Hutnictwo żelaza i stali

6.3.1. Ogólna charakterystyka

Do połowy ubiegłego wieku rozwój gospodarki uzależniony był od stali i produktów z niej wykonanych. Lata osiemdziesiate przyniosły załamanie pro-dukcji stali w wielu krajach, wśród nich w Japonii, Francji, Niemczech, Wielkiej Brytanii i w Stanach Zjednoczonych, gdzie osiągnięcia inżynierii materiałowej, takie jak: aluminium, tworzywa sztuczne, kompozyty, stopy glinu i tytanu zaczę-ły zastępować stal. Równocześnie następował wzrost produkcji stali w krajach szybko rozwijających się: w Chinach, Brazylii, Indiach, RPA i Korei Płd. W 2007 r. światowa produkcja stali surowej wyniosła 1340 Tg, a w Polsce 10,6 Tg.

Polskie huty sprowadzają surowce żelazonośne z zagranicy. W ubiegłej de-kadzie ponad 90% tych surowców importowano z krajów byłego ZSRR, obecnie wzrósł udział dostawców z innych krajów. Złom stalowy pochodzi głównie z kraju.

Na świecie, a także w Polsce następuje konsolidacja producentów stali. Ma to na celu obniżenie kosztów produkcji, uzyskanie dostępu do tańszych surowców, postęp techniczny oraz wzbogacenie oferty handlowej.

W ostatniej dekadzie stosunki własnościowe w branży hutniczej ulegały gruntownym zmianom. W 2005 r. udział głównych przedsiębiorstw w krajowej produkcji przedstawiały się następująco:

– Pozostali producenci 6%.

Konsekwencją takiego działania była likwidacja wielu hut, ale te, które przetrwały unowocześniły się i zwiększyły wydajność. W 2002 roku zakończono w Polsce produkcję stali w piecach martenowskich. Obecnie stal produkuje się metodą konwertorowo-tlenową i w piecach elektrycznych.

6.3.2. Procesy technologiczne

W hucie surowcowej stosuje się następujące procesy technologiczne: wytop surówki żelaza, produkcja stali oraz jej obróbka plastyczna, według ogólnego schematu przedstawionego na Rysunku 7.

Rys 7. Źródła i drogi przenikania zanieczyszczeń w hucie surowcowej

Surówkę żelaza wytapia się w wielkim piecu w wysokotemperaturowym procesie redukcji tlenkiem węgla związków żelaza zawartych w rudach. Su-rowcami do produkcji surówki żelaza są więc rudy żelaza, koks jako paliwo i reduktor, topniki zasadowe (wapień, magnetyt) lub kwaśne (krzemionka i żużle stalowe) oraz powietrze. Rudy żelaza po wydobyciu są rozdrabniane, przesiewane, sortowane, następnie poddawane procesom wzbogacania i transportowane do aglomerowni. Tam są suszone, prażone i spiekane na taśmach spiekalniczych wraz ze zmielonym kamieniem wapiennym, dolomitem i koksem. Powstający spiek, po ochłodzeniu, skruszeniu i sortowaniu, kierowany jest do wielkiego pieca wraz z koksem i topnikami. Materiały wsadowe ładuje się do wielkiego pieca od góry, a przez dysze w dolnej jego części wprowadzane jest gorące powietrze. W celu zmniejszenia ilości koksu i podwyższenia wydajności procesu stosuje się dodatki do dmuchu, takie jak paliwa zastępcze (gaz ziemny, olej, miał węglowy), a także tlen. Produktami wielkiego pieca oprócz surówki żelaza są gaz wielkopiecowy i żużel. Gaz wielkopiecowy po oczyszczeniu wykorzystywany jest dla potrzeb energetycznych. Z surówki żelaza z dodatkiem złomu stalowego wytapia się stal, wykorzystując metodę konwertorowo-tlenową do utlenienia i usunięcia niepożą-danych składników: węgla C i krzemu. W celu otrzymania żądanego składu stali

stosuje się materiały stopowe w postaci żelazomanganu, żelazokrzemu i innych.

Następnie płynna stal przekazywana jest do procesu ciągłego odlewania stali (COS) i walcowania wlewków.

6.3.3. Emisja pyłu i gazów z instalacji hutniczych

Praca instalacji hutniczych w nieunikniony sposób związana jest z powsta-waniem zanieczyszczeń powietrza. Wielkość emisji zależy od rodzaju prowadzo-nego procesu, stopnia zhermetyzowania procesu oraz stanu techniczprowadzo-nego urządzeń instalacji. Procesy metalurgiczne są źródłem przeszło połowy emitowanych zanieczyszczeń pyłowych z produkcyjnych instalacji przemysłowych.

6.3.4. Analiza źródeł i dróg przenikania zanieczyszczeń

Procesy hutnicze są źródłem emisji przede wszystkim pyłów, zawierających metale (Fe, Ni, Zn, Cr, Cd, Pb i in.), a także szkodliwych gazów. Emisja substan-cji zanieczyszczających obejmuje: procesy przygotowania wsadu do wielkiego pieca (koks, spiek, topniki), proces wielkopiecowy, stalowniczy oraz procesy energetyczne. Wyprażanie kamienia wapiennego powoduje emisję pyłu. Jest to emisja zorganizowana. Procesy energetyczne i spiekania rudy są największym źródłem emisji zanieczyszczeń pyłowo-gazowych w hucie. Proces przygotowa-nia rudy jest źródłem emisji pyłu zarówno w czasie składowaprzygotowa-nia, rozdrabprzygotowa-niaprzygotowa-nia, suszenia, jak i spiekania, a następnie kruszenia i przesiewania spieku. Do źródeł pylenia należy także mielenie i przesiewanie kamienia wapiennego, dolomitu i koksu. Gazy odlotowe z taśmy spiekalniczej, zawierające oprócz pyłu, gazowe substancje zanieczyszczające: tlenek węgla, tlenki siarki (SO₂ i SO₃), tlenki azotu, chlorki, węglowodory, są po odpyleniu w sposób zorganizowany wprowadzane do powietrza przez wyrzutnię kominową znacznej wysokości.

Proces wielkopiecowy to kolejne źródło emisji pyłu oraz emisji związków siarki: tlenosiarczku węgla, dwutlenku siarki oraz siarkowodoru. Emisja ta ma charakter niezorganizowany i jest związana z nieuniknionymi stratami gazu wiel-kopiecowego i garowego, odprowadzaniem i utylizacją żużla oraz rozlewaniem surówki. Zasadnicza część pyłu i zanieczyszczeń gazowych zawartych w gazie wielkopiecowym jest zatrzymywana w instalacjach oczyszczania gazu i utylizo-wana, a oczyszczony gaz jest używany jako gaz opałowy.

Procesowi wytopu stali towarzyszy intensywne wydzielanie się gazów (CO, SO_x, NO_x) i pyłów. Wielkość emisji zanieczyszczeń związana z wytopem stali jest uzależniona od rodzaju stosowanej technologii. Również przy wytopie stali zasadnicza część pyłu i zanieczyszczeń gazowych zawartych w gazie kon-wertorowym jest zatrzymywana w instalacji oczyszczania gazu i utylizowana, a oczyszczony gaz jest używany jako gaz opałowy.

Wielkość emisji substancji zanieczyszczających z procesu ciągłego odle-wania stali (pył, SO₂, NO_x i CO) jest niższa od emisji z procesu odlewania stali w sposób tradycyjny. Sam proces walcowania jest źródłem emisji towarzyszącej spalaniu mieszaniny gazu wielkopiecowego i koksowniczego stosowanej do opalania pieców grzewczych.

6.3.5. Metody ograniczania emisji zanieczyszczeń do środowiska w pro-cesach hutniczych

Ograniczanie uciążliwości procesów hutniczych polega na ograniczaniu emisji pyłu i gazów poprzez:

– wyłączenie przestarzałych linii produkcyjnych, – stosowanie surowców o niskiej zawartości siarki, – zraszanie surowców na składowiskach,

– hermetyzację procesów,

– transport pneumatyczny lub wibracyjny materiałów sypkich,

– stosowanie przenośników taśmowych materiałów wsadowych wielkiego pieca,

– zastosowanie wysoko skutecznych urządzeń odpylających gazy odlotowe, modernizację już istniejących,

– recyrkulację gazów spalinowych, – wykorzystanie ciepła odpadowego, – oczyszczanie gazów z dwutlenku siarki,

– dopalanie tlenku węgla lub utylizację gazów konwertorowych, – zastosowanie ciągłego odlewania stali.

Postęp ekologiczny w hutnictwie stymulują przepisy UE poprzez wytyczne dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT) opracowywane przez Techniczne Grupy Robocze, a następnie zatwierdzane przez Komisję Europejską. Dla hutnic-twa i produkcji stali sporządzono wytyczne BAT obejmujące następujące procesy:

– prażenie lub spiekanie rud, w tym siarczkowych,

– pierwotny i wtórny wytop surówki żelaza lub stali surowej, w tym ciągłe odlewanie stali o wydajności powyżej 2,5 Mg/h,

– obróbka żelazna i stali (walcowanie na gorąco, kucie, nakładanie powłok metalowych)

– odlewanie stali.