Расчет и подбор оборудования для очистки газовых выбросов от диоксид азота и фтористых газообразных соединений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Характеристика предприятия ООО «КраМЗ»

1.1 Общие сведения о предприятии

1.2 Краткая характеристика физико-географических и климатических условий района

1.3 Складское хозяйство и транспорт

2. Описание технологического процесса литейного цеха

2.1 Схема технологического производства катанки

2.1.1 Порядок загрузки шихты и компонентов

2.1.2 Режим ведения плавки

2.2 Технология бесслитковой прокатки

2.3 Краткая характеристика основного оборудования литейного цеха

2.3.1 Особенности плавки в индукционных печах

2.3.2 Литейные миксеры

2.3.3 Печи с выкатным поддоном

3. Оценка воздействия предприятия на окружающую природную среду

3.1 Характеристика уровня загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения предприятия

3.2 Воздействие объекта на атмосферный воздух и характеристика источников выброса загрязняющих веществ

3.3 Контроль за соблюдением нормативов ПДВ (ВСВ) на предприятии

3.4 Мероприятия по регулированию выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях

3.5 Характеристика производственных процессов предприятия как источника образования отходов

3.6 Мероприятия по охране подземных вод от истощения и загрязнения

3.7 Уточнение размеров СЗЗ

3.8 Проведение расчета рассеивания до внедрения мероприятия

3.8.1 Расчет от одиночного точечного источника - труба индукционной канальной печи

3.8.1.1 Расчет концентрации оксид углерода

3.8.1.2 Расчет концентрации азота диоксид

3.8.1.3 Расчет концентрации фтористых газообразных соединений

3.8.1.4 Расчет концентрации гидрохлорида (водород хлористый, соляная кислота) по молекуле НСl

3.8.1.5 Расчет концентрации пыли неорганической: ниже 20 %

двуокиси кремния

3.8.2 Расчет от одиночного точечного источника - труба каскада миксеров

3.8.2.1 Расчет концентрации оксид углерода

3.8.2.2 Расчет концентрации азота диоксид

3.8.2.3 Расчет концентрации фтористых газообразных соединений

3.8.2.4 Расчет концентрации гидрохлорида (водород хлористый, соляная кислота) по молекуле НСl

3.8.2.5 Расчет концентрации пыли неорганической: ниже 20 % двуокиси кремния

4. Предлагаемые технические решения

4.1 Комплекс мероприятий по уменьшению выбросов в атмосферу

4.2 Предлагаемый процесс очистки газовых выбросов

4.3 Расчет оборудования

4.4 Расчет загрязнения атмосферы после проведения мероприятия

4.4.1 Расчет концентрации оксид углерода

4.4.2 Расчет концентрации азота диоксид

4.4.3 Расчет концентрации фтористых газообразных соединений

4.4.4 Расчет концентрации гидрохлорида (водород хлористый, соляная кислота) по молекуле НСl

4.4.5 Расчет концентрации пыли неорганической: ниже 20 % двуокиси Кремния

5. Технико-экономическая оценка

5.1 Расчет предотвращенного экологического ущерба

5.2 Расчет платы за загрязнения, оценка экологического эффекта

5.2.1 Расчет приведенного объема газовых выбросов

5.2.2 Расчет улавливаемой массы загрязняющих веществ в атмосфере

5.2.3 Расчет платы за выбросы

5.3 Капитальные вложения

5.4 Баланс рабочего времени

5.5 Затраты на электроэнергию

5.6 Амортизация отчисления

5.7 Расходы на оплату труда

5.8 Расходы на содержание и эксплуатацию газопылеулавливающих установок

5.9 Калькуляция затрат по очистке выбросов в атмосферу

6. Нормативно - правовая база

Заключение

Введение

Металлургия является ведущей отраслью народного хозяйства страны. Темпы развития всего народного хозяйства определяются уровнем производства металла. Чугун, сталь, прокат - основные виды продукции металлургической промышленности. Чугун, сталь идут на изготовление станков, производственных и сельскохозяйственных машин. Прокатные изделия в виде железнодорожных рельсов, строительных блоков, различных труб, проволоки, сортовой стали различного сортамента находят чрезвычайно широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. Без продукции металлургического производства не может существовать и развиваться современное независимое государство, а без наличия в стране высокоразвитой металлургии невозможны быстрые темпы развития народного хозяйства. Литейное производство ООО «КраМЗ» производит следующие виды продукции:

- литые прутки (заготовки и длинномер) после механической обработки - резки, подвергаются упаковки и отправляются заказчику (вагонами или контейнерами);

- плоские слитки (слябы) с механической обработкой или без нее, поставляемые на прокатные заводы;

- заготовки цилиндрические сплошные и полые после отливки и механической обработки (резки, обтачке, расточке) поставляются в прессовое или кузнечно-прессовое производство ООО «КраМЗ» для дальнейшей переработки;

- катанка электротехнического назначения или для раскисления, производимая на агрегате НЛП-АК-4,5 (непрерывная линия прокатки алюминиевой катанки), поставляемая на кабельные или заводы черной металлургии;

- алюминиевая лента, производимая методом бесслитковой прокатки на линии БПЛ, поставляемая для производства посуды, номерных знаков, спусков для электролизеров.

В результате технологических процессов на предприятии образуются различные загрязняющие вещества, которые затем через дымовую трубу поступают в атмосферный воздух, тем самым негативно воздействуя не только на окружающую природную среду, но и на здоровье человека. Основными загрязняющими веществами являются: диоксид азота, фтористые газообразные соединения (в пересчете на фтор), пыль неорганическая (ниже 20 % двуокиси кремния) и гидрохлорид.

Целью данной дипломной работы является расчет и подбор оборудования для очистки газовых выбросов от диоксид азота и фтористых газообразных соединений. Внедрение газоочистного оборудования на данном производстве позволит предотвратить загрязнение окружающей среды, что положительно скажется на качестве воздуха и благоприятно отразится на здоровье людей.

1. Характеристика предприятия ООО «КраМЗ»

1.1 Общие сведения о предприятии

Предприятие: Общество с ограниченной ответственностью «КраМЗ».

Юридический адрес: Российская Федерация, 660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, 42, АО КраМЗ.

Основной вид деятельности ООО «КраМЗ» производство изделий из алюминия и алюминиевых сплавов.

Промышленная площадка ООО «КраМЗ» расположена в северо-восточной части г. Красноярска по адресу: 660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, 42, АО КраМЗ. Территориально предприятие входит в состав северо-восточного промышленного комплекса.

Территория основной промплощадки граничит:

С северо-востока - промзоной ОАО «РУСАЛ Красноярск»;

С юго-востока - автодорогой Красноярской ТЭЦ-3;

С юго-запада - промзоной ОАО «Железобетон»;

С северо-запада - железнодорожной веткой и ст. Коркино

Санитарно-защитная зона - 1000 м.

Размер площади землепользования:

Общая площадь землепользования - 1017810 м².

Площадь застройки - 359344 м².

Площадь усовершенствованного покрытия - 248877 м²

Площадь неусовершенствованного покрытия - 409589 м².

ООО «КраМЗ» включает в себя следующие производства и подразделения:

1. Плавильное производство.

2. Прессовое производство, в том числе:

- прессовый цех (цех 3);

- трубопрессовый цех (цех 5);

- кузнечно-прессовый цех;

- участок покраски.

3. Энергетическое производство (цех высоковольтных сетей и подстанций и цех инженерных коммуникаций и энергоснабжения).

4. Ремонтно-строительный цех.

5. Цех отгрузки готовой продукции.

Временной режим работы предприятия - 365 дней по 24 часа в сутки.

Предприятие располагает 1 шламонакопителем, расположенным в промышленной зоне ТЭЦ-3, 1,5-2,2 км севернее д. Песчанка, в 1,3 км северо-восточнее городских очистных сооружений и граничат с севера и частично с северо-востока - автодорога на ТЭЦ-3, с юго-запада - территория левобережных очистных сооружений.

1.2 Краткая характеристика физико-географических и климатических условий района

Город Красноярск расположен на обоих берегах реки Енисей, в среднем его течении, в вытянутой котловине со сложным рельефом. Минимальные абсолютные высотные отметки дна долины приурочены к руслу и изменяются от 130 м до 143 м над уровнем моря. Максимальные высоты с абсолютными отметками 270-300 м (правый берег) приурочены к поверхности территории водораздельных массивов. На юго-востоке территории гора Лысая достигает высоты 600-700 м над уровнем моря. В долине выделяется пойма и девять надпойменных террас, не имеющих повсеместного распространения в городе. Террасы левобережной части города ограничены плато, которое в северной окраине города называется Караульной горой с высотой до 100 м. С запада террасы левобережья ограничиваются лесистой Гремячинской гривой, высота которой около 240 м над уровнем моря. Предгорья Восточного Саяна, Куйсумские горы, высотой до 700 м, окаймляют долину на правом берегу. На распределение направления ветра заметное влияние оказывает долина реки Енисея. В городе, где направление ветра, повторяемость юго-западных ветров велика в течение всего года (30-53 %), а вместе с западными в январе составляет 80 %.

Температурные инверсии наблюдаются в течение всего года. Наибольшая их повторяемость приходится на зимний период (84-88 %),а наименьшая - в весеннее время (46 %), т.е. в период развития наиболее бурных атмосферных процессов. Наиболее характерны в условиях Красноярска радиационные инверсии, вероятность образования которых, особенно в летнее время, наибольшая для ночных и ранних утренних сроков. Повторяемость приподнятых инверсий с нижней границей до 250 м незначительная, максимальное ее значение наблюдается в декабре и не превышает 4 % от общего числа случаев.

Число дней с туманами в среднем за год составляет 32, из них в холодный период (октябрь-март) - 21, в теплый (апрель-сентябрь) - 11. Меньше всего туманов (1-2 дня) приходится на весенние месяцы (апрель-май) и больше на декабрь-февраль (до 18 дней).

Средняя продолжительность туманов в городе более 140 часов в год. Наибольшей продолжительностью отличаются туманы с ноября по январь от 5 до 6 часов. В остальное время года продолжительность туманов не превышает 3,5 часов.

Годовое количество осадков в пределах г. Красноярска - 300-450 мм. Летом месячные суммы осадков достигают наибольших значений 68-79 мм.

Город Красноярск находится в неблагоприятных, с точки зрения рассеивания выбросов в атмосферу, метеорологических условиях. Особенно ухудшаются условия рассеивания примесей в зимние месяцы, когда значительно возрастает повторяемость инверсионного распределения температуры, слабых ветров, туманов. Город расположен в зоне повышенного потенциала загрязнения атмосферного воздуха.

Промплощадка «КраМЗ» находится на высоком левом берегу реки Енисей. Абсолютная отметка площадки завода колеблется в пределах 179,7-180,5м. Отметка долины реки Енисей в этом районе 140 м и 142 м - противоположного берега, на котором сконцентрированы промышленные предприятия Правобережья города. Район «Зеленая Роща» располагается примерно на одном уровне с заводской площадкой. Абсолютная отметка основной части города находится в пределах 155 м. Преобладающими ветрами являются ветры юго-западного и западного направлений. По данным Красноярского Территориального управления по гидрометеорологии и контролю природной среды за последние годы повторяемость этих ветров соответственно составила (в годовом разрезе) 45 % и 20 %. Ветры остальных направлений не превышают 2-15 %.

Из выше изложенного можно сделать вывод, что промплощадка ООО «КраМЗ» имеет благоприятное месторасположение:

- абсолютные отметки ее выше отметок основного города, что естественно увеличивает фактическую высоту труб;

- ветры с завода на город имеют наименьшую направленность, следовательно, выбросы предприятия оказывают наименьшее влияние на загрязнение воздушной среды города Красноярска.

1.3 Складское хозяйство и транспорт

Для производства слитков в литейный цех поступают следующие основные материалы: первичный алюминий различных сортов, легирующие добавки -- магний, катодная медь, силумин, марганец, цинк и др.; отходы со стороны, отходы собственного производства, флюсы. Все эти материалы должны храниться в закрытом отапливаемом помещении.

В современных цехах суточный объем производства достигает сотен и даже тысяч тонн, поэтому организация складского хозяйства и механизация погрузочно-разгрузочных и транспортных операций заслуживает самого пристального внимания.

В отдельных случаях, при расположении литейных цехов вблизи производства первичного алюминия, следует использовать в шихте жидкий алюминий из электролизеров с транспортировкой его в специальных ковшах-металловозах. Плоские слитки алюминия и малолегированных сплавов должны отливаться на заводах первичного алюминия, это упрощает транспортные операции, снижает безвозвратные потери, а также энергетические и трудовые затраты.

Легирующие добавки, количество которых не превышает 5% от расхода первичного алюминия, хранят в специальных закромах.

Отходы со стороны, как правило, должны поступать в подготовленном состоянии в виде пакетов, брикетов или слитков, снабженные паспортами, где указывается химический состав и данные пиротехнического контроля. Однако в практике отходы часто поступают россыпью. В этом случае подготовку их к плавке -- пиротехнический контроль, пакетирование, сушку -- приходится проводить непосредственно в литейном цехе.

Шихтовые материалы загружают в пламенные плавильные печи в крупных литейных цехах при помощи мульдозавалочных машин различной конструкции и грузоподъемности. Существуют машины напольные -- рельсовые и безрельсовые, а также крановые. Наиболее маневренные -- напольные безрельсовые машины, однако они отличаются малой грузоподъемностью (около 0,5-- 0,7 т).

Напольные рельсовые и крановые машины могут оперировать мульдой весом до 3 т. Крановые машины, кроме того, имеют двух-крюковой подъемный механизм грузоподъемностью 15/3 т, позволяющий транспортировать по цеху ковши с жидким металлом, что очень важно при осуществлении дуплекс-процесса. Обычно одна машина обслуживает от 3 до 5 печей. Вопрос механизации загрузки шихты в индукционные печи до настоящего времени не решен, для этой цели следует разработать специальные вибрационные лотки или раскрывающиеся короба.

Слитки извлекают из приямков литейных машин и транспортируют их по цеху к местам дальнейшей обработки обычно при помощи мостовых кранов с применением клещевых захватов для плоских слитков. Этот способ хотя и обеспечивает достаточно быстрый подъем слитков, но, с точки зрения техники безопасности, имеет ряд недостатков, поэтому в настоящее время разработаны конструкции литейных машин, позволяющие обеспечивать подъем и выкладку слитков при обратном ходе за счет применения шарнирного поддона и, горизонтальных напольных роликов.

Значительные затруднения возникают при сборе, транспортировке и складировании отходов, образующихся в обрабатывающих цехах и подлежащих переработке в литейном цехе. Отходы должны собираться и храниться строго по сплавам или по группам сплавов. На современном крупном заводе отходы образуются в различных пунктах, при этом они имеют самую разнообразную конфигурацию -- бракованные слитки, рулоны, листы, пресс-остатки, концы профилей и труб, стружку и т. д. Большая часть отходов может вовлекаться в шихту непосредственно; другая же часть требует предварительной подготовки (резка, пакетирование, сушка, переплав). На ряде предприятий отходы непосредственно в местах их образования собираются в мульды, применяемые в литейных цехах для загрузки печей.

Однако этот способ, хотя и позволяет сократить работу по перегрузке отходов, имеет ряд существенных недостатков. Отходы отдельных сплавов, не имеющих широкого применения, приходится хранить в течение длительного времени, число мест образования отходов велико, емкость мульд ограничена. Все это приводит к необходимости иметь в обороте очень большое количество мульд. В местах массового образования отходов или там, где образуются крупногабаритные отходы, например на линии стана горячей прокатки, требуется частая смена мульд. Хранение мульд на складе шихты требует значительных дополнительных площадей, так как по условиям техники безопасности их можно устанавливать не более чем в 2 ряда по высоте. Учитывая все эти обстоятельства, представляется более правильным организовать сбор отходов в унифицированные короба большой емкости и малого носа. Особенно удобна загрузка таких коробов в печи со съемным сводом. Заготовки транспортируются из литейного цеха в обрабатывающие наиболее удачно в тех случаях, когда они расположены в непосредственной близости. Здесь могут быть использованы средства непрерывного транспорта -- рольганги, транспортеры, подвесные конвейеры или в простейшем случае рельсовые тележки. Однако в практике такие условия встречаются редко, так как, если на заводе имеется несколько обрабатывающих цехов, очень трудно скомпоновать генеральный план так, чтобы обеспечить одинаково удобные условия доставки заготовок во все цеха. Особенно трудно это осуществить при расширении заводов. Поэтому приходится широко использовать такие средства безрельсового транспорта, как автомобили, тягачи, автопогрузчики, автокары и электрокары. При проектировании следует стремиться к тому, чтобы обеспечить наилучшие условия для перевозки наиболее массового груза -- плоских слитков из литейного цеха в прокатный. С этой целью оба эти цеха размещают в одном блоке или соединяют между собой транспортным коридором либо тоннелем.

загрязнение атмосфера газоочистной экологический

2. Описание технологического процесса литейного цеха

2.1 Схема технологического производства катанки

Основной технологический процесс в литейном цехе состоит из следующих операций:

подбор шихты и загрузка ее в печь;

плавка металла и приготовление сплавов, включая рафинирование и анализ;

отливка слитков требуемой формы и размера;

термическая обработка слитков (гомогенизация);

механическая обработка слитков (обработка поверхности и резка на мерные заготовки, изготовление темплетов).

Последовательность двух последних операций может изменяться в зависимости от свойств сплавов и размеров поперечного сечения слитков.

На выбор оборудования, необходимого для этого процесса, влияет ряд факторов: масштаб производства, энергоресурсы, назначение заготовок. При этом необходимо помнить, что главной задачей является обеспечение высокого качества металла при минимальных капиталовложениях и низкой себестоимости

На первом этапе развития производства алюминиевых полуфабрикатов, когда суточный выпуск литья измерялся десятками тонн, а максимальный вес слитка сотнями килограммов, для плавки металла применяли электрические печи сопротивления типа САН емкостью 3--8 т, которые обеспечивали производительность 10--20 т в сутки. Слитки отливали в водоохлаждаемые изложницы. Весь процесс был крайне трудоемким, оборудование - низкопроизводительным и занимающим много места.

В дальнейшем по мере увеличения объема производства, повышения требований к размерам слитков и их качеству и в результате освоения ряда новых процессов (непрерывное литье, закрытый перелив металла и пр.) все плавильно-литейное оборудование стали компоновать в один агрегат. Современный плавильно-литейный агрегат состоит из плавильной печи большой емкости (до 40 т), миксера соответствующей емкости и необходимого числа машин для непрерывного литья слитков. Все элементы агрегата максимально сближены, чтобы сократить путь передачи металла. Сама передача, как правило, осуществляется по закрытому тракту. Начиная с середины сороковых годов стали широко применять, пламенные плавильные печи. Пламенные печи достаточно экономичны и при соблюдении технологических режимов при плавлении, рафинировании и переливе обеспечивают достаточно высокое качество слитков.

В последние годы применяют индукционные печи промышленной частоты, основные преимущества которых следующие:

выделение тепла в самом металле обеспечивает достаточно высокий коэффициент полезного действия;

благодаря действию электромагнитных сил расплав хорошо перемешивается;

минимальное отношение площади зеркала ванны к объему металла позволяет уменьшить угар металла.

По расходу электроэнергии наиболее экономичны канальные печи с более высоким к. п. д., чем тигельные. Индукционные тигельные печи применяют главным образом для переплава загрязненных отходов и стружки, когда каналы зарастают чрезвычайно быстро, и для приготовления тугоплавких лигатур. К общим недостаткам индукционных печей следует отнести высокие первоначальные затраты, затруднительность механизации загрузки, необходимость загружать твердую шихту в жидкий металл, в связи с чем из печи можно сливать лишь около ²/₃ расплавленного металла.

Таким образом, можно сделать вывод, что в зависимости от местных условий могут устанавливаться пламенные или индукционные электрические печи. Для переплава мелких отходов и стружки следует рекомендовать индукционные тигельные печи, потери металла в которых на 2--3 % меньше, чем в пламенных печах.

Слитки отливают исключительно методом непрерывного литья. Длину слитков выбирают кратной длине заготовок, обычно она колеблется в пределах 4--6 м.

Литейные машины различаются по конструкции, грузоподъемности, типу привода, размерам и конфигурации кристаллизаторов и т. д. Машины могут быть специализированными и универсальными. Для отливки плоских слитков у каждого миксера чаще всего устанавливают по одной машине. При среднем размере поперечного сечения слитка 0,4 м² и скорости литья 3,6-4,7 м/ч такая машина обеспечивает производительность 5--7 т/ч, что несколько превосходит среднюю производительность даже наиболее крупных плавильных печей.

Для повышения производительности труда большое значение имеет одновременная отливка большого числа слитков (многоручьевая разливка).

При литье плоских и крупных круглых слитков целесообразно размещать на столе машины такое число кристаллизаторов, которое позволяет разливать металл из миксера за один прием (залив). При литье мелких круглых слитков число их на столе машины может быть доведено до 20--30. Особое внимание при этом должно быть уделено автоматизации поддержания уровня в кристаллизаторе. Термообработка слитков (гомогенизация), способствующая повышению пластичности материала, получает все большее распространение как одно из средств увеличения производительности прессового и прокатного оборудования. Для гомогенизации в литейных цехах устанавливают специальные печи. Для гомогенизации плоских слитков получили распространение наиболее экономичные шахтные печи. Печи изготовляют с электрическим и с пламенным обогревом. В последнем случае предпочтительны печи с радиационными трубами. Для повышения скорости и равномерности нагрева все печи делают с циркуляцией воздуха.

Механическую обработку слитков проводят на специальных линиях, состоящих из отрезного станка, обдирочного станка, расточного станка (при необходимости), разгрузочного устройства и транспортных механизмов. Параметры оборудования выбирают в зависимости от размеров обрабатываемых слитков.

Так как чистота поверхности слябов перед прокаткой имеет очень большое значение для обеспечения качества листов и полос, плоские слитки обычно фрезеруют в прокатном цехе. В литейном цехе производят лишь правку и резку на мерные заготовки.

2.1.1 Порядок загрузки шихты и введение компонентов

Очередность загрузки шихтовых материалов имеет значение для ускорения процесса ведения плавки, обеспечения сохранности подины печи в условиях механизированной завалки одновременно больших количеств шихты и для снижения количества безвозвратных потерь при плавлении. Для снижения этих потерь при плавлении рекомендуется проводить загрузку в жидкий расплав. При небольшой глубине ванны у пламенных отражательных печей и малом времени, которое отводится на загрузку, это условие не выполняется. Общепринятым считается следующий порядок загрузки шихты в отражательные печи (в пламенные и электрические): на подину печи загружают первичный алюминий, затем крупногабаритные отходы и вторичный алюминий; мелкогабаритные отходы и лигатуры загружают в последнюю очередь. Указанный порядок предохраняет от разрушения подину печи и позволяет одновременно загрузить возможно большее количество шихты.

Шихту в индукционные канальные печи загружают, только если в них имеется расплав, так называемое «болото». Загрузку ведут одновременно в обе камеры -- загрузочную и сливную. В первую очередь загружают лигатуры, затем мелкие отходы с таким расчетом, чтобы был перекрыт уровень жидкого металла; далее на них грузят все крупногабаритные отходы. В последнюю очередь догружают оставшиеся мелкие отходы, предназначенные для данной плавки. Такой порядок загрузки обеспечивает сохранность подины и уменьшает безвозвратные потери при плавке. Загрузка холодной и влажной шихты непосредственно в расплав опасна.

Как уже отмечалось, легирующие компоненты могут вводиться в расплав в виде лигатур или чистых металлов: цинка, магния, меди.

Магний вводят в расплав при 680--720 °С с помощью дырчатых коробок, которые погружают в расплав либо вручную, либо с помощью мульдозавалочной машины. Необходимо следить за тем, чтобы магний не всплывал на поверхность расплава, так как он при этом окисляется и горит. В результате может быть получено большое отклонение содержания магния от расчетного состава.

Цинк вводят в расплав на лопате или с помощью дырчатых коробок при температуре 680--720 °С. В процессе введения необходимо тщательно перемешивать расплав, так как в противном случае цинк, обладающий низкой температурой плавления и большой плотностью, расплавившись, может достигнуть подины и не усвоиться сплавом. Цинк и магний вводят при температуре выше температур их плавления. Следовательно, сначала они плавятся, а потом растворяются в алюминии. Медь вводят в сплавы в виде лигатуры или в виде листов катодной меди.

Лигатуру загружают вместе, с шихтой; катодную медь вводят в расплав при 710--740 °С; листы катодной меди разбрасывают по всей подине, после чего тщательно перемешивают расплав. Листы катодной меди можно также загружать одновременно с лигатурами.

Медь присаживают при температуре значительно ниже температуры ее плавления; введение меди в сплав основано на ее хорошей растворимости в алюминии.

2.1.2 Режимы ведения плавки

В течение всего цикла плавки температуру расплава не рекомендуется поднимать выше 750--770°С, так как чем выше температура, тем больше угар и газонасыщенность расплава. Вместе с тем нужно стремиться к максимальному сокращению времени плавления, что, кроме увеличения съема, обеспечивает и меньший угар. Это в свою очередь требует создания максимального перепада температуры между сводом печи и металлом. В этих условиях очень большое значение имеет автоматическое регулирование процесса плавления, позволяющее резко снизить перепады температуры по поверхности и глубине ванны, ликвидировать перегревы расплава выше заданного уровня.

После начала оплавления шихты рекомендуется покрывать ее флюсом из расчета 0,5 % к массе шихты. После расплавления шихты, одновременно загруженной в печь, зеркало ванны очищают от шлака и в жидкую ванну подгружают сухие мелкогабаритную шихту и стружку. Крупногабаритную шихту грузить в жидкий расплав не рекомендуется. Алюминиевые деформируемые сплавы весьма разнообразны по своему химическому составу, и номенклатура их достаточно велика. Вследствие этого в одних и тех же печах готовят сплавы, резко отличающиеся один от другого по своему химическому составу. При переходе со сплава на сплав необходимо промывать печь расплавом алюминия, отходами или флюсами. Промывку расплавом проводят в тех случаях, когда содержание какого-либо компонента в сплаве, слитом из печи, более чем в 10 раз превышает допустимое содержание этого компонента в загружаемом сплаве. При меньшей разнице рекомендуется промывать сплав флюсами. Шлак снимают гребком; собранный к окну печи шлак обрабатывают флюсом.

Примерный состав флюсов, применяемых при плавлении, для промывок и при обработке шлака, %: 47 сильвинита, 47 калий электролита, 6 криолита или 50 сильвинита, 50 калий электролита.

Так как основная составляющая шихты подавляющего количества сплавов - оборотные отходы, химический состав которых может колебаться в достаточно широких пределах и, кроме того, возможна значительная потеря некоторых компонентов (магния, цинка) в процессе плавления, большое значение приобретает экспресс-анализ плавки, выполняемый на квантометрах за 5--15 мин. Таким способом в настоящее время можно определять все компоненты алюминиевых деформируемых сплавов.

Пробы на экспресс-анализ отбирают после расплавления всей шихты, доведения температуры до 710--730°С и съема шлака. Пробы можно отбирать или после введения в плавку всех легирующих компонентов, или же до введения магния и цинка. Во втором случае необходимые количества магния и цинка вводят по расчету на основании данных экспресс-анализа."Во всех случаях необходимо следить за тщательностью перемешивания расплава. При плавлении в отражательных печах большой емкости в отдельных случаях рекомендуется брать параллельные пробы на экспресс-анализ; при плавлении в индукционных канальных печах с двумя камерами пробы рекомендуется отбирать из каждой камеры. При отборе проб необходимо следить за чистотой инструмента, так как в противном случае может быть искажен результат анализа. Кокиль для отбора проб должен обеспечить быструю их кристаллизацию с целью уменьшения возможной ликвации основных компонентов. Рекомендуется применение медных кокилей и возможное уменьшение размеров пробы. В случае задержки слива металла из печи более чем на 2 ч для сплавов, содержащих более 2 % магния и цинка, рекомендуется произвести повторный экспресс-анализ и, если необходимо, провести подшихтовку компонентов. Для уменьшения угара магния и цинка в сплавах типа АМг5, АМг6 и В95 в расплав следует добавить 0,0005--0,005 % Be.

Чтобы улучшить качество расплава, переливаемого из печи в миксер, его следует рафинировать. Наиболее распространено для пламенных и индукционных печей рафинирование расплава флюсом из расчета 3 кг на 1 т расплава. Состав флюса: 30 % NaCl; 47 % КС1; 23 % криолита.

При плавлении в электрических печах сопротивления рафинирование проводят в ковше флюсом или газообразным хлором. Однако рафинирование в печи следует рассматривать как предварительную операцию. В ряде случаев от нее вообще можно отказаться, сосредоточив внимание на очистке расплава в миксере непосредственно перед литьем.

В целях сокращения угара и энергетических затрат следует стремиться к заливке в печь для получения кондиционных сплавов жидкого переплава из низкосортных отходов. В этом случае его не следует перегревать выше 770°С и тщательно следить за изменением химического состава в условиях непрерывного плавления.

2.2 Технология бесслитковой прокатки

Агрегат состоит из плавильной печи, машины бесслитковой прокатки, ножниц продольной и поперечной резки и свертывающей машины.

В состав оборудования машины бесслитковой прокатки входят: 1) рабочая клеть, состоящая из двух U-образных станин с крышками, водоохлаждаемых рабочих валков, оси которых находятся в одной горизонтальной плоскости, и гидравлических нажимных устройств, 2) шестеренная клеть, 3) редуктор, 4) главный электродвигатель, 5) распределительное устройство жидкого металла.

Рабочие валки машины представляют собой сердечник с каналами, на который насажена стальная обойма.

Цапфы валков вращаются в конических роликовых подшипниках. Охлаждающая вода подводится в валки по осевому каналу с торца цапфы, поступает по радиальным канавкам к обойме и проделывает тот же путь в обратном направлении по другим радиальным и осевому каналам, выходя через ту же цапфу.

Распределительное устройство жидкого металла является ключевой частью машины. От него в наибольшей степени зависит ход процесса. В его состав входят металлоприемник на выходе из печи, обычно футерованный теплоизоляционным материалом, носящим название «маринит», подводящая труба и собственно распределитель. Распределитель, набранный из секции маринита, устанавливают на подъемном столе под валками.

Расплавленный металл из ночи подастся к донной части распределителя. При входе и распределитель маринитовые отражатели придают ему горизонтальное направление, а при приближении к краям капала распределителя также отражатели направляют металл вертикально.

Желательно, чтобы при пуске машины скорость вращения валков немного превышала оптимальную, что исключает опасность замораживания металла в распределителе и разрушение краев его носка.

Начальную полутвердую полосу, выходящую из валков с повышенной скоростью, поддерживает оператор до момента достижения устойчивой сплошности, после чего скорость начинают снижать до оптимальной; передний конец отрезают и полосу вводят в свертывающую машину. В то же время включается автоматика контроля постоянства уровня металла в металлоприемнике и регулирования скорости процесса.

При установившемся процессе бесслитковой прокатки в обязанности операторов входят проверка толщины получаемой полосы, контроль качества поверхности и структуры и регистрация количества выпущенной полосы.

Так как расстояние от края носка распределителя до горизонтальной плоскости, проходящей через оси валков, для большинства применяемых сплавов составляет около 30 мм, а скорость выхода полосы, за исключением полос из алюминия высокой чистоты, равна примерно 13--15 мм/сек, то время кристаллизации не может превышать 2--2,5 сек. Столь малое время, в течение которого полоса имеет возможность отдавать свое тепло валкам, ограничивает применение бесслитковой прокатки сплавами с интервалом кристаллизации, не превышающим 40°С.

Попытки вести процесс бесслитковой прокатки сплавов с большим интервалом кристаллизации неизменно оканчивались неудачей, так как сердцевина полосы в точке максимального обжатия оставалась жидкой, а деформация в двухфазном состоянии приводила к интенсивной ликвации.

Макроструктуру полосы характеризуют строго ориентированные дендриты, зарождающиеся на обеих ее сторонах и растущие вглубь до встречи в центре. Дендриты ориентированы приблизительно под углом 15^о к поперечному направлению и поворачиваются при обжатии в валках до угла, примерно равного 45°.

2.3 Краткое описание основного оборудования литейного цеха

2.3.1 Особенности технологии плавки в индукционных печах

Индукционный нагрев металлов основан на том, что тело, помещенное в переменное магнитное поле, нагревается индуктируемыми в нем токами. В зависимости от взаимного расположения индуктора и нагреваемого металла печи конструктивно могут быть выполнены в двух вариантах:

1. Нагреваемый металл находится в кольцевом желобе или каналах, расположенных вокруг индуктора с сердечником, и является вторичным контуром.

2. Нагреваемый металл находится в тигле, помещенном в полость индуктора.

Первый тип носит название индукционных печей с сердечником (канальные печи); второй -- индукционных печей без сердечника (тигельные печи).

В зависимости от частоты питающего тока индукционные печи могут быть низкой (промышленной), повышенной и высокой частоты.

Плавление в индукционных канальных печах по сравнению с плавлением в отражательных печах имеет некоторые особенности.

В индукционной канальной печи в отличие от пламенной шихта плавится под слоем расплава, защищенного с поверхности окисной пленкой, что полностью исключает соприкосновение расплавляющегося металла с атмосферой печи.

Температура металла, проходящего через каналы печи, в некоторых случаях достигает 900--1000°С; однако температура потока металла, вышедшего из канала, резко снижается вследствие высокой теплопроводности и интенсивного перемешивания расплава. Поверхностные слои металла работающей печи либо покрыты коркой (и период расплавления шихты), либо имеют наиболее низкую температуру.

Индукционные канальные печи обеспечивают перемешивание расплава, что улучшает теплообмен и гомогенность расплава.

В отличие от применявшихся ранее печей с вертикальными каналами в настоящее время работают печи, имеющие горизонтальные каналы с небольшим наклоном. Замена вертикальных каналов горизонтальными снижает гидростатическое давление и, таким образом, облегчает условия работы подового камня. Однако с уменьшением гидростатического давления облегчается возникновение так называемого сжимающего эффекта, т. е. уменьшение сечения металла в каналах под действием электродинамических сил.

Возникновение сжимающего эффекта нежелательно по ряду причин. Разрыв витка в канале приводит к прекращению действия сжимающего эффекта. Поскольку уровень металла в ванне значительно выше уровня каналов, то после окончания действия сжимающего эффекта под действием гидростатического давления потоки металла в канале устремляются навстречу один другому, что приводит к появлению резких «толчков» давления, действие которых усугубляется многократным и частым их повторением. При определенных величине тока в канале и высоте уровня металла в ванне, его температуре и сечении каналов металл в канале пережимается не полностью, а возникает лишь частичное уменьшение сечения, что приводит к увеличению сопротивления витка из расплавленного металла. Это вызывает резкое местное повышение температуры металла в канале, чрезмерный перегрев футеровки и может служить причиной ее оплавления.

Практика эксплуатации показывает, что на вероятность возникновения сжимающего эффекта большое влияние оказывает температура металла.

Поскольку вторичная обмотка печного трансформатора представлена витком из расплавленного металла, находящегося в каналах и ваннах печи, то объем металла, заключенный в канале под действием электродинамических сил, приобретает направленное движение. По мере движения по каналу металл нагревается и наиболее высокую температуру приобретает на выходе из него.

Индукционные канальные печи.

Конструктивно печь представляет собой корпус прямоугольной формы из профильной и листовой стали.

Основные части печи: две ванны - загрузочная и сливная, соединенные между собой прямоугольными каналами, выполненными в подовом камне, а также средняя камера, предназначенная для установки печного трансформатора.

Печной трансформатор состоит из магнитопровода, выполненного в виде верхнего и нижнего ярма и трех кернов, на которые надеты индукторы, служащие первичной обмоткой трансформатора и вторичный контур - расплавленный металл, находящийся в каналах и ваннах, причем при сливе готовой плавки часть расплава необходима для создания вторичного витка, всегда остается в печи.

Индукторы имеют водяное охлаждение, в рабочем режиме соединяются по схеме треугольника, а при сушке и спекании футеровки, производящихся сразу же после пуска печи, -- в звезду. Цапфами печь опирается на четыре специальных подшипника, причем передние цапфы расположены на уровне сливного носка.

Печь питается от силового трансформатора мощностью 1100 кВ с напряжением на высокой стороне 10 кВ. На низкой стороне трансформатор имеет семь ступеней напряжения в диапазоне от 910 до 1114 В для регулирования снимаемой мощности. Для сушки футеровки и поддержания «болота» в жидком состоянии печь снабжена автотрансформатором мощностью 220 кВ с напряжением на вводе 380 В и пятью ступенями напряжения в диапазоне от 76 до 456 В. Для компенсации коэффициента мощности параллельно индукторам подключена конденсаторная батарея мощностью 2880 кВ.

Для слива металла печь наклоняется гидравлической установкой.

Футеровка печи состоит из двух частей: подового камня с каналами, изготовляемого набивкой из специальной огнеупорной массы, и выкладываемых из кирпича стенок ванн. Конструктивно подовой камень представляет собой монолитный блок с тремя вертикальными прямоугольными отверстиями для индукторов и четырьмя горизонтальными прямоугольными каналами сечением 60x120 мм, длиной 1700--1800 мм (большая длина относится к крайним каналам), расположенными между отверстиями для индукторов.

Подовый камень работает в наиболее тяжелых условиях, поскольку для уменьшения магнитного потока рассеяния стенки каналов изготовляют возможно меньшей толщины, в результате чего создается значительный температурный градиент.

В качестве материала для изготовления подового камня применяют шамотно-кварцевую массу следующего состава, % (по массе): 50 шамота, 20 кварца, 20 огнеупорной глины, 10 барита.

Каждый из исходных материалов дробят и измельчают на бегунах с последующим рассевом по фракциям. После дозировки составляющих в соответствии с указанным выше составом массу смешивают в лопастных смесителях.

Тщательно перемешанную массу увлажняют, для чего во время перемешивания добавляют воду в количестве 5--7 кг на каждые 100 кг массы, причем в осенне-зимний период, когда испарение влаги невелико, количество добавляемой воды следует держать на нижнем пределе и увеличивать до верхнего предела в летний период.

Подовый камень изготовляют из подготовленной указанным способом огнеупорной массы набивкой пневматическими трамбовками. Для этого на дно корпуса устанавливают деревянную опалубку, насыпают слой приготовленной огнеупорной массы толщиной 5--7 мм, который тщательно уплотняют по всей площади. Операции насыпания массы и ее уплотнения повторяют до полного окончания набивки подового камня, т. е. в течение 4,5--5 суток. Для создания каналов в монолите подового камня устанавливают шаблоны каналов, изготовленные из твердых пород дерева.

Набивку подового камня -- самую важную операцию в монтаже печи следует проводить без длительных перерывов. Несоблюдение этого условия может привести к расслоению подового камня в горизонтальной плоскости, проникновению в несплошности расплавленного металла и выходу печи из строя.

После окончания набивки подового камня проводят кладку стенок ванн, монтаж печного трансформатора и сушку футеровки.

Одним из основных препятствий, долгое время затруднявших применение индукционных канальных печей для плавки алюминия, была склонность к так называемому зарастанию каналов, т. е. постепенному осаждению окислов и шлаков на стенках с уменьшением их живого сечения. Зарастание каналов ускоряется при высоком содержании в расплаве кремния, железа и магния, при плавлении сильно окисленной шихты и низком уровне «болота», а также при работе на пониженной мощности, что ведет к снижению скорости движения металла в каналах.

Шлаки и окислы удаляют со стенок каналов с целью восстановления их первоначального сечения с помощью специальных машин.

2.3.2 Литейные миксеры

Качество расплава во многом зависит от литейных миксеров. Их атмосфера должна содержать минимальное количество водяных паров. Глубина ванны желательна возможно большая. Заданную температуру металла необходимо поддерживать с достаточной точностью, а перепад температур по объему расплава должен быть минимальным.

В настоящее время миксеры работают на двух видах обогрева-- пламенном и электрическом.

Электрические миксеры имеют существенное преимущество, поскольку они частично дегазируют и, во всяком случае, не увеличивают газонасыщенности металла.

Но вместе с тем у них есть и эксплуатационные недостатки. Нагревательные элементы в электрических миксерах могут располагаться только на своде. Размещение их в пазах кладки свода создает большую степень экранизации, что в сочетании с воздействием на них рафинирующих средств и частиц металла приводит к сравнительно частому выходу их из строя. Смена и обслуживание нагревателей связаны с определенными трудностями.

Конструктивные решения миксера зависят от компоновки всего плавильно-литейного агрегата и способов размещения его в цехе.

В условиях эксплуатации весьма ответственная часть миксера-- узел электронагревателей. Способы их размещения определяют также и конструкцию свода. Миксер имеет подвесной свод, набираемый из фасонных шамотных блоков.

Рабочее пространство по ширине перекрыто двумя рядами блоков, каждый из которых на тягах подвешен к двутавровой балке. Балка несет четыре блока и опирается на металлоконструкцию каркаса миксера.

После набора блоков на всю длину рабочего пространства их нижние части образуют открытые снизу каналы, в которые укладывают нагревательные элементы.

Ленточные или проволочные зигзагообразные нагреватели опираются краями на выступы фасонной части блоков. Каналы в блоках совпадают с проемами, выполненными в обеих стенках, что позволяет вынимать каждый нагреватель независимо от других.

При выборе мощностей электронагревателей миксеров следует учитывать условия компенсации тепловых потерь. Но в процессе приготовления расплава в ряде случаев возникает необходимость поднять температуру ванны миксера на 40--50°С в сравнительно короткие промежутки времени. Поэтому нагреватели рассчитывают на мощности выше тех, которые необходимы для компенсации тепловых потерь.

2.3.3 Печи с выкатной подиной

Печи с выкатными подинами широко используют в различных производствах и их принципиальные конструктивные решения хорошо известны. Остановимся на тех особенностях печей, которые связаны с нагревом алюминиевых сплавов. Для гомогенизации применяют воздушно-циркуляционные печи с подогревом воздуха в электрокалориферах.

Центробежные вентиляторы, создающие циркуляцию воздуха, расположены вдоль боковой стенки. Тракт, по которому перемещается воздушный поток, заключен в канал, ширина которого несколько превышает ширину улитки вентилятора. Наружной стенкой канала служит футеровка печи. Канал начинается от выхлопного отверстия вентилятора, проходит над рабочим пространством, отделяясь от него перекрытием, и заканчивается вертикальным отпуском вдоль боковой стенки, противоположной всасывающему отверстию вентилятора. Каждый вентилятор обдувает калорифер, размещенный в канале над рабочим пространством. Калорифер выемной, устанавливаемый в канал через проем в наружном перекрытии печи.

Таким образом, теплоноситель (воздух) циркулирует в печи по следующему тракту: засос вентилятором воздуха из рабочего пространства, выброс его в канал, проход через калорифер, выход подогретого воздуха через вертикальный спуск в рабочее пространство.

Вентилятор и обдуваемый им калорифер создают самостоятельно регулируемую тепловую и электрическую зону.

Число устанавливаемых вентиляторов определяется длиной рабочего пространства (подины) печи и номером вентилятора, принимаемым по тепловому расчету.

Чтобы исключить подстывание концов садки (или стеллажей), предусматривают дополнительные компенсационные электронагреватели на торцовой стенке и дверке печи.

Подину изготовляют в виде сварной коробки, футерованной изоляционным материалом. В связи с большими нагрузками на подину -- до 40--60 т -- ее перемещают на цепных катках от электропривода через цевочное зацепление шестерни привода с закрепленной на подине рейкой. Изоляцию печей выполняют из шлаковой ваты.

Для увеличения производительности печи вследствие уменьшения времени нагрева принимают ряд мер. Слитки, загружаемые непосредственно на подину и в стеллажи, укладывают таким образом, чтобы обеспечить организованный воздушный поток и хорошее обтекание всех частей садки (применение прокладок для образования проходов воздуха, укладка слитков в стеллажи «вдоль» потока и т. п.), устанавливают более производительные и напорные вентиляторы, увеличивают вес одновременно загружаемой садки.

Радикальная мера повышения производительности -- применение проходных печей с двумя подинами. Чтобы уменьшить тепловые потери, подины печей этого типа не футеруют. Их изготовляют в виде рам, сваренных из стальных профилей. Рамы перемещаются по роликам.

3. Оценка воздействия предприятия на окружающую среду

3.1 Характеристика уровня загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения предприятия

Воздушный бассейн города загрязнен многими веществами выше санитарных норм. Такой ситуации по накоплению в атмосфере вредных веществ и распространению их на большие расстояния способствуют многие факторы:

- большая повторяемость в утренние и ночные часы приземных инверсий, слабые ветры;

- значительное скопление организованных источников загрязнения атмосферы: комплекса промышленных предприятий правобережья, ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, промышленно-отопительных и отопительных котельных;

- наличие площадных неорганизованных источников.

Эти и другие факторы приводят к положению, когда границы санитарно-защитных зон «накрывают» значительную часть территории жилой застройки города, в которую (или на расположенные вблизи промплощадки) попадают координаты точек максимальных значений приземных концентраций ряда примесей при опасных скоростях ветра.

Подобная картина наблюдается на ближайших к промплощадке ОАО «КраМЗ» стационарных пунктах наблюдения загрязнения атмосферы.

Высокие концентрации окислов азота (0,05 мг/м³) объясняются наличием большого количества отопительных котельных с невысокими дымовыми трубами, в том числе расположенными в низкой части города. Кроме того, на загрязнение атмосферы окислами азота большое влияние оказывает транспорт, на долю которого приходится свыше 50% общего выброса окислов азота.

Характеристика уровня загрязнения атмосферы и его влияния на окружающую среду представлена в таблице 1 по данным Территориального центра по мониторингу загрязнения окружающей среды Красноярского ЦГМС-Р.

Таблица 1 - Характеристика существующего загрязнения атмосферы

Наименование показателя	Концентрация, мг/м3	Основные источники загрязнения атмосферы в районе
Фоновое загрязнение атмосферы по видам загрязняющих веществ (по посту №5): - диоксид азота - сернистый ангидрид - взвешенные вещества - оксид углерода - фтористый водород	0,05 0,009 0,48 3,0 0,008	ОАО «КрАЗ», асфальтобетонный завод, ТЭЦ-3, котельная ООО «КраМЗЭнерго», предприятия стройиндустрии
Расчетное фоновое загрязнение атмосферы по видам загрязняющих веществ (по посту №5): - мазутная зола (в пересчете на ванадий)	0,013

3.2 Воздействие объекта на атмосферный воздух и характеристика источников выброса загрязняющих веществ

Основным видом воздействия индукционной печи на состояние воздушного бассейна является загрязнение атмосферного воздуха выбросами загрязняющих веществ от процессов приготовления алюминиевых сплавов в мазутных пламенных печах: азота диоксидом, углерода оксидом, фтористыми газообразными соединениями, хлористым водородом, пылью неорганической. При плавлении алюминия использование шихтовых материалов первого сорта (отходы собственного производства и первичный алюминий в чушках) минимизирует или исключает образование вредных веществ таких, как бенз/а/пирен и диоксины. Выделения загрязняющих веществ от источников участка являются организованными.

В корпусе существует общеобменная приточно-вытяжная вентиляция. Для удаления вредных веществ выделяющихся от печи запроектирована местная вытяжная вентиляция:

- над форкамерой печи устанавливается зонт, система В1, объем удаляемого воздуха 10000 м³/ч;

- печь подключается к существующему борову. Для увеличения тяги через боров и дымовую трубу устанавливается дымосос, система В2, объем удаляемого воздуха 23000 м³/ч;