Современное металлургическое производство имеет следующие основные пределы: производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное и прокатное производство. В состав предприятий входят также ферросплавное, огнеупорное и литейное производства.
Все они являются источниками загрязнения атмосферы и водоёмов. Кроме того, металлургические предприятия занимают большие производственные площади и отвалы, что предполагает отчуждение земель.
Концентрации вредных веществ в атмосфере и водной среде крупных металлургических центров значительно превышают нормы. Все металлургические переделы являются источниками загрязнения пылью, оксидами углерода и серы. В доменном производстве выделяются дополнительно сероводород и оксиды азота, в прокатном — аэрозоли травильных растворов, пары эмульсий и оксиды азота.
Наибольшее количество выбросов в коксохимическом производстве. Здесь, кроме перечисленных загрязнителей, можно отметить пиридиновые основания, ароматические углеводород, фенолы, аммиак, бензопирен, синильную кислоту и др.
На долю предприятий черной металлургии приходится 15-20 % общих загрязнений атмосферы промышленностью. В среднем на 1 млн т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет 350 т/сутки, сернистого ангидрида — 200, оксида углерода — 400, оксидов азота — 42 т/сутки.
Черная металлургия является одним из крупных потребителей воды. Водопотребление её составляет 12-15 % общего потребления воды промышленными предприятиями страны. На охлаждение оборудования используется 49 % воды, очистку газов и воздуха — 26, гидротранспорт —11, обработку и отделку металла — 12, прочие процессы — 2% воды. Безвозвратные потери связаны с испарением и уносом воды в системах оборотного водоснабжения, с приготовлением химически очищенной воды, с потерями в технологических процессах, составляют 6-8 %. Остальная вода в виде стоков возвращается в водоемы. Около 60-70 % сточных вод относятся к «условно чистым» стокам, то есть имеют только повышенную температуру.
Остальные сточные воды (30-40 %) загрязнены различными примесями и вредными соединениями.
Наибольшее количество воды требуется в прокатном, доменном и сталеплавильном производствах. Все сточные воды насыщены взвешенными частицами, образующимися при очистке от пыли, золы и других твердых материалов. Прокатное производство, кроме того, является источником загрязнения маслами, эмульсией и травильными растворами.
Металлургические предприятия с большим количеством цехов и вспомогательных служб занимают до 1 000 га. Площади земельных угодий, нарушенных горными работами, занятых отвалами, золо- и шлаконакопителями, огромны.
На металлургических предприятиях образуются огромные массы отходов, а утилизируются и обезвреживаются только 34 % их. Образующиеся отходы — это доменный газ и коксовый газ. Для литейного производства применение лома составляет: мартеновской стали — до 500 кг/т, кислородно-конверторной — до 250, электростали — до 940, чугуна передельного — до 120, чугуна литейного — до 20, чугунного литья — до 700 кг/т.
Коксовый газ после очистки от пыли, смол и твердых летучих веществ используют в качестве топлива.
В металлургический комплекс входят черная и цветная металлургия, охватывающие все стадии технологических процессов: от добычи и обогащения сырья до получения готовой продукции в виде черных и цветных металлов и их сплавов. Металлургический комплекс – это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов:
· добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.);
· металлургический передел – основной технлогический процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.;
· производство сплавов;
· утилизация отходов основного производства и получение из них различных видов продукции.
В зависимости от сочетания этих технологических процессов выделяются следующие типы производств в металлургическом комплексе.
Производство полного цикла, которые представлены, как правило, комбинатами, в которых одновременно действуют все названные стадии технологического процесса.
Производство неполного цикла – это предприятия, в которых осуществляются не все стадии технологического процесса, например, в черной металлургии производится только сталь и прокат, но отсутствует выпуск чугуна, или производится только прокат. К неполному циклу относятся также электротермия ферросплавов, электрометаллургия и др. Предприятия неполного цикла, или «малой металлургии» называются передельными, представлены в виде отдельных подразделений по производству литейного чугуна, стали или проката в составе крупных машиностроительных предприятий страны.
Электро- конвекторный способ производства - Конвертерный способ производства стали заключается в продувке воздуха или кислорода через чугун, налитый в конвертер. После окончания процесса конвертер поворачивают горизонтально, прекращают дутье, проверяют состав стали и выливают ее в ковш. Основное распространение получает кислородно-конвертерный способ, при котором дутье осуществляется чистым кислородом. Кислородно-конвертерный способ характеризуется высокой производительностью, не требует больших капитальных затрат и, что особенно важно, топлива. Коэффициент использования теплоты при этом способе составляет около 70%.
Доменная печь относится к шахтным печам и служит для выплавки чугуна из железных руд. Верхняя цилиндрическая часть печи называется колошником и служит для приемки материалов и отвода газов. Расположенная ниже коническая часть печи называется шахтой. Цилиндрическая часть печи, расположенная ниже шахты, носит название распар и соединяет верхнюю коническую часть с нижней обратной конической частью печи — заплечиками. Расширяющаяся конусообразная форма шахты способствует опусканию материалов, а суживающаяся форма заплечиков соответствует уменьшению объема материалов вследствие их плавления. Нижняя цилиндрическая часть печи называется горном. В верхней части горна — фурменной зоне — вводится в печь дутье и происходит сгорание кокса, а в нижней — металлоприемнике — скапливаются расплавленный чугун и шлак.
Чугуном называют сплав железа с углеродом, в котором содержится от 2 до 4,3% углерода и незначительное количество примесей: кремния, марганца, серы и фосфора.
Железо содержится в руде в количестве 35—70% в виде окислов: Fe203, Fe304 и FeO.
При выплавке чугуна из руды протекают сложные химические процессы, заключающиеся в том, что находящееся в руде железо освобождается от химически связанного с ним кислорода, т. е. восстанавливается. Одновременно железо освобождается от пустой породы и части вредных примесей (серы, фосфора), содержащихся в руде, и поглощает некоторое количество углерода, марганца и кремния.
Исходные материалы — кокс, руда и известь, служащая плавнем (флюсом) для пустой породы, называемые шихтой,— загружают в печь сверху через колошник. Опускаясь вниз навстречу поднимающимся продуктам горения, они постепенно высушиваются и нагреваются. Воздух для горения подается в фурменную зону, где происходит сгорание кокса.
Чугун является основным продуктом доменной плавки. Он подается в жидком виде в конверторы или мартеновские печи для переплавки в сталь или в специальные разливочные машины для разливки в чушки, которые затем идут также для переплавки в сталь или для изготовления чугунных отливок.
Шлак — побочный продукт, его количество составляет до 60% веса выплавленного чугуна; он используется как дешевый строительный материал для приготовления шлаковой ваты, цемента, бетона, кирпича и др.
Металлургический комплекс – это основа индустрии. Он является фундаментом машиностроения, обеспечивающего вместе с электроэнергетикой и химической промышленностью развитие научно-технического прогресса во всех звеньях народного хозяйства страны. Металлургия относится к числу базовых отраслей народного хозяйства и отличается высокой материалоемкостью и капиталоемкостью производства. На долю черных и цветных металлов приходится более90% всего объема конструкционных материалов, применяемых в машиностроении России. В общем объеме транспортных перевозок Российской Федерации на металлургические грузы приходится свыше 35% всего грузооборота. На нужды металлургии расходуется 14% топлива и 16% электроэнергии, т.е. 25% этих ресурсов, расходуемых в промышленности.
Состояние и развитие металлургической промышленности в конечном итоге определяют уровень научно-технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства.