Экологически чистая металлургия

№ 1121 
московский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра электрометаллургии стали и ферросплавов 

Л.М. Симонян 

(сЬ 

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ 

Курс лекций 

для специальности 11.01 «Металлургия черных металлов» 

Одобрено редакционно-издательским 

советом института 

в качестве учебного пособия 

МОСКВА 2001 

УДК 669.1:504.05/06 
С 37 

Симонян Л.М. Экологически чистая металлургия: Курс лекций. – М.: МИСиС, 2001. – 87с. 

Пособие представляет собой конспект лекций по курсу «Экологически чистая металлургия», который читается студентам специальности 
1101 специализации «Ресурсосбережение и экология в металлургии». Содержит наиболее важные вопросы, связанные с созданием экологически 
чистых производств. 

Дана характеристика загрязнения окружающей природной среды 
металлургическим производством, проведен сравнительный анализ существующих в мире безотходных и малоотходных технологий производства 
металлов. 

Рассмотрены принципы и процедура создания экологически чистого производства, показаны различные подходы в решении экологических 
проблем. Приведены основные положения системы экологического мониторинга металлургического производства. Рассмотрены методы оценки 
эколого-экономической эффективности разрабатываемых технологий. 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2001 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 
5 

1. Воздействие черной металлургии на окружающую среду 
6 

1.1. Основные факторы воздействия металлургического 
предприятия на ОС 
6 

1.1.1. Загрязнение атмосферы 
6 

1.1.2. Загрязнение водоемов 
10 

1.1.3. Образование твердых отходов 
13 

1.1.4. Загрязнение почвы 
14 

1.2. Рациональное использование ресурсов на 
металлургическом производстве 
14 

1.2.1. Способы экономии материалов и энергии 
14 

1.2.2. Потребление вторичных ресурсов 
15 

2. Общие принципы создания экологически чистой 

металлургии 
17 

2.1. Историческая обусловленность 
17 

2.2. Общая характеристика различных схем производства 
металла 
19 

2.3. Принципы создания экологически чистого производства 
21 

2.4. Критерии создания чистого производства 
23 

2.5. Промышленная (индустриальная) экосистема 
26 

3. Процедура создания экологически чистого производства 
29 

3.1. Блок 1. Планирование и организация экологически 

чистого предприятия 
31 

3.2. Блок 2. Предварительная оценка и анализ 
33 

3.3. Блок 3. Экологическая характеристика предприятия 
36 

3.4. Блок 4. Разработка вариантов экологически чистых 
технологий 
39 

3.5. Блок 5. Реализация и дальнейшее развитие выбранного 
варианта 
49 

4. Современные процессы и агрегаты металлургического 

производства 
50 

4.1. Сравнительная характеристика различных способов 
производства стали 
50 

4.2. Формирование экологической стратегии на заводах 
полного цикла 
52 

4.2.1. Реструктуризация заводов фирмы Ниппон стил 
52 

3 

4.2.2. Стратегия по охране окружающей среды на 

предприятиях VAI 
56 

4.3. Экологическая стратегия при создании новых 

металлургических процессов 
62 

4.3.1. Badische Stahl Werke 
63 

4.3.2. Использование ПЖВ на мини-заводах.. 
66 

4.3.3. Агрегат Arcon 
68 

4.4. Перспективы создания экологически чистого 
металлургического производства 
71 

5. Система экологического мониторинга металлургического 

производства 
73 

5.1. Основные задачи экологического мониторинга 
73 

5.2. Классификация экологического мониторинга 
74 

5.3. Объекты и методики мониторинга 
78 

Литература 
85 

4 

ВВЕДЕНИЕ 

Основным содержанием концепции устойчивого развития применительно к промышленности является Ecologically Sustainable Industrial 
Development (ESID) – модель устойчивого экологически безопасного промышленного развития, разработанная ЮНИДО и утвержденная резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН в 1992 году. ESID – это промышленное 
развитие с целью удовлетворения роста потребностей человека и будущих 
поколений без нарушения основных природных процессов (устойчивости 
биосферы). Ключевые положения этого направления: 

1) Цель – удовлетворение потребностей человека и будущих поколений; 

2) Средство достижения цели – промышленное развитие; 
3) Граничное условие – сохранение устойчивости биосферы. 
Одним из основных принципов ESID является «Life Cycle Analysis» 

– «анализ жизненного цикла изделия» (принцип «от колыбели до могилы»). Он заключается в расчете суммарного расхода потребляемых ресурсов и выбросов в окружающую среду начиная от добычи сырья и источников энергии до переработки изделий, вышедший из употребления. 

Технология, не прошедшая комплексной экспертизы на соответствие принципам ESID, не получает лицензии и не может быть использованной. 

К проблеме выработки стратегии устойчивого развития в последние годы приковано внимание и политиков, и бизнесменов, и ученых, и 
широкой общественности, включая представителей «зеленого движения» 
во всем мире. Очевидно, что технологии должны быть ориентированы на 
производство «социальных товаров», т. е. лучшего качества, с более продолжительным сроком службы, способствовать сохранению и укреплению 
ресурсной базы, исключению из технологической цепочки опасных веществ. 

В процессе принятия решений предприятия должны учитывать 
критерии экономического, экологического и социального характера. Необходимы новые принципы планирования, материального и законодательного стимулирования, мониторинга и оценки эффективности результатов 
любых народнохозяйственных и социальных мероприятий. 

В принимаемых решениях достаточно полно должны быть отражены основные критерии и принципы, а также процедура создания экологически чистых (безопасных) производств. 

5 

1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЧЕРНОЙ 

МЕТАЛЛУРГИИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ 

СРЕДУ 

1.1. Основные факторы воздействия 
металлургического 
предприятия на ОС 

Современное металлургическое предприятие по производству черных металлов имеет следующие основные переделы: производство окатышей и агломерата, коксохимическое, доменное, сталеплавильное и прокатное производства. В состав предприятий входят 
также ферросплавное, огнеупорное и литейное производства. Все 
они являются источниками загрязнений атмосферы, водоемов и почвы. Кроме того, металлургические предприятия занимают большие 
производственные площади, в т. ч. и под отвалы, что предполагает 
отчуждение земель. 

Концентрации вредных веществ в атмосфере и водной среде 
на территории крупных металлургических центров значительно превышает нормы. Неблагоприятная экологическая обстановка наблюдается практически во всех городах России, где развито металлургическое производство: Липецк, Магнитогорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Челябинск, Череповец и др. 

1.1.1. Загрязнение атмосферы 

Все металлургические переделы являются источниками загрязнения атмосферы пылью, оксидами углерода и серы (табл. 1.1). 

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 ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, 3-4-бензопирен, синильную кислоту и др. 

6 

Таблица 1.1 

Удельные выбросы (до очистки) основных переделов 
металлургического производства (без коксохимического) 

Вещества 

Пыль 

Оксид углерода 

Оксиды серы 
Оксиды азота 
Сероводород 

Агломерационное производство, 

кг/т 

20–25 

20–50 

3–25 

Доменное про
изводство, 

кг/т 

100–106 

600–605 

0,2–0,3 

10–60 

Стале
пла
вильное 
производство, 

кг/т 

13–32 

0,4–0,6 

0,4–35 
0,3–3 

Прокатное 
производство 

0,1–0,2 кг/т 
проката 
0,7 т/м2 

пов. Мет 

0,4 
0,5 

На долю предприятий черной металлургии приходится 
15–20 % общего загрязнения атмосферы промышленностью, что составляет более 10 млн. т вредных веществ в год. В районах расположения крупных металлургических комбинатов доля загрязнения металлургией достигает 50 %. В среднем на 1 млн. т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет 350, сернистого ангидрида – 200, оксида углерода – 400, оксидов 
азота – 42 т/сутки. 

Аналитический обзор выбросов вредных веществ в атмосферу по металлургическим переделам и уровню прогрессивности, проведенный в 80-х годах НПО “Энергосталь”, приведен в табл. 1.2. 

7 

Таблица 1.2 
Удельные выбросы* по металлургическим переделам в зависимости 
от уровня прогрессивности производства, кг/т продукции 

Предприятие 

А 
Г 

А 
Б 
В 
Г 

А 
Б 
В 
Г 

А 
Б 
В 
Г 

А 
Г 

А 
Г 

А 
Г 

А 
Б 

Всего 
Твердые 
частицы 

Газообразные 
SO2 

1. Коксохимическое производство 

6,7 
1,1 

2,0 
0,54 

4,7 
0,56 

1,8 
– 

Из них 

NOx 
CO 

0,3 
– 

2,6 
– 

2. Агломерационное производство (кг/т агломерата) 

39,9 
24,5 

12,8–48 

3,0 

4,2 
1,3 

0,66–0,8 

0,48 

35,7 
23,2 

12,2–39 

2,6 

5,0 
4,5 

0,6–6,5 

0,08 

0,6 
30,0 

0,6 
18,0 

0,3–0,9 11–32 

0,18 
2,3 

3. Доменное производство (кг/т чугуна) 

10,5 
4,8 

5,4–29 

1,5 

3,2 
1,3 

1,2–9,8 

0,44 

7,3 
3,5 

2,8–27 

1,0 

0,37 
0,36 

0,17–1,4 

0,14 

4. Производство стали (кг/т стали) 

7,8 
5,9 

6,0–17 

0,85 

2,7 
1,5 
2,4–7 
0,59 

5,1 
4,4 

1,3–13,3 

0,26 

0,3 
0,3 

0,01–1,0 

0,01 

а) мартеновское производство 

9,5 
1,9 

3,3 
0,7 

6,2 
1,2 

0,4 
0,02 

б) конвертерное производство 

4,9 
1,4 

1,2 
0,6 

3,6 
0,8 

0,3 
0,01 

в) электросталеплавильное производс 

8,9 
0,8 

5,1 
0,5 

3,8 
0,3 

0,2 
0,006 

5. Прокатное производство 

2,5 
1,4 

0,2 
0,04 

2,3 
1,4 

0,3 
0,04 

0,09 
6,8 

0,21 
2,9 

0,26–0,4 2,2–26 

0,013 
0,9 

1,3 
3,5 

0,68 
3,4 

0,3–2,8 0,02 - 9 

0,27 
0,2 

1,9 
0,17 

3,9 
1,0 

0,4 
0,02 

2,9 
0,7 

тво 

0,83 
0,29 

2,8 
0,02 

0,3 
1,6 
0,21 
1,18 

* Выбросы: А – среднеотраслевые; Б – на передовых предприятиях; В – на 
строящихся объектах; Г – минимально достижимые 

8 

Из табл. 1.2 видно, что наибольшие удельные выбросы по 
среднеотраслевым показателям приходятся на агломерационное производство (39,9 кг/т агломерата), затем идет доменное (10,5 кг/т чугуна) и сталеплавильное (7,8 кг/т стали) производства. 

С учетом смежных отраслей вредные выбросы, связанные с 
производством металлов, существенно возрастают. Значительные 
выбросы связаны также с транспортировкой сырья и металлургической продукции (табл. 1.3). 

Таблица 1.3 

Источники регламентированных выбросов газов основных 
переделов металлургического предприятия 

Вид 
производства 
Агломерационное и производство 
окатышей 

Доменное 

Основные операции 

Спекание агломерационной шихты, охлаждение агломерата 
и 
возврата, 
обжиг 
окатышей 

Вспомогательные операции 

Дробление, грохочение 
и 
транспортировка шихты 

Загрузка 
шихтовых Доставка в доменный цех 
материалов, выплав- шихтовых материалов и выка и разливка чугуна грузка на рудном дворе и в 
бункеры эстакады 

Сталеплавиль- Выплавка и разливка Продувка кислородом, заное 
стали, загрузка ших- грузка и выгрузка шихтовых 
товых материалов в материалов на 
шихтовый 

печь 
двор 

Прокатное 

Ферросплавное 

Нагрев 
заготовки, Резка металла на ножницах, 
зачистка металла 
удаление окалины, травление металла, 
охлаждение 

валков 

Выплавка 
ферросплавов и выпуск их 
из 
печи, 
загрузка 
шихтовых 
материалов 

Грануляция, 
охлаждение, 
отгрузка 
металла, 
сушка, 
подогрев, очистка ковшей, 
размягчение и коксование 
электродной массы 

В России ущерб, причиняемый вредными антропогенными 
выбросами здоровью людей, сельскому и лесному хозяйству, а также 

9 

промышленным и коммунальным объектам составляет 10–20 % ВНП 
(внутренний национальный продукт). Эта цифра была бы намного 
ниже, если бы вкладывались средства на устранение причин, а не 
последствий от ущерба. 

1.1.2. Загрязнение водоемов 

Черная металлургия является одним из крупных потребителей воды. Водопотребление ее составляет 12–15 % от общего потребления воды промышленными предприятиями всей страны. На 
охлаждение оборудования используется 49 %, очистку газов и воздуха – 26, гидротранспорт – 11, обработку и отделку металла –12, прочие процессы – 2 % воды. Безвозвратные потери, связанные с испарением и каплеуносом 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 % относятся к “условночистым стокам”, т.е. имеют только повышенную температуру. Остальные сточные воды (30–40 %) загрязнены различными примесями 
и вредными соединениями. Расход воды по видам металлургического 
производства приведен в табл. 1.4. 

Таблица 1.4 

Расход воды по видам металлургического производства 

Вид производства 

Горнорудное 
Агломерационное 
Коксохомическое 
Доменное 
Сталеплавильное 
Прокатное 
Всего 

Продукция 

Руда 
Агломерат 
Кокс 
Чугун 
Сталь 
Прокат 
Сталь 

Удельный расход 

воды, 
м3/т продукции 

Всего 

12 
7,5 
12,5 
60 
52 
96 
240 

В т.ч. свежей 

4,5 
0,6 
1,0 
4,5 
3,5 
5,5 
20 

Доля в общем удельном расхо
де воды 

5,0 
3,1 
5,2 
25,0 
21,7 
40,0 
100 

Большое количество воды требуется в прокатном, доменном 
и сталеплавильном производствах (табл. 1.5). 

10 

Таблица 1.5 

Источники образования загрязненных сточных вод 
металлургического предприятия 

Вид производства 
Операции 

Доменное 
Очистка 
доменного 
газа, 
гидравлическая 
сборка осевшей пыли и просыпи в подбункерном помещении, грануляция доменного 
шлака и разливка чугуна 

Агломерационное 
Очистка газов и сборка просыпи от обжигои 
производство вых машин и пылевых мешков, мокрая уборка 
окатышей 
помещений 

Коксохимическое 

Сталеплавильное 

Прокатное 

Углеобогащение и пылеулавливание; химические процессы (фенольные сточные воды); 
тушение кокса 
Очистка газов, охлаждение и гидроочистка 
изложниц и УНРС при обмывке котловутилизаторов 
Охлаждение валков, шеек валков и подшипников, смыв и транспортировка окалины, охлаждение вспомогательных механизмов, гидравлическое испытание труб 

Вода, используемая 
металлургическими 
предприятиями, 
должна иметь качественные характеристики: 

1. Температура; 
2. Содержание взвешенных частиц; 
3. Содержание масла и смолосодержащих продуктов; 
4. Водородный показатель рН ; 
5. Общее содержание солей; 
6. Железо и др. 
Требования к качеству воды зависит от передела, где она используется (табл. 1.6). 

Это десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком. Он характеризует реакцию растворов как нормальную реакцию среды при рН=7, кислую при рН < 7, щелочную- при рН > 7. 

11 

Таблица 1.6 

Требования к качеству воды, используемой в системах 
водоснабжения металлургических переделов 

Агломерационное произ- Доменное 
Стале- 
Прокатное произ
Теплооб
менное оборудование 

водство 

Очистка газа, гидротранспорт 

производство 

плавильное про
изводство 

(газоочи
стка) 

Температура, °С 
Не норм. 
Не норм. 
30–35 

Травильное отделение 

водство 

Станы 
горячей 
прокатки 

28–32 

Содержание взвешенных веществ, мг/л 

До 60 
32–45 

До 50 
До 200 
До2000 
До 300 
До 150 

Содержание масла и смолообразующих продуктов, мг/л 

50–100 

10–20 
20–50 
Не норм. 

рН 
9,5–10,8 

Не норм. 
До 20 
50–60 

7,2–8,5 
8,5–10,0 
8–8,5 

Жесткость общая, мг-экв/л 

6-9 
Не норм. 

10,0–15,0 
Не норм. 
Не норм. Не норм. 

Жесткость карбонатная, мг-экв/л 

До 35 
Не норм. 

2,5–3,0 
Не норм. 
Не норм. Не норм. 

Общее солесодержание, мг/л 

Не норм. Не норм. 

До 4000 
Не норм. 
Не норм. Не норм. 

Содержание Cl2, мг/л 

До 5000 Не норм. 

До 1000 
Не норм. 
Не норм. Не норм. 

Содержание SO4, мг/л 

До 1300 Не норм. 

До 1500 
До 2500 
Не норм. Не норм. 

Содержание железа общего, мг/л 

До 3000 Не норм. 

1,0–4,0 
Не норм. 
Не норм. Не норм. До 200 Не норм. 

Все сточные воды загрязнены взвешенными частицами, образующимися при очистке газов от пыли, золы и других твердых материалов. Прокатное производство, кроме того, является источником 
загрязнения маслами, эмульсией и травильными растворами. Большое количество потребляемой воды металлургическими производст
12