ 30
3.6. Системы управления окружающей средой ............................... 30
4. Основные технологические процессы, системы очистки 
и технологии подавления вредных выбросов 
металлургических установок и печей 
................................................... 34
4.1. Агломерационные установки ..................................................... 34
4.1.1. Рукавный фильтр – комбинированное 
или комплексное снижение выбросов твердых 
и газообразных загрязнителей 
....................................................... 35
4.1.2. Утилизация отходящих газов 
от агломерационной ленты ............................................................ 40
4.1.3. Селективная рециркуляция отходящих 
газов агломерационной ленты 
....................................................... 45
4.2. Установки для получения окатышей ......................................... 47
3 

4.2.1. Применяемые процессы и технологии ............................... 48
4.2.2. Дробление и сушка (обезвоживание) ................................. 53
4.2.3. Проблемы загрязнения воды ............................................... 54
4.3. Коксовые печи ............................................................................. 55
4.3.1. Утилизация тепла при коксовании 
...................................... 65
4.3.2. Сухое тушение кокса 
............................................................ 67
4.3.3. Очистка сточных вод 
............................................................ 67
4.4. Доменные печи ............................................................................ 73
4.4.1. Применение восстановителей ............................................. 75
4.4.2. Охлаждение и переработка шлаков .................................... 78
4.4.3. Выбросы доменной печи 
...................................................... 80
4.4.4. Сточные воды 
........................................................................ 81
4.4.5. Остатки производства .......................................................... 83
4.4.6. Примеры использования восстанавливающих агентов .... 88
4.5. Производство стали в кислородных конвертерах .................... 93
4.5.1. Внепечная обработка стали ................................................. 97
4.5.2. Непрерывная разливка ......................................................... 98
4.5.3. Сопутствущие конвертерному производству стали 
производственные потоки и выбросы вредных веществ .......... 100
4.5.4. Сточные воды 
...................................................................... 102
4.5.5. Остатки процесса 
................................................................ 104
4.5.6. Эффективность различных систем очистки 
..................... 108
4.5.7. Очистка сточных вод 
.......................................................... 112
4.5.8. Горячее брикетирование и рециклинг пыли .................... 116
4.5.9. Использование конвертерного газа 
................................... 119
4.6. Производство стали в электродуговых печах ......................... 121
4.6.1. Выбросы в воздух ............................................................... 126
4.6.2. Сточные воды и остатки производства ............................ 130
4.6.3. Новые печи с подогревом лома и выбросы 
...................... 134
4.6.4. Современные системы отвода газов ................................. 138 
Сокращения и определения…………………………….…………….150 
Библиографический список 
................................................................. 154
 
4 

Введение 
Стратегия устойчивого развития, проблемы окружающей среды и 
развития общества взаимосвязаны. Основные первичные проблемы 
окружающей среды обусловлены ее загрязнением производственными отходами, приводящими к климатическим изменениям, разрушению озонового слоя, нарушению лесного, кустарникового и травяного покровов земли, эрозии почв и др. Все перечисленные изменения 
природной среды, в свою очередь, непосредственно связаны с продолжительностью жизни людей и их здоровьем. Задача обнаружения 
всех связей загрязнения окружающей среды с продолжительностью 
жизни людей невероятно сложная и доступна лишь целому коллективу специализированных научных организаций, занимающихся как 
проблемами оценки качества окружающей среды и риска загрязнений природных объектов, переноса в ней промышленных и природных загрязнений, так и оценкой эколого-экономического ущерба, 
последствий от заболеваний и т.д.  
Важнейшие современные инженерные экологические проблемы 
вытекают из требований концепции экологически чистого производства (ЭЧП), которая впервые была разработана в США в конце 80-х 
годов ХХ века на базе интеграции положительного опыта перехода 
предприятий на «лучшие из имеющихся технологий, не требующих 
чрезмерных затрат» (Best Available Technigues, ВАТ). Применительно к производственным процессам – это, прежде всего, сокращение 
материальных и энергетических затрат, уменьшение количества и 
снижение уровня токсичности выбросов, сбросов, уменьшение технологических отходов. По существу, под ЭЧП подразумевается «более чистое производство», постольку абсолютного ЭЧП, как и «безотходного производства», не может быть в принципе. 
Преобразование промышленности, разработка новых технологий 
производства продукции, сопровождаемой той или иной системой 
очистки выбросов и сбросов должны быть нацелены на то, чтобы 
добиться работы агрегатов и предприятий с минимальным расходом 
ресурсов, прежде всего энергии, и минимальным вредным воздействием на окружающую среду. 
Развитие ЭЧП в России стало возможным, прежде всего, благодаря зарубежному опыту, который учитывает системные принципы 
оптимального решения производственного развития, включая и экологические показатели. В соответствии с программой «Чистое про5 

изводство» он опирается на четыре принципа: 1) «Предотвращение 
загрязнения – экономически выгодно»; 2) «Причины загрязнения 
нужно искать прежде всего в производстве»; 3) «Передача опыта и 
знаний от инженера к инженеру»; 4) «Постоянное и постепенное, 
шаг за шагом, совершенствование производства». 
Знакомство и изучение опыта ЕС по программе от 8 марта 2012 г. 
ВАТ прежде всего открывает возможности сравнения отечественных 
и зарубежных показателей по охране окружающей среды, отражаемой прежде всего в количестве и токсичности выбросов технологическими агрегатами. Информация зарубежного опыта о составе и количестве различных загрязнителей в этих странах существенно более 
полная, чем в России. 
Основная цель настоящего пособия – довести до сведения студентов, обучающихся по направлениям «Металлургия» и «Техносферная 
безопасность и природообустройство», материалы по различным выбросам, сбросам и другим отходам, непосредственно отражающие 
работу и экологические показатели конкретных агрегатов и цехов 
черной металлургии ЕС. Важнейшие показатели загрязнения окружающей среды (ОС) связаны с выбросами в атмосферу. В целом их 
количество в любой стране мира превышает допустимое в несколько 
раз, наибольшая же их доля приходится на металлургическое производство. Очевидно, решение экологических проблем в черной металлургии лежит прежде всего в сфере ее технологического производства. В ЕС количество выбрасываемых в атмосферу металлургическим 
производством вредных веществ на тонну произведенного проката 
самое низкое в мире, причем оно ниже, чем в России, в 2–3 раза. 
По усредненным данным взаимосвязь между производительностью металлургического комбината полного цикла, расходом потребляемой энергии и массой выбрасываемых в атмосферу вредных 
веществ на данном этапе развития относительно стабильна: на 
10 млн т произведенного проката затрачивается около 10 млн т условного топлива и выбрасывается в атмосферу около 0,5 млн т вредных 
веществ. Но вред от выбросов определяется не столько их массой, 
сколько их составом, токсичностью и канцерогенностью. В представленных в пособии материалах, которые в значительной степени могут 
быть использованы как справочные по составу металлургических выбросов в различных производствах, вопросам полноты информации о 
составе металлургических выбросов уделено особое внимание. 
Сведения по экологическим показателям (выбросам и сбросам 
вредных веществ) черной металлургии ЕС в пособии в основном 
6 

приведены в форме таблиц и рисунков без каких-либо отклонений от 
их оригинала с соответствующим переводом надписей. Такая форма 
представления материала в наименьшей степени допускает ошибки, 
неточности и позволяет студентам ближе познакомиться с техническим английским языком, причем совершенно без ущерба его понимания и возможностью самостоятельного обобщения прочитанного 
ими материала. 
Информация по черной металлургии ЕС (справочник BREF) периодически пересматривается и при необходимости обновляется, 
включая следующие шаги: 
– идентификация ключевых экологических проблем металлургии 
на основании анализа ее самых важных технологических производств и установок: агломерационное производство–установка для 
окомкования–коксовая печь–доменная печь–кислородный конвертер 
и электродуговая печь. Ключевыми экологическими проблемами являются выбросы в воздух и потребление энергии; 
– изучение технологий, которые являются самыми важными при 
обращении к этим ключевым проблемам; 
– идентификация наилучших уровней экологических показателей 
на основе имеющихся данных в ЕС и во всем мире; 
– изучение условий, при которых были достигнуты эти уровни 
экологических показателей, таких как затраты, воздействия между 
элементами окружающей среды и основные движущие силы, участвующие при реализации этих технологий; 
– выбор наилучших доступных технологий (ВАТ), связанные с 
ними уровни выбросов (и уровни других экологических показателей) 
и соответствующий мониторинг в этом секторе. 
Работа выполнена по материалам справочного документа по наилучшим доступным технологиям для черной металлургии ЕС [1], переведенного канд. техн. наук А.Г. Юдиным (Всероссийский институт 
научной и технической информации РАН) [2–4]. 
 
7 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ, 
ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕСУРСОВ, КЛЮЧЕВЫХ 
ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМАХ И ВНУТРЕННЕЙ 
ПЕРЕРАБОТКЕ ОТХОДОВ 
1.1. Способы производства стали 
В настоящее время в мире используется в основном два способа 
производства стали: 1) классическое кислородно-конвертерное производство стали – a59,8 % и 2) выплавка в электродуговых печах 
(EAF) – a40,2 %, с учетом переработки прямого восстановления 
(DRI). Процентная доля мирового производства нерафинированной 
стали с помощью DRI составила около 6,8 % в 2006 г., что соответствовало 59,8 млн т железа DRI. С учетом планируемых производственных площадок мировое производство DRI должно было возрасти 
до 80 млн т к 2010 г. В Европе производство DRI было ограничено 
704 тыс. т в 2006 г. (580 тыс. т в Германии и 124 тыс. т в Швеции), 
что составляло приблизительно 1,5 % от мирового производства. Потребление DRI в EAF, по данным за 2006 г., составило 1,523 млн т в 
ЕС-27. 
К концу 2007 г. в общей сложности в эксплуатации находилось 
шесть установок для восстановительной плавки железной руды, при 
общей производительности по выплавке 7,45 млн т горячего металла. 
В странах ЕС-27 не имеется установок для восстановительной плавки в промышленном масштабе. 
Из четырех возможных в настоящее время способов выплавки 
стали классическая схема – доменная печь–кислородный конвертер, 
вне всякого сомнения, пока является основной, и она характерна 
для крупных промышленных комплексов, известных как металлургические заводы полного цикла, занимающих площадь несколько 
квадратных километров (рис. 1.1). Металлургические заводы полного цикла характеризуются сетями взаимозависимых потоков материалов и энергии между различными промышленными установками (агломерационные установки, установки для получения окатышей, коксовые печи, доменные печи и кислородные конвертеры с 
последующей разливкой).  
 
8 

 
Рис. 1.1. Вид сверху на металлургический завод с полным циклом  
1.2. Ресурсы и их использование 
Основными восстанавливающими металл агентами в доменной 
печи являются кокс и угольная пыль, образующие монооксид углерода и водород, которые восстанавливают оксиды железа. Кокс и 
уголь также одновременно выступают в роли топлива. 
Кокс производится из угля с помощью сухой перегонки коксующихся углей в коксовой печи и обладает лучшими физическими характеристиками по сравнению с углем. Во многих случаях дополнительные восстанавливающие агенты поставляются в виде жидкого 
топлива, природного газа и в некоторых случаях пластиков. Используется обогащенное кислородом горячее дутье. Монооксид углерода 
(СО) является основным восстанавливающим агентом для оксидов 
железа. 
Доменная печь загружается сверху шихтой. Она состоит из чередующихся слоев кокса и смеси агломерата и (или) окатышей, кусковой руды и флюсов. В печи, по мере опускания шихты, железная руда все больше и больше восстанавливается, а жидкий чугун и шлак 
собираются в горне печи, откуда сливаются. 
Шлак из доменной печи гранулируется, окомковывается или выпускается в шлаковую траншею. Гранулы или куски шлака обычно 
продаются компаниям, производящим цемент. Шлак из траншей 
можно также использовать в дорожном строительстве.  
9 

 
Рис. 1.2. Обзор технологических методов на заводе с полным циклом 
Пояснения к рисунку: 
Process inputs – исходные вещества 
Process waste materials – отходы технологического процесса 
10