Prevenirea si controlul integrat al poluarii (IPPC)

Documentul de referinta asupra celor mai bune tehnici disponibile in productia de fonta si otel

Decembrie 2001

MINISTERUL MEDIULUI SI GOSPODARIRII APELOR DIN ROMANIA

AGENTIA NATIONALA DE PROTECTIA MEDIULUI

Bucuresti, Aleea Lacul Morii nr. 151, sector 6, cod 060841 Tel: +40-21-493 4350; +40-746-22 66 55; fax: +40-21-493 4350

e-mail: office@anpm.ro; www.anpm.ro

Ministerul Mediului si Gospodaririi Apelor a convenit un proiect bilateral impreuna cu Ministerul Federal al Germaniei pentru Mediu, Protectia Naturii si Siguranta Nucleara pentru a organiza si finanta impreuna o traducere in romana a documentelor BAT selectate (Cele Mai Bune Tehnici Disponibile din Documentele de Referinta), elaborate in cadrul schimbului de informatii conform articolului 16 alin. 2 Directiva 1996/61/CE asupra prevenirii si reducerii integrate a poluarii mediului (Directiva IPPC) (Procesul de la Sevilia). In acest fel se va imbunatati utilitatea informatiilor publice ale Comisiei Europene atat pentru autoritatile romane de reglementare si operatorii instalatiilor cat si pentru publicul interesat.

Agentia Nationala Romana de Protectia Mediului (National Environmental Protection Agency-NEPA) si Agentia Federala de Mediu din Germania (UBA) ca organe nationale de coordonare pentru lucrarile BAT precum si GTZ au fost implicate de catre ambele ministere in implementarea conventiei bilaterale. In total au fost traduse sapte documente BAT. Suplimentar s-au desfasurat in Romania in perioada octombrie 2006 – martie 2007 de catre GZT impreuna cu specialisti din cadrul Agentiei Federale de Mediu si din landurile federale sapte seminarii speciale pentru prezentarea si discutarea acestor documente BAT, fiecare dintre acestea fiind corelate cu vizite la instalatiile corespunzatoare din Romania.

Traducerile acestor documente auf fost elaborate cu grija si au fost verificate de catre experti din cadrul MMGA si ANPM. Cu toate acestea traducerile romanesti nu reprezinta traduceri oficiale ale textelor originale din engleza. De aceea in cazuri contradictorii trebuie sa se utilizeze versiunea in engleza publicata de Comisia Europeana.

Aceste documente se pot accesa de pe website-ul Agentiei Nationale de Mediu din Romania (ANPM) (www.anpm.ro) (cuvant de ordine „Cele mai bune tehnici disponibile “).

Realizarea traducerii in limba romana:

s.c. Ancarma s.r.l. Departament Traduceri Impreuna cu agentiile locale Resita si Targoviste Coordonator-traducator Anca Armasescu Ursani Str. No. 54, Horezu; Valcea, Romania Tel.: 0744.64.23.18 E-mail: ancarma@yohoo.com

Executive Summary

Production of Iron and Steel i

Rezumat Acest document de referinta pentru cele mai bune tehnici disponibile in industria fierului si otelului reflecta un schimb de informatii desfasurat conform articolului 16(2) al Directivei Consiliului 96/61/EC. Documentul trebuie considerat in lumina prefatei, care descrie obiectivele documentului si utilizarea lui. Scopul Acopera aspectele de mediu ale producerii de fonta si otel in otelariile integrate (instalatiile de sinterizare, instalatiile de peletizare, instalatiile cocsificare, furnalele si furnalele bazate pe oxygen, inclusive turnarea continua sau in lingouri) si cuptoarele cu arc electric. Procesarea metalelor feroase ce urmeaza dupa turnare nu este acoperita de acest document. Informatii primite Cele mai importante aspecte de mediu ale fontei si otelului sunt raportate la emisiile in aer si la deseurile solide/produsele secundare. Emisiile de apa uzata de la instalatiile de cocsificare, furnalele si cuptoarele pe baza de oxigen sunt cele mai relevante emisii din acest sector. De aceea nu este surprinzator faptul ca exista informatii disponibile bune asupra acestor aspecte, insa asupra emisiilor de zgomot/vibratii exista informatii doar limitate referitoare la acestea si la masurile de minimizare a lor. Acelasi lucru se intampla si pentru poluarea solului, sanatatea si siguraanta si de asemenea pentru aspectele legate de natura. Suplimentar exista cateva informatii referitoare la metodele de prelevare, metodele de analiza, intervalele de timp, metodele de calcul si conditiile de referinta avute ca baza pentru datele primite. Structura documentului Structura generala a acestui BREF este caracterizata de trei parti principale:

Informatii generale asupra sectorului Informatii asupra fabricilor de fonta si otel integrate Informatii asupra producerii de otel prin cuptoare cu arc electric

Informatiile generale include date statistice refritore la productia de fonta si otel in UE, distribuirea geografica, economics si aspectele legate de rata de angajare impreuna cu o evaluare generala a impactului de mediu in sector. Datorita complexitatii otelariilor integrata se furnizeaza o imagine de ansamblu (capitolul 3) inainte de oferirea tuturor informatiilor date pentru principalele etape de productie, acestea fiind:

Instalatiile de sinterizare (capitolul 4) Instalatiile de peletizare (capitolul 5) Instalatiile de cocsificare (capitolul 6) Furnalele (capitolul 7) Otelaria pe baza de oxygen incl. turnarea (capitolul 8)

Un set complet de informatii inseamna toate informatiile pentru etapele de productei corespunzator cadrului general pentru IPPC, documentul de referinta asupra BAT. O astfel de compilatie “desteapta” a informatiilor este realizata pentru a sprijini in utilizarea documentului in practica. Producerea de otel prin arc electric difera totala de otelariile integrate si de aceea este prezentata intr-un capitol separat (capitolul 9).

Executive summary In final, pentru a completa imaginea de ansamblu, au fost in introduce inforamtii asupra tehnicilor noi/alternative de producere a fontei (capitolul 10). Capitolul 11 contine concluziile si recomandarile. Informatii generale Fonta si otelul sunt produse importante foarte mult raspandite. Productia de otel brut in Uniunea Europeana a fost de 155.3 milioane tone in 1999, echivalentul a aproximativ 20% din productia lumii. In UE aproximativ doua treimi din otelul brut este produs prin furnale pe 40 de amplasamente iar o treime este produsa in 246 de cuptoare cu arc electric. In 1995, aprox. 330,000 oameni au fost angajati in industria de fonta si otel, un numar mare lucrand in industriile dependente, precum constructiile, productia autovehiculelor, industria mecanica, etc. Productia de fonta si otel Industria de fonta si otel reprezinta o industrie ce utilizeaza foarte mult material si consuma foarte multa energie. Mai mult din jumatate din cantitatea introdusa in proces iese sub forma de gaze reziduale si deseuri solide/produse secundare. Cele mai relevante emisii sunt acelea in aer. CEle din instalatiile de sinterizare domina emisiile totale pentru cei mai multi poluanti. De asemenea s-au facut eforturi deosebite pentru reducerea emisiilor, contributia sectorului la emisiile totale in atmosfera in UE fiind considerabila pentru un anumit numar de poluanti, in special pentru cateva metale grele si PCDD/F. Rata reutilizarii si reciclarii deseurilor solide/produselor secundare a crescut dramatic in trecut, insa cantitati considerabile sunt in continuare depozitate permanent pe halde. Informatia asupra instalatiilor principale de productie in otelariile integrate (vezi mai sus) si pentru otelaria cu arc electric, incepe cu o descriere concisa a proceselor si tehnicilor aplicate pentru a realiza o intelegere clara a problemelor de mediu si a altor informatii. Datele emisiilor si de consum caracterizeaza in detaliu debitele masice de input si output structurate in functie de mediul de aer, apa si sol si de asemenea conform aspectelor energetice si de zgomot (pentru instalatiile de sinterizare: tabelul 4.1; pentru instalatiile de peletizare: tabelul 5.1; pentru instalatiile de cocsificare: tabelul 8.2). Toate aceste date deriva din instalatiile existente si sunt foarte necesare pentru evaluarea tehnicilor descrise, pentru a se lua in considerare in determinarea BAT. Descrierea acestor tehnici urmareste o anumita structura (descrierea tehnicii, nivelurile principale realizate, aplicabilitatea, efectele colaterale, instalatiile de referinta, datele operationale, forta stimulenta, aspectele economice, literatura de referinta) si si termina cu concluziile referitoare la ceea ce este considerat BAT. Concluziile se bazeaza pe rationamentul expertilor din TWG. BAT pentru instalatiile de sinterizare (capitolul 4) Sinter, ca produs al procesului de aglomerare a materialelor ce contin fier, reprezinta o parte majora a incarcaturii din furnalul de purjare. Problemele de mediu cele mai relevante constau in emisiile de gaz evacuat de la banda de sinterizare, aceasta continand o gama larga de poluanti precum pulberile, metalele grele SO2, HCl, HF, PAHs si compusii organo-clorurati (precum as PCB and PCDD/F). Astfel cele mai multe tehnici descrise si luate in considerare la determinarea BAT se refera la reducerea emisiilor in aer. La fel se abordeaza si in concluzii; de aceea cei mai importanti parametrii sunt pulberile si PCDD/F.

Executive Summary

Production of Iron and Steel iii

Pentru instalatiile de sinterizare, sunt luate in considerate ca BAT urmatoarele tehnici si combinatii de tehnici. 1. Desprafuirea gazului reziduale prin aplicarea:

- Precipitarea electrostatica avansata (ESP) (electrodul mobil ESP, sistem puls ESP, operarea la voltaj ridicat a ESP …) sau

- Precipitarea electrostatica plus filtru textil sau - Pre-desprafuirea (de ex. ESP sau ciclonul) plus sistemul de spalare la umed la

presiune ridicata. Utilizand aceste tehnici sunt atinse concentratii de emisii de praf < 50 mg/Nm3 in cadrul proceselor normale. In cazul aplicarii filtrului textil, emisiile de 10-20 mg/Nm3 sunt atinse.

Recircularea gazului rezidual, daca calitatea de sinterizare si productivitatea nu sunt semnificant afectate prin aplicarea:

- Recircularea unei parti de gaz reziduale de pe intreaga suprafata a benzii de sinterizare, sau

- Recircularea sectionata a gazului rezidual 2. Minimizarea emisiilor de PCDD/F , prin intermediul: - aplicarii recircularii gazelor reziduale; - tratarea gazelor reziduale de la banda de sinterizare; - prin utilizarea sistemelor de spalare la umed, s-au realizat valori < 0.4 ng I-

TEQ/Nm3 . - filtrarul textil cu aditivarea de pulbere de lignit realizeaza de asemenea emisii

reduse de PCDD/F (reducerea > 98 % , 0.1 – 0.5 ng I-TEQ/Nm3. – aceasta gama se bazeaza pe o prelevare la 6 ore si conditii normale).

3. Minimizarea emisiilor de metale grele - Utilizarea sistemelor de spalare la umed pentru a indeparta clorurile de metale

grele solubile in apa, in special clorurile de plumb, avand o eficienta > 90% sau un filtru sac cu aditivare de var;

- Excluderea pulberilor din ultimul camp al ESP de la reciclarea pe banda de sinterizare, depozitarea lor permanent ape o halda ecologica sigura (pavaj impermeabil, colectarea si tratarea scurgerilor), posibil dupa extragerea apei prin precipitarea secundara a metalelor grele pentru a reduce cantitatea deversata.

4. Reducerea deseurilor solide - Reciclarea produselor secundare cu continut de fier si carbon din fabricile

integrate, luand in considerare continutul de ulei al produselor secundare in parte (< 0.1 %).

- Pentru generararea de deseuri solide, urmatoarele tehnici sunt considerate BAT, in ordine descrescatoare a prioritatii:

- Reducerea generarii de deseuri - Reciclarea selective la procesul de sinterizare - De cate ori reutilizarea interna este limita, trebuie sa se caute reutilizarea externa - Daca intreaga reutilizare este impiedicata, singura optiune ramane depozitarea

controlata combinata cu pricipiul minimizarii 5. Reducerea continutului de hidrocarburi in materia alimentata la sinterizare si evitarea

antracitului ca si combustibil. Continutul de uleiuri a produselor secundare reciclate/ reziduurile < 0.1% sunt realizabile.

6. Recuperarea caldurii cedate: Caldura cedata poate fi recuperata din gazul rezidual racit la sinteirzare si este

fezabil ca in unele cazuri sa se recupereze si de la gazul rezidual provenit de la gratarul de sinterizare. Aplicarea recircularii gazului uzat poate fi de asemenea considerat o forma de recuperare a caldurii cedate.

7. Reducerea emisiilor deSO2 , ca de exemplu:

Executive summary

- Reducerea inputului de sulf (utilizarea pulberii de cocs cu continut redus de sulf si reducerea consumului consumului pulberilor de cocs, utilizarea minereului de fier cu continut redus de sulf); cu aceste masuri se pot realiza concentratii < 500 mg SO2/Nm3 .

- Cu desulfurarea umeda a gazului rezidual, este realizabila reducerea emisiilor de SO2 > 98% si concentratii ale emisiilor de SO2 < 100 mg SO2/Nm3 . Datorita costurilor ridicate, desulfurarea umeda gazelor reziduale ar trebui sa fie solicitata doar in circumstantele in care standardele de calitate a mediului nu sunt indeplinite.

8. Reducerea emisiilor NOx , de exemplu prin: - Recircularea gazelor reziduale - Denitrurarea gazelor reziduale, aplicand - Procesul regenerativ de carbon activ - Reducerea catalitica selectiva

Datorita denitrificarii gazelor reziduale foarte costisitoare, aceasta se aplica doar in circumstantele in care standardele de mediu nu se indeplinesc.

9. Emisiile in apa (fara apa de racire) Acestea sunt importante numai aunci cand este folosita clatirea apei sau cand sistemul

tratarea umeda a gazului de ardere este folosit. In aceste cazuri, apa evacuate in mediul receptor ar trebui tratata prin precipitarea metalelor grele, neutralizarea si filtrarea nisipului sunt realizate concentratii TOC <20 mg si concentratii ale metalelor grele <0.1 mg/l (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn).

Atunci cand apa receptoare este proaspata, trebuie acordata atentie continutului de sare. Apa de racire poate fi reciclata.

In principiu tehnicile mentionate la punctele 1 – 10 sunt realizabile la ambele tipuri de instalatii atat noi cat si existente avand in considerare prefata

BAT pentru instalatiile de peletizare (capitolul 5) Peletizarea este inca un proces de aglomerare a materialelor cu continut de fier. In timp ce sinterul este produs practice tot timpul in otelarii pentru diferite scopuri, peletii sunt produsi in principal pe amplasamentul minelor sau a porturilor de expediere. De aceea in UE exista doar o singura instalatie de peletizare ca parte din otelariile integrate si instalatiile de sine statatoare. De asemenea pentru aceste instalatii, emisiile in aer domina problematica de mediu. In consecinta, cele mai multe tehnici descrise si considerate la determinarea BAT se refera la emisiile in aer. La fel si concluziile. Pentru instalatiile de peletizare, tehnicile urmatoare sau combinatia de tehnici este considerata BAT. 1. Inlaturarea eficienta a pulberilor, SO2, HCl si HF din gazul de ardere din solidificarea de pe

banda, prin metode de: - curatare sau - desulfurare semi-uscata si deprafuire secventiala (ex. absorbant de suspensie a gazului

(GSA)) sau orice alt mecanism cu aceeasi eficacitate. Eficacitatea de inlaturare care poate fi obtinuta pentru acesti componenti este:

- pulberile : >95%; corespunzand la o concentratie ce poate fi obtinuta de < 10 mg - SO2: >80%; corespunzand la o concentratie ce poate fi obtinuta de < 20 mg - HF: >95%; corespunzand la o concentratie ce poate fi obtinuta de < 1 mg HF/Nm3 - HCl: >95%; corespunzand la o concentratie ce poate fi obtinuta de < 1 mg HCl/Nm3

2. Emisiile in apa de la scrubere sunt minimalizate prin metode de inchidere a circuitului de

apa, precipitarea metalelor grele, neutralizarea si filtrarea nisipului. 3. Reducerea NOx integrata in proces

Executive Summary

Production of Iron and Steel v

Proiectul fabricii ar trebui sa fie optimizat pentru recuperarea caldurii semnificative si emisiilor de NOx scazut din toate zonele de ardere (solidificarea pe banda si, unde se poate aplica uscarea la morile de macinare).

Intr-o singura fabrica, din cuptor de ardere cu gratar si folosind minereu de magnetit, sunt obtinute emisii < 150 g NOx/t de peleti. In alte fabrici (existente sau noi, de acelasi tip sau alt tip, folosind aceleasi materiale asu materiale brute), solutiile trebuie sa fie adaptate si posibilul nivel de emisie de NOx poate varia de la loc la loc.

4. Minimalizarea emisiilor de NOx de la sfarsitul procesului prin metode de tehnici end-of-pipe: Reducerea Selectiva Catalitica sau orice alta tehnica cu o eficienta reducere a NOx de cel putin 80%. Datorita costului mare denitrificarea gazului de ardere ar trebui sa fie considerata doar in circumstantele in care este vorba de standardele de calitate referitoare la mediu, altfel nu ar trebui sa fie considerat; pana in prezent nu sunt sisteme in functiune fara-NOx la nici o fabrica comerciala de peletizare .

5. Minimalizarea deseului solid/ a produselor secundare Urmatoarele tehnici sunt considerate a fi BAT in ordine descrescatoare a prioritatii:

- Minimalizarea producerii de deseuri - Utilizarea efectiva (reciclarea sau refolosirea) a deseului solid/ a produselor secundare - Indepartarea controlata a deseurilor/ produselor secundare inevitabile.

6. Recuperarea caldurii semnificative; Majoritatea fabricilor de peletizare au deja o rata de recuperare mare a energiei. Pentru imbunatatiri in continuare, sunt de obicei necesare solutii adaptate la situatie.

In principiu tehnicile insirate in punctele 1-6 sunt de aplicat ambelor instalatii noi si existente luand in considerare prefata. BAT pentru instalatiile de cocsificare (capitolul 6) Cocsul este necesar ca agent primar de reducere in furnal. De asemenea si pentru instalatiile de cocsificare, emisiile in aer sunt cele mai semnificante. Oricum, multe dintre acestea sunt emisii fugitive din surse variate precum scurgeri, usile cuptorului, usile de nivel, conductele ascendente si emisii din anumite operatii percum incarcarea carbunelui, impingerea cocsului si stingerea cocsului. Suplimentar, emisiile fugitive parvin din instalatia de tratare a gazului de cocsificare. Sursa principala de emisie in aer este gazul rezidual de la sistemele de combustie. Datorita acestei situatii speciale a emisiilor, informatiile detaliate sunt compilate pentru a oferi o intelegere adecvata. In consecinta, cele mai multe tehnici de luat in considerare la determinarea BAT se refera la reducerea emisiilor in aer. S-a scos in evidenta procesul uniform si nedisturbat precum si mentenanta cuptoarelor de cocs, ce apar a fi esentiale. Desulfurarea gazului de cocsificare este o masura de prioritate inalta pentru a minimize emisiile de SO2, nu doar la instalatiile de cocsificare ci si la alte instalatii, unde gazul de cocsificare este utilizat ca si combustibil. Deversarea apei uzate reprezinta o alta problematica majora pentru instalatiile de cocs. Informatii detaliate ofera o imagine clara impreuna cu tehnicile descrise pentru a reduce emisiile in apa. Concluziile reflecta problematicile mai sus mentionate. De aceea, nu s-a mentionat faptul ca stingerea uscata cu cocs nu este considerata in general un BAT ci doar in anumite circumstante. Pentru instalatiile de cocsificare, urmatoarele tehnici si combinatii de tehnici se vor considera BAT.

1. Generalităţi : - Întreţinerea generalizată a camerelor cuptorului, a uşilor cuptorului şi a

etanşărilor ramelor, ţevilor ascensionale, gurilor de încărcare şi a altor

Executive summary

echipamente (programul sistematic efectuat cu personal de întreţinere special instruit).

- Curăţarea uşilor, a etanşării ramelor, a gurilor de încărcare, capacelor şi şnecurilor ascensionale (ascensionale) după fiecare manevră.

- Menţinerea unei curgeri libere a gazului în cuptoarele de cocsificare; 2. Încărcarea

- Încărcarea cu maşini de încărcare. Din punct de vedere integrat încărcarea «fără fum «, ori încărcarea secvenţială cu ţevi ascensionale duble, ori cu ţevi flexibile „jumper” sunt tipurile preferate pentru că toate gazele şi pulberile, sunt tratate ca parte a tratării gazului de cocserie. În cazul în care gazele sunt extrase şi tratate în afara cuptorului, încărcarea cu tratamentul pe sol al gazelor extrase este metoda preferată. Tratarea ar trebui să presupună evacuarea eficientă şi combustia ulterioară şi o filtrare prin ţesătură. Sunt realizabile emisii de particule < 5 g / t cocs.

3. Cocsificare Combinarea următoarelor măsuri:

- Exploatare lină, neperturbată a cuptorului, evitând fluctuaţiile puternice de temperatură - Utilizarea uşilor cu etanşare flexibilă armate cu arcuri sau cu canturi drepte (în cazul

cuptoarelor cu înălţimea < 5m şi o întreţinere bună) realizează < 5 % emisii vizibile (frecvenţa oricăror scăpări comparativ cu nr. total

al uşilor) din toate uşile din instalaţiile noi şi < 10 % emisii vizibile din toate uşile din instalaţiile,

- Şnecuri ascensionale etanşate hidraulic, realizând < 1% emisii vizibile (frecvenţa oricăror scăpări comparativ cu nr. total şnecurilor ascensionale din totalul şnecurilor.

- Chituind gurile de încărcare cu suspensie de argilă (sau alt material de etanşare adecvat) realizând < 1% emisii vizibile (frecvenţă oricăror scăpări comparativ cu nr. total de guri) din nr. total de guri.

- Nivelând uşile echipate cu garnituri de etanşare realizând < 5% emisii vizibile 4. Arderea:

- utilizarea de gaz de cocserie desulfurat - prevenirea scăpării între camera cuptorului şi camera de ardere prin expoatarea

normală a cuptorului; - repararea scăpărilor între camera cuptorului şi camera de ardere şi - încorporarea de tehnici cu NOx scăzut în construcţia noilor baterii cum ar fi

arderea în trepte (emisii în jur de 450 – 700 g / t cocs şi repsectiv 500 –770 mg/N3m sunt realizabile într-o instalaţie nouă modernă).

- Daorită costurilor ridicate, denitrificarea gazelor arse (de ex. SCR) nu se aplică decât în cazul instalaţiilor noi în condiţii în care standardele de calitate a mediului nu pot fi îndeplinite cu uşurinţă.

5. Şarjarea cocsului: - extracţia cu o hotă (integrată) situată pe maşina de transfer a cocsului şi tratarea la sol a gazului extras cu filtru cu ţesătură şi utilizarea unui cărucior de stingere într-un singur punct realizează mai puţin de 5 g praf / t cocs (emisie la coşul de fum).

6. Stingerea : - stingerea umedă cu emisii minimalizate cu mai puţin de 50 g praf /t cocs (determinat cu metoda VDI). Utilizarea apei tehnologice, cu încărcătură organică semnificativă (precum apa uzată important pentru încărcăturile organice (apa uzată brută de la cuptorul cocsului brut, apa uzată cu conţinut ridicat de hidrocarburi), în timp ce apa de stingere este evitată. - Stingerea uscată a cocsului (CDQ) cu recuperarea căldurii sensibile şi îndepărtarea prafului din operaţiile de încărcare, manipulare şi clasare prin filtrare cu ţesătură. În ceea ce priveşte preţurile actuale ale energiei în EU., consideraţia „beneficiu operaţional cu cost de mediu / instrumental”, stabileşte limitări puternice asupra aplicabilităţii stingerii uscate a cosului. În afară de aceasta trebuie să existe o utilizare a energiei recuperate.

7. Desulfurarea gazului de cocsificare

Executive Summary

Production of Iron and Steel vii

- - Desulfurarea prin sisteme de absorbţie (conţinutul de H2S al gazului de reţea 500 – 1000 mg H2S / Nm3 ) sau

- desulfurizarea prin oxidare (< 500 mg H2 S / Nm3 ) - cu condiţia ca efectele colaterale ale componentelor toxice sunt atenuate în mare

măsură. 8. Exploatarea etanşă la gaze a instalaţiei de tratare a gazului

Ar trebui luate în considerare toate măsurile care să permită exploatarea etanşă a instalaţiei de tratare a gazului: - micşorarea numărului flanşelor prin sudarea pe cât posibil a conexiunilor între ţevi - utilizarea pompelor etanşe la gaze / e.g. pompe magnetice - evitarea emisiilor de la supapele de suprapresiune ale rezervoarelor de stocare, prin conectarea racordului de evacuare al cuptorului de cocsificare la magistrala colectoare (sau prin colectarea gazelor şi arderea ulterioară a acstora).

9. Pre-tratarea apei uzate. - eliminarea eficientă a amoniacului , utilizând soluţii alcaline. - Eliminarea eficientă ar trebui să fie conexă tratării ulterioare a apei uzate. Sunt realizabile concentraţii de NH3 de 20 mg / l în efluentul striperului.

- îndepărtarea gudronului. 10. Tratarea apei uzate :

Tratarea biologică a apei uzate cu nitrificare / denitrificare realizează: - îndepărtarea CCO > 90% - Sulfuri <0,1 mg / l - H A P < 0,05 mg /l - CN <0,1 mg / l - Fenoli < 0,5 mg /l - Sum. A NH4

+, NO3- şi NO2

- <30 mg N / l - Suspensii solide: <40 mg / l

Concentratiile de mai sus sunt bazate pe un debit specific de apă uzate de 0,4 m3 /t cocs.

Cu exceptia proceselor cu NOx redus, adecvate pentru instalatiile noi, tehnicile listate la punctele 1 – 10 se pot aplica atat la instalatiile noi cat si la cele existente, luandu-se in considerare prefata BAT pentru furnale (capitolul 7) Furnalul ramane de departe cel mai important proces de producere a fontei din materialele cu continut de metal. Datorita inputului mari de agenti de reducere (in principal carbunele si cocsul), acest proces consuma cea mai mare parte din inputul energetic al otelariilor integrate. Apar emisii relevante in toate mediile, descrise in detaliu. De aceea tehnicile descrise si considerate in determinarea BAT acopera toate aceste aspecte incluzand reducerea consumului energetic. Concluziile secundare se ocupa in principal cu reducerea pulberilor de la turnatorie, tratarea apei uzate de la scruberul gazului de furnal, reutilizarea zgurei si a pulberilor / namolului si in final reducerea inputului energetic si reutilizarea gazului de furnal. Pentru furnale, urmatoarele tehnici si combinatii sunt considerate BAT.

1. Recuperarea gazului de furnal 2. Injectarea directă a agenţilor reducători;

De exemplu : injectarea a 180 kg cărbune pulverizat / t fontă este deja realizată dar sunt posibile şi rate de injecţie mai mari 3. Recupereaea energiei din presiunea gazului la vârful furnalului când există premizele 4. Cuptoare calde

a. pot fi realizate concentraţii ale emisiilor de praf < 10 mg/ Nm3 şi de NOX < 350 mg/ Nm3 (la un conţinut de oxigen de 3 %)

b. economii de energie acolo unde proiectul permite 5. Folosirea unor jghiaburi refractare fără gudron 6. Desprăfuirea eficientă a gazului din furnal ;

Executive summary

Este de preferat ca particolele grosiere să fie îndepărtate prin folosirea tehnicilor de separare (deflector de exemplu) şi apoi să fie reutilizate . Particulele fine pot fi îndepărtate prin intermediul :

a. unui scuber sau b. filtru electrostatic umed sau c. ori ce altă tehnică care are eficienţa de reţinere cerută

Concentraţia particolelor reziduale poate fi < 10 mg/ Nm3 7. Desprăfuirea în hala de turnare (orificii de turnare , jghiaburi de scurgere , separatoare

de zgură şi puncte de încărcare a oalei torpedo). Cantitatea de emisii poate fi redusă prin acoperirea jghiaburilor de scurgere şi a evacuărilor prin reducera surselor de emisii menţionate şi prin purificarea acestora folosind filtre electrostatice. Pot fi realizate concentraţii ale emisiilor de praf de 1 – 15 mg/ Nm3. În ceea ce priveşte emisiile rapide acestea pot ajunge până la 5 – 15 g praf / t fontă, de aceea eficienţa reţinerii vaporilor este importantă. Vaporii sub presiune folosind azot (în condiţii speciale, de exemplu, acolo unde plasarea în proiect permite şi unde azotul este disponibil).

8. Tratarea gazelor de furnal prin spălarea cu ape uzate de la scuber. a. Refolosirea pe cât posibil a apei de la scuber b. Coagularea/sedimentarea pulberilor în suspensie (media anuală până la care pot

ajunge pulberile în suspensie este < 20 mg/l, valorile pe o zi pot ajunge la < 50 mg/l)

c. Hidrociclonarea şlamului urmată de refolosirea fracţiunii grosiere când dimensiunea granulelor permite o separare acceptabilă.

9. Diminuarea emisiilor de la tratarea zgurii şi a zgurii depozitată în gropi ecologice. Tratarea zgurii de preferinţă prin granulare acolo unde condiţiile permit Condensarea vaporilor dacă este nevoie de reducerea mirosului. Ori de câte ori se obţine fontă pe cât posibil trebuie evitată răcirea forţată a acesteia cu apă

10.Reducerea deşeurilor solide / produs secundar . Următoarele tehnologii pentru deşeurile solide în ordinea descrescătoare a priorităţilor sunt considerate BAT-uri

a. Reduderea de deşeuri solide b. Utilizarea efectivă (reciclare sau refolosire) a deşeurilor solide / produs secundar în

special reciclarea prafului grosier din gazele tratate şi a prafului de la desprăfuitoare, din hala de turnare , completa refolosire a zgurii (de exemplu în industria cimentului sau la construirea drumurilor).

c. Controlarea deşeurilor inerente/produs secundar (fracţiunile fine de şlam din tratarea gazului separate de pietriş)

. In principiu tehnologiile prevăzute de la 1 – 10 sunt aplicabile atât la instalaţii noi cât şi la instalaţii deja existente dacă există premizele. BAT pentru cuptorul pe baza de oxygen si turnarea (capitolul 8) Obiectivul producerii de otel pe baza de oxygen este de a oxida impuritatile nedorite continute in continuare de metalul fierbinte din furnal. Aceasta include pretratarea metalului fierbinte, procesul de oxideare infurnalul pe baza de oxigen, tratarea metalurgia secundara si turnarea (cuntinua si/sau in lingouri). Principalele probleme de mediu sunt emisiile in aer provenite de la surse variate, asa cum s-a descris, si deseuri variate solide/ produse secundare, descrise de asemenea. Suplimentar, apa uzata apare de la desprafuirea la umed (daca se aplica) si de la turnarea continua. In consecinta, tehnicile considerate in determinarea BAT acopera aceste aspecte ca si recuperarea gazului de cuptor pe baza de oxigen. Concluziile se ocupa in principal de reducerea emisiilor de pulberi de la diferitele surse si masurile de reutilizare/reciclare a deseurilor solide, apa uzata de la desprafuirea umeda si recuperarea gazului de la cuptorul pe oxigen. Pentru otelariile pe baza de oxygen si turnatorii, sunt considerate BAT urmatoarele tehnici sau combinatii.

Executive Summary

Production of Iron and Steel ix

1. Reducerea emisiilor de particole solide rezultate in urma pre-tratarii metalului lichid (inclusiv procesele de transfer ale metalului lichid, desulfurizare si dezgurificare) prin :

- evacuare eficienta ; - epurarea ulterioara prin utilizarea filtrelor cu umplutura textila sau filtrelor

electrostatice pot fi obtinute concentratii ale emisiilor de 5-15 mg/Nm3 prin utilizarea filtrelor electrostatice. 2. Recuperarea gazului de furnal (BOF) si desprafuirea primara prin aplicarea

- arderii in sistem inchis si - precipitarea electrostatica in regim uscat (pentru instalatiile noi sau existente) sau - filtrarea (pentru instalatiile existente)

Gazul de furnal colectat este purificat si depozitat in vederea utilizarii ulterioare drept combustibil. In unele cazuri s-ar putea ca, din punct de vedere economic sau din punct de vedere al administrarii eficiente a energiei recuperarea gazului de furnal BOF sa nu fie fezabila. In aceste cazuri, gazul de furnal BOF poate fi ars pentru producerea aburului. Tipul arderii (ardere inchisa sau deschisa) depinde de conditiile locale de administrare eficienta a energiei. Pulberile si/sau slamurile colectate trebuie reciclate in proportie cat mai mare. De remarcat continutul mare de zinc al pulberii/ slamurilor. O atentie deosebita trebuie acordata emisiilor de particule din orificiul de Iance. Acest orificiu trebuie acoperit in timpul suflarii de oxigen si daca este necesar trebuie injectat gaz inert in orificiu pentru a imprastia particulele. 1. Desprafuirea secundara, prin : - Evacuarea eficienta in timpul incarcarii si descarcarii urmate de purificarea prin utilizarea filtrelor cu umplutura textila sau a electrofiltrelor sau a altor tehnici cu acelasi randament. Pot fi obtinute randamente de captare de circa 90%. Continutul de pulberi reziduale care se poate realiza este de 5-15 mg/Nm3 in cazul filtrelor saci si de 20-30 mg/Nm3 in cazul electrofiltrelor. De remarcat continutul ridicat de zinc aflat in mod normal in aceste pulberi. - Evacuarea eficienta in timpul operatiei de transfer (transvazare) a metalului lichid, de dezgurificare a metalului lichid si a operatiilor secundare urmata de purificarea prin utilizarea filtrelor cu umplutura textila sau a oricaror alte tehnici avand acelasi randament de purificare. Pentru aceste operatii se pot realiza factori de emisie sub 5g/t LS (otel lichid). - Eliminarea vaporilor de metal prin utilizarea gazului inert in timpul transvazarii metalului lichid din oala torpedo (sau amestecatorul de metal lichid) in oala de incarcare pentru a reduce producerea de pulberi/vapori de metal. 4. Minimizarea/ Reducerea emisiilor in apa provenita de la desprafuirea primara in regim umed a gazului de furnal BOF prin aplicarea urmatoarelor masuri: - aplicarea purificarii uscate a gazului de furnal BOF acolo unde spatiul permite aceasta ; - reciclarea pe cat posibil a apei provenite de la serubere (de exemplu prin injectarea de CO2 in cazul sistemelor cu ardere inchisa) ; - coagularea si sedimentarea suspensiilor solide; se pot ontine concentratii de 20 mg/l. 5. Reducerea emisiilor in apa provenita de la racirea directa a masinilor de turnare continua prin: - reciclarea pe cat mai mult posibil a apei de racire si de proces ; - coagularea si sedimentarea suspensiilor solide ; - indepartarea uleiului prin utilizarea rezervoarelor de spumare sau a altor dispozitive. 6. Minimizarea rezidurilor solide. Pentru producerea deseurilor solide, urmatoarele tehnici sunt considerate BAT in ordinea descrescatoare a prioritatii : - minimizarea producerii de reziduri ; - utilizarea eficienta (reciclare sau reutilizare) a deseurilor solide/produse secundare ; in special reciclarea slamului BOF si a pulberilor grosiere si fine de la tratarea gazului BOF ; - depozitarea controlata a rezidurilor In principiu, tehnicile prezentate la punctele 1-6 pot fi aplicate atat la instalatiile noi cat si la cele existente (daca nu exista alte indicatii si sunt indeplinite conditiile mentionate). BAT pentru otelaria electrica si turnatorie (capitolul 9) Topirea directa a materialelor ce contin fier, in principal a fierului vechi este desfasurata de obicei de un cuptor cu arc electric ce necesita cantitati considerabile de energie electrica si

Executive summary cauzeaza emisii substantiale in aer, deseuri solide/produse secundare in principal din filtrele de pulberi si zgura. Emisiile in aer de la furnal constau intr-o gama larga de compusi anorganici (pulberi de oxid de fier si metale grele) si compusi organici precum compusii de organocloruri, organobenzen, PCB si PCDD/F. Tehnicile de considerat in determinarea BAT reflecta aceasta si se concentreaza asupra acestor problematici. In concluzie, corespunzator emisiilor in aer, pulberile si PCDD/F sunt cei mai relevanti parametrii. Preincalzirea fierului vechi se ia in considerare de asemenea ca BAT, la fel ca reutilizarea/reciclarea zgurelor si pulberilor. Pentru otelaria electrica si turnatorie, urmatoarele tehnici si combinatii de tehnici sunt considerate BAT.

1. Colectarea eficienta a prafului : - prin combinrea procedeului de colectare directa a gazului evacuat (a 4a sau a 2

a hota) si sisteme de hote, sau - inchiderea cuptoarelor in anexe si sisteme de hote sau - sisteme de evacuare complete.

Se poate ajunge la o colectare a emisiilor primare si secundare de cca.98% sau chiar mai mult de la cuptoarele de tip EAF.

2. Desprafuirea gazelor reziduale prin : - filtru textil bine proiectat care realizeaza mai putin de 5mg praf/Nm3(in cazul

inst. noi) si mai putin de 15mg. praf/Nm3 ( pentru inst. existente), ambele valori fiind determinate ca valori zilnice.

Diminuarea continutului de praf este corelata cu diminuarea continutului in metale grele din emisii, exceptie facand metalele grele prezente in faza gazoasa cum ar fi mercurul.

3. Diminuarea componentelor organico-clorurate in special PCDD/F si PC prin mijloace ca :

- post combustia si includerea si includerea unui sistem unui sistem cu camera de post combustie si turn de racire , dupa caz cu scopul indepartarii novo-sintezei si/sau

- injectia cu pulbere de lignit in canalul de evacuare inainte de zona filtrare. Se ajunge la un nivel al concentratiei de PCDD/F 0.1-0.5 ng I-TEQ/Nm3. 4. Preincalzirea deseurilor (in combinatie cu metodele de la pct.3) in scopul refacerii temperaturii de la gazul primar primar evacuat

- prin preincalzirea deseurilor partial la 60kWh/t se economiseste cam 100kWh/t de otel lichid.

Aplicabilitatea preincalzirii deseurilor depinde de circumstantele locale si se furnizeaza prin utilajul principal. Cand se plica preincalzirea deseurilor se ia in seama posibilitatea cresterii emisiilor de poluanti organici. 5. Minimizand (micsoarand) raportul reziduu/ produs Pentru deseurile solide, urmatoarele tehnici sunt considerate BAT :

- micsorarea producerii deseurilor - micsorarea cantitatii de produs prin reciclarea zgurii de la EAF si filtrele de

praf ; in functie de conditiile locale praful filtrat poate fi reciclat la cuptoarele cu arc electric in scopul ajungerii la o imbogatire cu zinc de pana la 30%. Praful filtrat cu continut de zinc mai mare de 20% se poate utiliza in industria metalelor neferoase.

- Prafurile filtrate de la producerea otelurilor inalt aliate se pot trata pentru a imbunatati metalele aliate

- Pentru deseurile solide, care nu sunt disponibile reciclarii, cantitatea produsa ar trebui redusa. Daca toate posibilitatile de reducere /reutilizare s-au epuizat se recomanda o depozitare controlata a acestor deseuri.

6. Emisiile de apa uzata

- se inchide accesul apelor reziduale din procesul de racire in sistemul de apa rece potabila, prin realizarea unui circuit in inel inchis al apei de racire

- Apa reziduala din procesele de turnare continua : Reciclarea apei reci ata cat este posibil ;

Executive Summary

Production of Iron and Steel xi

Precipitarea/sedimentarea suspensiilor solide Curatirea de substante grase prin intermediul instalatiilor speciale.

In principal tehnicile prezentate de la 1-6 sunt aplicabile atat noilor instalatii si utilaje cat si celor existente tinand seama de cerintele mentionate in prefata. Nivelul de consens Aces BREF se bucura de un nivel ridicat de consens. Nu au fost inregistrate opinii divergente in timpul discutiilor TWG si IEF. Exista un consintamant clar asupra acestui document.

Preface

Prefata 1. Statutul acesteui document

Daca nu este prevazut altfel, raportarile “la aceasta directive” in acest document inseamna Directiva Consiliului 96/61/EC on integrated pollution prevention and control.

Excptand acest paragraph, acest document “cuvant” oglindeste documentul respectiv publicat de Comsia Europeana ca urmare a articolului 16 (2) al directivei. Acest document este oferit in limba engleza pentru scopul de a sprijini tranducerea si diseminarea informatiilor continute in el. In cazul oricarei diferente aparute in textul trades, se vor lua in considerare versiuneaa in limba originala, in care s-a publicat de catre Comisie. Pentru a asigura faptul ca intreg documentul apare corect, este esential sa se mentia documentul in Word in pozitia lui corecta fata de alte documente si grafice. Nu toate documentele au imaginii legate de intre ele, insa acolo unde exista este esential sa se mentina acelasi document si nume de fisier pentru toate linkurile. Acest document si orice document aferent au fost diseminate de fapt pe un CD-rom cu o structura ierarhica a documentelor necesare pentru aparitia corecta a documentului in word. Daca au apurat probleme de orice fel de gen, cu imagini aparute incorect, trebuie verificata locatia documentelor in directoru activ.

2. Obligatiile legale relevante pentru directive IPPC si definirea BAT

Pentru a ajuta cititorul la intelegerea contextului legal in care a fost elaborate acest document, sunt descrise cateva cerinte relevante pentru directiva IPPC, inclusiva definitia “celor mai bune tehnici disponibile”. Aceasta descriere este inevitabil incompleta si este oferita doar pentru informatii. Nu are valoare legal-obligatorie si nu prejudiciaza in nici un fel cerintele actuale ale Directivei.

Scopul directivei este de a realiza o prevenire si control integrat al poluarii rezultate de la activitatile listate in anexa I din directive, conducand la un nivel inalt de protectie a mediului, in ansamblu. Baza legala a directivei se raporteaza la protectia mediului. Implementarea sa ar trebui de asemenea sa ia in considerare obiectivele comunitatii precum si competivitatea industriei Comunitatii, contribuind astfel la dezvoltarea durabila.

Si mai specific, ofera pentru un sistem de autorizare a anumitor categorii de instalatii industriale cerinte pentru operatori si autoritati in abordarea in ansamblu, integrat, poluarea si potentialul de consum al instalatiei. Scopul principal este ca printr-o abordare integrata trebuie sa se imbunatateasca managementul si controlul proceselor industriale pentru a asigura un inalt nivel de protectie pentru mediu, in ansamblu. In centrul acestei abordari se afla principiul general din articolul 3, si anume ca operatorii ar trebui sa ia toate masurile adecvate preventive impotriva poluarii, in special prin aplicarea celor mai bune tehnici disponibile, permitand o imbunatatire a performantei de mediu.

Termenul de ‘cele mai bune tehnici disponibile’ este definit in articolul 2 (11) al Directivei ca fiind “stadiul cel mai avansat si efectiv de dezvoltare al activitatilor si a metodelor lor de operare, fapt ce indica adecvarea practica unor tehnici specifice de a oferi, in principiu, bazele pentru valorile limita de emise stabilite pentru a preveni, si acolo unde aceasta nu este posibila, pentru a reduce in general emisiile si impactul asupra mediului, in intregul sau”. Articolul 2(11) continua sa clarifice aceasta definitie, dupa cum urmeaza:

- “technicile” includ tehnologia utilizata si modul in care instalatia este proiectata, construita, intretinuta, exploatata si scoasa din uz;

- tehnici ‘disponibile’ sunt acelea dezvoltate la o scara care permite implementarea in sectorul industrial relevant, in conditii economice si tehnice viabile, luandu-se in considerare costurile si avantajele, dacă aceste tehnici sunt sau nu folosite sau produse în interiorul

Preface

Production of Iron and Steel xiii

statului membru avut în vedere, cu condiţia ca ele să fie accesibile într-un mod rezonabil operatorului”;

- ‘cele mai bune’ inseamna cele mai efective in atingerea unui nivel general inalt de protectie a mediului, in intregul sau.

Si mai mult, anexa IV a Directivei contine o lista de “criterii care sa se ia in considerare in general sau in cazuri specifice, atunci cand se determina cele mai bune tehnici disponibile…. constientizandu-se tot timpul costurile acceptabile si beneficiile masurii si principiile precautiei si prevenirii”. Aceste consideratii includ informatia publicata de Comisie corespunzator articolului 16(2).

Autoritatile competente responsabile pentru acordarea autorizatiei sunt solicitate sa tina cont de principiile generale stabilite in articolul 3, cand se determina conditiile de autorizare. Aceste conditii trebuie sa includa valori limita de emisie, adaugate sau inlocuite, acolo unde adecvat, prin parametrii echivalenti sau masuri tehnice. Conform articolului 9(4) al Directivei, aceste valori limita de emisii, parametrii echivalenti si masuri tehnice trebuie, fara a prejudicia, sa fie in conformitate cu standardele de calitate a mediului, sa se bazeze pe cele mai bune tehnici disponibile, fara a se recomanda utilizarea vreunei tehnici sau tehnologii specifice, insa luandu-se in considerare caracteristicile tehnice ale instalatiei respective, amplasarea ei geografica si conditiile locale de mediu. In toate circumstantele, conditiile din autorizatie trebuie sa includa dispozitii asupra reducerii pe distanta mare a poluarii transfrontaliere si trebuie sa asigure un nivel ridicat de protectie al mediului, in ansamblu.

Statele Membre au obligatia, conform articolului 11 din Directiva, sa asigure faptul ca autoritatile competente urmaresc sau sunt informate asupra evolutiei celor mai bune tehnici disponibile.

3. Obiectivul acestui document

Articolul 16(2) al Directivei solicita Comisiei sa organizeze ‘un schimb de informatii intre Statele Membre si industrie referitor la cele mai bune tehnici disponibile, monitorizarea aferenta si evolutia acestora’ si sa publice rezultatele acestui schimb. Scopul schimbului de informatii este dat in aliniatul 25 al Directivei, care declara ca ‘evolutia si schimbul de informatii de la nivelul Comunitatii asupra celor mai bune tehnici disponibile vor ajuta sa redreseze inechilibrul tehnologic in Comunitate, vor promova diseminarea interationala a valorilor limita si tehnicilor utilizate in Comunitate si vor ajuta Statele Membre la implementarea eficienta a acestei Directive’.

Comisia (Mediu DG) a constituit un forum pentru schimbul de informatii (IEF) pentru a sprijini activitatea stabilita in articolul 16(2), un numar de grupuri tehnice de lucru fiind formate sub umbrela IEF. Ambele IEF si grupurile tehnice de lucru includ reprezentarea Statelor Membre si industria, asa cum s-a specificat in articolul 16(2).

Scopul acestei serii de documente este de a reflecta clar schimbul de informatii care a avut loc asa cum s-a solicitat in articolul 16 (2) si de a furniza informatii de referinta autoritatii de autorizare pentru a le lua in considerare la determinarea conditiilor de autorizare. Prin furnizarea informatiei relevante referitoare cele mai bune tehnici disponibile, aceste documente ar trebui sa aiba rolul unor instrumente utile in actionarea performantei de mediu.

4. Sursele de informatii

Acest document reprezinta un rezumat al informatiei obtinute de la un numar de surse, inclusiv expertiza grupurilor constituite pentru a asista Comisia in activitatea ei, si este verificat de serviciile din cadrul Comisiei. Toate contributiile sunt recunoscute cu recunostinta.

Preface 5. Cum sa se inteleaga si sa se utilizeze acest document

Informatia oferita in acest document intentioneaza a fi utilizata ca baza la determinarea BAT in cazuri specifice. Cand se determina BAT si conditiile din autorizatie stabilite in baza BAT se va lua in considerare mereu scopul atotcurprinzator de a atinge un nivel de protectie a mediului, in intregul sau.

Restul sectiunii descrie tipul de informatie oferita in fiecare sectiune a documentului.

Capitolele 1, 2 si 3 ofera informatii generale asupra sectorului industrial, iar in primele sectiuni ale capitolelor 4 si 9 se dau informatii asupra proceselor industriale aplicate in sector. Emisiile curente si nivelurile de consum sunt prezentate in sectiunile secundare ale capitolelor 4 – 9 reflectand situatia existenta a instalatiilor la momentul elaborarii.

A treia sectiune a capitolelor 4 – 9 descrie mai detaliat reducerea emisiilor si alte tehnici considerate a fi cele mai relevante la determinarea BAT si a conditiilor de autorizare bazate pe BAT. Informatia include consumul si nivelurile de emisie considerate realizabile prin utilizarea tehnicii, unele idei de costuri si probleme colaterale aferente tehnicii si domeniul de aplicare al tehnicii in diferitele instalatii ce necesita autorizatie IPPC, de exemplu instalatii noi, existenet, mari sau mici. Tehnicile considerate extreme nu sunt incluse.

O sectiune de concluzii in fiecare dintre capitolele 4 – 9 prezinta tehnicile si emisiile si nivelurile de consum considerate compatibile cu BAT, in sensul general. Scopul este acela de a oferi informatii generale referitoare la emisii si nivelurile de consum ce pot fi considerate adecvate pentru determinarea conditiilor de autorizatie bazate pe BAT sau pentru stabilirea regulilor generale obligatorii din articolul 9(8). Trebuie precizat, oricum ca acest document nu propune valori limita de emisii. Determinarea conditiilor de autorizare adecvate va implica considerarea factorilor locali, specifici amplasamentului si a conditiilor de mediu locale. In cazul instalatiilor existente, se va lua in considerare de asemenea viabilitatea tehnica si economica a retehnologizarii lor. Chiar si obiectivul de asigurare a unui nivel inalt de protectie a mediului, in ansamblu, va implica deseori rationamente de alegere intre diferitele tipuri de impact asupra mediului, iar aceste rationamente vor fi influentate deseori de consideratiile locale.

Desi s-a facut o incercare sa se abordeze unele dintre aceste problematici, nu a fost posibil sa fie luate in considerare complet in acest document. Tehnicile si nivelurile prezentate in sectiunea concluziilor asupra celor mai bune tehnici disponibile din fiecare capitol 4-9, nu vor fi neaparat adecvate pentru toate instalatiile. Pe de alta parte, obligatia de asigurare a unui nivel inalt de protectie incluzand reducerea pe distanta mare sau poluarea tranfrontaliera implica faptul ca aceste conditii de autorizatie nu pot fi stabilite in baza doar a consideratiilor locale. De aceea este foarte important ca informatiile continute in acest document sa fie luate in considerare complet de catre autoritatile de autorizare.

Deoarece cele mai bune tehnici disponibile se schimba cu timpul, acest document va fi revizuit si actualizat in mod adecvat. Toate comentariile si sugestiile se vor face la Biroul European IPPC la Institutul pentru Studii Prospective Tehnologice la urmatoarea adresa:

Edificio Expo-WTC, Inca Garcilaso s/n, E-41092 Seville – Spain Telephone: +34 95 4488 284 Fax: +34 95 4488 426 e-mail eippcb@jrc.es Internet: http://eippcb.jrc.es

Production of Iron and Steel xv

Documentul de referinta asupra celor mai bune tehnici

disponibile in Productia de Fonta si Otel Rezumat ........................................................................................................................................................ i Prefata ........................................................................................................................................................xii Scopul ..................................................................................................................................................... xxvi 1 INFORMATII GENERALE............................................................................................................... 1

1.1 Productia totala de otel in Europa si pe plan mondial ............................................................... 1 1.2 Distributia geografica a productiei otelului in U.E ................................................................... 3 1.3 Investitii si angajari in industria fierul si otelului in U.E .......................................................... 8 1.4 Situatia economica .................................................................................................................... 9 1.5 Importanta mediului pentru industria fierului si otelului........................................................... 9

2 DEPOZITAREA SI MANIPULAREA MATERIALELOR PRIME ............................................... 15 3 IMAGINEA DE ANSAMBLU – FABRICAREA OTELULUI....................................................... 16

3.1 Caile procesului de fabricare a otelului................................................................................... 16 3.2 Otelariile integrate................................................................................................................... 17

3.2.1 Imaginea de ansamblu a procesului.................................................................................... 17 3.2.2 Interdependenta diferitelor procese de productie/unitati in termeni energetici, produse secundare/reziduuri, apa si aer.......................................................................................................... 19

3.2.2.1 Energia........................................................................................................................... 19 3.2.2.2 Reziduuri solide/ produse secundare ............................................................................. 22 3.2.2.3 Apa ................................................................................................................................ 23

4 FABRICILE DE SINTERIZARE..................................................................................................... 24 4.1 Procese si tehnici aplicate ....................................................................................................... 24

4.1.1 Scopul procesului de sinterizare......................................................................................... 24 4.1.2 Amestecarea materiilor prime ............................................................................................ 24 4.1.3 Sinter strand operation........................................................................................................ 25 4.1.4 Separarea si racirea sinterului fierbinte .............................................................................. 27

4.2 Consumul prezent / niveluri de emisie .................................................................................... 28 4.2.1 Imagine de ansambluz a debitului masic si al datelor de intrare/iesire............................... 28 4.2.2 Informatii asupra debitelor masice de emisie individuale .................................................. 33

4.2.2.1 Informatii detaliate despre emisiile in aer...................................................................... 33 4.2.2.1.1 Emisii de particule materiale ................................................................................ 33 4.2.2.1.2 Emisiile din gazul rezidual provenit de la banda de sinterizare............................. 33 4.2.2.1.3 Emisiile de pulberi de la racirea sinterului ............................................................ 43

4.2.2.2 Informatii despre emisiile in apa ................................................................................... 43 4.2.2.3 Informatii cu privire la deseurile solide......................................................................... 44 4.2.2.4 Information about energy aspects .................................................................................. 44 4.2.2.5 Informatiile referitoare la emisiile de zgomot ............................................................... 45

4.3 Tehnicii care trebuie luate in considerare in determinarea BAT............................................. 46 4.3.1 Tehnicile integrate de proces.............................................................................................. 47 4.3.2 Tehnici la final de proces ................................................................................................... 63

4.4 Concluzii ................................................................................................................................. 85 4.5 Tehnici noi aparute si dezvoltari de viitor............................................................................... 88

4.5.1 Indeparatarea PCDD/F ....................................................................................................... 88 5 INSTALATIILE DE PELETIZARE ................................................................................................ 90

5.1 Procese si tehnici aplicate ....................................................................................................... 90 5.1.1 Macinarea si uscarea/deshidratarea .................................................................................... 91 5.1.2 Pregatirea peletilor ............................................................................................................. 91 5.1.3 Solidificarea ....................................................................................................................... 91

5.1.3.1 Procesul pe gratarul direct ............................................................................................. 92 5.1.3.2 Procesul cuptorului cu gratar ......................................................................................... 92

5.1.4 Separarea si manipularea.................................................................................................... 93 5.2 Consumul prezent/nivelul emisiilor ........................................................................................ 94

5.2.1 Imaginea debitului masic si datele de intrare/iesire............................................................ 94 5.2.2 Informatia referitoare la debitele masice individuale de emisie ......................................... 96

5.2.2.1 Emisiile de pulberi de la macinare................................................................................. 96

5.2.2.2 Emisiile de NOx de la solidificare si uscare ...................................................................96 5.2.2.3 Emisiile de pulberi si gazoase de la banda de solidicare................................................96 5.2.2.4 Emisile de SO2 de la solidificare....................................................................................96 5.2.2.5 Emisii de HCl si HF .......................................................................................................96 5.2.2.6 Apa uzata .......................................................................................................................97 5.2.2.7 Deseurile solide..............................................................................................................97 5.2.2.8 Cererea energetica..........................................................................................................97

5.3 Tehnici de considerat la determinarea BAT ............................................................................98 5.4 Concluzii................................................................................................................................105 5.5 Tehnici noi aparute si dezvoltari de viitor .............................................................................108

5.5.1 Reducerea integrata in proces a NOx la banda de solidificare ..........................................108 5.5.2 Brichete/peleti de carbune la rece .....................................................................................108 5.5.3 Alte tehnici posibile ..........................................................................................................109

6 INSTALATIILE DE COCSIFICARE.............................................................................................110 6.1 Procesele si tehnicile de process aplicate...............................................................................110

6.1.1 Manipularea carbunelului .................................................................................................111 6.1.2 Operarea bateriilor de cocsificare .....................................................................................112

6.1.2.1 Incarcarea carbunelui ...................................................................................................113 6.1.2.2 Camerele de incalzire/ardere........................................................................................114 6.1.2.3 Cocsificarea..................................................................................................................115 6.1.2.4 Impingerea si stingerea cocsului ..................................................................................116 6.1.2.5 Manevrarea si sortarea cocsului ...................................................................................117

6.1.3 Colectarea si tratarea gazului de cocsificare .....................................................................117 6.1.3.1 Racirea gazului.............................................................................................................119 6.1.3.2 Recuperarea gudronului din gazul cuptorului de cocserie............................................119 6.1.3.3 Desulfurarea gazului de cocs .......................................................................................119 6.1.3.4 Recuperarea amoniacului din gazul cuptorului de cocserie .........................................120 6.1.3.5 Recuperarea uleiului usor din gazul cuptorului de cocserie .........................................120

6.1.4 Debitele de apa din cocsificare .........................................................................................121 6.2 Nivelurile actuale de consum/emisie .....................................................................................124

6.2.1 Debitul masic si datele de input/output.............................................................................124 6.2.2 Informatiile asupra emisiilor in aer ...................................................................................129 6.2.3 Informatiile asupra emisiilor in apa ..................................................................................129

6.2.3.1 Emisii continue in apa..................................................................................................129 6.2.3.1.1 Cantitati................................................................................................................129 6.2.3.1.2 Debitul apei uzate de la instalatia de cocsificare..................................................130 6.2.3.1.3 Apa uzata de la oxidarea umeda a proceselor de desulfurare...............................130 6.2.3.1.4 Apa de racire ........................................................................................................131

6.2.3.2 Emisiile discontinue in apa ..........................................................................................131 6.2.3.2.1 Stingerea umeda a cocsului ..................................................................................131

6.2.4 Necesarul energetic...........................................................................................................131 6.2.5 Poluarea solului.................................................................................................................132

6.3 Tehnicile de considerat in determinarea BAT .......................................................................133 6.4 Concluzii................................................................................................................................171 6.5 Tehnici aparute şi dezvoltări pentru viitor .............................................................................175

7 FURNALE ......................................................................................................................................177 7.1 Procese aplicate .....................................................................................................................177

7.1.1 Incarcarea..........................................................................................................................179 7.1.2 Incalzitoare de curenti de aer ............................................................................................179 7.1.3 Furnalul de purjare............................................................................................................181

7.1.3.1 Descriere generala........................................................................................................181 7.1.3.2 Gazul de furnal del a varf (BFgas) ...............................................................................181 7.1.3.3 Zinc si plumb ...............................................................................................................182

7.1.4 Injectarea directa a agentilor de reducere..........................................................................182 7.1.5 Curatarea...........................................................................................................................182 7.1.6 Procesarea zgurei ..............................................................................................................183

7.1.6.1 Procesul de granulare a zgurei .....................................................................................183 7.1.6.2 Procesarea zgurei in cavitati.........................................................................................184 7.1.6.3 Procesul de peletizare a zgurei .....................................................................................185

7.2 Emisiile prezente si nivelurile de consume............................................................................186 7.2.1 Debitul masic si datele de input/output.............................................................................186 7.2.2 Informatii despre fiecare debit masic de emisie si despre necesarul energetic .................190

7.2.2.1 Emisiile de gaz uzat .....................................................................................................190

Production of Iron and Steel xvii

7.2.2.1.1 Emisiile de gaz uzat de la incalzitoarele de aer ................................................... 190 7.2.2.1.2 Emisiile de la sarjare si transportare .................................................................... 191 7.2.2.1.3 Gazul de furnal (ca o emisie indirecta) ................................................................ 191 7.2.2.1.4 Emisiile de la instalatia turnare............................................................................ 192 7.2.2.1.5 Emisiile din procesarea zgurei............................................................................. 192

7.2.2.2 Emisiile de deseuri solide/produse secundare.............................................................. 193 7.2.2.2.1 Pulberile din turnare ............................................................................................ 193 7.2.2.2.2 Pulberile si namolul din tratarea gazului de furnal .............................................. 193 7.2.2.2.3 Zgura de la furnalele de forjare ........................................................................... 194

7.2.2.3 Emisiile de apa uzata ................................................................................................... 195 7.2.2.3.1 Surplusul de apa de la tratarea gazului de furnal ................................................. 195 7.2.2.3.2 Apa uzata din granularea zgurei .......................................................................... 196 7.2.2.3.3 Evacuarea din circuitul apei de racire.................................................................. 196

7.2.2.4 Energia si necesarul de agent reducator....................................................................... 196 7.3 Tehnici considerate în determinarea cele mai bune tehnici disponibile ............................... 198 7.4 Concluzii ............................................................................................................................... 217 7.5 Tehnologii aparute şi dezvoltări ale viitorului....................................................................... 220

8 PROCESUL DE ELABORARE A OŢELULUI ÎN CONVERTIZOR ŞI TURNAREA............... 222 8.1 Tehnologii şi procese aplicate ............................................................................................... 223

8.1.2 Pre-tratarea metalului fierbinte ............................................................................................. 224 8.1.3 Oxidarea in the convertizor (furnalul pe baza de oxigen)...................................................... 225 8.1.4 Tratarea secundara ................................................................................................................. 229 8.1.5 Turnarea................................................................................................................................. 231

8.1.1.1 Turnarea continua ........................................................................................................ 232 8.1.5.2 Turnarea in lingouri ....................................................................................................... 233

8.2 Nivelele de emisii si de consumuri ....................................................................................... 234 8.2.1 Bilant fluxurilor masice si de intrare-iesire ...................................................................... 234 8.2.2 Informatii despre fluxuri masice de emisii si fluxul de energie........................................ 238

8.2.2.1.2 Gaze arse secundare............................................................................................. 242 8.2.2.2 Deşeuri solide/pe produs ............................................................................................. 243

8.2.2.2.1 Zgură desulfurată ................................................................................................. 243 8.2.2.2.2 Zgura BOF........................................................................................................... 244 8.2.2.2.3 Material expulzat din convertizor ........................................................................ 245 8.2.2.2.4 Pulberi grosiere de la tratarea gazului de convertizor ................................ 245 8.2.2.2.5 Pulberi fine şi şlam de la tratarea gazului de convertor ....................................... 246 8.2.2.2.6 Zgura şi ţunderul provenit de la turnarea continuă .............................................. 246 8.2.2.2.7 Deşeurile de balast............................................................................................... 246

8.2.2.3 Evacuările de ape uzate ............................................................................................... 246 8.2.2.3.1 Apa uzată de la tratarea gazului de convertizor ................................................... 247 8.2.2.3.2 Ape uzate de la producerea vidului...................................................................... 247 8.2.2.3.3 Ape uzate de la turnarea continuă........................................................................ 247

8.2.2.4 Consumul de energie ................................................................................................... 247 8.2.2.4.1 Converizorul (BOF)............................................................................................ 247 8.2.2.4.2 Turnarea continuă ................................................................................................ 247

8.3 Tehnici de luat în considerare la determinarea celor mai bune tehnici disponibile............... 248 8.4 Concluzii ............................................................................................................................... 274 8.5 Tehnici noi aparute si dezvoltari de viitor............................................................................. 277

9 PRODUCEREA SI TURNAREA OTELULUI UTILIZAND CUPTOARE ELECTRICE ........... 279 9.1 Procese si tehnici aplicate ..................................................................................................... 279

9.1.1 Manevrarea si depozitarea materiilor prime .................................................................... 281 9.1.2 Preincalzirea fierului vechi............................................................................................... 282 9.1.3 Incarcarea ......................................................................................................................... 282 9.1.5 Evacuarea otelului si a zgurii................................................................................................. 283 9.1.6 Metalurgie secundara............................................................................................................. 283 9.1.7 Manipularea zgurii................................................................................................................. 284 9.1.8 Turnarea continua .................................................................................................................. 284

9.2 Consumul actual si nivelele de emisie .................................................................................. 285 9.2.1 Prezentarea tendintelor – datele furnizarii/productiei....................................................... 285

9.2.2.1 Epurarea emisiilor de gaz............................................................................................... 289 9.2.2.1.1 Epurarea primara a gazelor..................................................................................... 289 9.2.1.1.2 Epurarea secundara a gazelor .............................................................................. 294

9.2.1.1.3 Aburi proveniti din prelucrarea zgurei .................................................................294 9.2.2.2 Pierderile solide/produse ................................................................................................294

9.2.2.2.1 Zgura rezultata din productia otel-carbonului/otelurilor puternic aliate .................295 9.2.2.2.2 Pulberi din tratarea gazelor epurate ........................................................................296 9.2.2.2.3 Caramizi refractare .................................................................................................298

9.2.2.3 298Emisiile de apa uzata..............................................................................................298 9.2.2.3.1 Apele de scurgere din iazul decantor ......................................................................298 9.2.2.3.2 Apa uzata din spalarea gazului evacuat ..................................................................298

9.2.2.4 Contaminarea solului......................................................................................................299 9.2.2.5 Emisiile de zgomot .........................................................................................................299

9.3 Tehnici de luat in considerare in determinarea BAT .............................................................300 9.4 Concluzii................................................................................................................................320 9.5 Tehnici aparute si dezvoltari de viitor ...................................................................................323

10 NOI/ALTERNATIVE ALE TEHNICILOR DE PRODUCERE A FIERULUI .............................325 10.1 Introducere.............................................................................................................................325 10.2 Reducerea directa (DR) .........................................................................................................328

10.2.1 Generalitati .......................................................................................................................328 10.2.2 Procese care se pot intalni in practica ...............................................................................328 10.2.3 Aspecte de protectie a mediului urmare DRI....................................................................329

10.3 Reducerea topirii (SR) ...........................................................................................................330 10.3.1 Generalitati .......................................................................................................................330 10.3.2 Corex.................................................................................................................................330 10.3.3 Procese in dezvoltare ........................................................................................................332

10.4 Comparatie: cuptorul cu reducere directa si reducerea topirii ...............................................336 11 Concluzii si recomandari.................................................................................................................341 GLOSAR ..................................................................................................................................................343

Production of Iron and Steel xix

Lista figurilor

Figura 1.1 : Productia de otel brut in Europa sip e plan mondial din 1870 - [Stat. Stahl, 1997].................. 1 Figura 1.2 : Productia cuptorului cu arc electric si de oxi-otel in UE intre 1985 - 1995.............................. 2 Figura 1.3 : Distributia geografica in otelariile integrate din Uniunea Europeana....................................... 3 Figura 1.4 : Productia de otel din furnalul basic pe oxigen si cu arc electric in Statele Membreu UE 1996 4 Figura 1.5 : Numarul instalatiilor de fonta si otel in UE 15 -[Stat. Stahl, 1997; Stahl, 1996]..................... 5 Figura 1.6 : Evolutia angajarilor in industria de fonta si otel in UE 15 intre 1983 - 1996 - [Stat. Stahl,

1997] .................................................................................................................................................... 9 Figura 1.7 : Imaginea de ansamblu a inputurilor si outputurilor din industria de fonta si otel in UE 15 in

1995 - bazata pe [Stat. Stahl, 1997]................................................................................................... 10 Figura 1.8 : Emisiile in aer pentru anumit poluanti de la instalatiile de sinterizare, cocsificare, furnalele de

purjare, otelariile pe baza de oxygen si furnalele cu arc electric........................................................ 11 Figura 2.1 : Diagrama fluxurilor masice ale materialelor manipulate in otelariile integrate - [UK HMIP,

1993] .................................................................................................................................................. 15 Figura 3.1 : Metodele de fabricare a otelului brut - [Ullmann’s, 1994] ..................................................... 16 Figura 3.2 : Imaginea otelariilor integrate in apropiere de tarm................................................................. 17 Figura 3.3 : Imagine de ansamblu a procesului intr-o otelarie integrata - [UK IPR 2/1, 1994] - ............... 18 Figura 3.4 : Exemplu de fluxuri de intrare, iesire si interne in otelariile integrate moderne ce utilizeaza un

sistem energetic - [Joksch, 1998]. ...................................................................................................... 20 Figura 3.5 : Distribuirea tipica a cererii de energie in otelariile integrate per tona de otel brut - [Ullmann's,

1989]; ................................................................................................................................................. 21 Figura 3.6 : Exemplu tipic pentru managementul reziduurilor si al produselor secundare in otelariile

integrate – in baza [Bothe, 1993] ....................................................................................................... 22 Figura 3.7 : Exemplu de management al apei in otelariile integrate la un amplasament cu disponibilitate

mare de apa ........................................................................................................................................ 23 Figura 4.1 : Fotografia unei linii de sinterizare cu dispozitiv de incarcare (tamburi sau jgheaburi) si cabina

de aprindere la extremitatea de incepere a procesului ........................................................................ 24 Figura 4.2 : Diagrama schematica a instalatiei de sinterizare ce arata principalele puncte de emisie -

[Theobald 1, 1995]; ............................................................................................................................ 25 Figura 4.3 : Diagrama temperaturii si a zonei de reactie in procesul de sinterizare – dupa [Dietrich, 1961]

............................................................................................................................................................ 27 Figura 4.4 : Debitele masice dintr-o instalatie de sinterizare ..................................................................... 29 Figura 4.5 : Profilul tipic al emisiilor de CO2, CO, O2 si H2O in gazul uzat (cutii de vant singulare) de-

alungul benzii de sinterizare – dupa [Neuschütz, 1996]..................................................................... 34 Figura 4.6 : Marimea granulelor si distribuirea greutatii dela diferitele benzi de sinterizare - dupa [Bothe,

1993] .................................................................................................................................................. 34 Figura 4.7: Rezistenta specifica a pulberilor de oxid de fier, clorurilor alcaline si sulfatilor - [Reiche,

1990] .................................................................................................................................................. 35 Figura 4.8: Profilul emisiilor tipice pentru SO2 and NOx in gazul uzat (cutii de vant individuale) si curba

temperaturii de-alungul benzii de sinterizare - dupa [Neuschütz, 1996] ............................................ 37 Figura 4.9 : Compunerea medie a sinterului in Germania - [Stahl, 1995].................................................. 38 Figura 4.10 : Influenta bazicitatii sinterului (CaO/SiO2) asupra rezistivitatii prafului - [Bothe, 1993] ..... 38 Figura 4.11: Relatia dintre emisiile de fluor bazice de la alimentarea sinterizarii - [Bothe, 1993] ............ 39 Figura 4.12 : Profil tipic omolog de grup al gazului residual brut al instalatiei de sinterizare (inainte de

reducere) pentru 6 masuratori - [Pütz, 1996]..................................................................................... 41 Figura 4.13 : corelarea inte concentratia PCDD/F No si concentratia de COV (FID masuratori) in gazul

residual al instalatiilor de tratare (coeficientul de corelare r = 0.25) - [BS PCDD/F, 1998] ........... 41 Figura 4.14 : PCDD/F si profilul temperaturii in gazului evacuate in banda de sinterizare - [Pütz, 1996] 42 Tabelul 4.3: Emisiile de PCDD/F de la cinci instalatii de sinterizare dupa optimizarea procesului (pentru a

reduce emisiile PCDD/F) ................................................................................................................... 48 Figura 4.15 : Recuperarea caldurii de la aerul de racire provenit de la racirea sinterului – [Beer, 1991] . 53 Figura 4.16 : Banda de sinterizare modificata conform procesului EOS - [Panne, 1997].......................... 56 Figura 4.17 : Diagrama schematica a sinterizarii optimizate dpdv al emisiilor din procesul (EOS) - Figura 4.18 Diagrama schematica a recircularii gazului uzat selectionat (Nippon Steel Corporation – Figura 4.19: Structura filtrului cu saci dupa un ESP pentru tratarea avansata a gazului uzat proventi de la

banda de sinterizare – [Weiss, 1996].................................................................................................. 67 Figura 4.20 : Dozarea pulberilor de lignit si a varului in gazul rezidual inainte de filtrele cu sac – [Weiss,

1996] .................................................................................................................................................. 67

Figura 4.21 : Eficienta de indepartare a PCDD/F printr-un filtru sac cu dozarea prafului de lignit – [Weiss,

1996]...................................................................................................................................................68 Figura 4.22 : Tratarea gazului rezidual de la instalatia de sinterizare a Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz cu

un sistem de spalare fin.......................................................................................................................72 Figura 4.23 : Tratarea apei de spalare de la un scruber fin si apa de la filtru ESP prin extragerea pulberilor

la Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz......................................................................................................73 Figura 4.24 : Diagrama tratarii gazului residual cu etapa de adsorptie si convertor catalitic - [Kersting,

1997; Philipp, 1988] ...........................................................................................................................89 Figura 5.1 : Tamburul de peletizare ca parte a instalatiei de peletizare ......................................................90 Figura 5.2 : Schema unei instalatii de peletizare – [InfoMil, 1997]............................................................91 Figura 5.3 : Schema procesului cu gratar direct.........................................................................................92 Figura 5.4 : Schema procului din cuptorul cu gratar...................................................................................93 Figura 5.5 : Debitele masice intr-o instalatie de peletizare. ........................................................................94 Figura 6.1 : Fotografia unei baterii de cocsificare cu evidentierea camerei, turnului de carbune si

colectarea principala a gazului de cuptor..........................................................................................110 Figura 6.2 : Diagrama tipica de flux a instalatiei de cocsificare aratand sursele de emisie – [UK Coke,

1995].................................................................................................................................................111 Figura 6.3 : Diagrama bateriei de cocsificare ce arata sursele de emisie..................................................113 Figura 6.4 : Diagrama de incarcare cu carbune a camerei de cocsificare, indicand punctele de emisie

(indicate prin sageti) .........................................................................................................................114 Figura 6.5 : Diagrama sistemului de incalzire a cuptorului indicandu-se punctele de emisie (marcata prin

sageti); ..............................................................................................................................................115 Figura 6.6 : Diagrama camerei de cocsificare, cu indicarea posibilelor puncte din timpul cocsificarii

(indicarea sagetilor) ..........................................................................................................................116 Figura 6.7 : Impingerea cocsului carbonizat de la cuptorul de cocsificare in masina de stingere. Punctele

de emisie sunt aratate prin sageti. .....................................................................................................117 Figura 6.8 : Schema tipica a instalatiei de tratare a COG cu recuperarea produselor secundare – [UK

Coke, 1995] ......................................................................................................................................118 Figura 6.9: Diagrama pentru fluxurile de apa in instalatia de cocsificare – [InfoMil, 1997]....................121 Figura 6.10 : Debitul masic al instalatiei de cocsificare ...........................................................................124 Figura 6.11 : Teava ascensionala a camerei cuptorului de carbune ..................................................152 Figura 6.13: Exemplul unui sistem de desprăfuire pentru praful de la evacuarea cocsului ......................155 Figura 6.14: Diagrama schematică a turnului de răcire cu şicane.............................................................158 Tabel 6.11. Procedee de desulfurare a gazelor de cocserie şi caracteristicile lor – conform UN-ECE, 1990;

EC Coke, 1996..................................................................................................................................160 Figura 6.15. Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor de cocserie (procedeul ASK) instalată în 1997

..........................................................................................................................................................161 Tabel 6.12: Tabel cu instalaţiile de cocserie de referinţă pe procedee de desulfurare – [cf. InfoMil, 1997]

..........................................................................................................................................................162 Tabel 6.13: Costuri curente şi de investiţii pentru desulfurarea gazelor de cocserie cu un debit de 45000

Nm3/h şi conţinut de 8 g/Nm3/h H2S – [Rothery, 1987; InfoMil, 1997] ..........................................163 EP.8 Eliminarea gudronului (şi a hidrocarburilor aromatice policiclice (HAP)) din apele de cocserie..164 Tabelul 6.14 Concentraţii în efluent şi emisii specifice pentru instalaţii de cocsificare europene, ce

utilizează tratarea aerobă a apei uzate cu nămol active (domenii cu poluare a namoului redusa si ridicata) – [EC Cocs, 1996] ..............................................................................................................167

Figura 6.16 Schema-bloc a patru instalaţii diferite de tratare efluenţilor pentru apa uzată de la cuptoarele de cocsificare prin procedeul de nitrificare / denitrificare – [Lohr, 1996] .......................................168

Table 6.15.: Concentraţiile influenţilor şi efluenţilor şi câteva aspecte ale sistemelor de tratare a apei uzate cu metoda pre DN /N – [info Mill, 1997 ; Lohr 1996 ; Lohr 1997] ........................................170

Figura. 7.1.: Vedere de ansamblu asupra două furnale cu câte trei cuptoare fierbinti şi coşul pentru evacuarea gazelor reziduale de la cuptoarele fierbinţi ......................................................................177

Figure 7.1 : Simplified scheme of a blast furnace - [UBA Rentz, 1996] ..................................................178 Figura 7.2 : Sectiuni in incalzitoarele curentilor de aer (“cauper”) cu camera de ardere interna sau externa

– [EC Sinter/BF, 1995] .....................................................................................................................180 Figura 7.3 : Granularea zgurei provenite din furnal in cadrul procesului OCP – [Poth, 1985].................183 Figura 7.4 : Granularea zgurei din furnla in procesul INBA – [Radoux, 1982] .......................................184 Figura 7.6 : Schema procesului general al furnalului de purjare cu indicarea fiecarei operatii si debitele

masice de intrare si iesire..................................................................................................................187 Figura 7.7 : Destinatia pulberilor si namolului de la tratarea gazului de furnal in UE – [EC Study, 1996] Figura 7.8 : Utilizarea finala a zgurei de furnal in UE – [EC Study, 1996]..............................................195 Figura 7.9 : Diagrama managementului apei intr-un furnal......................................................................195 Figura 7.11: Generarea de praf cu şi fără inertizare cu azot în timpul încărcării metalului topit (la nivelul

oalei torpedo) în funcţie de debitul de fontă brută – (de Haas, 1997)...............................................208

Production of Iron and Steel xxi

Figura 7.12 : Încărcarea metalului topit în oala torpedo cu suprimarea prafului cu gaz inert - (de Haas, 1997) ................................................................................................................................................ 209

Figura 7.13 : Instalaţia de la Stahlwerke Bremen, Germania cu o producţie de 3 Mt fontă/an a necesitat o investiţie de 6,8 milioane Ecu1996 incluzând suprimarea prafului şi desprăfuirea ulterioară cu filtru cu saci. .................................................................................................................................................. 210

Figura 7.14: Exemplu de proces pentru epurarea cianurilor din circuitul de apă de spălare de la furnale (Theobald,1997) ............................................................................................................................... 214

Figura 7.15 Granularea zgurii de furnal cu condensarea fumului - (Poth, 1985) ..................................... 216 Figura 8.1 Furnalul în momentul încărcării metalului fierbinte ............................................................... 222 Figura 8.3 Reacţii chimice care au loc în timpul procesului de oxidare................................................... 226 Figura 8.4 Capacul convertorului – [Ullmann’s, 1994].......................................................................... 227 Figura 8.5 Secţiune printr-un convertor OBM– [Ullmann’s, 1994]......................................................... 227 Figura 8.6 Combinarea tehnologiei de insuflare prin lance şi prin gură de vânt laterală ......................... 228 Figure 8.7: privire de ansamblu asupra operatiilor de tratare secundara .................................................. 230 Figure 8.8 Schema unei instalaţii dotate cu cuptor de reîncălzire şi laminor cu încărcare în stare caldă . 232 Figura 8.9 Bilanţ de materiale de la o oţelărie cu insuflare de oxigen ..................................................... 234 Figura 8.10 Procesul general de fabricare a oţelului în convertizor şi cu indicarea fiecărei operaţii şi a

fluxurilor de materiale...................................................................................................................... 235 Figura 8.11 : Colectarea gazului de furnal in cazul arderei suprimate ..................................................... 240 Figura 8.12 Zgură stabilă de la desulfurarea fontei în UE – [EC Study, 1996]........................................ 244 Figura 8.13 Modul de utilizare a zgurii de la BOF în EU– [EC Study, 1996] ......................................... 245 Figura 8.14 : Modul de utilizare a prafului de la tratarea uscată a gazului de convertizor – [EC Study,

1996] ................................................................................................................................................ 245 Figura 8.15: Modul de utilizare a şlamului de la tratarea umedă a gazului convertizor în UE – [EC Study,

1996] ................................................................................................................................................ 246 Figura 8.16 : Evacuarea pulberilor la nivelul desulfurarii metalelor fierbinti – [EUROFER BOF, 1997]256 Figura 8.17 : Grad realizabil de colectare a pulberilor din gazele evacuate secundare in instalatii bazice pe

oxygen – [EUROFER BOF, 1997].................................................................................................. 258 Figure 8.18 : Colectarea emisiilor secundare in timpul incarcarii metelelor fierbinti la BOF – [EUROFER

BOF, 1997]; acelasi sistem este utilizat pentru incarcarea fierului vechi......................................... 260 Figura 8.19 : Colectarea pulberilor de la incarcarea oalelor (oale torpedo la incarcare) cu metal fierbinte -

[EUROFER BOF, 1997] .................................................................................................................. 261 Figura 8.20: Colectarea prafului la statia de transfer a metalului lichid - [EUROFER BOF , 1997] ....... 262 Figura 8.21: Transferarea metalului lichid din oala torpedo in oala de incarcare , operatie realizata si fara

eliminarea prafului si gazelor utilizand gaz inert(CO2) [UNEP,1977] ............................................. 263 265 Figura 8.22: Captarea prafului la o statie de dezgurifizare - [EUROFER BOF , 1997] ........................... 265 Figura 8.23: Consumul specific de energie pentru operatiile de eliminare a pulberilor in combinatele

siderurgice ........................................................................................................................................ 266 Figura 8.24: Instalatie pentru brichetarea pulberilor provenite de la otelarii dotate cu convertizoare cu

oxigen............................................................................................................................................... 268 Figura 8.25: Prezentare generala schematica a masurilor de optimizare a reciclarii pulberilor provenite de

la furnale BOF [HEISS,1997] .......................................................................................................... 269 Tabelul 8.13 : Exemple de emisii specifice in apa de la instalatiile de desprafuire in regim umed in otelarii

cu convertizoare oxigen - (Info Mill, 1997) .................................................................................... 271 Tabelul 8.14 : Prezentare generala a emisiilor specifice in apa de la sistemele de racire directa pentru

turnarea continua – (Info Mil, 1997) ................................................................................................ 273 Figura 9.1: Instalatii furnal cu arc electric................................................................................................ 279 Figura 9.2 Furnal cu arc electri cu trei electrizi si (in prim plan) o cuva pentru fier vechi ...................... 280 Figura 9.3: Prezentare generala a proceselor de producere a otelului in cuptoare cu arc electric (D.Rentz ,

1997) ................................................................................................................................................ 281 Figura 9.4: Metalurgie secundara /tratamente in oala [UK EAF – 1994]................................................. 284 Figure 9.5 : Debitul masic intr-un furnal cu arc electric ......................................................................... 285 Figura 9.6 : Sistemul de colectare a pulberilor [D. Rentz, 1997] ............................................................. 289 Figura 9.7 : Procentajul sistemelor existente de colectare a pulberilor in 67 EAF in UE – [EC Study,

1996] ................................................................................................................................................ 290 Figura 9.8 : Distribuirea PCDD/F in gazul evacuate din EAF cu preincalzirea fierului vechi, inainte si

dupa reducere – [Werner, 1997]...................................................................................................... 291 Figure 9.9 : Corelarea emisiilor de PCDD/F si temperaturile gazului evacuate (dupa reducerea din filtru

sac) in cadrul gazului evacuate din EAF – [Werner, 1997].............................................................. 292

Figura 9.10 : Corelarea continutului de pulberi reziduale si a concentratiilor PCDD/F (dupa eliminarea

prin filtru sac) din gazul evacuat de EAF la temperaturi mai mici de 85°C – [EC EAF, 1997; Pedersen, 1996].................................................................................................................................292

Figura 9.11 : corelarea vaporilor de apa si a continutului de pulberi (dupa reducerea prin filtru sac) in gazul emis de EAF – [EC EAF, 1997; Pedersen, 1996] ...................................................................293

Figura 9.12: Destinatia pulberilor colectate in cadrul epurarii primare si secundare a gazelor in cadrul EAF; date obtinute de la 67 uzine [EC Study, 1996]........................................................................297

Figura 9.13: Procentele sistemelor de izolare aplicate pentru haldele de depozitare a pulberilor din instalatiile de filtrare din EAF in cadrul UE. ....................................................................................298

Figura 9.14 : Prezentarea schematica a unui EAF cu indicarea tehnicilor de optimizare .......................301 Figura 9.15 : Prezentarea schematica a EAF cu o coloana dotata cu “degete” pentru a retine fierul vechi

(furnal cu coloana prevazuta cu degete) pentru preincalzire – [Voss-Spilker, 1996] .......................305 Figura 9.16 : Schema procesului Consteel – [Vallomy, 1992] .................................................................306 Figura 9.17 : Schema tratarii gazelor evacuate primare din cuptorul cu arc electric twin shell EAF –

[Werner, 1997];.................................................................................................................................311 Figura 9.18 : Post-arderea gazului primar evacuat in cadrul sistemului de conducte de la EAF prin racirea

rapida ulterioara [D-Rentz, 1997] .....................................................................................................312 Figura 9.19 : Schema de proces pentru instalatia de pregatier a zgurei – [D Rentz, 1997) ......................316 Figura 10.1: Procesele anteriare, actuale si alternative de producere a fontei si otelului in lume- dupa...327

Production of Iron and Steel xxiii

Lista tabelelor Tabelul 1.1 : Numarul si caracteristica instalatiilor productie de fonta si de otel brut (baterii de cocs,

instalatii de sinterizare, furnale de purjare, furnale bazice pe oxigen, furnale cu arc electric si turnare continua) in UE 12 in 1993 - [Eurostat, 1993]; .................................................................................... 8

Tabelul 1.2 : Contributia otelariilor integrate (instalatiile de sinterizare, instalatiile de cocsificare, furnalele de purja, otelariile pe baza de oxygen) si furnalele cu arc electric la emisiile totale de SO2, NOx , metale grele si PCDD/F in UE 15............................................................................................. 12

Tabelul 1.3: Cantitatea medie specifica si procentajul mediu al deseurilor de pe halda pentru deseuri solide/ reziduuri/ produse secundare din otelariile integrate si otelariile cu arc electric .................... 13

Tabelul 4.1 : Datele de Input/output de la cinci instalatii de sinterizare in patru state membre diferite UE (Austria, Belgia, Germania si Olanda) ............................................................................................... 30

Tabelul 4.2: Factorii de emisie in aer (dupa reducere) pentru operatii individuale de operare in instalatiile de sinterizare *1 ................................................................................................................................. 32

Tabelul 4.3: Emisiile de PCDD/F de la cinci instalatii de sinterizare dupa optimizarea procesului (pentru a reduce emisiile PCDD/F) ................................................................................................................... 48

Tabelul 4.4 : comparatia caracteristicilor si valorilor de emisie de la Sinterizarea Conventionala si Sinterizarea optimizata a emisiilor (EOS) la banda de sinterizare a Hoogovens IJmuiden cu aspiratia unei suprafete de 132 m2 si producerea a 4700 t sinter cu bazicitate ridicata/zi - [Panne, 1997] ....... 57

Tabelul 4.5 : Reducerea raportata a emisiilor prin sinterizarea (masica) optimizata dpdv a emisiilor (EOS) - [Panne, 1997] ................................................................................................................................... 58

Tabelul 4.6 : Caracteristicile fluxului de gaz rezidual, utilizand recircularea sectionata a gazului rezidual la Tobata No. 3 instalatia de sinterizare, NSC's Yawata – dupa [Sakuragi, 1994]............................. 61

Tabelul 4.7 : Comparatia gazului rezidual final inaintea si dupa refacerea recircularii sectioante a gazului rezidual. Tobata No. 3 instalatia de sinterizare, NSC's Yawata – dupa [Sakuragi, 1994) ................. 61

Tabelul 4.8 : Date operationale si economice pentru electrofiltrele MEEP si ESCS operate la instalatiile de sinterizare pentru tratarea gazului de sinterizare – [InfoMil, 1997]............................................... 65

Tabelul 4.9 : Date de functionare si economice pentru filtrele textile la instalatiile de sinterizare – dupa [InfoMil, 1997; Weiss, 1996] ............................................................................................................. 71

Tabelul 4.10 : Concentratiile de emisii realizate si factorii de emisie din sistemul AIRFINE al Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz ................................................................................................................... 74

Tabelul 4.11 : Concentratiile de emisie ralizate si factorii de emisie din apa uzata tratata de la spalarea gazului uzat si desprafuirea cu filtrul ESP de la Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz (mean values)...... 75

Tabelul 4.12 : Untitatile de desulfurare la instalatiile de sinterizare – [InfoMil, 1997] ............................. 78 Tabelul 4.13 : Date operationale si economice din instalatia de desulfurare a sinterizarii – [InfoMil, 1997]

............................................................................................................................................................ 80 Tabelul 5.1 : Datele de Input/output de la cinci instalatii de peletizare din UE 15 ; .................................. 95 Tabelul 5.2 : datele de performanta ale absorberului suspensiei de gaz (GSA) la instalatia de peletizare

KK3 a LKAB, S-Kiruna in 1995 – [InfoMil, 1997]......................................................................... 103 Tabelul 6.1 : Compozitia gazului de cocs – dupa [InfoMil, 1997]........................................................... 118 Tabelul 6.2 : Datele de input/output din unsprezece instalatii de cocsificare in patru State Membre UE

diferite; ............................................................................................................................................. 125 Tabelul 6.3 : Factori de emisie in aer pentru instalatiile de cocsificare*1 ................................................. 127 Tabelul 6.4 : Caracteristicile influentului de apa uzata provenit de la instalaitiile de cocsificare in Belgia,

Germania, Franta si Olanda – [Löhr, 1996]; .................................................................................... 130 Tabelul 6.5 : compozitia apei uzate de la doua procese de desulfurare umeda oxidativa - [EC Coke, 1996]

.......................................................................................................................................................... 131 Tabelul 6.6 : Bilantul energetic pentru cuptorul de cocsificare (nu se considera tratarea COG) – dupa

[UN-ECE, 1990]; cocsul obtinut este de 780 kg cocs/t carbune ...................................................... 132 Tabelul 6.7 : Caracteristicile mai multor tipuri de cuptoare de cocsificare – [Eisenhut,1988]................ 145 Tabelul 6.8 : Caracteristici de constructie ale cuptorului de cocsificare fara recuperare [Knoerzer, 1991]

.......................................................................................................................................................... 147 Tabelul 6.9 : Emisiile din cocsifierea fara recuperare si fara reducere de emisii – dupa [Knoerzer, 1991];

calculate din g/t carbune, bazate pe presupuneri: din 1 tona carbune rezulta 0.78 tone carbune (vezi 6.1.2.3). ............................................................................................................................................ 148

Tabelul 6.10 : Emisii din procesele de incarcare a carbuneluri si impingere a cocsului fara recuperare de

materie – dupa [Knoerzer, 1991]; calculate din g/t carbune, baza pe presupunere: 1 tona carbune rezulta din 0.78 o tona carbune (vezi 6.1.2.3)...................................................................................148

152 Tabel 6.11. Procedee de desulfurare a gazelor de cocserie şi caracteristicile lor – conform UN-ECE, 1990;

EC Coke, 1996..................................................................................................................................160 Tabel 6.12: Tabel cu instalaţiile de cocserie de referinţă pe procedee de desulfurare – [cf. InfoMil, 1997]

..........................................................................................................................................................162 Tabel 6.13: Costuri curente şi de investiţii pentru desulfurarea gazelor de cocserie 163 Tabelul 6.14 Concentraţii în efluent şi emisii specifice pentru instalaţii de cocsificare europene, ce

utilizează tratarea aerobă a apei uzate cu nămol active (domenii cu poluare a namoului redusa si ridicata) – [EC Cocs, 1996] ..............................................................................................................167

Table 6.15.: Concentraţiile influenţilor şi efluenţilor şi câteva aspecte ale sistemelor de tratare a apei uzate cu metoda pre DN /N – [info Mill, 1997 ; Lohr 1996 ; Lohr 1997] ........................................170

Tabelul 7.1 : Date de input/output din patru furnale de purjare existente in diferite State Membre UE ;.188 Tabelul 7.2 : Factorii de emisie in aer pentru furnalele de purjare*1,2.......................................................189 Tabelul 7.3 : Consumul de gaz de furnal brut (inainte de tratare) – dupa [InfoMil, 1997]......................191 Tabelul 7.4 : Compozitia gazului de furnal (dupa a doua treapta de tratare) – dupa [InfoMil, 1997] ......192 Tabelul 7.5 : Compozitia tipica in [weight-%] de pulberi uscate grobiere din tratarea gazului de furnal –

dupa [IISI, 1987; Mertins, 1986; date din furnalele europene din 1997]..........................................193 Tabelul 7.6 : Compozitia tipica in [weight-%] din namol din tratarea gazului de furnal – dupa [IISI, 1987;

Mertins, 1986; date despre furnalele europene din 1997].................................................................193 Tabelul 7.7 : Compozitia chimica in [% greutate] din zgura furnalului pentru bazicitate sub si peste 1.0 –

[Geiseler, 1992] ................................................................................................................................194 Tabelul 7.8 : Exemplu de la Stahlwerke Bremen GmbH, D-Bremen pentru componenta apei uzate

provenite de la granularea zgurei in 1996/1997 – [Weigel, 1998]....................................................196 Tabelul 7.9 : Exemplu de input/output energetic din furnal cu presiune mare la varf utilizand carbune

injectat si recuperarea sub presiune a gazului de varf in 1986 - [InfoMil, 1997]..............................196 Tabelul 7.11: Emisii în funcţie de tipul căptuşelii canalelor de turnare...................................................204 Tabelul 7.12: Exemplu de conţinut de zinc în nămolul de la furnal supus hidrociclonării. .....................211 (Pazdej, 1995; InfoMil,1997)....................................................................................................................211 Tabelul 7.13 : Date operaţionale de la 7 instalaţii cu nămol de contact din Germania pentru epurarea apei

de la spălarea gazului de furnal.........................................................................................................213 Tabelul 7.14 : Exemplu de descărcare de ape uzate din circuitul apei de spălare a gazului de furnal după

epurare – (InfoMil, 1997) .................................................................................................................215 Tabelul 8.1 Tipuri, numărul şi productivităţile nominale ale furnalelor in baza de oxigen (convertor cu

oxigen) folosite în UE.......................................................................................................................228 Tabelul 8.2 Date de input/output pentru instalatiile de otel pe baza de oxygen in pantru state membre UE

diferite...............................................................................................................................................236 Tabelul 8.3: Factori de emisie pentru pulberilor în aer (după reducere) pentru elaborarea oţelului în

convertizor *1 ....................................................................................................................................237 Tabel 8.4: Compoziţia şi caracteristicile gazului BOF .............................................................................239 Tabelul 8.5: Emisii specifice în aerul de la furnalele cu insuflare de oxigen cu combustie suprimată; după

reducerea emisiilor, dacă nu sunt alte indicaţii – în [Info Mil, 1997] ..............................................241 Tabelul 8.6 Natura şi cantităţi specifice de deşeuri solide / produs rezultate de la elaborarea oţelului –

după [EUROFER BOF, 1997; Rentz, 1996].....................................................................................243 Tabelul 8.7 Compoziţia chimică de la zguri de la fontă desulfurată în [greutate-%] – [Geiseler, 1991] 243 Tabel 8.8 Compoziţia chimică a zgurii de la BOF în [greutatea-%] - [Geiseler, 1991]............................244 Tabelul 8.9 : Compoziţia pulberilor fine şi grosiere [greutate - % ]-[ Harp, 1990; IISI, 1987; date de la o

oţelărie integrată din UE]..................................................................................................................245 Tabelul 8.1 : Avantajele si dezavantajele arderii suprimate, considerand in special utilizarea gazului BOF

– [EUROFER BOF, 1997]................................................................................................................250 Tabelul 8.12 : Datele de la sistemele de desprafuire pentru emisiile secundare de la incarcare si evacuare

prin priza BOF – [EUROFER BOF, 1997].......................................................................................261 Tabelul 8.13 : Exemple de emisii specifice in apa de la instalatiile de desprafuire in regim umed in otelarii

cu convertizoare oxigen - (Info Mill, 1997).....................................................................................271 Tabelul 8.14 : Prezentare generala a emisiilor specifice in apa de la sistemele de racire directa pentru

turnarea continua – (Info Mil, 1997).................................................................................................273 Tabelul 9.1 : intrare/iesire – date pentru cuptoare electrice cu arc pentru producere otel – carbon,

compilatie a datelor din sursele indicate in subsolul tabelului..........................................................287 Tabelul 9.3: Tipurile si cantitatile specifice ale deseurilor solide/produse in cadrul producerii otelului in

EAF...................................................................................................................................................294

Production of Iron and Steel xxv

Tabel 9.4 : Compozitia chimica a zgurei din EAF in cadrul proceselor de producere a otelurilor carbon / slab aliate /puternic aliate [Geiseler, 1991; Plockinger, 1979; D Rentz, 1997; Heinen, 1997] ........ 295

Tabel 9.5 : Destinatia zgurii din EAF in EU (reutilizare sau depozitare permanenta); date din 57 de otelarii , productie de 2,7 milioane tone /an de zgura (133 kg/t LS) – (Studiu UE, 1996) ............... 295

Tabel 9.6 – compozitia chimica a pulberilor in EAF in cazul producerii otelului carbon/slab aliat/puternic aliat – [Eurofer EAF , 1997; Hoffman, 1997; Strohmeier, 1996]..................................................... 296

Tabel 9.7: Procentajele de pulbere din instalatiile de filtrare (din producerea otelului carbon si slab aliat) tratata in procesul Waeltz pentru recuperarea Zn, respectiv depozitata in halda de zgura in cazul statelor membre UE [Hoffmann, 1997]............................................................................................ 297

Tabelul 9.8 : Datele de la 9 instalatii germane ce opereaza in EAF optimizate – [D Rentz, 1997].......... 304 Tabelul 9.9 : Rezultatele de functionare a post-arderilor gazelor reziduale la patru otelarii EAF germane –

[D Rentz, 1997, Theobald, 1995] ..................................................................................................... 313 Tabelul 10.2: Date relevante de performanta a instalatiei Corex la Iscor's Pretoria Works, South Africa –

bazat in [Kreulitsch, 1994; Lemperle, 1993].................................................................................... 332 Tabelul 10.3: Caracteristicle proceselor de reducere in topire aflate in dezvoltare – in [Freuhan, 1994;

Nagai, 1995]..................................................................................................................................... 333 Tabelul 10.4 : Comparatia caii traditionale a furnalului de purja cu reducerea directa si caile de topire

pentru producerea fierului ................................................................................................................ 338

Scope

xxvi Version July 99 HS / EIPPCB / I&S-BREF

Scopul Acest BREF cuprinde procesele implicate in productia fontei si otelului, in uzine integrate, precum si producerea otelului in cuptoarele cu arc electric. Principalele operatii cuprinse de descrieri, sunt • incarcarea, descarcarea si manipularea materiilor prime, • amestecarea si prepararea materiilor prime, • productia de cocs, • sinterizarea si peletizarea minereului de fier, • productia fierului topit de catre furnal, inclusive procesarea zgurei • productia si rafinarea otelului utilizand procesul bazat pe oxigen, inclusiv desulfurarea oalei

din amonte, metalurgia oalei din aval si procesarea zgurei • productia de otel ale cuptoarelor electrice, inclusiv metalurgia din aval si procesarea zgurei • turnarea continua Furnalele de tratare reincalzite sau incalzite, instalatiile electrice, instalatiile de oxygen si alte procese in aval legate de otel, precum laminarea, acoperirea etc. nu sunt incluse si vor fi tratate intr-un BREF separate. Si mai mult, exista aspecte de mediu care nu se refera in mod special la producerea primara a fierulului si otelulului si la furnalul cu arc electric, ca de exemplu - emisiile de pulberi si manipularea materiilor prime, aditiviilor si materiilor auxiliare si a

produselor intermediare, - siguranta locului de munca si riscul de accident - sistemele de racire - monitorizarea emisiilor. In acest document, aceste aspecte sunt tratate doar pe scurt insa vor fi cuprinse in alte documente de referinta.

Chapter 1

Production of Iron and Steel 1

1 INFORMATII GENERALE

1.1 Productia totala de otel in Europa si pe plan mondial Fierul si otelul au jucat un important rol in evolutia civilizatiei de cateva milenii de ani si le-au fost gasite intrebuintari in agricultura, constructii, in producerea si distribuirea electricitatii, fabricarea masinilor si a echipamentelor, in medicina si gospodarire. Impreuna cu carbunele si bumbacul, fierul si otelul au fost materialele principale asupra carora s-a bazat revolutia industriala.Dezvoltarile tehnice de la inceputul secolului optsprezece permitand incontinuare cresteri importante a productiei, spre exemplu prin inlocuirea manganului relativ rar cu carbune/lignit dur si respectiv cocs si prin dezvoltarea procesului de persaj pentru transformarea fontei brute in otel.Productia de otel a crescut exponential in a doua jumatate a secolului douazeci, ridicandu-se la un total mondial de 757 de tone in 1995 (Figura 1.1).

Crude Steel Production in Europe and in the World since 1870

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Year

Europe

World

Figura 1.1 : Productia de otel brut in Europa sip e plan mondial din 1870 - [Stat. Stahl, 1997]

Figura 1.1 arata de asemenea ca partea de productie a Europei a scazut serios, coborand la un nivel de 21% la sfarsitul peroadei.De la criza de petrol din 1974-75, productia a fost ca si stagnata pe plan mondial, cu afectarea in special a Europei. Productia in U.E a otelului brut a crescut pana la o rata de 1.2% per an intre 1985 si 1994 in termeni ai volumului(vezi Figura 1.2).Cresterea a fost mult mai r apida in primii trei ani pana in 1989(3.7% per an).Ulterior productia in 12 State Membre a U.E a scazut de la 140 de milioana de tone pana la 132nde milioane de tone in 1992 si 1993, inainte de a se redresa sa ajunga la valoarea de 139 de milioane de tone in 1994 si 143 de milioane de tone in 1995.Intrarea in U.E a trei State Membre –Austria, Finlanda si Suedia-au adus U.E o crestere a productiei otelului brut de pana la 156 de milioane de tone in 1995, in comparatie cu productia Europei Estice de 112 milioane de tone (partea Rusiei a fost de 51 de milioane de tone), si productia provenita din Japonia, SUA si China de 102, 94 si respectiv 93 de milioane de tone [ EC Panorama, 1997].In 1999, productia de otel brut in U.E era de 155,3 milioane de tone sau 19.7% din productia globala, conform Eurofer si Sursele IISI.

(Million tonnes) Productia de otel brut in Europa si in lume din 1870 (milioane de tone)

anul

mondial

Chapter 1

2 Production of Iron and Steel

Figura 1.2 de asemenea arata cum productia de otel oxigenat a ramas destul de stabila, cat despre productia de otel prin furnal cu arc electric a crescut treptat. Recentele parti din productia totala de otel a ajuns la 34.4% in 1995. Cu toate acestea, cuptorul bazic pe oxigen este prezis a ramane metoda principala de productiei a otelului, cel putin pentru urmatorii douazeci de ani[Luengen, 1995].. Consumul aparent al otelului per locuitor din U.E in 1995 era de 367kg/om (variind de la 152kg/om in Irlanda pana la 533kg/om in Italia).[Stat.Stahl, 1997)] Pe deasupra, Figura 1.2 arata micsorarea numerica a furnalelor cu arc electric si transformarii oxigenului dupa 1990, in timp ce capacitatile ambelor instalatii noi cat si existente au crescut.Cel mai ridicat numar pentru 1995 este o reflecsie a intrarii in U.E a celor trei State Membre.

Number of electric arc furnaces and oxygen converters as well as electric steel and oxygensteel production from 1985 - 1995 in the EU

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996

stee

l pro

duct

ion

in [M

t]

0

50

100

150

200

250

300

num

ber o

f plan

ts

el. steel prod.ox. steel prod.no. arc furn.no. oxyg. conv.

Figura 1.2 : Productia cuptorului cu arc electric si de oxi-otel in UE intre 1985 - 1995

-[Stat. Stahl, 1997]

Numarul furnalelor cu arc electric si a convertorilor pe baza de oxigen si productia otelului cu arc electric si bazat pe oxigen intre 1985 – 1995 in UE

Prod otel Prod otel

Num

arul

de

inst

alat

ii

Prod

uctia

de

otel

Chapter 1

Production of Iron and Steel 3

1.2 Distributia geografica a productiei otelului in U.E Locatiile fabricilor integrate de otel din cele 15 State Membre a U.E sunt aratate in Figura 1.3, in care concentrarea fabrcilor de otel de-a lungul zonei cu carbine din Centrul Europei este clar vizibila. Cu toate aceste, exista fabrici integrate de otel situate in majoritatea Statelor Membre. Numarul furnalelor cu arc electric este mult mai ridicat.Conform cu [Stat. Stahl, 1997] exista 246 furnale cu arc electric in cele 15 State Membre U.E. Locatiile lor nu sunt incluse in Figura 1.3.

Figura 1.3 : Distributia geografica in otelariile integrate din Uniunea Europeana

Chapter 1

4 Production of Iron and Steel

Figura 1.4 arata ca Germania are cea mai mare industrie de otel din Europa, producand 40 de milioane de tone de otel brut in 1996, ex. 27% reprezentand productia celor 15 State Membre U.E.Este urmata de Italia care este raspunzatoare pentru 16% din productia celor 15 State Membre. Acesti sase mari producatori ai U.E (Germania, Italia, Franta, Marea Britanie, Spania si Belgia), impreuna fiind razpunzatori pentru 83% din productia U.E din 1996.

Crude Steel Production in the European Union in 1996 - oxygen and electric arc furnace steel

05

1015202530354045

Aus

tria

Bel

gium

Dem

mar

k

Finl

and

Fran

ce

Ger

man

y

Gre

ece

Irela

nd

Italy

Luxe

mbo

urg

Net

herla

nds

Por

tuga

l

Sw

eden

Spa

in

U.K

.

crud

e st

eel p

rodu

ctio

n in

[Mt]

electric steeloxygen steel

Figura 1.4 : Productia de otel din furnalul basic pe oxigen si cu arc electric in Statele Membreu UE in 1996

- [Stat. Stahl, 1997] In 1996 capacitatea medie a folosirii factorilor pentru productie in U.E era de 73.3% variind intre 22.2% in Grecia si 93.2% in Olanda[Stat. Stahl, 1997].

Productia de otel brut in Uniunea Europeana in 1996 – otel din furnal pe oxigen si furnal cu arc electric

Otel electr Otel oxigen

Prod

uctia

de

otel

bru

t in

Chapter 1

Production of Iron and Steel 5

Numarul de fabrici din cele 15 State Membre U.E pentru principalii pasi de prelucrare in productia fontei si otelului (fabrici cocsificare, fabrici de sinterizare, furnale, furnale bazice pe oxigen si furnale cu arc electric) sunt date in Figura 1.5.

Number of Coke plants, Sinter Plants, Blast Furnaces, Basic Oxygen Furnaces and Electric Arc Furnaces in the EU in 1995

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Austria

Belgium

Denmark

Finland

France

Germany

Greece

Ireland

Italy

Luxembourg

Netherlands

Portugal

Sweden

Spain

U.K.

number of installations

electric arc furn.basic oxyg. furn.blast furnacessinter plantscoke plants

Figura 1.5 : Numarul instalatiilor de fonta si otel in UE 15 -[Stat. Stahl, 1997; Stahl, 1996]

Numarul de instalatii de cocs, instalatii de sinterizare, furnale, furnale pe baza de oxigen si furnale cu arc electric in UE in 1995

Furnal arc electric Furnal pe oxigen Furnal purjare Instalatii de sinterizare Instalatii cocs

Chapter 1

6 Production of Iron and Steel

O fabrica care are cuptor de cocserie este constituita in mod normal din 2-4 baterii - cuptor de cocserie. Distributia fabricilor in functie de capacitati si de alte caracteristici in 12 State Membre a U.E sunt redactate in Tabelul 1.1, care include de asemenea date pentru turnare continua (date disponibile numai pentru 12 State Membre a U.E) Tabelul 1A: Baterii de cocserie Numarul instalatiilor

Media

Media varstei ultimei

modernizari

importante

Numarul mediu al

cuptoarelor

Dimensiunile medii ale cuptoarelor Productia in 1993

[ani]

[ani] Inaltime [mm]

Latime [mm]

Lungime [mm]

[Mt]

106 27 17 40 4957 438 13590 34.1 Capacitatea tehnica anuala (ATC) [in kt/a] pentru diferite dimensiuni ale bateriilor de cocsificare, numarul instalatiilor (No.) pentru diferitele clase de marimi si capacitatea totala anuala (TATC) pentru fiecare marime de clasa [in Mt/a] ATC <200 200-

299 300-

399 400-

499 500-

599 600-

699 700-

799 800-

899 900-

999 ≥1000

No. 35 25 16 9 3 13 2 0 0 3 TATC 5.43 6.03 5.31 3.84 1.59 8.22 1.43 - - 4.17 Tabelul 1B: Instalatii de sinterizare (sinterizarea firelor) Numarul instalatiilor

average age

Average age of last important modernisation

[years]

Average strand width

[mm]

Average area of total strand

[m2]

Average an- nual technical

capacity [Kt/a]

47 23 16 3420 252 2521 Size distribution of sinter strands according to their area of total strand [in m2] (Area), the number of installations (No.) for the different size classes and the Total Annual Technical Capacity (TATC) of each size class [in Mt/a] Area <100 100-

199 200-

299 300-

399 400-

499 500-

599 ≥ 600

No. 5 19 7 4 8 2 2 TATC 2.8 31.9 17.3 13.1 37.9 10.6 4.9 Table 1C: Blast furnaces Number of Installations

Media varstei

[ani]

Media varstei a ultimei

modernizari importante

[ani]

Volumul util mediu

[m3]

Diametru mediu al vatrei

[m]

Capacitatea tehnica zilnica

medie [t/24hrs]

81 28 7 1721 9.4 3931 Distribuirea marimilor furnalelor de purjare conform diametrului lor la vatra [in m] (HD), numarul instalatiilor (No.) pentru diferite clase de marime si Capacitatea Tehnica zilnica totala (TDTC) pentru fiecare clasa de marime [in kt/24hrs] HD 4.0-

5.99 6.0-

6.99 7.0-

7.99 8.0-

8.99 9.0-

9.99 10.0-

10.99 11.0-

11.99 12.0-

12.99 ≥ 13

No. 4 6 5 15 20 17 7 1 6 TDTC 3.0 8.6 9.0 38.5 67.6 83.6 41.8 7.0 59.3

Chapter 1

Production of Iron and Steel 7

Tabelul 1D: Furnalele bazice pe oxigen (covertori de oxigen) Numarul instalatiilor Media de varsta

[ani]

Media varstei ultimei modernizari importante

[ani]

Capacitatea medie pe cladura

[t/caldura]

95 22 11 204 Capacitatea (C/H) si numarul instalatiilor (No.) pentru diferite clase de marimi (datele pentru Capacitatea Tehnica Anuala Totala (TATC) nu sunt disponibile) C/H 50-

99 100-

149 150-

199 200-

249 250-

299 300-

349 350-

399

No. 17 12 17 18 13 13 5 Tabelul 1E: AC furnalele cu arc electric (DC furnalele cu arc electric, din care doar 4 nu sunt incluse) Numarul instalatiior

Media zilnica

[ani]

Varsta medie a ultimei

modernizari importante

[years]

Capacitatea medie pro

caldura [t/heat]

Rata medie a transformatorul

ui

[1000 kVA]

Capacitatea medie anuala

tehnica [kt/a]

203 21 9 73 44 335 Distributia marimilor furnalelor cu arc electric conform capacitatii pro energie termica (C/H) [in t/caldura], numarul instalatiilor (No.) pentru diferitele clase de marime si Capacitatea Tehnica Anuala Totala (TATC) pentru fiecare marime de clasa [in Mt/a] C/H < 20 20-

39 40-

59 60-

79 80-

99 100-

119 120-

139 140-

159 160-

179 ≥ 180

No. 19 27 28 44 33 18 18 9 4 3 TATC 0.3 2.6 5.3 15.6 15.1 9.3 9.6 7.2 1.8 1.4 Tabelul 1F: Turnarea continua pentru tagle si brame Numarul instalatiilor

Varsta medie

[ani]

Varsta medie a ultimei

modernizari importante [ani]

Numarul instalatiilor atasate

la un grup de topire pe oxigen

Capacitatea tehnica anuala

medie

[Kt/a] 149 16 8 30 514

Capacitatea tehnica anuala (ATC) [in kt/a] pentru marimi diferite de curgere continua pentru tagle si brame, numarul instalatiilor (No.) pentru diferite clase de marime si Capacitatea Tehnica Totala Anuala (TATC) a fiecarei clase de marime [in Mt/a] ATC <200 200-

399 400-

599 600-

799 800-

999 1000-

1199 ≥1200

No. 17 47 29 29 18 4 5 TATC 2.3 14.1 14.3 20.0 15.5 4.2 6.2

Chapter 1

8 Production of Iron and Steel

Tabelul 1G: Turnarea continua a barelor Numarul Varsta medie

[years]

Varsta medie a ultimei

modernizari importante

[years]

Numarul instalatiilor atasate la un complex de

topire electric

Capacitatea tehnica anuala

medie

[Kt/a]

65 14 8 16 1399 Capacitatea Tehnica Anuala (ATC) [in kt/a] pentru marimi diferite a turnatoriei continue pentru foi de tabla, numarul instalatiilor (No.) pentru diferite marimi de clase si Capacitatea Totala Tehnica Anuala (TATC) pentru fiecare marime de clasa [in Mt/a] ATC <500 500-

999 1000-

1499 1500-

1999 2000-

2499 2500-

2999 ≥3000

No. 10 11 14 14 10 4 2 TATC 3.5 7.1 17.8 23.0 21.9 11.0 6.6

Tabelul 1.1 : Numarul si caracteristica instalatiilor productie de fonta si de otel brut (baterii de cocs, instalatii de sinterizare, furnale de purjare, furnale bazice pe oxigen, furnale cu arc electric si turnare continua) in UE 12 in 1993 - [Eurostat, 1993];

Numarul EAF nu corespunde numarului mentionat la 1.2 pentru ca unl se refera la UE 12 iar celalalt la UE 15. Dezvoltarea turnarii continue are un efect foarte pozitiv asupra economiei industriei otelului in anii 1970 si 1980. In anii 1990, in orice caz, nu au fost remarcate de introducerea in forta/masa a tehnologiilor noi esentiale in U.E. Defapt, masurile clasice de productie au fost perfectionate la numeroase stadii(furnalele, otelarii) si au fost interpretate ca fiind mult mai eficiente prin imbunatatiri facute de-a lungul tuturor lanturilor de productie.Acestea au permis reduceri semnificative in utilizarea energiei si poluarii, in timp ce a crescut calitatea produsului. Un numar de DC furnale cu arc electric au fost construite si puse in functiune inca din 1993(trei in Germania, doua in Belgia si una in Franta).

1.3 Investitii si angajari in industria fierul si otelului in U.E Cheltuielile pentru investitii au scazut de la 5.9 miliarde Ecu in 1991 pana la 2.7miliarde Ecu in 1994(in 15 State Membre a U.E) [ EC Panorama, 1997]. Din aceasta, aproximativ 16% au fost cheltuiti in fabricarea fierului (fabrici de sinter, cocserii si furnale), 13% in otelariile electrice, 4% in otelariile cu oxigen, 7% in turnarea continua 31% in laminoare si restul in stratul de protectie si diverse [Eurofer 1, 1997]. In U.E, serviciul in industria fierului si otelului a scazut in mod constant in timpul anilor 1990(Figura 1.6) ca rezultat a nivelurilor de productie stagnate si rationalizarea in industrie.Rezultatul acestei introduceri a noilor tehnici si metodelor de lucru reprezentat o crestere in eficacitate de 64% intre 1985 si 1994.In 1995, aproximativ 330 de mii de persoane erau angajate in industria fierului si otelului in 15 State Membre a U.E[EC Panorama, 1997], cu un numar mare de persoane lucrand in industrii independente cumj ar fi in constructii, fabricarea masinilor, inginerie mecanica etc.

Chapter 1

Production of Iron and Steel 9

Iron and Steel Industry in the EU - Development of Employmentfrom 1983 - 1996 in Selected Member States

050000

100000150000200000250000300000350000400000450000500000

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

num

ber o

f wor

kers

and

empl

oyee

s

LuxembourgNetherlandsBelgiumU.K.ItalyFranceGermany

Figura 1.6 : Evolutia angajarilor in industria de fonta si otel in UE 15 intre 1983 - 1996 - [Stat. Stahl, 1997] Pentru a unifica piata Europeana a carbunelui, fierului si otelului si pentru a sustine dezvoltarea ei a fost fondata in 1951 Comunitatea Europeana a Otelului si Carbunelui(CEOC) [Tratatul CEOC, 1951].Acesta a fost un pas important in evolutia industriei Europene a otelului si fierului, dar aceasta institutie va lua sfarsit in 2002.

1.4 Situatia economica Globalizarea economiei mondiale a avut un efect serios asupra industriei otelului si va continua sa o faca.In ciuda, sau poate datorita, stagnarii piatei, industria trece prin schimbari structurale intensive.Acest lucru este caracterizat de catre dezvoltarea a noi concepte in otelarii(ex. laminoare de otel mini-electric, noi concepte pentru furnalele cu arc electric, noi tehnici de turnare si tehnici de reducere directe sau topire). Conditii ridicate de competitivitate a pietei ar putea accelera aceste schimbari structurale si incuraja consolidarea in industria otelului. Acest lucru este facut evident de numarul crescut de colaborari, riscuri cooperative si preluari.

1.5 Importanta mediului pentru industria fierului si otelului Industria fierului si otelului foarte intensiva pentru ambele materiale si energie. Figura 1.7 prezinta o schema simplificata de furnizare/randament ilustrand si calculand multimea de curenti ai puterii de alimentare impreuna cu cantitatea de otel brut produs in 15 State Membre U.E in 1995.Figura ilustreaza felul in care mai mult de jumatate din puterea de alimentare sfarseste ca scoase din circuit si produse secundare/reziduri solide.

Industria de fonta si otel in UE – Evolutia angajarilor intre 1983 – 1996 in Statele Membre selectate

Num

arul

de

lucr

ator

i si a

ngaj

ati

Chapter 1

10 Production of Iron and Steel

Iron ore148 Mt

including iron ore for sinter production (104.3 Mt),pellets and iron ore directly charged to BF

scrap79.3 Mt

including scrap forBOF and EAF

coal62.0 Mt

including coal forcoke making and

coal for BF and EAF

crude steel155.8 Mt

Off gases andsolid wastes

Input and Output of the Iron and Steel Industry in the EU 15 in 1995very rough overview about the most important mass streams (without water and gaseous inputs) without consideration of any recycling and raw material mining

Total inputs 316.5 Mt

Lime(ca. 7.0 Mt)

Limestone(13.0 Mt)

Fuel oilgas oil

(4.0 Mt)

additives(ca. 3.2 Mt)

Figura 1.7 : Imaginea de ansamblu a inputurilor si outputurilor din industria de fonta si otel in UE 15 in 1995 - bazata pe [Stat. Stahl, 1997]

Prezentarea generala oferita in Figura 1.1 este simplificata si arata numai cele mai importante mase de curenti fara a avea in considerare reciclarea sau exploatarea miniera a materialelor dure. Subiect important pentru proces ca raspuns la afectarea mediului inconjurator sunt considerate in general a avea legatura cu controlul emisiilor in aer si administrare a deseurilor solide. Poluarea aerului ramane o problema importanta.In otelariile integrate, instalatiile de sinterizare domina emisiile generale pentru majoritatea poluantilor atmostferici, urmate de instalatiile de cocsificare (Figura 1.8).

Input si Output din industria de fonta si otel in UE 15 in 1995Imagine de ansamblu referitoare la cele mai importante debite masice (fara apa si input gazos) fara considerarea altor reciclari si exploatare miniera

Var calcar Pacura Gaz

Aditivi

Minereul de fier Fier vechi carbune

Input total

Otel brut Gaze evacuate si Deseuri solide

Incluzand minereul de fier pentru productia de sinter (104.3 Mt), peleti si minereu de fier incarcat direct in BF

Incluzand fierul vechi pentru BOF si EAF

Incluzand carbunele pentru producerea de cocs si carbunele pentru BF si EAF

Chapter 1

Production of Iron and Steel 11

RELATIVE EMISSIONS TO AIR FROM SINTER PLANTS, COKE OVEN PLANTS, BLAST FURNACES, BASIC OXYGEN STEEL MAKING AND

ELECTRIC ARC FURNACES- average values.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

dust

Pb

Cr

Ni

SO2

NOx

CO

VOC*1

PAH*2

PCDD/F

Rel. emission [%] (highest emission is set 100%)

Electric arc furnaceBasic oxygen steel makingBlast furnaceCoke oven plantSinter plant

215 g/t ls

3.7 g/t ls

0.3 g/t ls

0.11 g/t ls

930 g/t ls

1210 g/t ls

24900 g/t ls

90 g/t ls

200 mg/t ls

3µg I-TEQ/t ls

n.r.

n.r.

n.r.

n.r.

n.d.*3

n.d.n.d.n.d.

n.d.

n.d.

n.r.

Figura 1.8 : Emisiile in aer pentru anumit poluanti de la instalatiile de sinterizare, cocsificare, furnalele de purjare, otelariile pe baza de oxygen si furnalele cu arc electric

*1 date aditionale: [EC Coordinated Study, 1996]. *2 datele disponibile permit doar o indicatie. *3 doar instalatiile in conditie buna sunt considerate. Legend: ls = otel lichid n.r. = irelevant n.d. = nici o data disponibila

EMISIILE RELATIVE IN AER DE LA INSTALATIILE DE SINTERIZARE, INSTALATIILE DE COCSIFICARE, FURNALELE, PRODUCEREA DE OTEL PE BAZA DE OXIGEN SI CUPTOARELE CU ARC ELECTRIC – valori medii

Emisiile rel. (%) (cele mai mari emisii la 100%)

Furnalele electrice Prod. otel pe baza de oxigen Furnal purja Instalatie cocsificare Instalatie sinterizare

Chapter 1

12 Production of Iron and Steel

In figura o valoare relativa de 100% este desemnata tipului de instalatie sugerand cele mai ridicate emisii pentru fiecare poluant individual (adnotand cu cantitatea absoluta specifica). Emisiile pentru celelalte categorii de instalatii sunt prezentate relativ pentru aceste instalatii cu cele mai mari emisii. Furnalele, producerea otelului pe baza de oxigen, cuptoarele de cocs ca si furnalele cu arc electric au procentaje relativ considerabile a emisiilor de praf. Emisiile gazoase provenite de la otelariile cu furnale cu arc electric pot fi relevante pentru mercur si pentru poluantii organici mentionati in Figura 1.8. Primii pasi spre controlul poluarii aerului au fost facuti prin colectarea prafului si indepartarea lui.In anii optzeci si nouazeci indepartarea prafului a devenit din ce in ce mai eficace(mai ales cea de-a doua desprafuire).Acesta a redus emisiile directe de la metalele grele exceptand in cazul acelora cu presiune a vaporilor ridicata cum ar fi mercurul.Au fost de asemenea facute eforturi pentru a minimaliza emisiile SO2 si NOx . In plus emisiile compusilor organohalogeni cum ar fi dioxinele si furanele dibenzo policlorurarate (PCDD/F), hexaclorobenzenul (HCB) si bifenilul policlorurat (PCB) impreuna cu hidrocarburile policiclice aromate (PAH) si hidrocarburile monociclice aromatice, in special benzenul, au devenit din ce in ce mai importante.Asa-numitele emisii difuze de la instalatii si emisiile de la depozitele deschise au devenit subiect de control. Contributia industriei fontei si otelului asupra emisiilor generale in aer in U.E este semnificativa pentru metalele grele si PCDD/F, fiind aprox. la fel si in cazul emisiilor NOx si SO2. (Tabelul 1.2).

Parametru Anul Emisiile in UE 15 [t/a]

Contributia procentuala a industriei fierului si otelului [%]

SO2

1994 12088000*1,2 Ca. 1.5*6 NOx 1994 12435000*1,2 ca. 1*6 Cd*3 1990 200 19 Cr*3 1990 1170 55 Cu*3 1990 3040 5 Hg*3 1990 250 3 Ni*3 1990 4900 3 Pb*3,4 1996 12100 9*7,8 Zn*3 1990 11100 35 PCDD/F*5 1995 5800 g I-TEQ 19 *1 Generarea de energie nu e inclusa *2 Sursa datelor: [EEA, 1997] *3 Sursa datelor: [TNO Report, 1997]; numarul include otelariile integrate (instalatii de sinterizare, cuptoare cocsificare,

furnale purja, furnale pe baza de oxygen si furnale cu arc electric) *4 Date corectate datorita reducerii drastice recente in emisiile de plumb de la vechicule, in baza [UN-ECE Lead, 1998] *5 Date din [LUA NRW, 1997] *6 Factori de emisie calculate in capitolul 3 *7 Prin scoaterea plumbului din petrol, procentajul va creste *8 Verificarea cu datele date in figura 1.8 si in capitol indica un procentaj doar de 4%

Tabelul 1.2 : Contributia otelariilor integrate (instalatiile de sinterizare, instalatiile de cocsificare, furnalele de purja, otelariile pe baza de oxygen) si furnalele cu arc electric la emisiile totale de SO2, NOx , metale grele si PCDD/F in UE 15.

Chapter 1

Production of Iron and Steel 13

Cantitatea reziduurilor solide, deseurilor si produselor secundare este in general mare (tabelul 1.3). Reciclarea si refolosirea a atins niveluri destul de ridicate dar variaza destul de mult de-a lungul U.E si va avea beneficii de la imbunatatirile viitoare. Deseurile solide/reziduurile/produsele secundare Cantitatea specifica

[kg/t LS]*1 Procent depozitat pe

halde [%]*2

Instalatii de sinterizare*3

• praf

0.9-15 ?

Instalatiile de cocsificare*4 - - Furnalele • praful din hala de turnare • pulberi si namol de la epurarea gazului de furnal • zgura

?

14 280

?

33 2

Desulfurarea fontei 9 - 18 41 Producerea de otel pe baza de oxigen • pulberile si namolurile de la tratarea gazului de

furnal pe baza de oxigen BOF • pulberile fine si namolul din tratarea gazelor

BOF • zgura de la convertizor • zgura de la oala de fonta, amestecator, oala de

otel si cuva de turnare • zgura de la metalurgia secundara • materiale refractare

3-12*8 9-15*8

99 34

11*5

6

42 12 26 9 ?

76

Furnal cu arc electric • zgura

• otel carbon • oteluri slab aliate • oteluri puternic aliate si inoxidabile

• pulberile din evacuarea din furnal si cladire

129 109 161 15*6

69 59 34

63*6 Turnarea continua 4 - 6 -*7 *1 Factori de conversie utilizati (media ponderata a tuturor otelariilor pe baza de oxigen): 940 kg fonta/t LS *2 Procentul residual este reciclat in cadrul uzinei sau utilizat extern *3 Pulberile de la sinterizare, radiator si desprafuirea aerului din cladire sunt de obicei complet reciclati in process cu

exceptia cazurilor in care pulberile din ultimul camp al electrofiltrului sunt depozitate permanent pe o halda; in cazul aplicarii scruberului, namolul din tratarea apei uzate este de asemenea depus pe o halda (in Europa doar in cateva cazuri)

*4 Produsul secundar, benzenul, gudronul, naftalina, acidul sulfuric, sulful elementar sunt complet reutilizate/reciclate *5 Media din cele trei otelarii pe baza de otel *6 Media pentru carbon, oteluri putin aliate si foarte aliate/ oteluri inoxidabile *7

*8 Resturile de la laminoare sunt reciclate in mod normal in instalatia de sinterizare din [EUROFER BOF, 1997]

all data from [EC Study, 1996], unless stated otherwise. Average values shown. Legend: LS = liquid steel; BF = blast furnace; BOF = basic oxygen furnace

Tabelul 1.3: Cantitatea medie specifica si procentajul mediu al deseurilor de pe halda pentru deseuri solide/ reziduuri/ produse secundare din otelariile integrate si otelariile cu arc electric

Descarea apei reziduale de la instalatiile care au cuptoare pentru cocs este de o importanta semnificativa foarte mare decat descarcarile din circuitele de apa la furnale, otelariile pe baza de oxigen si instalatiile de turnare continua. Emisiile zgomotului, poluarea solului local ca si poluarea apei subterane sunt alte probleme pentru industria fierului si otelului. Consumul de energeie este considerabil.Consumul specific de energie pentru tone de otel lichid, produs prin cuptorul de cocs/ instalatii de sinter/ calea furnalului este de aproximativ 19.3

Chapter 1

14 Production of Iron and Steel

GJ(calculat conform [Lungen, 1995, Peters, 1994] si Tabelelor 4.1, 5.1, 6.2, 7.1, 8.2).Aceasta cantitate este dominata de alimentarea cu carbune. Include de asemenea consumul electricitatii, care este de aproximativ 1.6 GJ/t LS(consumul de electricitate a fost multiplicat de factorul trei pentru al face compatibil cu energia primara). Consumul de energie specific pentru productia otelului in furnalele cu arc electric este de aproximativ 5.4GJ/t LS(conform Tabelului 10.1).Consumul de electricitate a fost de asemenea multiplicat de catre factorul trei.

Chapter 2

Production of Iron and Steel 15

2 DEPOZITAREA SI MANIPULAREA MATERIALELOR PRIME Fonta primara si productia otelului implica o alimentare ridicata de debite masice materii prime cum ar fi minereurile, peleti, fier vechi, carbune, oxid de calciu, calcar (in unele cazuri de asemenea pacura cu continu ridicat de sulf si plasticuri) si de aditivi si auxiliari.Aceste materiale sunt de obicei transferate pe amplasamente adecvate in transporturi pe sosea, cale ferata sau pe apa. Ambele aceste materiale cat si produsele intermediare, cum ar fi cocsul si sinterul, trebuie sa fie depozitate pe terenurile de depozitare sau silozuri si transportate la instalatiile individuale de prelucrare, de obicei pe banda de transport. Figura 2.1 arata o diagrama tipica a unui curs al materialelor.Praful purtat de vant de pe terenurile de depozitare si benzile transportoare, incluzand punctele de transfer, pot fi o sursa semnificativa a emisiilor.Atunci cand materialele, ce contin compusi bazici si hidrocarburi rezultate de la resturile de laminare sau fier vechi, sunt depozitate pe terenurile de depozitare nepavate, atentie trebuie de asemenea acordata poluarii solului si apei subterane si apelor pluviale.

Figura 2.1 : Diagrama fluxurilor masice ale materialelor manipulate in otelariile integrate - [UK HMIP, 1993]

Dep

ozit

cocs

Dep

ozit

cocs

fin

sorta

re

Cup

tor

cocs

Furn

al

Font

a

Dep

ozit

sint

er

Inst

alat

ie

Inst

. si

nter

izar

e

Min

ereu

am

este

c M

iner

eu

ames

tec

Dep

ozit

ames

tec

Car

bune

am

este

c

sorta

re

Pele

ti

Min

ereu

Min

ereu

Sorta

re

fina In

st.

sorta

re

Cal

car

Min

ereu

fin

Cal

car

Dep

. ca

rbun

e

Dep

ozit

prim

ar

(mat

erii

prim

e)

Inst

. po

rt

carb

une

carb

une

Chapter 3

16 Production of Iron and Steel

3 IMAGINEA DE ANSAMBLU – FABRICAREA OTELULUI

3.1 Caile procesului de fabricare a otelului Sunt folosite de obicei 4 cai pentru producerea otelului: calea clasica furnalul/furnalul pe baza de oxigen, topirea directa a resturilor feroase (furnalul cu arc electri)c, reducerea topirii si reducerea directa (Figura 3.1).

Figura 3.1 : Metodele de fabricare a otelului brut - [Ullmann’s, 1994]

In prezent(1998), productia otelului in U.E (15 State Membre) se baza pe calea furnalulu/ furnal pe baza de oxigen (aproximativ 65%), si calea furnalului cu arc electric(FAE)(aproximativ 35%)(vezi Figura 1.2).Procentajul productie mondiale a otelului brut prin topire si reducere directa era de aproximativ 4% in 1996[Hille, 1997]. In Europa productia fontei direct reduse (FDR) este limitata la circa 50.000 t/a(Germania si Suedia) reprezentand aproximativ 1.5% din productia globala.Consumul FDR in instalatiarea otelului prin FAE a fost raportat a fi de 40.000 t in U.E (15 State Membre) in 1995, dar interesul pentru acest material a crescut si noi tehnici de productie au iesit la iveala.In U.E(15 State Membre) in prezent nu exista unitati de reducere topiturii la o scara comerciala. De aceea aceste cai nu sunt descrise in acest document, dar vor fi mentionate in capitolul “Tehnici alternative de productie a fierului”.

Minereu fier Minereu fier

Fier vechi

Fier vechi Minereu

mareMinereu fin

Minereu Minereu bucati

Minereu fin

Carbune Peletizare

Sinterizare

Cocs

Furnal

Purjare aer

Gaz natural, pacura sau carbune Fonta

Oxigen

Gaz natural, pacura

Carbune

Reducerea topirii Gaz

naturalReducerea directa

carbune

Fier vechi Oxigen

Fier poros

Convertor

Otel brut

Furnal cu arc electric

Fier vechi

convertori

Chapter 3

Production of Iron and Steel 17

3.2 Otelariile integrate Din cele patru cai de fabricare a otelului descrise in 3.1 calea clasica folosirea furnalului si furnalului pe baza de oxigen este de departe cea mai complexa, existand in complexe industriale mari cunoscute ca otelarii integrate, acoperind zone pana la cativa kilometri patrati(Figura 3.2).Otelariile integrate sunt caracterizate prin retele de materiale interdependente si fluxuri energetice intre unitati variate de productie, din carea majoritatea sunt discutate in acest BREF (instalatii de sinterizare, instalatii de peletizare, instalatii cu, cuptoare de cocserie, furnale si instalatii de otel pe baza de oxigen cu turnare ulterioara). Inainte de a descrie individual aceste tipuri de instalatii va fi data o prezentare generala a interdependentelor mentionate.

Figura 3.2 : Imaginea otelariilor integrate in apropiere de tarm

3.2.1 Imaginea de ansamblu a procesului Caile procesului unei otelarii integrate avute in vedere in acest document BREF sunt prezentate in figura 3.3 .Figura arata o vedere schematica a principalelor materiale intrate si iesite din proces (debitele masice de emisie )pentru fiecare faza a caii procesului. Intr-o otelarie integrata furnalul este principala unitate operationala unde are loc principala reducere a oxizilor metaliferi ducand la fierul lichid, asa-zis fonta. Furnalele moderne foarte performante cer o preparare fizica si metalurgica a incarcarii prelucrate. Cele doua tipuri de instalatii de preparare a minereului de fier sunt instalatii de sinterizare su instalatii de peletare. Peletele sunt aproape intotdeauna facute dintr-un minereu de fier bine definit sau concentrat (Figura 2.1) la mina si sunt transportate in aceasta forma. In Europa exista numai o astfel de otelarie integrata functionand deasemenea si o instalatie de peletizare . Sinterul este in general produs la turnatoriile de fonta din mixturi dinainte date din minereuri fine, reziduri si aditivi. Principalii agenti de reducere intr-un furnal sunt cocsul si carbunele pulbere formand monoxidul de carbon si hidrogen care reduce cantitatea de oxizi de fier. Cocsul si carbunele functioneaza partial deasemenea ca si combustibil.

Chapter 3

18 Production of Iron and Steel

Cocsul este produs din carbune cu ajutorul distilarii uscate intr-un cuptor de cocserie si are caracteristici fizice si chimice mai bune decat carbunele.In multe cazuri, agentii/combustibili aditionali de reducere sunt

Figura 3.3 : Imagine de ansamblu a procesului intr-o otelarie integrata - [UK IPR 2/1, 1994] -

intrare proces Emisii de proces

Cuptor cocs

carbune

carbune Minereu fier

Inst. Sinter.Part. returnate

furnal

Desulfurare metal fierbinte

Fluxuri, minereuri cocs pulbere deseuri

Peleti, minereu fier sinter cocs calcar zgura

Gaz purtator Metal fierbinte

Oxigen Metale grele Fier vechi Var Fluor cocs

Otel lichid aliaje

Otel lichid Aliaje si pulberi

Otel si pacura

Pulberi, gudron amoniac

Fenoli Lichid Cianide Solide susp

Pulberi

Flux de gaze, CO, pulberi, HCL, Sox, NOx, fluoruri sulfati, metale grele

Fluxuri de gaz, namol, fenol, pulberi, sulfuri, cianuri, NOx, H2S, zgura

Pulberi, fum, zgura

Fum, zgura

Oala transfer

Namol, zgura bazica, namol bazic, pulberi (continut mare de pulberi)

Furnal pe baza de oxigen

Oala torpedo

Furnal oala Degasor vacuumInjectare aliaj

Lingou sau turnare

Turnare continua

Mori rotative

zgura

fum

fluorura

Resturi Zgura Fier vechi pacura

Resturi Pacura Fuma emulsie

Chapter 3

Production of Iron and Steel 19

(o instalatie de peletizare nu este aratata, deoarece doar o otelarie integrate din Europa este dotata cu una) sunt administrati prin injectia petrolului, gazului natural si (in cateva cazuri) plasticuri.O explozie fierbinte furnizeaza oxigenul necesar pentru a forma monoxidul de carbon (CO), acesta fiind agentul de reducere de baza pentru oxizi de fier. Furnalul este incarcat la inceput consta din straturi alternante de cocs sin mixturi de sinter si/sau pelet, bucati de minereu si fluxuri.In furnal minereul de fiert este din ce in ce mai redus si fierul lichid si zgura sunt colectati in fundul cuptorului, de unde sunt evacuate prin priza. Zgura din furnal este granulata, peletizata sau evacuata prin priza in groape pentru zgura. Granulele de zgura sau peletii sunt de obicei vandute companiilor producatoare de ciment.De asemenea, zgura din putiri poate fi folosita in constructia drumurilor. Fierul lichid din furnale (fonta) este transportat la un furnal fundamental cu oxigen, unde continutul de carbon( aproximativ 4%) este micsorat la mai putin de 1%, in felul acesta rezultand in otel.Impartirea desulfurizarii contra curentului fontei si impartirea in aval al metalurgiei oteluluieste aplicata in general pentru a produce otel cu calitatea ceruta. La iesirea din furnalul pe baza de oxid, otelul lichid este turnat in lingouri ori este turnat continuu. In unele cazuri degazificarea in vid este utilizata pentru a imbunatati in continuare calitatea otelului. Produsele turnate sunt lingourile, taglele, tablele, bramele si sunt produse consecutiv in laminoare, producand linii finite pentru piata.

3.2.2 Interdependenta diferitelor procese de productie/unitati in termeni energetici, produse secundare/reziduuri, apa si aer

Prezentarea in ansamblu a procesului din Figura 3.3 arata unitatile de productie variate a unei otelarii integrate.Unitatile individuale sunt conectate intre ele din punctul de vedere de fluxurilor produsului si fluxurilor interne ale rezidurilor (instalatiile industriale, filtre de praf, namoluri de la spalarea gazelor de furnal sau gazelor de BOF etc), apei (tratamentul obisnuit al variatelor fluxuri de apa reziduala, folosirea cascadelor pentru apa de racire etc), si ale energiei (COG, gazul de furnal, gazul BOF, aburul de la turbinele sub presiune BF sau furnalele pe baza de oxigen etc.). Aceste interdependente au fost instalate pentru minimalizarea emisiilor si pentru optimizarea productivitatii si pentru a reduce costurile.

3.2.2.1 Energia Interdependenta energiei este cea mai complexa dintre aceste interdependente. Figura 3.4 ilustreaza un exemplu de cursuri de furnizare si productie pentru fiecare fel diferit de energie impreuna cu, cursul intern al energiei otelariilor integrate. Combustibili energetici dominanti sunt carbunele si, daca este cumparat de la furnizorii externi, cocsul. Deasemenea electricitatea, gazul natural, petrolul si (in putine cazuri) materialele sintetice reprezinta furnizorii energiei. Gazele de cocserie (COG), gazele de furnal(FFG) si gazele de furnal pe baza de oxige (BOFg) sunt utilizate in multe scopuri (incalzirea bateriilor cuptorului de cocserie, alimentarea pentru purja puternica, alimentarea aprinderii siterului , incalzirea furnalelor pentru laminarea la cald etc). Aburul provenit de la presiunea de varf a turbinelor furnalelor sau a furnalelor pe baza de oxigen este de asemenea folosit pentru procese variate. CCG si gazul BF sunt recuperate si folosite la toate otelariile integrate.Totusi, acesta nu este cazul pentru gazul BOF sau pentru aburul recuperat folosind turbinele cu presiune de varf al BF. Figura 3.5 ofera o descriere detaliata a distributiei cantitative a diferitelor tipuri de energie intr-o otelarie.Toate datele din aceasta figura au legatura cu furnizarea totala de energie, incluzand acest lucru din sursele externe de electricitate. Aproximativ 88% din energia importata este in

Chapter 3

20 Production of Iron and Steel

cele din urma derivata din carbune din care 83% este transformata in cocs. Furnalul consuma aproximativ 60% din cererea totala de energie a otelariilor, urmate de laminare (25%), fabricile de sinterizare (aproximativ 9%) si cuptoarele de cocserie (aproximativ 7%).

Figura 3.4 : Exemplu de fluxuri de intrare, iesire si interne in otelariile integrate moderne ce utilizeaza un sistem energetic - [Joksch, 1998].

Bat

erie

co

csifi

care

Gaz

co

sific

are

Furn

al p

urja

Gen

erar

e pu

rja

otel

arie

Inst

laite

el

ectri

ca

Coc

s ex

tern

C

arbu

ne

pulv

eriz

a C

arbu

ne

Gaz

furn

al

abur

Ben

zen,

gu

dron

,

Gaz

furn

al

Turb

ine

scad

ere

pres

iune

alte

le

Gaz

co

sific

are

abur

Stat

ie m

ix

gaz

Mor

i rot

ativ

e la

rece

Li

nii g

alvn

izar

e M

ori r

otat

ive

fierb

inti

Inst

latie

coc

sific

are

Furn

al, m

ori

rota

tive

Inst

. Coc

sific

are

Furn

ale

Mor

i rot

.la c

ald

Mor

i rot

. la

rece

Mor

i la

cald

M

ori l

a re

ce

Furn

al

Inst

. Ote

l M

ori l

a ca

ld

Mor

i la

rece

Li

nii g

alva

niza

re

Chapter 3

Production of Iron and Steel 21

Figura 3.5 : Distribuirea tipica a cererii de energie in otelariile integrate per tona de otel brut - [Ullmann's, 1989];

Acest exemplu confirma numarele date in 1.5.

Chapter 3

22 Production of Iron and Steel

3.2.2.2 Reziduuri solide/ produse secundare Administrarea rezidurilor intr-o otelarie integrata este caracterizata de tehnicile avansate pentru valorile extrase din diferite tipuri de zgura si reciclarea majoritatii rezidurilor in fabrica de sinterizare, care poate fi considerat “digestorul unei otelarii integrate”. Astfel, in afara de insusi procesul de sintetizare, fabricile de sinterizare joaca un rol important de reciclare a rezidurilor pentru care nu exista alternative adecvate. Numai mici parti al cantitatii totale al rezidurilor sunt depozitate permanent pe halde. Aceasta este adesea consistuita din praf fin de la epurarea gazului de furnal (gaz BF), balast, praf fin de la furnalul cu oxigen bazic, spalarea gazului (daca este folosita curatarea umeda) si, in unele cazuri, cloruri bogate in alcaline si cloruri cu metale grele de la ultimul camp al filtrului electric ce trateaza gazele reziduale de la firele sinterului. Figura 3.6 da un exemplu tipic al administrarii produselor secundare si rezidurilor intr-o otelarie integrata.

Figura 3.6 : Exemplu tipic pentru managementul reziduurilor si al produselor secundare in otelariile integrate – in baza [Bothe, 1993]

Filtru pulberi Dimensiuni fine

Sectiuni micturnare

Ulei uzat Ulei si apa

Inst.cocsificare

Inst. sinterizare Furnal

Otelarie pe oxigen

pulbere Cocs abr.

benzen Res. moara

pulberi

zgura zgura

balastMoara rotativa la cald

Moara rotativa la rece

Tratare/reciclare

Sulfat fier

Granulat zgura BF Zgura spumanta

gudron

zgura balast Pulberifine

haldavanzare

Var convertor

Material umplere

Chapter 3

Production of Iron and Steel 23

3.2.2.3 Apa Administrarea apei intr-o otelarie integrata in primul rand depinde de conditiile locale, mai presus de orice de disponibilitatea apei proaspete si de dispozitiile legale. Restrictiile legale ar avea tendinta de a se concentra asupra minimalizarilor debitului apei pentru racire si apei reziduale poluate din punct de vedere material dar sunt de asemenea cazuri unde autoritatile cer evitarea penelor de abur de la turnurile de reracire, fapt care previne reciclarea continua a apei de racire. Figura 3.7 da un exemplu de administrare a apei cu o indicare a tratamentului apei unei otelarii integrate cu surplus al disponibilitatii prizei de apa, de aceea explicand prezenta multor sisteme de racire cu circulatie fortata, rezultand intr-un consum specific de apa de mai mult de 100 m3/t otel. In locurile disponibilitate a apei proaspete foarte scazute este nevoie de economisire a apei cat mai mult posibil. In astfel de cazuri consumul specific de apa poate fi mai putin decat 10 m3/t otel, si uneori mai putin decat 5 m3/t otel, cazuri in care interdependentele sunt mult mai intensive.

Water Management of an Integrated Steelworks - example (numbers in flow-%)

Coke oven plant Sinter strand Blast furnaces 5 Blast furnaces 1-4 BOF + contin.cast.

Cold rolling millHot rolling mill Hot dip galv.

river

rivermunicipal WWT

municipal wastewater treatment plant

WWT WWT

WWT WWT WWT WWT WWT

WWT

LEGEND:

WWT

WWT

once through cooling water

wastewater to WWT

recycling after re-cooling

blow down from water cycles to WWT

multiple use (cascade)

= wastewater treatment plantWWT

Strip coating

WWTnumbers in [%]: flow in % of the whole water consumption/discharge

5,9

94,1

1,9

3,394,8

0,3

99,766,2

22,2

11,6

2,4

88,8

0,8

8,8

9,8

89,4

17,8

12 1,4

73,8

24,8

1,7

21,9

76,4

70,2

Figura 3.7 : Exemplu de management al apei in otelariile integrate la un amplasament cu disponibilitate mare de apa

Managementul apei intr-o otelarie intergrata – exemplu (numar in flux%)

Inst. cocsificare Banda sinter. Furnal 5 Furnal Turnare contin

rau

Laminor la cald Laminor la rece Acoperire strip

Inst. Comunala tratare apa uzata rau

Apa racire directa Apa uzata la WWT Reciclare dupa racire Evacuari dupa ciclurile WWT Utilizare multipla Apa uzata

Chapter 4

24 Production of Iron and Steel

4 FABRICILE DE SINTERIZARE

4.1 Procese si tehnici aplicate

4.1.1 Scopul procesului de sinterizare Furnalele moderne foarte performante realizeaza performante imbunatatite prin pregatire anterioara fizica si metalurgica a incarcaturii, care imbunatateste permeabilitatea si reductibilitatea. Aceasta preparare atrage dupa sine aglomerarea incarcarii cuptorului fie prin sinterizare sau peletizare (vezi capitolul 5). Incarcatura este constituita din mixturi de minereuri fine, aditivi, materiale reciclate cu continut de fier de la procesele ulterior plasate, cum ar fi pulberea cu granulatie mai mare si namolul de la epurarea gazului de furnal (gazul BF), resturile de la turnatorii si laminoare carora le este adaugat praful de cocs ce permite arderea. In Europa, tratarea sinterizata scazuta asupra miscarii continue a gratarelor este folosita exclusiv (Fugura 4.1 su Figura 4.2).

Figura 4.1 : Fotografia unei linii de sinterizare cu dispozitiv de incarcare (tamburi sau jgheaburi) si cabina de aprindere la extremitatea de incepere a procesului

4.1.2 Amestecarea materiilor prime Materialele prime necesita o alcatuire a amestecului prealabila operatiei de sinterizare. Acest lucru implica in general stratificarea materialelor in zonele de preparare in cantitatile exacte cerute de operatia de sinterizare . Pot fi deasemenea adaugate fluxuri de material la aceasta faza dupa cum pot fi adaugate materiale reciclabile din operatiile desfasurate ulterior mentionate mai sus. Zacamantile de minereu sunt de obicei prelucrate prin acoperirea cu un strat de material grosier pentru a preveni spulberarea prin vant. La inceputul operatiei de sinterizare minereul este transferat de pe paturi in buncarele de depozitare aflat la intrarea in instalatia de sinterizare.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 25

Alti aditivi, cum ar fi oxidul de calciu, olivina, praful colectat si resturile de la laminoare, pulberi (si namol cu o consistenta foarte redusa) de la epurarea gazului de furnal si sinterul reciclat (particule la scara de < 5mm) de la sortarea granulometrica a sinterului (Figura 4.2), poate fi adaugata zacamantului de minereu la faza de amestecare. Praful de cocs (cocs cu particule de marine de < 5 mm) este cel mai obisnuit combustibil folosit pentru procesul de sinterizare. Este de obicei produs direct intr-o instalatie de cocsificare aflata pe amplasament si depozitat in silozuri pentru folosire ulterioara. Alternativ, pulberea poate fi obtinuta prin zdrobirea cocsului. In unele cazuri antracitul este folsit ca un combustibil. Otelariile integrate cu capacitate insuficienta de cocs pentru a indeplini necsarul instalatiei de sinterizare se bazeaza pe furnizorii externi de praf de cocs. Amestecul de minereu si praf de cocs este cantarit pe benzile transportoare si incarcate in tamburul de amestecare. Aici, sunt amestecati complet iar mixtura este umezita pentru a intensifica formarea de micro peleti, care imbunatatesc permeabilitatea stratului de sinter ( Figura 4.2 Acolo sunt folosite buncarele de amestec si mixare, emisiile sunt reduse prin evacuarea continutului de macroparticule si epurare ulterioara a gazului colectat.

Figura 4.2 : Diagrama schematica a instalatiei de sinterizare ce arata principalele puncte de emisie - [Theobald 1, 1995];

De asemenea se utilizeaza si alte modele; imaginea este pentru instalatii ce utilizeaza spargerea cocsului si buncarul de amestec; Cosurile din figura indica sursele de emisie; in realitate ar fi cateva cosuri deoarece mai mult de un flux de gaz rezidual pot fi combinate in fiecare cos.

4.1.3 Sinter strand operation Fabrica de sinter este compusa in primul rand dintr-un gratar mobil mare din fonta turnata rezistenta la caldura ( Figura 4.1). Materialul care trebuie sinterizat este pozitionat deasupra

Sistem pat minereu fier

calcar

Sistem minereu cocs Concasare cocs

Reciclare sinter

Pulbere cocs Gaz evacuat

Cocs granulos la furnal

Gaz rezidual

Strat initial

Tambur amestec

Radiator racire rotativ

Separare la rece

Furnal aprindereBucati sinter

Conducta absorbtieGaz evacuat

Reciclare sinter fierbinte Strat initial

Echipament filtrare

Amestec si mix Concasare cocs Desprafuire gaz Despraf. Aer. Sec ventilat

Chapter 4

26 Production of Iron and Steel

stratului adanc de 30-50 mm a sinterului reciclat. Acest strat inferior previne trecerea mixturii prin crestaturile grilajului si protejeaza gratarul de caldura directa emanata de mixtura fierbinta. In instalatiile moderne de sinterizare, stratul de materiale care trebuie sinterizat este la aproximativ 400-600 mm adanc dar straturile superficiale sunt obisnuite in instalatiile maic vechi. La inceputul gratarului un arzator de gaz in forma de bolta aprinde praful de cocs in mixtura. In procesul cu curent descendent o suflanta puternica duce aerul de proces pe intreaga lungime a patului de sinterizare in camere de distributie localizate sub gratar, numite si cutii de vant. Gazele de ardere rezultate dintr-o instalatie de sinterizae variaza de la 350000 pana la 1600000 Nm3/ora, depinzand de marimea instalatiei si conditiile de functionare [ EC Sinter/F, 1995]. In mod specific debitul specific al gazelor de ardere este intre 1500 si 2500 Nm3/t sinter superior [Explicatiile UBA, 1997]. Majoritatea instalatiilor de sinter cu zone intinse de absorbire (mai mult de 250 m2 si/sau gratar de latime mai mare de 3 m) au doua conducte de colectare a gazelor reziduale cu ventilatoare separate si dispozitive de desprafuire, care care ar putea fi potrivite pentru masurile avansate de reducere a emisiilor [Bothe, 1993]. Deoarece mixtura de sinter se deplaseaza de-a lungul gratarului, frontul combustiei este tras in contrasens prin mixtura. Acesta creeaza suficienta caldura ( 1300-1480 °C ) pentru a sinteriza particulele fine intr-un clincher poros cunoscut sub numele de sinter. Un numar de reactii chimice si metalurgice au loc in timpul procesului de sinterizare. Acest proces produce atat sinterul, cat si pulberile si emisii gazoase . Reactiile se intersecteaza si se influenteaza reciproc, survenind ca reactii in stare solida si neomogena intre fazele topire, solide si gazoase care sunt prezente in zona de sinterizare. Au loc urmatoarele procese si reactii in mediul de bazicitate al mixturilor sinterului (1.5-1.7 care este foarte comun, vezi Figura 4.9) [Matzke, 1987]: - evaporarea umiditatii - preincalzirea si calcinarea compusilor bazici, aprinderea prafului de cocs si reactiile dintre

carbon, pirita, compusi clorihidrici si florurici si oxigenul aflat in aer - descompunerea hidroxidului si clivajul carbonatilo - reactia dintre oxidul de calciu si minereul de fier - reactia dintre silicatul de etapa si oxizii de calciu si oxizii de fier intensifica productia de

silicat topit si cresterea proportilor fazelor de incalzire - formarea compusilor de calciu-sulf si compusii care contin fluorura impreuna cu clorurilor

alcaline si a clorurilor metalice - reducerea oxizilor de fier in fier in zona cu temperatura ridicata - cavitatea si canalul formeaza efectele arderii cocsului si evaporarea umezelii - procesele de reoxidare si recristalizare prin efectele de micsorare, angrenaj si intarire in

timpul racirii sinterului - formarea crapaturii datorita tensiunii calorice in timpul racirii sintrului si defectele din

microstructura sinterului. Figura 4.3 arata temperaturile si zonele de reactie a unui strat de sinter la 6 minute dupa aprindere. Profilele emisiilor diferitilor parametri (H2O, O2) (vezi Figura 4.5) si poluanti (CO2, CO, SO2, NOx, cloruri alcaline, cloruri al metalelor grele si PCDD/F) ar putea fi discutate ( vezi Figura 4.5, Figura 4.8 si 4.2.2.1.2). Sunt prezenti in gazul rezidual al stratului de sinter un numar si o varietate de poluanti, dupa cum este si cazul pentru majoritatea proceselor de ardere. Gazul contine particule de materiale (metale grele, in principal compusi de fier dar de asemenea alti compusi in special compusi cu plumb), alcali-cloruri, oxizi de sulf, oxizi de azot, acid clorhidric, acid fluorhidric, hidrocarburi, monoxid de carbon si de asemenea cantitati importante de PAH si compusi organo-halogeni aromatici cum ar fi PCDD/F si PCB. Dupa cum este descris in Figura 1.8 emisiile gazoase de la fabrica de sinter domina totalul emisiilor (masa per unitate de timp) dintr-o otelarie integrata.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 27

Informatii detaliate despre caile de formare, cantitatile emisiilor si profilul stratului de sinter pentru poluanti individuali sunt aratati in sectiunea 4.2. Praful de cocs este ars in intregime inainte de a ajunge la sfarsitul gratarului si ultimele una sau doua boxe de vant sunt folosite pentru a incepe procesul de racire. Racitorul poate fi integrat in stratul de sinter dar de obicei este separat. Dupa cum este produs, sinterul cade de pe marginea gratarului in forma de bucati, sparte intr-o punte de spargere si printr-un concasor. In multe fabrici sinterul apoi trece print-un proces de cald de separare prin site, in care resturile ce masoara mai putin de 5 mm sunt separate si reciclate in mixtura alimentata (Figura 4.2).

Figura 4.3 : Diagrama temperaturii si a zonei de reactie in procesul de sinterizare – dupa [Dietrich, 1961]

4.1.4 Separarea si racirea sinterului fierbinte Cand racirea nu este integrata in strat, materialul sinterizat trece la un racitor dupa ce cade de pe strat. Racitorul este in mod specific o structura rotativa intre 20-30 de m in diametru in care se afla sinterul intr-un strat de grosime mai mare de 1 m. Sinterul este racit de aer, care este fortat in sus prin strat. Fluxul gazului de racire a sinterului este mare si depinde de felul si varsta sistemului folosit. Fluxul caracteristic este intre 1500 si 2500 Nm3/tona de sinter, care duce la rate de scurgere intre 100 000 si 1 000 000 Nm3/ora [EC Sinter/F, 1995]. Uneori, caldura cedata din gazul emis de racirea sinterului este folosita intr-un cazan recuperator, in hotele de

Strat suprafata

Zona racire

Zona oxidare

Zona incinerare sau sinterizare Zona de reducere si calcinare

Punct aprindere

Zona evaporare

Zona uscata

Inal

timea

stra

tulu

i

Temperatura

Chapter 4

28 Production of Iron and Steel

aprindere a gratarului de sinterizare sau sa preincalzeasca alimentatorul. De asemenea se stie de existenta a altor modele de radiator (racitor). Sinterul racit este transferat in site care separa bucatile care trebuie folosite in furnal (4-10 mm si 20-50 mm) de bucatile care vor fi returnate procesului de sinterizare (0-5 mm ca “returnari fine”, 10-20 mm ca “stratul vatrei”).

4.2 Consumul prezent / niveluri de emisie

4.2.1 Imagine de ansambluz a debitului masic si al datelor de intrare/iesire

Figura 4.4 arata o privire generala a fluxurilor masice de intrare si iesire a instalatiei de sinterizare. Aceasta privire generala poate fi folosita pentru colectarea de date de la instalatiile de sinter.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 29

Sinter Plant with CertainProcessing Steps(separate flow sheet)

Energy

Water

Auxiliaries

Kind and quantity [t/a]

- flux material- limestone

- olivine

- compressed air

- annual consumption [m 3/a]- own wells/supply [%]- demineralised water [m 3/a]

- gas (COG, BF gas, natural) [m 3/a]- electricity [kWh/a]- coke and coke breeze[t/a]

Wastewater

Solid residues

Off gas/fume

Sources and quant . [conc . and t/a] of dust, heavy metals,S0 2, NOx, HCl , HF, CO, org.C, PAH, PCDD/F, PCB(if applicable separate sheet)

particulate matter from handling, crushing, screening,fumes/flue gas from sinter strand, particulate matter from sintercooling,

Kind and quantities [t/a] - sinter dust - sinter sludge

- Sources and quantity (not cooling water) [m 3/a]

- direct discharge [yes/no]

Raw materials Products

- capacity of the plant [t/a]- number of sinter grates

- age of the plant [a] - operation time[h/a] - integrated cooling of sinter [yes/no]

Kind and quantities [t/a] - iron ores - solids and screenings

- iron containing residues

Sinter Plant - mass stream overview

Kind and quant. [t/a]- sinter

Waste Heat - sources and

quant. [MJ/a]

General information

Figura 4.4 : Debitele masice dintr-o instalatie de sinterizare

Folosind prezentarea in ansamblu a fluxurilor masice de productie pot fi calculati ambii factori caracteristici de intrare si emisie. Tabelul 4.1 arata aceste date pentru cinci instalatii de sinterizare din cinci State Membre a U. E diferite, astfel furnizand o imagine reprezentativa pentru fabricile moderne. Acesti factori de emisie sunt exprimati per tona de otel lichid pentru a simplifica adaugarea de emisii provenite de la variati pasi de productie. Input Output Materii prime Produs Minereu de fier kg/t sinter 680 - 850*1 sinter kg/t sinter 1000.0 Alte mat. de fier kg/t sinter 37 - 125 Emisii gazoase var kg/t sinter 0.5 - 14 Pulberi g/t LS*4 170 - 280*5

Instalatia sinterizare – Debitele masice

Gaz (COG, gaz BF, natural)elecricitate

Pulbere cocs si cocs

Consumul anualPuturi proprii/furnizare

Apa demineralizata

Felul si canitatatea Aer comprimat

Felul si cant.

Surse si cant. (MJ/a)

Felul si cantitatile (t/a) -minereuri de fier -solide si sortare -flux material -calcar -fier cu continut reziduu - olivina Sursele si cantitatile (conc. si. t/a) de pulberi, metale grele,

Daca aplicabil fisa separata

->Pulberi de la manipularea, concasarea, sortarea, gaz de la banda de sinterizare, pulberi de la sinter, racire

Felul si cantitatile (t/a) -praf sinterizare -namol sinterizare

Surse si cantitate (fara apa de racire) (m3/a) Evacuare directa (da/nu)

Chapter 4

30 Production of Iron and Steel

Piatra de var kg/t sinter 105 - 190 Cd g/t LS 0.002 - 0.04*6 aditivi kg/t sinter 26 - 42 Cr g/t LS 0.005 - 0.05*6 Pulberi BFG kg/t sinter 11 - 27 Cu g/t LS 0.007 - 0.16*6 Materiale recicl. kg/t sinter 42 - 113 Hg mg/t LS 16-149 *13 Sinter intern. reintrodus

kg/t sinter 230 - 375 Mn g/t LS 0.02 - 0.4*6

dupa separare Ni g/t LS 0.002 - 0.04*6 Pb g/t LS 0.04 - 7*6 Tl g/t LS 0.005 - 0.03*6 Energia V g/t LS 0.005 - 0.02 COG/BFgas/nat. gas

MJ/t sinter 57 - 200*2 Zn g/t LS 0.002- 1.8*6

cocs MJ/t sinter 1260 - 1380*3 HCl g/t LS 17 - 65 electricitate MJ/t sinter 96 - 114 HF g/t LS 1.4 - 3.5 NOx g/t LS 440 - 710 SO2 g/t LS 900 - 1850 CO kg/t LS 13 - 43 Aer comprimat Nm3/t sinter 1.2 - 3 CO2 kg/t LS 205 - 240*7 VOC*8 g/t LS 150*8 PAH*9 mg/t LS 115 - 915 PCDD/F µg I-TEQ/

t LS 0.5 – 6.5

Apa m3/t sinter 0.01 - 0.35 PCB*10 mg/t LS 1 – 13 Residuuri/ Prouse

secundare

pulberi*11 kg/t LS 0.9 – 15 namol*12 kg/t LS 0.3 Legenda: Apa uzata*12 m3/t LS 0.06 *1 Pana la1065 kg/t sinter in cazul utilizarii minereului cu continut redus de fier *2 Consumul depinde de eficienta instalatiei de aprindere *3 cu 28650 kJ/kg praf de cocs: 44 - 48 kg praf de cocs/t sinter *4 Factori de conversie (media ponderata a tuturor furnalelor si cuptoarelor pe oxigen din Europa producatoare de otel):

1160 kg sinter/t fonta; 940 kg fonta/t LS *5 Valori date pentru ESP; in cazul cicloanelor: 560-740 g pulberi/t LS; in cazul ESP + filtru sac: 10-30 g pulberi/t LS (o

instalatie in Europa) de la straturi; in cazul scruberului fin: <110 g pulberi/t LS (doua instalatii in Europa) *6 Valoarea redusa in cazul aplicatiei sistemelor de stinere si a scruberului fin dupa ESP sau ESP cu filtru sac secundar *7 Valori pana la 425 kg CO2/t LS in cazul utilizarii carbonatului de fier (II) ce contine minereu de fier descompus in

FeO si CO2 *8 Date doar de la o instalatie; VOC a fost masurat continuu cu un detector de ionizare cu flama (11 ciclurile de

masurare) *9 suma EPA 16, calculate de Borneff 6 (EPA 16 = Borneff 6 x 4) cu 2100 Nm3/ t sinter *10 suma tuturor PCB, calculate din (∑PCB 28+52+101+153+138+180) x 5 (factor 5 corespunzator

[UN-ECE, 1997]) si cu 2100 m3 gaz evacuat/t sinter; date disponibile doar de la 2 instalatii . *11 Daca o parte din pulbere se depoziteaza pe halda (pulberi din ultimul camp al electrofiltrului) *12

*13 Daca sistemul de scruber fin este aplicat Valoare mai mare daca este continu Hg in minereul de fier in cantitati relevante

Tabelul 4.1 : Datele de Input/output de la cinci instalatii de sinterizare in patru state membre diferite UE (Austria, Belgia, Germania si Olanda)

Datele de emisie reprezinta emisiile in aer dupa reducerea intregii instalatii de sinterizare (gazul evacuat de la linia de sinterizare, de la racirea sinterului, de la desprafuirea atmosferei cladirii, etc) Nu sunt disponibile informatiile referitoare la date ca metode de prelevare, metode de analiza, intervale de timp, metode de calcul si conditii de referinta; Tabelul 4.2 completeaza Tabelul 4.1 aratand factorii atmostferici de emisii (dupa reducere) pentru principalele operatii individuale a unei instalatii de sinterizare. Acest tabel prezinta continutul de SO2, NOx, CO si VOC al gazelor reziduale provenite de la fabrici distribuite de-a lungul U.E. Ar trebiu notat faptul ca mari cantitati de praf pot fi emise de la zonele de

Chapter 4

Production of Iron and Steel 31

descarcare si de la racirea sinterului. Acest lucru se datoreaza lipsei sau insuficientei tehnicilor de reducere [Studiul EC, 1996].

Chapter 4

32 Version June 99 HS / EIPPCB / I&S-BREF

pulberi HF HCl SO2 NOx CO CO2 VOC PAH PCDD/F PCB

[g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [kg/t LS] [g C/t LS] [mg/t LS]*2 [µg/t LS] *3 [mg/t LS]

Instalatii sinterizare

- concasare/amestecare < 5*5 n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r.

- gama liniilor de sinterizare *4

100 - 480*6(23) 0.4-57(18) 23-95(9) 490-3000(22) 75-1600(26) 7600-42500(24) n/a 50-150*11(7) n/a 1 - 10*3 n/a

x ± s 220±100 1100±600 550±310 23500±7300 108±36

- zona de descarcare*4 10 - 270*7 n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r.

- racirea sinterului*4 40 - 450*8 n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r.

- atmosfera din cladire - *9 n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r. n.r.

Date de la 5 instalatii de sinterizare*10

Vezi tabelul 4.1 "Input/output de la instalatiile de sinterizare"

Legenda: LS = otel lichid (otel brut); x±s = valoare medie si abaterea standard (calculate doar daca sunt suficiente date disponibile); n.r. = not relevant; n/a = not available

*1 Factori de conversie utilizati (media ponderata in toate furnalele si cuptoarele pe oxygen din Europa): 1160 kg sinter/t fonta; 940 kg fonta/t LS;

Factorii de emisie pentru metale grele sunt dati in tabelul "Input/output of sinter plants"

*2 suma EPA 16, calculate de Borneff 6 (EPA 16 = Borneff 6 x 4) cu 2100 Nm3 gaz emis/t sinter *3 in [µg I-TEQ/t LS], date de la [LAI, 1995; Theobald 1, 1995; UN-ECE, 1997; LUA NRW, 1997] *4 Date din [EC Study, 1996] *5 Date din [EC Study, 1996], insa fara 10% numeri mai mici sau mai mari (nu e verosimil) si fara considerarea ciclonilor ca tehnica de reducere, fapt pentru care emisiile sunt

semnificant mai mari (factor 2-4) *6 Calculate de la[EC Sinter/BF, 1995] cu 2100 m3 gaz evacuat/t sinter si verificat cu datele disponibile de la instalatiile de sinterizare *7 Datele doar de pe un amplasament; deseori gazul evacuate este tratat impreuna cu alte fluxuri precum gazele de la desprafuirea cladirii si gazele de la racirea sinterului *8 Calculate de la [EC Sinter/BF, 1995] cu 2000 m3 gaz evacuat /t sinter si verificate cu datele disponibile de la instalatiile de sinterizare; tratarea gazelor evacuate prin cicloni a condus

la emisii intre 100 si 450 g/t LS, prin filtrele sac semnificant mai mici bag filters significantly lower (40-110 g/t LS) *9 Gazele evacuate de la desprafuirea atmosferica a cladiri este deseori tratat impreuna cu gazelle de la operatii precum racirea sinterului si/sau/zona de descarcare/separare *10 Factorii de emisie de la 5 instalatii de sinterizare in EU 15 inclusiv toate sursele de emisie date in tabelul 4.1 "Input/output din instalatiile de sinterizare" *11 Date suplimentare de la instalatia germana de sinterizare (11 masuratori) conform [Dropsch, 1997]

Tabelul 4.2: Factorii de emisie in aer (dupa reducere) pentru operatii individuale de operare in instalatiile de sinterizare *1

Chapter 4

Production of Iron and Steel 33

4.2.2 Informatii asupra debitelor masice de emisie individuale Dupa cum a fost deja indicat emisiile gazoase provenite de la instalatia de sinterizare, in special de pe linia de sinterizare, sunt de o mare importanta pentru mediu. Atunci cand sunt aplicate tehnicile de diminuare pentru a reduce emisiile, se pot intampla efecte colaterale asupra mediului. Sunt date informatii detaliate mai jos cu privire la ambele aspecte atat al energiei cat si al emisiilor in aer, apa, conform urmatoarei structuri: 4.2.2.1 Informatii detaliate despre emisiile in aer • Emisii de pulberi de la manipularea, zdrobirea, sortarea granulometrica si transportarea

stocului de sinter si a produsului; • Emisiile gazelor de ardere de la linia de sinterizare; • Emisii de materie sub forma de particula provenite de la racirea sinterului;

4.2.2.2 Informatii despre emisiile in apa • Apa reziduala provenita de la tratarea gazelor de ardere (optional); • Apa de racire si spalare

4.2.2.3 Informatii despre rezidul solid • Reziduri solide provenite de la tratarea gazului de aredere (optional);

4.2.2.4 Informatii despre aspectele energiei • Necesarul energetic.

4.2.2.1 Informatii detaliate despre emisiile in aer

4.2.2.1.1 Emisii de particule materiale de la manipularea, concasarea, sortarea granulometrica si transportarea stocului de sinter si a produsului

Atunci cand materialele prime sau sinterul sunt manipulate, zdrobite, sortate sau transportate, au loc emisiile de materie sub forma de particule materiale. Emisiile de pulberi de la manipulare, zdrobire, sortare si transportare pot fi reduse cu ajutorul suprimarii, extragere sau retinere adecvate.

4.2.2.1.2 Emisiile din gazul rezidual provenit de la banda de sinterizare

4.2.2.1.2.1 Generalitati Dupa cum este mentionat in 4.1.3 debitul specific gazului de ardere este relativ mare (1500-2500 m3/t sinter). Tabelul 4.2 arata informatii cu privire la amestecul gazelor de ardere de la banda de sinterizare, ca un intreg. Desi compozitia gazului de ardere extras din cutiile de vant individuale variaza considerabil, arata anumite caracteristici. Figura 4.5 arata continutul CO2, CO, O2 si H2O din gazul de ardere de-a lungul benzii de sinterizare. Acesti parametrii de asemenea intervin cu reactii variate de echilibru. Curbe caracteristici sunt de asemenea disponibile pentru temperatura, plumb si continut SO2, NOx, PCDD/F (vezi Figura 4.8 si 4.1.4) si de asemenea pot exista pentru mai multi poluanti. In prezent cativa parametrii cum ar fi CO, CO2, H2O, O2, NOX si SO2 pot fi calculati cu modele adecvate [Neuschutz, 1996].

Chapter 4

34 Production of Iron and Steel

0

5

10

15

20

25

length of the sinter strand in [%]

H20

, 02,

C0 2

, CO

in [V

ol %

]

H20 [Vol %]O2 [Vol %]CO2 [Vol %]CO [Vol %]

Figura 4.5 : Profilul tipic al emisiilor de CO2, CO, O2 si H2O in gazul uzat (cutii de vant singulare) de-alungul benzii de sinterizare – dupa [Neuschütz, 1996]

4.2.2.1.2.2 Pulberile Analizele cantitative ale marimii granulei de praf din distribuirea provenit de la banda de sinterizare inaintea reducerii, arata doua maxime; una pentru praful cu granulatie mai mare (cu o marime a granulei de aproximativ 100 µm) si una pentru praful fin (0.1-1 µm) ( Figura 4.6). Aceasta caracteristica „amestec de praf din doua componente” poate fi explicat de existenta a doua procese de formare a prafului.

Figura 4.6 : Marimea granulelor si distribuirea greutatii dela diferitele benzi de sinterizare - dupa [Bothe, 1993]

Distribuirea marimilor granulelor

Chapter 4

Production of Iron and Steel 35

Praful granulos rezulta de la inceputul benzii si isi are originile in sarja de sinter si in stratul inferior, praful fin fiind format in zona de sinterizare dupa terminarea procesului de evaporare a apei din amestec. Compozitia prafului cu granulatie mai mare are legatura cu cea a sarjei de sinter si poate fi separata in precipitatori electrostatici( PES) cu eficienta mare. Praful fin, totusi, contine alcali si cloruri de plumb formate chiar in timpul procesului de sinterizare (vezi 4.1.3). Clorurile alcaline au o rezistenta specifica mare in praf (intre 1012 -1013 Ω cm) (Figura 4.7) si astfel formeaza un strat izolator pe electrozi. Acest strat cauzeaza probleme grave pentru instalatia de indepartare a prafului deoarece reduce eficacitatea electrofiltrelor [Bothe, 1993; Gebert, 1995]. Conform [Bothe, 1993] clorurile alcaline pot fi inlaturate doar cu o eficienta medie de aproximativ 60%. Acest praf fin inseamna ca, chiar si precipitatorii electrostatici conventionali bine proiectati si operati nu pot obtine in mod normal concentratii ale prafului mai mici de 100 - 150 mg/m3.

Figura 4.7: Rezistenta specifica a pulberilor de oxid de fier, clorurilor alcaline si sulfatilor - [Reiche, 1990]

Clorurile de plumb se comporta asemanator clorurilor alcaline, de aici emisiile de plumb relativ mari de la benzile de sinterizare ( vezi Tabelul 4.1). Praful fin emis contribuie la nivelurile de praf din mediu si sunt in atentia Directivei Consiliului 96/62/EC[ EC Aer, 1996] sub care limita valorilor pentru pulberi( PM 10) este luata in considerare, [EC LV, 1998], acest lucru poate influenta discutii viitoare cu privire la emisiile prafului provenit de la instalatiile de sinterizare.

4.2.2.1.2.3 Metalele grele Emisiile de metale grele de la instalatiile de sinterizare pot fi foarte semnificante, in special pentru plumb (vezi Figura 1.8).

Rez

istiv

itate

spec

ifica

pra

f

Chapter 4

36 Production of Iron and Steel

Plumbul In timpul procesului de sinterizare , plumbul reactioneaza in PbO-PbCl2, PbCl2 , de asemenea probabil si in PbCl4 . Acesti compusi de plumb sunt usor volatili si intra in faza gazoasa [Matzke, 1987]. Proprietatile lor (volatilitate, fara nici o crestere in plus a marimii granulatiei, cristalele foarte fine de PbCl2 ) dau o crestere a concentratiilor relativ mari a gazului de ardere brut (de pana la 70 mg Pb/Nm3, cu 2100 Nm3/t sinter, 150 g Pb/t sinter. Indepartarea eficienta realizata de ESP obisnuit bine proiectat nu este mare pentru particulele foarte fine. Astfel apar emisii considerabile de plumb in g Pb/t sinter (vezi Tabelul 4.1). De la depunerele de pe frunze se stie ca concentratiile din aerul ambiental din zona de impact a fabricilor de sinter pot fi in mod semnificativ ridicate in comparatie cu nivelul general, chiar daca emisiile sunt micsorate prin aplicarea foarte eficienta scruberelor umede dupa ESP obisnuit [UA-OÖ, 1998]. Cel mai important factor formarea clorurilor de plumb nu este concentratia de plumb din sarja de sinter (in mod normal 40 -100 g Pb/t sarja de sinter) ci concentratia de cloruri ( in mod normal 200 - 700 g Cl/t sarja de sinter) [ Matzke, 1987]. Pentru continutul de clor sunt raportate de asemenea cifre de zece ori mai mici [BS PCDD/F, 1998] care ar putea corela cu emisii de plumb mai mici. Profilul emisiilor compusilor de plumb de-a lungul benzilor de sinterizare arata faptul ca volatizarea plumbului se petrece in primele doua treimi ale benzii [Matzke, 1987]. Multe dintre fabricile de sinter din Europa sunt actionate folosind cicluri inchise de filtrare a prafului. Acest lucru inseamna ca toata pulberea din electrofiltru ESP este reciclata pe banda de sinterizare. Comparativ cu ciclurile deschise de filtrare a prafului (praful din ultimul camp al ESP, care consta in principal din alcali si cloruri metalice, estedepozitat in halde) fabricile cu ciclu inchis au emisii de alcaline si cloruri de metal [Matzke, 1987]. Nu a fost posibila de obtinerea unei cuantificari precisa al acestui efect non-neglijabil colateral. De asemenea se pot forma si fluoruri de plumb, in functie de continutul de fluor de la alimentarea sinterizarii. Acestea sunt mult mai volatile si contribuie de asemenea la emisiile de plumb generale. Mercur Mercurul intra direct in faza gazoasa in timpul procesului de sinterizare. Nivelurile emisiilor depind de continutul de mercur al cantitatii alimentate in sinterizare, dar sunt in mod normal foarte scazute. In cazul minereului de fier care contine cantitati importante de mercur, emisiile de mercur sunt considerabile. Intr-un astfel de caz emisii de aproximativ 15-54 µg Hg/Nm3 sau 38-136 mg Hg/t sinter sunt raportate atunci cand sunt aplicate ca tehnici de reducere un ESP bine construit si un scruber umed [Linz, 1996]. Valorile au fost determinate in 1994. Astfel de eliberari pot duce la concentratii in mediu semnificativ de mai mari (de ex. determinat la depunerie pe frunzele copacilor) in zona de impact al instalatiei de sinterizare [UA-OÖ, 1998]. Totusi, ca valoare medie, concentratia de mercur din aerul ambiental a fost determinata ca fiind de 0.18-0.19 ng Hg/m3 , fiind cu mult mai mica decat standardele prescrise. Zinc Continutul de zinc din sarja este in mod normal la un nivel de 70 - 200 g Zn/t sarja de sinter [Matzke, 1987]. La temperaturi ridicate in zona de ardere/calcinare/oxidare (vezi Figura 4.3) zincul se evaporeaza si reactioneaza ulterior pentru a forma zincul feritic, care fie ramane in sinter [Matzke, 1987] fie poate fi indepartat folosind ESP bine proiectat si operat cu eficienta maxima. Temperatura din timpul procesului de sinterizare, influentata in principal de continutul de cocs al mixturii, poate avea o influenta semnificativa asupra volatizarii zincului. In cazul gazului brut, zincul poate fi prezent la nivele de pana la 50 mg Zn/Nm3 sau 100 g Zn/t sinter [Bothe, 1993]. Gazul de ardere tratat poate contine pana la 1.65 g Zn/t sinter (vezi Tabelul 4.1) care poate fi semnificativa pentru mediu.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 37

4.2.2.1.2.4 Clorurile alcaline Continutul de alcaline al sarjei de sinter variaza in mod normal de la 600 - 1000 g K2O/t sarja alimentata la sinter si 250 - 500 g Na2O/t sarja sinter alimentata [Matzke, 1987]. In unele3 cazuri, depinzand de calitatea minereului, a fost raportat pana la 3000 g K2O/t sarja de sinter. Formarea clorurilor alcaline in timpul procesului de sinterizare si a impactuladvers al eficientei indepartarii ESP a fost deja explicata mai sus (vezi “pulberile”).

4.2.2.1.2.5 Oxizii de sulf (SOx) Oxizii de sulf (in principal SO2) din gazul de ardere provin de la combustia compusilor de sulf in sarja de sinter. Acesti compusi de sulf sunt in primul rand introdusi prin praful de cocs. Contributia de la minereul e fiereste in mod normal aproximativ de zece ori mai mica. Furnizarea totala de sulf variaza intre 0.28-0.81 kg/t sinter [InfoMil, 1997]. Concentratiile emisiilor pentru SO2 in mod normal sunt de 400 - 1000 mg SO2/Nm3 sau 800 - 2000 g SO2/t sinter (vezi Tabelul 4.1) [Bothe, 1993]. Aceste valori reprezinta concentratiile obisnuite ale gazului de ardere de la banda de sinter, in ansamblu. Totusi, proliful emisiilor de-a lungul benzii de sinterizare variaza in mod clar cu diferente considerabile in concentratiile de SO2 in cutiile individuale de vant de la furnale (Figura 4.8).

Figura 4.8: Profilul emisiilor tipice pentru SO2 and NOx in gazul uzat (cutii de vant individuale) si curba temperaturii de-alungul benzii de sinterizare - dupa [Neuschütz, 1996]

La inceputul benzii continutul de SO2 este scazut. Numai atunci cand temperaturile din stratul de jos al sinterului sunt ridicate, se ating cresteri considerabile ale emisiilor. Cele mai mari concentratii se petrec la sfarsitul benzii, inainte sa inceapa racirea sinterului. Aceste profile ale emisiilor pot oferi posibilitatea, daca se cere, de tratare numai a unei singure parti a gazului de ardere. Emisiile SO2 mentionate mai sus sunt atinse prin folosirea materialelor prime cu continut mic de sulf si prin minimalizarea consumului de combustibil. In timp ce in anii optzeci furnizarea prafului de cocs de aproximativ 80 kg/t sinter era ceva obisnuit, consumul curent este de 38 - 55 kg/t sinter [Lüngen, 1991]. In afara de furnizarea sulfului in materialele prime, exista si alti factori care influenteaza cantitatea de SO2 emisa. Unul din acesti factori este masura in care

0

100

200

300

400

500

600

700

length of the sinter strand in [%]

mg

NO

x / N

m3 ; m

g SO

2 / N

m3 x

fact

or 5

0

50

100

150

200

250

300

350

Tem

pera

ture

[o C]

NOx [mg/Nm³]

SO2 [mg/Nm³] x 5

T [°C]

Lungimea benzii de sinterizare

Chapter 4

38 Production of Iron and Steel

sulful este este inclus in sinter. Acest lucru depinde de gradul bazic al sarjei sinterului. La bazicitatile de pana la 1, mai mult de 90% din sulf se volatizeaza. Acest procent scade la bazicitati mai mari de 1.5 [Bothe, 1993]. La o bazicitate de 2, 80 - 90 % din sulf este eliberat. In Germania bazicitatea sinterului a crescut la o medie de 1.7 inca din anii saptezeci pentru a atinge incarcarea automata si acest lucru este reprezentativ pentru Europa ca un intreg (Figura 4.9). Acesta a contribuit la scaderea emisiilor SO2 , dar numai putin. Mai mult decat atat, asimilarea sulfului de sinterul cu grad de bazicitate ridicat este posibila numai atunci cand este folosit CaCO3 ca alcaline si nu cu MgCO3 [Bothe, 1993].

Figura 4.9 : Compunerea medie a sinterului in Germania - [Stahl, 1995]

Efectul usor pozitiv al CaCO3 asupra emisiilor SO2 este neutralizat de catre efectele adverse rezultand din cresterea specifica a rezistivitatii prafului, cauzata de bazicitatea ridicata, ducand la scaderea eficientei indepartarii prafului prin ESP (Figura 4.10).

Figura 4.10 : Influenta bazicitatii sinterului (CaO/SiO2) asupra rezistivitatii prafului - [Bothe, 1993]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 39

Distribuirea marimilor granulelor prafului de cocs are o importanta semnificativa asupra emisiilor SO2 . Folosirea prafului de cocs cu granulatie mai mare (5mm - 6mm) in loc de marimile normale ale granulei ( <3mm) pot reduce considerabil emisiile SO2 . A fost raportat un exemplu in care emisiile SO2 de aproximativ 800 mg SO2/Nm3 folosind praf granulat fin (1mm) au fost reduse la 500 mg SO2/Nm3 dupa trecerea pe praf de cocs cu granulatie mai mare (6mm) [Beer, 1991].

4.2.2.1.2.6 Fluorurile Emisiile fluorurilor depind in primul rand de continutul de fluor al minereului si de bazicitatea sarjei de sinter. Minereurile bogate fosfor contin cantitati semnificative de fluor (1900 – 2400 ppm). In Europa astfel de tipuri de minereu sunt exploatate si exportate in special din Suedia (Kiruna D, Graengesberg) [Bothe, 1993]. Emisiile de fluor depind puternic de bazicitatea sarjei de sinter (Figura 4.11). Cresterea in bazicitate a sarjei de sinter (vezi Figura 4.9) din ultimele doua decenii a dus la emisii ale fluorurilor semnificativ mai mici. Dupa cum a fost mentionat mai sus, un dezavantaj al sarjei de sinter cu bazicitate ridicata in generarea prafului cu rezistivitate specifica a prafului ridicata (vezi Figura 4.10). conform Tabelului 4.1 emisiile de fluor sunt de 1.3 - 3.2 g F/t sinter sau (cu 2100 Nm3/t sinter) 0.6 - 1.5 mg F/Nm3 .

Figura 4.11: Relatia dintre emisiile de fluor bazice de la alimentarea sinterizarii - [Bothe, 1993]

4.2.2.1.2.7 Oxizii de azot (NOx) Temperaturile la frontul flacarii din banda de sinterizare cu stabilitate inerenta a cauzat formarea NOx . Acest NOx se poate forma in trei feluri: combustia compusilor organici de azot in sarja de sinter (“combustibil - NOx"); reactia componentilor descompusi cu azot molecular (N2) in zona de combustie ("prompt-NOx"); si reactia oxigenului molecular (O2) cu azot molecular (N2) in aerul de combustie (“NOx termal”). Combustibilul NOx poate fi cel mai important reprezentand aproximativ 80% din total, dar de asemenea Nox termal poate fi dominant de 60 – 70% [InfoMil, 1997]. In Tabelul 4.1 sunt mentionati factorii de emisie de 400 - 650 g NOx/t sinter, ceea ce semnifica concentratii ( cu 2100 Nm3/t sinter) de 200 - 310 mg NOx /Nm3 . Sunt

Bazicitate

Continutul de fluor in incarcatura:

Emis

ia p

oten

tiala

de

fluor

ura

Chapter 4

40 Production of Iron and Steel

raportate concentratii ale emisiilor de pana la 700 mg NOx /Nm3 , care au legatura in primul rand cu continutul de azot din combustubili [Bothe, 1993]. Cand sunt determinate concentratiile de NOx la cutii de vant individuale, se poate vedea faptul ca emisiile de NOx nu sunt uniform distribuite de-a lungul benzii de sinterizare. Totusi, comparativ cu SO2 diferentele nu sunt asa de importante (Figura 4.8).

4.2.2.1.2.8 Hidrocarburile Emisiile de hidrocarburi constau in principal din produsi formati de la piroliza si combustia incompleta a materialelor dure care contin carbon. Rezidurile reciclabile, cum ar fi resturile de laminare (continand pana la 10% petrol [Gebert, 1995] provenit de la procesele de laminare sunt principalele surse ale emisiilor de hidrocarburi din banda de sinterizare [Gebert, 1995; Pütz, 1996]. Majoritatea otelariilor integrate au introdus standarde interne pentru continutul de petrol al rezidurilor reciclabile in banda de sinterizare ( unele < 0.1%, unele < 0.5% si unele <1%) pentru a evita problemele operationale cu ESP ( oxidare, incingerea la rosu) si de asemenea pentru a minimaliza emisiile. Emisiile hidrocarburilor sunt un rezultat al evaporarii inainte ca zona de oxidare/incinerare (vezi Figura 4.3) sa atinga straturi joase de banda de sinterizare. Aceste emisii includ gazul metan, compusi alifatici, fenoli, olefini si hidrocarburi aromatice. (Gebert, 1995; Bothe, 1993). Concentratii ale emisiilor raportate, ca determinate cu detectori de ionizare cu flacara, sunt 49 - 109 mg C/Nm3 ( 11 masuratori, x±s: 66±18 mg C/Nm3) [Dropsch, 1997] si 20 - 90 mg C/Nm3

(32 masuratori, x±s: 51±21 mg C/Nm3) [BS PCDD/F, 1998]. Aceste emisii depind in mod direct de input.

4.2.2.1.2.9 Dibenzo-p-dioxine si furane policlorurate (PCDD/F) Numai de putin timp a devenit clar faptul ca fabricile de sinter pot fi o sursa semnificativa a emisiilor (PCDD/F) [Broeker, 1993; Lahl, 1994]. Intr-unul din cazuri, concentratiile emisiilor au fost determinate pana la 43 ng I-TEQ/Nm3 ( analiza dupa reducere) [Broeker, 1993]. Ca urmare a optimizarii procesului, in special prin controlul alimentarii, concentratiile emisiilor actuale in mod normal sunt intr-un interval de 0.5 - 5 ng I-TEQ/Nm3 reprezentand (cu 2100 Nm3/ t sinter) 1 - 10 µg I-TEQ/t sinter [LAI, 1995; Theobald 1, 1995; UN-ECE, 1997; LUA NRW, 1997]. Acesti factori/concentratii ale emisiilor se refera la emisiile de dupa reducere, realizata de obicei prin utilizarea electro-filtrului cu trei – patru campuri. Nu exista nici o explicatie exhaustiva pentru emisiile PCDD/F (cantitati si distributia omologilor si de acelasi fel, formarea mecanismelor etc.). urmatoarele observatii sunt considerate importante:

- cu privire la PCDD/F, precipitatorii electrostatici la desprafuirea primara a instalatiilor de sinterizare ating doar rate scazute ale separarii. Acest lucru este documentat prin faptul ca nu exista nici o schimbare detectabila in profilele PCDD/F:

- distribuirea omologilor si de acelasi fel PCDD/F (profilul PCDD/F) este similara asa-zisei „profilului termal PCDD/F” [Pütz, 1996] cu un procentaj ridicat al tetra/penta-CDF si, cand este comparat cu PCDF, profilele indistict PCDD cu dispersie mult mai pronuntata al omologilor:

- gazul de ardere al fabricilor de sinter studiat prezinta doar dispersii minore ale concentratiilor maselor al grupurilor de omologi PCDD/F”.

- la 40 pana la 60% 2,3,4,7,8-penta-CDF reprezinta de departe cea mai mare proportie a echivalentilor toxicitatii (Figura 4.12)

Chapter 4

Production of Iron and Steel 41

Figura 4.12 : Profil tipic omolog de grup al gazului residual brut al instalatiei de sinterizare (inainte de reducere) pentru 6 masuratori - [Pütz, 1996]

Investigatii recente au aratat faptul ca pentru sintezele novo exista doi precursori complet diferiti si cai de reactie conducand la PCDD si PCDF. Sintezele de novo al PCDD de la actionarea carbonului se realizeaza, cel putin partial, prin condensarea inelelor intermediare de fenil, ex. fenoli. In contrast, reactiile care implica compusi numai din fenil nu au nici un rol in sinteza noua a PCDF din carbon. In cazul PCDF precursorii sunt structuri de fenilbenzen semefabricat. [Stieglitz, 1997]. In gazul de ardere al fabricilor de sinter domina PCDF, sugerand ca precursorii cu structura cu inel de fenil sunt mai putin importante dacat formarea PCDF din structuri de carbon solid si in cloruri organice. Carbonul si clorurile se gasesc in sarja de sinter ca sa nu poata limita factorii pentru formarea PCDD/F. Acest considerent nu suporta direct colerarea pozitiva raportata dintre hidrocarburile volatile din sarja de sinter si concentratia de PCDD/F din gazul de ardere [Gebert, 1995; Pütz, 1996]. Dar alte surse indica nici o corelare clara intre emisiile PCDD/F si continutul de hidrocarburi(volatile) din sarja de sinter sau din gazul de ardere (Figura 4/13).

Figura 4.13 : corelarea inte concentratia PCDD/F No si concentratia de COV (FID masuratori) in gazul residual al instalatiilor de tratare (coeficientul de corelare r = 0.25) - [BS PCDD/F, 1998]

Supa cum a fost raportat pentru alti parametri (vezi Figura 4.5 si Figura 4.8) exista de asemenea un profil al emisiilor de-a lungul benzii de sintetizare pentru PCDD/F ( Figura 4.14). dupa

Concentratia COV in gazul rezidual

Chapter 4

42 Production of Iron and Steel

evaporarea totala al umezelii, temperatura creste ( vezi Figura 4.5) si atunci pare a corela cu emisiile PCDD/F ( Figura 4.14). O singura explicatie este posibila pentru aceste observatii, aceea ca PCDD/F sunt formati in regiunile de sus al stratului de sinter, si apoi se condenseaza pe sarja de racire aflata dedesubt si ulterior suferind reactii aditionale si re-volatizarepe masura ce zona de combustie trece prin strat.

Figura 4.14 : PCDD/F si profilul temperaturii in gazului evacuate in banda de sinterizare - [Pütz, 1996]

Alt factor poate fi echilibrul Deacon (2 HCl + ½ O2 H2O + Cl2), care transfera partea clorurii cu continutul cu umezeaza scazuta. Influenta acestei reactii ramane neclara. Profilul distinc al PCDD/F ofera posibilitatea de tratare a partilor mult mai concentrate al gazului de ardere.

4.2.2.1.2.10 Bifeniul policlorurat (PCB) Desi a fost sustinut pentru o perioada foarte lunga faptul ca nu exista nici o sinteza de novo in procesele termale, s-a aratat faptul ca acestea exista [Blaha 1995; Hagenmaier, 1996; Scholz 1997]. PCB se poate forma in aceleasi conditii ca acelea descrise mai sus pentru PCDD/F. Oricum, in timpul formarii sale nu mai are loc nici o variatie a fenilului. Intr-o reactie ulterioara PCB produs poate suferi o inchidere circulara pentru obtinerea PCDF, dar nu a PCDD [Scholz, 1997]. Astfel, ca si in cazul penru PCDF, nu sunt necesari precursori aromatici pentru a se forma. PCB poate fi de asemenea prezent in materialele prime. Concentratiile PCB in praful de cocs si minereurile de fier sunt raportate a fi in jurul la 1 - 1.6 mg/t iar calculatii limitate pentru o singura instalatie de sinterizare a indicat un potential input de 850 µg/t sinter gradat [BS PCDD/F, 1998]. Este clar faptul ca exista o posibilitate ca PCB ar putea fi distrus in zona de combustie ( vezi Figura 4.3) dar trebuie tinut minte ca procesul de combustie nu asa de intens in incineratorii de deseuri, spre exemplu, si putin probabil ca tot PCB din procesul din procesul de aer sa fie distrusi in zona de combustie. Mai mult decat atat, PCB sunt relativ volatili si ar putea fi antrenati deoarece incarcatura este incalzita stratul de catre produsii gazosi ai combustiei inaintea zonei de combustie [BS PCDD/F, 1998].

Nr. de cutii de vant

Chapter 4

Production of Iron and Steel 43

Date privind emisiile PCB de la instalatiile de sinter sunt valabile numai din 2 instalatii ( vezi Tabelul 4.1). Pentru acestea factorii emisiilor sunt 1 - 12 mg ∑PCB/t sinter. Acest nivel de concentratie este relativ ridicat si poate fi de importanta pentru mediu.

4.2.2.1.2.11 Compusi organohalogeni ulteriori The presence of PCDD/F and PCB can be considered as indicators for the formation of organohalogen compounds such as chlorobenzenes, chlorophenols, chloronaphthalenes etc. [Stieglitz, 1997]. Thus these compounds have to be expected in the waste gas of sinter plants.

4.2.2.1.2.12 Hidrocarburi aromatice policiclice (PAH) Dupa cum este mentionat in 4.13 reactiile in stratul de sinter sunt complexe. Procesul de combustie nu este omogen si este incomplet, rezultand in cantitati semnificative de hidrocarburi aromatice policiclice ( PAH) produse. Cat pentru PCB, datele despre emisiile PAH sunt disponibile numai pentru cateva fabrici de sinter (vezi Tabelul 4.1). Factorii emisiilor de105 - 840 mg ∑EPA16/t sinter indica importanta emisiilor PAH.

4.2.2.1.3 Emisiile de pulberi de la racirea sinterului Dupa caderea de pe marginea gratarului de sinterizare, sinterul produs este zdrobit, separat si racit. In aceste operatii exista un potential pentru emiterea prafului, compozitia din care este fundamental de sinterizare. Atunci cand aerul folosit pentru racire pentru a se utiliza caldura cedata, praful din sinterul cernut si racit este de asemenea returnat procesului. Atunci cand aerul nu este reciclat procesului emisiile particulelor de materie sunt de obicei reduse printr-un precipitator electristatic. Adesea gazul de ardere din racitor este tratat impreuna cu gazul de ardere extras din zona de descarcare. Praful precipitat poate fi reciclat procesului de sinterizare. Instalatia de reducere a prafului a gazului de ardere din zona racirii sinterului si zona de descarcare lipseste adesea, desi emisiile de praf sunt considerabile (40 - 450 g/t sinter) [EC Study, 1996] care este cel putin in acelas rang ca si emisiile de praf din banda de sinterizare (vezi Tabelul 4.2). Totusi compozitia prafului este diferita fata de praful emis de la banda de sinterizare in special fara/emisii foarte mici ale clorurilor alcalide si micropoluantii organici).

4.2.2.2 Informatii despre emisiile in apa

4.2.2.2.1.1 Apa de clatire Tipul de procese dintr-o fabrica de fier si otel cauzeaza in mod inerent depuneri ale prafului in imprejurimile fabricii. Pentru a preveni patrunderea acestuia in apa de suprafata, aceasta ar trebui indepartat, de preferabil prin tehnici de uscare. Cateva fabrici, totusi, folosesc tehnici de curatare a apei de clatire. Apa reziduala rezultata contine substante solide suspendate (incluzand metalele grele) si este de obicei tratata inainte de descarcare. Spre exemplu, intr-o fabrica de sinter cu o productie de aproximativ 11.000 tone de sinter pe zi, debitul apei de clatire este de aproximativ 460 m3/zi. Aceasta apa reziduala este tratata prin sedimentarea in circiutul de

Chapter 4

44 Production of Iron and Steel

recirculare si a intensificat stabilirea prioritara a descarcarii [InfoMil, 1997]. Nu sunt disponibile date de la alte fabrici.

4.2.2.2.1.2 Apa de racire In instalatiile de sinterizare, apa de racire poate fi folosita pentru racirea hotelor de aprindere si a ventilatoarelor ca si pentru masinele pentru sinter. Intr-o otelarie integrata care produce 4 Mt pe an, racitorul fabricii de sinter ar necesita un debit al apei de aproximativ 600 m3 pe ora [EC Haskoning, 1993]. Apa de racire este in mod normal reciclata in totalitate.

4.2.2.2.1.3 Apa reziduala de la tratarea gazului de ardere Apa reziduala rezultata de la tratarea gazului de ardere va fi generata numai daca este folosit un sistem de reducere umed. Deditul apei contine solide suspendate (incluzand metalele grele), compusi organohalogeni cum sunt PCDC/F si PCB,HAP, compusi de sulf, fluoruri si cloruri. De obicei este tratata inainte descarcare. Cantitatea si calitatea a acestui tip de apa reziduala este descrisa mai in detaliu la “efectele colaterale” in descrierea tehnicii implicate (vezi EP. 4).

4.2.2.3 Informatii cu privire la deseurile solide In mod normal toate deseurile solide provenind de la fabrica de sinter (praful de la mijloacele de desprafuire si fractiunile de sortare) sunt reciclate pe banda de sinterizare. In orice caz, pot fi doua exceptii: Prima este cu privere la namolul rezultat de la sistemele umede de tratare a gazului de ardere, care este pus in halde. In prezent, in Europa exista numai doua fabrici care folosesc un astfel de sistem. Cea de-a doua exceptie este filtrul de praf de la ultimul camp al precipitatorilor electrostatici (ESP). Dupa cum este mentionat in 4.2.2.1.2.3, majoritatea fabricilor de sinter din Europa sunt operate folosind cicluri de praf inchise complet [ Bothe, 1993]. In orice caz, unele fabrici exclud praful fin de la ultimul camp al ESP. Acest praf consta in principal din alcali si cloruri metale. Acest asa-zis filtru de praf partial deschis este realizat pentru a imbunatati operarea ESP sau (intr-un singur caz) al sacului filtrului, sau pentru a reduce emisiile substantelor alcaline si a clorurilor metalice.

4.2.2.4 Information about energy aspects Studiul Comitetului European al Furnalului asupra datelor operationale pentru instalatiile de sinterizare (1996) dezvaluie faptul ca instalatiile de sinter folosesc 1125 – 1920 MJ/t sinter de energie termala (combustibili solizi incluzand cenusa zburatoare si combustibil inflamator), cu un consum obisnuit de 1480 MJ/t sinter. Acestea sunt 39.5 – 67 kg praf de cocs echivalenti/t sinter, cu o medie de 52kg praf de cocs echivalenti/t sinter. Consumul electric total este in domeniu de 68 – 176 MJ/t sinter, cu o media de 105 MJ/t sinter. Exista numai o mica diferenta in consumul de combustibil intre sinterul cu bazicitate scazuta (< 1.7 CaO/SiO2) si sinter cu bazicitate ridicata (≥ 1.7 CaO/SiO2). Tabelul 1.4 arata date preluate de la cinci fabrici de sinter carora corespund aceste date numerice. Cocsul este input-ul dominant al energiei fabricii de sinter (aproximativ 85%), cu electricitate si gaz (GOG si/sau gaz BF si/sau gaz natural) aprovizionand restul in parti egale. Output-urile principale de electricitate sunt prin gazul de ardere, evaporarea apei, reactie energiei necasara si sinterul insusi. Racirea sinterului este adesea combinata cu recuperarea caldurii sensibile.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 45

4.2.2.5 Informatiile referitoare la emisiile de zgomot Urmatoarele surse de zgomot sunt dominante in instalatiile de sinterizare: • Ventilatoarele gazului de ardere al sinterului • Ventilatoarele de racire a sinterului

Chapter 4

46 Production of Iron and Steel

4.3 Tehnicii care trebuie luate in considerare in determinarea BAT

Aceasta sectiune priveste tehnicile de proces-integrate si cele la final de proces pentru protectia mediului si economisirea energiei la fabricile de sinter. O descriere a fiecarei tehnici, nivelele atinse ale principalelor emisii, aplicabilitatea, monitorizarea emisiilor, efectele colaterale, fabricile de referinta, date operationale, stimulii de imlementare economici sunt date in acele cazuri unde informatii relevante sunt disponibile si potrivite. 4.3.1 Tehnici integrate de proces Urmatoarele tehnici proces-integrate sunt cunoscute a fi folosite la fabricile de sinter: PI. 1 Optimizarea procesului pentru minimalizarea a emisiilor PCDD/F PI. 2 Reciclarea rezidurilor care contin fier in fabrica de sinter PI. 3 Micsorarea continutului de hidrocarburi volatile din materia alimentata PI. 4 Micsorarea continutului de sulf din alimentarea sinterului PI. 5 Recuperarea caldurii de la procesul de sinterizare si racirea sinterului PI. 6 Sinterizare cu strat superior PI. 7 Recircularea gazului de ardere ex. Optimizarea Emisiilor Sinterizarii (OES)

PI. 8 Recircularea sectionala a gazului de ardere 4.3.2 Tehnicile la final de proces Urmatoarele tehnici la final de proces sunt cunoscute a fi folosite la fabricile de sinterizare: EP.1 Electrofiltrul (ESP) EP.2 Filtru textil EP.3 Ciclon EP.4 Scruber umed, e.g. Airfine EP.5 Desulfurarea EP.6 Carbune activ regenerativ (RAC) EP.7 Reducerea catalitica selectiva (SCR)

Chapter 4

Production of Iron and Steel 47

4.3.1 Tehnicile integrate de proces PI.1 Optimizarea procesului pentru reducerea emisiilor de PCDD/F Descrierea: Cercetarea intensa a formarii dibenzo- dioxinelor si furanelor policlorurate (PCDD/F) in procesul de sinterizare [BS PCDD/F, 1998] au aratat faptul ca PCDD/F sunt formati in insusi stratul de sinter, probabil chiar inaintea flacarii frontale pe masura ce gazele fierbinti sunt atrase in strat (vezi 4.2.2.1.2.9). A fost de asemenea aratat faptul ca din ruptura propagarii flacarii frontale, ex. operatii de stare tranzistorii, rezulta in emisiile PCDD/F ridicate. De aceea solutia a fost de a opera procesul de sinterizare intr-un mod consistent posibil in termeni vitezei benzii, compozitiei stratului (amestecare consistenta a materialelor la inputul de clor), nivelul stratului, folosirea adaosurilor cum ar fi oxidul de calciu varul nestins calcinat si controlul continutul de ulei de la laminoare la un nivel consistent de <1% si pastrarea benzii, conductele si ESP pentru a minimiza pe cat posibil cantitatea de intrare a aerului in operatie. Aceasta adauga avantaje in sensul performantei operationale (productivitate, calitatea sinterului). Nivelurile de emisie principale atinse: Dintr-un total de 41 de probe luate de la patru situri din U.K a fost atinsa o medie de 1.0 ng I-TEQ/Nm3 . O scara tipica este de 0.5-1.5 ng I-TEQ/Nm3, desi majoritatea mostrelor sunt aproape de 1 ng I-TEQ/Nm3 . Mostrele au fost obtinute folosind Metode 23 US EPA. Analiza PCDD/F este efectuata in laboratoare de descoperire a substantelor organice acreditate. Rezultate detaliate sunt prezentate in Tabelul 4.3. totusi la alte fabrici din Statele Membre a U.E care folosesc aceleasi conditii operationale sau similare astfel de valori scazute nu pot fi atinse. In Germania de obicei sunt atinse valori de 2-3 ng I-TEQ/Nm3 de la o singura fabrica sunt raportate valori de la 5 la 6 ng I-TEQ/Nm3 . Nu a putut fi identificata nici o masura specifica care sa permita atingerea niveluri de emisii relativ mici a PCDD/F, mai exact pare a fi o combinatie de un numar de masuri mentionate mai sus. Aplicabilitatea: Poate fi aplicat la fabricile noi si deja existente. Efecte colaterale: Folosirea energiei este minimalizata printr-o consistenta de operatii. Nu exista efecte negative colateraleasupra mediului. Instalatii de referinta: British Steel Scunthorpe, British Steel Teesside, British Steel Port Talbot, British Steel Llanwern (2 instalatii). Exista fabrici de sinter suplimentare in U.E care sunt operate intr-o maniera similara. Operatori partiali pot confrma existenta acestor nivele de emisii scazute (0.5-1.5 ng I-TEQ/Nm3) dar altele ating concentratii semnificativ mai mari pana la 5-6 ng I-TEQ/Nm3. Date operationale: Optimizarea procesului poate rezulta in realizarea operationala imbunatatita in termeni ai productivitatii complete mari si calitatea sinterului consistent . Aspecte economice: Nu exista costuri de instalatie si exista beneficii operationale de la consistenta operatiilor. Literatura de referinta: [BS PCDD/F, 1998]

Chapter 4

48 Production of Iron and Steel

British Steel Teesside (Redcar)

British Steel Scunthorpe

British Steel Port Talbot

British Steel Llanwern

Banda B Banda C Date de

prelevare PCDD/F

[ng I-TEQ/Nm3] Date de

prelevare PCDD/F

[ng I-TEQ/Nm3 Date de

prelevare PCDD/F

[ng I-TEQ/Nm3 Date de

prelevare PCDD/F

[ng I-TEQ/Nm3 Date de

prelevare PCDD/F

[ng I-TEQ/Nm3 08/03/95 1.0 20/02/95 0.6 24/02/95 1.6 09/04/97 1.6 11/04/95 1.0 09/03/95 1.7 20/02/95 0.7 24/02/95 0.9 10/04/97 1.3 11/04/95 0.4 26/04/95 0.7 20/02/95 1.0 24/02/95 0.6 11/04/97 1.1 12/04/95 0.6 26/04/95 0.9 06/07/95 1.1 19/04/95 1.0 11/04/97 1.0 12/04/95 0.5 27/04/95 0.9 06/07/95 1.4 19/04/95 0.7 09/06/95 1.4 27/04/95 1.2 06/07/95 1.1 20/04/95 1.0 17/12/96 1.0 06/07/95 0.9 20/04/95 1.2 17/12/96 1.0 17/05/96 1.5 20/07/98 0.6 17/05/96 1.3 21/07/98 0.6 18/05/96 1.3 21/07/98 1.5 30/06/97 1.5 04/08/98 1.2 04/08/98 0.3 04/08/98 0.8 Domeniu: 0.6 – 1.7 Domeniu: 0.3 – 1.5 Domeniu: 0.6 – 1.6 Domeniu: 1.0 – 1.6 Domeniu: 0.4 – 1.4 Medie: 1.0 (n = 11) Medie: 1.1 (n = 14) Medie: 1.0 (n = 7) Medie: 1.25 (n = 4) Medie: 0.8 (n = 5)

Tabelul 4.3: Emisiile de PCDD/F de la cinci instalatii de sinterizare dupa optimizarea procesului (pentru a reduce emisiile PCDD/F)

Chapter 4

Production of Iron and Steel 49

PI.2 Reciclarea materialelor care contine fier in instalatia de sinterizare Descriere: O otelarie integrata genereaza produse secundare, in principal alcatuite din resturi de fier provenit de la uzinele de laminat si o varietate larga de praf si namoluri de la dispozitivele de tratare a gazului de ardere. Oricand aceste prafuri, namoluri si resturi de laminare au un continut destul de ridicat de fier sau carbon (in mod normal > 50%), acestea putand fi considerate pentru folosirea ca materie prima in fabrica de sinter. Materialele cu continut ridicat de oxid de calciu, cum ar fi zgura de otel poate fi de asemenea acceptat, reducand input-ul de oxid de calciu. In prezent, aproape toate fabricile de sinter din lume recicleaza prafurile, namolurile si resturile de la laminoare. In majoritatea fabricilor acestea constituie 10 – 20% din alimentarea sinterizarii. Cel putin o fabrica foloseste 100% prafurile, namoluri, zgura si aditivi. Principalele beneficii ale mediului atinse: Cantitatea de materie prima economisita este egala cu cantitatea de namoluri, prafuri si resturi de laminare utilizate. In plus, aruncarea permanenta a acestor produse secundare este evitata. Din acest punct de vedere, fabrica de sinter are o functie importanta intr-o fabrica integrata de fier si otel. Aplicabilitatea: Se pot aplica la instalatiile noi si existente Efecte colaterale: Unele produse secundare au un continut de ulei considerabil, care poate duce la emisii ridicate ale hidrocarburilor si (posibil) PCDD/F. In plus, componente nedorite (alcaline,cloruri) pot fi acumulate ca rezultat al reciclarii si cauzeaza emisii ale gazului de ardere crescute. Conformandu-se limitelor emisiilor existente, ar putea fi necesar de a instala echipamente imbunatatite de reducere (ex. filtru textil sau tehnici ESP imbunatatite/avansate). Acest lucru ar avea o influenta puternica asupra generarii prafului si a aspectelor economice (Comentariile UBA, 1997). Instalatii de referinta: (Aprope) toate fabricile de sinter din intreaga lume recicleaza slamurile, prafurile si resturile de la laminoare. Merita mentionata fabrica de sinter a Warren Consolidated Industries, Youngstown Sinter Company, Warren, Ohio, USA. In 1992, aceasta fabrica folosea numai prafuri/noroaie si zgura care contine fier ca o sursa de fier pentru fabrica de sinter. Date operationale: Este posibila operarea fara probleme. Aspecte economice: Costurile economisite pentru materia prima si costurile de prevenire pentru evacuarea sau procesarea deseurilor. Aspecte de implementare: In multe cazuri sunt posibilitati limitate pentru depozitarea rezidurilor/produselor secundare pe halde. Suplimentar, costurile considerabile (taxe pentru depozitarea pe halde corespunzatoare standardelor stricte) precum si cerintele legale sunt cele mai importante forte motrice pentru implementarea a masurilor pentru a optimiza reciclarea. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997; Rentz, 1996]

Chapter 4

50 Production of Iron and Steel

PI.3 Micsorarea continutului hidrocarburilor volatile la alimentarea in sinterizare Descrierea: Input-ul de hidrocarburi poate fi minimalizat, in special prin reducerea input-ului de ulei si prin evitarea de asemenea a antracitului. Uleiul intra in alimentarea de sinter in principal prin adaugarea resturilor de la laminoare. Continutul de ulei din resturile de laminare poate varia semnificativ, depinzand de originea acestora. Uneori, continutul de ulei este gasit a fi de pana la 10% [Gebert, 1995]. Continut scazut de ulei in praful reciclat si resturile de laminare este preferat din cateva motive (evitarea focului si oxidarii in ESP sau in filtrul textil). Continut ridicat de ulei ar putea de asemenea da nastere emisiilor PCDD/F ridicate (vezi 4.2.2.1.2.8). Continut scazut de ulei duce la emisiile VOC scazute. Majoritatea hidrocarburilor din ulei se volatizeaza din amestecul de sinter la temperaturi situate intre 100 pana la 800°C si sunt emise de la fabrica de sinter prin gazul de ardere. Doua “tehnici” pot fi aplicate pentru a minimaliza input-ul de ulei prin prafuri si resturi de laminare:

1. Limitarea input-ului de ulei prin selectarea numai a prafurilor si a resturilor de laminare cu continut scazut de ulei. Folosirea tehnicilor “de buna administrare” in uzinele de laminat poate avea rezultat intr-o reducere substantiala a continutul de ulei din resturile de laminare.

2. Indepartarea uleiului din resturile de laminare. In general pot fi aplicate/dezvoltate doua metode:

a. Prin incalzirea resturilor la aproximativ 800°C, hidrocarburile uleioase sunt volatizate si se obtin resturi de laminare"curate”. Hidrocarburile volatizate pot fi arse.

b. Extragerea uleiului din resturile de laminare utilizand un solvent. In prezent nici una din aceste tehnici de tratare tehnic nu sunt folosite in industria de otel a

U.E. In U.E praful de cocs este de obicei folosit ca un combustibil pentru procesul de sinterizare. Totusi unele fabrici inca folosesc un amestec de praf de cocs si antracit rezultand in emisii semnificativ ridicate de hidrocarburi datorita efectelor degresarii. Acest lucru poate fi evitat prin folosirea exclusiva a prafului de cocs. Aplicabilitatea: Poate fi aplicata in ambele fabrici noi si existente. Nivelurile de emisie principale realizate: Pot fi atinse concentratiile de hidrocarburi fara metan de < 20 mg/Nm3 . Cifra poate fi semnificativ mare daca nu sunt luate masuri de precautie pentru a reduce continutul de ulei din materialelor de alimentare a sinterizarii si/sau antracitul este de asemenea folosit ca un combustibil. Efecte colaterale: Atunci cand unele din deseurile cu continut de fier nu sunt acceptate ca fiind adecvate pentru alimentarea instalatiei de sinterizare, acestea se considera flux de deseuri si sunt procesate fie intr-un alt mod fie indepartate pe o halda. De aceea, emisiile pot fi transferate pe un alt amplasament. De cate ori resturile de laminare sunt degresate, energia este consumata deoarece este incalzita. Hidrocarburile volatilizate ar trebui arse adecvat (regula generala: temp. >850°C pentru > 2 secunde la >6% O2). Instlatiile de referinta: Multe fabrici regleaza input-ul de ulei in fabrica de sinter prin deseurile care contin fier, in special acelea cu ESP sau cu filtru textil. In majoritatea fabricilor de sinter din U.E antracitul nu este folosit ca si combustibil.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 51

In Mülheim-Ruhr, Thyssen Altwert Umweltservice GmbH opereaza un process de demonstratie a cuptorului rotativ pentru degresarea resturilor de laminare cu o capacitate de 15000t/a. Cateva otelarii germane (ex. Thyssen Stahl AG), au facut teste pilot cu procese diferite (Comentariile UBA, 1997). Datele operationale: La Inland Steel, Indiana Harbor Works, East Chicago, USA maximum de input al uleiului este limitat la 0.3 kg/t sinter. Degresarea este folosita ori de cate ori se asteapta a aparea un continut ridicat de hidrocarburi. In orice caz, nu se stie daca sistemul inca functioneaza. Fabrica de sinter este echipata cu un filtru textil. O instalatie de degresare a resturilor uleioase a fost instalata al Nippon Kokan, Keihin Works si Nippon Steel Corporation, Wakamatsu/Yawata Works, Japan. [InfoMil, 1997] raporteaza faptul ca NSC, Yawata Works nu foloseste aceasta instalatie de degresare deoarece continutul de ulei din materialele prime este reglat pentru a evita focul din ESP. La Kobe Steel, Kakogawa Works, Japan, concentratia de hidrocarburi din ESP este mentinuta mai jos de 1% prin input-ul redus de resturi de laminare in fabrica de sinter (max. 3%). Date economice: nu sunt disponibile date cu privire la degresare; folosirea amestecurilor de cocs/antracit este mai ieftina decat numai folosirea cocsului, dar nu sunt disponibile cifre precise. Literatura de referinta: [Gebert, 1995; UBA Comments, 1997; InfoMil, 1997]

Chapter 4

52 Production of Iron and Steel

PI.4 Micsorarea continutului de sulf din alimentarea sinterizarii Descrierea: Compusii de sulf intra in principal in procesul de sinterizare din minereuri si praful de cocs (vezi 4.2.2.1.2.5), cu contributia minereurilor in procentaje mult mai mici. O parte din sulf ramane in produsul de sinter ( in ordine de 13 – 25%) depinzand de gradul de bazicitate si distribuirea marimii granulelor (vezi 4.2.2.1.2.5). Prin urmare folosirea prafului de cocs si minereu de fier cu continut scazut de sulf (≤ 0.8% S) sunt corelate direct cu emisiile scazute de SO2 . Totusi, minimalizarea consumului specific de praf de cocs este de asemenea foarte important. In timpul a ultimilor 15 ani comsumul multor fabrici de sinter din U.E a fost redus de la aproximativ 80 kg/t sinter la 38 – 55 kg/t sinter (vezi Tabelul 4.1 si [Bothe, 1993]). In plus folosirea prafului de cocs brut (6mm) poate duce la emisii scazute semnificativ de SO2 in comparate cu granule fine de zgura (1mm). Au fost raportate reduceri de la aproximativ 800 mg SO2/Nm3 la aproximativ 500 mg SO2/Nm3 [Beer, 1991]. Nivelurile principale de emisie realizate: Tabelul 4.1 si Tabelul 4.2 arata factori ai emisiilor mai mici de 1 kg SO2/t sinter sau (cu 2100 Nm3/t sinter) concentratii ale emisiilor mai mici decat 500 mg/Nm3 pot fi atinse. Aplicabilitatea: Minimalizarea input-ului de sulf in materia alimentata sinterizarii (folosirea prafului de cocs cu continut scazut de sulf si minereu de fier si minimalizarea consumului specific de praf de cocs) poate fi aplicata la ambele fabrici noi si existente. Totusi, ar trebui notat faptul ca disponibilitatea prafului si minereului cu grad scazut de sulf ar putea fi o constrangere. Efecte colaterale: Nu sunt cunoscute efecte asupra mediului dar retinerea sulfului aditional in sinter ar putea un efect secundar asupra operarii furnalului cand se cere un fier cu continut scazut de sulf. Instalatii de referinta: 1) Fabrica de sinter, Nippon Steel Corporation, Yawata/Wakamatsu: se utilizeaza praf de

cocs cu continut redus de sulf 2) Fabrica de sinter4, Sumitomo Metal Industries, Wakayama Works 3) Fabrica de sinter la Sidmar, B-Gent Date operationale: Nu sunt cunoscute probleme specifice. Instalatiile sunt operate usor. Date economice: Indisponibile Literatura de referinta: [Bothe , 1993]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 53

PI.5 Recuperarea caldurii din sinterizare si racirea sinterului Descriere: Sunt cedate doua tipuri energii pierdute posibil reuzitabile de la fabricile de sinter: caldura sensibila de la principalul gaz de evacuare provenit de la masinile de sinterizare, si caldura sensibila al aerului de racire de la racitorul de sinter. Caldura sensibila provenita de la gazele de evacuare din cosul de tiraj poate fi folosit in termeni de schimbator al caldurii. Economisirile de energie nu sunt specificate. Recircularea gazului de ardere este un caz special de recuperare a caldurii. Caldura sensibila este transferata direct inapoi in stratul de sinter prin recircularea gazelor fierbinti. In prezent aceasta este singura metoda practica de recuperare a caldurii din gazele de ardere.

Figura 4.15 : Recuperarea caldurii de la aerul de racire provenit de la racirea sinterului – [Beer, 1991]

Caldura sensibila in aerul fierbinte de la racitorul de sinter reprezinta una sau mai multe din urmatoarele metode:

a. Generarea de aburi intr-un boiler de caldura reziduala: b. Preincalzirea aerului de ardere in hota de aprindere; ex. Figura 4.15 c. Preincalzirea materiei alimentate.

Cantitatea de caldura reziduala recuperata poate fi influenta prin proiectarea unei fabrici de sinter si a unui sistem de recuperare a caldurii. Mai jos sunt date cateva exemple de recuperare a energiei:

- Recuperarea caldurii reziduale de la racitorul sinterului cu sinterizare conventionale ca si EOS

Caldura sensibila cedata de aerul fierbinte provenit de la racirea sinterului se utilizeaza la producerea aburului intr-un boiler de caldura reziduala si pentru preincalzirea aerului de combustie in hotele de aprindere.

Principalele economisiri ale energiei realizate: Cantitati recuperate de energie au fost raportate de 18% din totalul input de energie pentru boilerul de caldura reziduala si 2.2% din input-ul total de energie pentru recircularea in hotele de aprindere [InfoMil, 1997].

- Racitorul de sinter si recuperarea caldurii gazului de ardere cu recircularea sectionata

a gazului de ardere La fabrica de sinter Sumitomo Heavy Industries Kokura No. 3, este aplicata recircularea sectionala a gazului de ardere. Inainte de recirculare, gazele de ardere sunt conduse printr-

Suflanta

Suflanta

Hota ardere

Radiator

Banda sinterizare

Aer proces

Chapter 4

54 Production of Iron and Steel

un boiler de caldura reziduala. Gazele de la racitorul de sinter sunt de asemenea conduse printr-un boiler de caldura reziduala. Principalele economisiri ale energiei atinse: Recuperarea energiei raportata la aceasta fabrica cu ajutorul acestui sistem este de 23.1% din input-ul de energie, 120kg aburi/t sinter au fost produse la o temperatura de 273°C si o presiune de 9 bari [SHI, 1987]. - “Racirea benzii” si recuperarea caldurii reziduale cu recirculare partiala a gazului de

ardere La fabrica de sinter Sumitomo Heavy Industries Wakayama No. 4, racitorul de sinter este integrat in banda de sinterizare (“racirea benzii”). La aceasta fabrica, gazele de ardere de la ambele din zona de sinterizare si racire asupra gratarului sunt conduse prin boilerele recuperatoare si recircularea ulterioara la banda. Principalele economisiri ale energiei atinse: Au fost recuparate cantitati de caldura de 30% din input-ul de caldura. Sunt produse aproximativ 120kg/t sinter la o presiune de 25bari si o temperatura de 375°C. Fabrica este proiectata pentru o productie a sinterului de 10000 t/zi si are o zona de sinter de 360 m2 [SHI, 1987] dar productivitatea ar putea fi nefavorabil afectata daca sistemul ar fi aplicat la o fabrica existenta care foloseste la maximum sau aproximativ output-ul. Aplicabilitatea: Recuperarea caldurii reziduale din cosul de tiraj sau racirea sinterului poate fi folosita la ambele fabrici noi si existente. Se recunoaste insa faptul ca costurile de investitie sunt mai mici pentru instalatiile noi ce incorporeaza sisteme de recuperare deja de la etapa de proiectare, iar la unele instalatii existente configurarea existenta poate fi dezavantajoasa din punct de vedere a costurilor. Efecte asupra mediului: Reduce consumul de energie si in unele cazuri de asemenea si emisiile de praf, datorita preinstalarii separatorilor prafului brut. Aspecte economice: Costurile de capital vor fi specificate la fata locului, dar folosirea recuperarii caldurii reziduale reduce costurile operationale. Instalatii de referinta: Recuperarea caldurii de la racirea sinterului este adesea aplicata (ex. e.g. at Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden, Thyssen Stahl in Germania si dupa cum se spune 64% din fabricile de sinter japoneze) [OECD, 1988; Arimitsu, 1995]. In 1995, 43% din fabricile de sinter japoneze foloseau recuperarea caldurii reziduale de la cosul de tiraj [Arimitsu, 1995] si trei benzi la British Steel recuperau caldura de la racitorul de sinter cu aer cald. Date operationale: Nu sunt cunoscute probleme specifice.

Literatura de referinta: [Arimitsu, 1995; InfoMil, 1997; OECD, 1988; SHI, 1987]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 55

PI.6 Sinterizarea stratului superior Descrierea: In PI.2 este descris reciclarea materialelor cu continut de fier la banda de sinterizare. Cu privire la reciclarea materialelor care contin hodrocarburi, in special ulei, in PI.3 tehnicile sunt descrise pentru a scadea input-ul de ulei/hidrocarbura. Exista o alta posibilitate de a recicla astfel de materiale cu continuturi variate de ulei pana la 3%. Se numeste sinterizarea stratului superiorsi se sustine a fi mult mai ieftin comparativ cu tehnicile degresare. Sinterizarea stratului superior inseamna ca un anumit amestec de ulei/hidrocarburi continand produse secundare/reziduale formate din aproximativ 7% continut de apa si apoi depozitate cu un tambur de alimentar catre stratul principal de sinterizare. O hota de aprindere secundara cu un output de energie de le 25 la 35% din output-ul energiei principalului cuptor este folosit pentru a aprinde acest al doilea strat. Pentru atingerea unei calitati ridicate a sinterului din cel de-al doilea strat de sinterizare a uleiului, continand produse secundare/reziduri, este important sa existe o selectie egala al purtatorilor de energie in acest strat pentru a satisface cererile entalpiei pentru evaporarea apei si uleiului, pentru craparea componentelor organice inerente ca si pentru sinterizarea completa al acestui strat. Aditional acestor impartiri atente a compusilor de alimentare, pozitionarea si sincronizarera exacta celui de-al doilea strat de sinterizare este foarte importanta. Beneficiile de mediu realizate: Combustia hidrocarburilor (in principal derivand din continutul uleiului materialelor reciclate) in straturile de sinter este optimizata pentru a proteja ESP (prevenirea focului) si pentru a evita norul albastru (care reprezinta combustia incompleta a compusilor organici). Aditional emisiile PCDD/F pot fi reduse; teste asupra gratarului au aratat reduceri de 60 – 65% [VAI, 1996] dar nu sunt disponibile date de la banda de sinterizare.

Aplicabilitatea: Este o aplicabilitate limitata pentru fabricile existente datorita lipsei de spatiu pentru depozitarea aditionala ale instalatiilor si de asemenea pentru un sistem secundar de alimentare. Fabricile noi ar opta in mod normal pentru minimalizarea input-ului de hidrocarburi/ulei al produselor secundare/rezidurilor reciclate. Flexibilitatea in selectia materialelor prime este foarte limitata. Efecte asupra mediului: Trebuie asigurat combustibil aditional pentru arderea celui de-al doilea strat de sinter. Fabrici de referinta: Fabrica de sinter din Voest-Alpine Stahl Donawitz GmbH, A-Leoben-Donawitz Date operationale: Banda de sinterizare al Voest-Alpine Stahl Donawitz GmbH are o zona admisiune de 120 m2 si o productivitate de 35 t/m2 . 24 ore. Productivitatea nu s-a schimbat dupa introducerea sinterizarii stratului superior in Ianuarie 1995. Capacitatea de reciclare a feroaselor continand reziduri/produse secundare/materiale este de 18t/ora. Aspecte economice: Nu sunt disponibile.

Literatura de referinta: [VAI, 1996]

Chapter 4

56 Production of Iron and Steel

PI.7 Emisiile de la sinterizarea optimizata (EOS)

Descriere: In 1992 au fost publicate rezultate aratand faptul ca reciclarea unei parti al gazului de ardere de la banda de sinterizare poate reduce semnificativ cantitatea gazului de ardere pentru tratarea la final de proces, limiteaza emisiile poluantilor la sursa si micsoreaza consumul combustibilului solid [Gudenau, 1992]. O aplicatie demonstrativa/comerciala initiala din mai 1994 la Hoogovens IJmuiden din Olanda a confirmat in intregime potentialul acestui demers. O banda cu o zona de aspirare de 132 m2 a fost complet acoperita cu un capac ermetizat pentru gazul de ardere in conformitate cu OES (Optimizarea Emisiilor Sinterizarii) procesului Lurgi (Figura 4.16).

Figura 4.16 : Banda de sinterizare modificata conform procesului EOS - [Panne, 1997]

Conceptul este de a recicla o parte din amestecul de gaze de ardere provenit de la intreaga banda inapoi pe intreaga suprafata a benzii. Rata de reciclare al gazului de ardere de la sinterizare este de ordinul a 40 – 45%, coresponzator unei concentratii de oxigen de 14 – 15% in amestecul de gaz/aer umed in capac si rezultand in o scadere de 45 – 50% in debitul gazului de ardere emis in atmostfera. Gazul de ardere este desprafuit intr-o instalatie de desprafuire inainte de reciclare. Sub aceste conditii, productivitatea benzii ramane neschimbata si consumul prafului de cocs este redus cu 10 – 15% comparativ cu practicile conventionale. Calitatea sinterului, descris ca reducere a dezintregarii, apare constant, Feo din sinter este 1.5%mai mare, creste reductibilitatea, rezistenta la rece scade usor si diametrul mediu ramane aproximativ de 17mm [Panne, 1997]. Folosirea “sinterului OES” in furnal nu arata nici un fel de efecte adverse dar trebuie mentionat faptul ca sunt singurele avantaje pentru aproximativ 50% din incarcatura datorita procentajului ridicat al perlei de sudura folosita la furnalele Hoogovens, NL-Ijmuiden. In alte parti nivelurile de sinter folosite in incarcatura furnalului pot fi mult mai ridicate (pana la 95%).

Chapter 4

Production of Iron and Steel 57

Figura 4.17 : Diagrama schematica a sinterizarii optimizate dpdv al emisiilor din procesul (EOS) - [Kersting, 1997]

Principalele nivele de emisii realiazate: EOS a fost initial dezvoltata pentru a reduce debitul gazului de ardere si astfel emisiile in masa a particulelor de materie si PCDD/F cu beneficiul ca echipamente aditionale de reducere pentru a trata ulterior gazul de ardere inaintea descarcarii in atmostfera ar trebui sa trateze volumuri mai mici, cu implicarea capitalului si economii ale costurilor operationale. Rezultatele de la aceasta fabrica comerciala pentru sinterul cu bazicitate ridicata (≥ 1.7 CaO/SiO2) indica faptul ca este posibila implementarea cu succes a EOS (Tabelul 4.4). rezultatele pentru sinterul cu bazicitate scazuta sunt asemanatoare. Componenta Unitatea Sinterizarea conventionala Sinterizarea optimizata pt. emsii

Iulie 1994 Octombrie 1994 Iulie 1994 Octombrie 1994

Fluxul total de gaz Nm3/h 394000 372000 328000 328000 Fluxul recirculat Nm3/h 0 0 153000 120000 Fluxul de gaz rezidual emis Nm3/h 394000 372000 175000 208000 Temperatura °C 164 114 155 149 Procentajul umiditatii % 10 11 16 19 Punctul de roua acid °C 46±5 n.d. 71±5 n.d Pulberi *1 g/t sinter 500 n.d. 170 n.d. O2 % 15 15 11.5 12.1 CO2 % 7.5 7 11.7 11.2 CO % 1 1.2 1 1 SO2 g/t sinter 1430 890 840 680 NOx g/t sinter 630 570 300 410 CxHy g/t sinter 200 145 95 83 PCDD/F µg I-TEQ/

t sinter 2 n.d. 0.6 n.d.

*1 la acest moment, emisiile de pulberi au fost reduse doar prin ciclon

Tabelul 4.4 : comparatia caracteristicilor si valorilor de emisie de la Sinterizarea Conventionala si Sinterizarea optimizata a emisiilor (EOS) la banda de sinterizare a Hoogovens IJmuiden cu

Chapter 4

58 Production of Iron and Steel

aspiratia unei suprafete de 132 m2 si producerea a 4700 t sinter cu bazicitate ridicata/zi - [Panne, 1997]

Reducerea emisiilor prin rezultarea (masica) de la EOS de la instalatia comerciala descrisa aici: Parametru Reducerea emisiilor* (masa %) Sinterizarea cu bazicitate

redusa Sinterizarea cu bazicitate

mare Fluxul de gaz rezidual 40 40 - 50 Pulberi 50 60 Monoxid de carbon (CO) 45 50 SO2 ? 15 - 20 NOx 35 30 - 45 Hidrocarburi (CxHy) n/a 50 PCDD/F 70 65 reducerea emisiilor eprimata ca reducerea fluxului masic al componentei. Aceasta nu implica in mod necesar o reducere a concentratiei ? = nu este disponibila nici o data ; n/a = date indisponbile

Tabelul 4.5 : Reducerea raportata a emisiilor prin sinterizarea (masica) optimizata dpdv a emisiilor (EOS) - [Panne, 1997]

EOS permite sa fie redus consumul de praf de cocs de la 60 kg/t sinter la 48 kg/t sinter [Panne, 1997]. Aceasta economisire semnificativa in energia termala in fabrica olandeza descrisa nu este neaparat transferabila la alte fabrici din moment ce aceste fabrici este posibil ca sa functioneze deja la input-uri scazute ale energiei termale din combustibilii solizi ca rezultat al aplicarii al masurilor de optimizare a procesului. Ambele date din Tabelul 4.1 si date de la studiul Comitetul European al Furnalelor al datelor operationale de la fabricile de sinter (1996), demonstreaza in mod clar faptul ca multe fabrici europene deja functioneaza la nivele semnificativ mai mici decat cele citate de [Panne, 1997]. Aplicarea EOS necesita ventilatore de aspirare suplimentare amplasate in instalatie. Acest lucru va avea rezultat in instalatiile electrice aditionale cu capacitate de 200 pana la 400 kW, insemnand la o crestere a consumului de energie de 0.003-0.008 GJ/t sinter, care mica comparartiv potentialul de economisire totala. Acolo unde sunt folosite minereurile de fier carbonati concentratia de CO2 din gazul de ardere este crescuta astfel incat aplicarea OES poate impiedica puternic procesul de sinterizare. Emisiile de CO2 in fabricile care nu folosesc minereuri carbonate reprezentand o medie de la 190 pana la 220 kg/t sinter (Tabelul 4.1) cat despre fabricile care folosesc minereuri carbonate media poate creste pana la doua ori mai mare. Aplicabilitatea: EOS poate fi aplicat la ambele fabrici noi si existente desi este recunoscut faptul ca, costurile investiilor sunt mai mici in cazul noilor facrici integrand sistemul din faza de sistematizare si la unele fabrici existente costurile pot fi considerabil ridicate in ciuda aranjamentului fabricii. Efecte asupra mediului: EOS reduce ambele emisii in aer si consumul de energie al procesului de sinterizare. Ventilatoarele de aspirare aditionale cresc consumul de electricitate, dar aceasta crestere este neinsemnata comparativ cu economiile prafului de cocs. Trebuie acordata atentie speciala monoxidului de carbon (CO) din gazul de ardere recirculat pentru a preveni ca monoxidul de carbon sa otraveasca angajatii. Instalatia de referinta: Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden. Toata productia de sinter la aceasta fabrica este in prezent efectuata cu EOS. Ar tebui luate note informative de la fabrica Wierton din SUA care a avut o amenajare similara pentru multi ani.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 59

Aspecte economice: : Investitiile solicitate la implementarea EOS la instalatia de sinterizareHoogovens Ijmuiden, cu un flux total de gaz uzat de aproximativ 1.2 MNm3/h de la trei benzi de sinterizare, a fost de 17 milioane Ecu1996. Costurile de functionare au scazut comparativ cu sinterizarea conventionala datorita reducerii cantitatii alimentate de praf de cocs. Economisirile in exploatarea au fost estimate la 2.5 milioane Ecu1996/a. Cifra se bazeaza pe consumul de praf de cocs redus, de 6 kg/t sinter, la un pret de 100 Ecu1996/t praf de cocs si productie de sinter de 4.2 Mt/a [Goverde, 1995]. Aceste cifre pot fi exceptionale si e posibil ca ele sa nu fie realizate la multe instalatii de sinterizare din UE, in special la cele care opereaza deja cu combustibil cu continut semnificant de redus de sulf fata de cele date de Hoogovens (vezi mai sus). Se mentioneaza de asemeena ca pretul mediu estimat al prafului de cocs utilizat in alte instalatii UE de sinterizare este de aprox. 60 Ecu1996/t, facand orice economisire a pulberilor de cocs mai putin atractive. Oricum, un volum mic de gaze reziduale emise de la banda de sinterizare urmat de realizarea recircularii gazului rezidual determina reducerea costurilor instalatiilor de reducere plasate la final de proces. Aspectele implementarii: Cele mai importante forte motrice de implementare au fost cereri stricte strandarde ale emisiilor insirate de autoritati. Date operationale: EOS a aparut prima data in proces in mai 1994 in banda de sinterizare 31 a fabricii de sinter Hoogovens Ijmuiden. Acum, EOS este operat in toate trei benzile de sinterizare la fabrica. Pana in prezent, disponibilitatea sistemului a fost de <95%. In caz de esec, sistemul este automat schimbat la sinterizare conventionala. Literatura de referinta: [Panne, 1997; Goverde, 1995]

Chapter 4

60 Production of Iron and Steel

PI.8 Recircularea sectionala a gazului de ardere Descriere: Conceptul tehnologiei de reciclare selectiva se bazeaza pe aspirarea locala a gazului de ardere de la sinterizare pe sub banda si reciclarea locala deasupra stratului de sinter. Aceasta aspirare selectiva este principala diferenta dintre acest proces si OES. Figura 4.18 arata o diagrama schematica al unei astfel de recirculare sectionala a gazului de ardere implementata la o fabrica de sinter din Japonia.

Figura 4.18 Diagrama schematica a recircularii gazului uzat selectionat (Nippon Steel Corporation – Yawata Works – Tobata No. 3 Plant) - [Kersting 1997]

In acest caz suprafata de sinterizare de 480 m2 este impartita in 4zone diferite:

- zona 1: gazul corespunzator sectiei de preincalzire a amestecului brut sa fie reciclat in mijlocul benzii (O2 ridicat, H2O scazut, temperatura scazuta) (vezi Figura 4.5 si Figura 4.8 si Tabelul 4.6),

- zona 2: gazul cu compus scazut de SO2 , sa fie descarcat in cosul de tiraj dupa desprafuire (O2 scazut, H2O ridicat, temperatura scazuta) (vezi Figura 4.5 si Figura 4.8 si Tabelul 4.6),

- zona 3: gazul bogat in SO2 , sa fie descarcat in cosul de tiraj dupa desprafuire si desulfurizare (spalarea cu o solutie de hidroxid de magneziu, in cazul prezent) (O2 scazut, H2O ridicat, temperatura scazuta) (vezi Figura 4.5 si Figura 4.8 si Tabelul 4.6),

- zona 4: gazul bogat in SO2 ,corespunzator sectiei calde din jurul frontului flacarii, sa fie reciclat in prima jumatate a benzii imediat dupa zona de ardere (O2 ridicat, H2O scazut, temperatura foarte ridicata) (vezi Figura 4.5 si Figura 4.8 si Tabelul 4.6).

In aceasta procedura concentratia de O2 al gazului de ardere reciclat ramane ridicat (19%) si umiditatea scazuta (3.6%). O rata a reciclarii de 25% este atinsa fara impact negativ asupra calitatii sinterului (RDI raman practic constant si ID- Indexul de Distrugere- creste pana la 0.5%). Este de asemenea raportat o economisire a combustibilului solid de 6$. Existra doua avantaje ale acestui sistem comparativ cu sinterizarea conventionala:

1. Oxigenul nefolosit in gazul de ardere poate fi folosit efectiv prin recirculare.

umiditate

Umiditate Ardere preincalzire

Gaz rezidual

Zona descarcare

aer

hota

Masina sinterizare

Electrod mobil

cos

scruber

devaporizor

Chapter 4

Production of Iron and Steel 61

2. Gazul de ardere din sectiuni diferite poate fi tratat separat depinzand de compozitia gazului. Astfel, costurile operationale si ale investitiilor facilitatilor tratarii gazului de ardere pot fi reduse semnificativ comparativ cu sinterizarea conventionala chiar si in comparatie cu sistemul EOS

Sectia fluxului de gaz rezidual

Consumul de gaz rezidual Tratarea gazului rezidual

Fluxul [kNm3/h]

Temp. [°C]

O2 [%vol.]

H2O [%vol.]

SO2 [mg/Nm3]

Cutia de vant 1 - 3 62 82 20.6 3.6 0 Recircularea la banda de sinterizare Cutia de vant 4 - 13 + 32

290 99 11.4 13.2 21 La cos dupa ESP (electrofiltru)

Cutia de vant 14 - 25 382 125 14.0 13.0 1000 La cos dupa ESP si desulfurare Cutia de vant 26 – 31

142 166 19.1 2.4 900 Recircularea benzii de sinterizare

Cos 672 95 12.9 13.0 15 Emisiile in aer

Tabelul 4.6 : Caracteristicile fluxului de gaz rezidual, utilizand recircularea sectionata a gazului rezidual la Tobata No. 3 instalatia de sinterizare, NSC's Yawata – dupa [Sakuragi, 1994]

Principalele niveluri de emisii atinse: Urmatoarele imbunatatiri au fost atinse in termeni ai reducerii poluarii: o scadere substantiala in gazul de ardere eliberat in atmostfera (aproximativ 28%), in emisia prafului ( aproximativ 56%, de notat este faptul ca aceasta include efectul de modernizare precipitatorului electrostatic, care acum este echipat cu electrozi mobili) si in descarcarea SO2 (aproximativ 63%, incluzand desulfurarea a gazului evacuat din zona 3). Este de asemenea raportata o scadere usoara a emisiilor NOx (aproximativ 3%). Tabelul 4.7 compara emisiile inainte si dupa folosirea recircularii sectionale a gazului de ardere.

Caracteristica/ Componenta

Unitatea Conventional

(cu instalatie de desulfurare) Recircularea sectionala a

gazului rezidual

Imbunatatiri

Fluxul de gaz rezidual

Nm3/h 925000 665000 28%

Pulberi* mg/Nm3 50 30** 56% masice SOx*** mg/Nm3 26 14 63% masice NOx mg/Nm3 408 559 3% masice Energia neta Consumul

GJ/t sinter

1.662 1.570 6%****

* gazul trata prin electrofiltru ** reducerea emisiilor de pulberi partial realizata prin repararea ESP *** partea gazului rezidual tratata in unitatea de desulfurare **** aceasta reducere reprezinta consumul net de energie ce trebuie considerat in raport cu productivitatea

relativa si cerintele pt. calitate in instalatiile de sinterizare in Japonia si EU Tabelul 4.7 : Comparatia gazului rezidual final inaintea si dupa refacerea recircularii sectioante a gazului rezidual. Tobata No. 3 instalatia de sinterizare, NSC's Yawata – dupa [Sakuragi, 1994)

Aplicabilitatea : Recircularea sectionala a gazului de ardere poate fi folosita la ambele fabrici atat noi cat si existente desi este recunoscut faptul ca costurile investitiilor sunt mai mici pentru o fabrica noua incorporand sistemul inca din faza de sistematizare iar la unele fabrici existente costurile pot fi considerabil mai ridicate datorita amenajarii fabricii. Efecte colaterale: Instalarea aditionala a ventilatoarelor determina consumul de electricitate. Totusi, acesta cerere a cresterii energiei este neinsemnata comparativ cu scaderea consumului de praf de cocs.

Chapter 4

62 Production of Iron and Steel

Fabrici de referinta: In Japonia exista cinci fabrici care folosesc aceasta tehnica. Datele precizate aici se refera la fabrica de sinter Tobata nr 3, Yawata Works, Nippon Steel Corporation. Date operationale: In octombrie 1992 un sistem folosind recircularea sectionala a gazului de ardere a fost instalat in fabrica de sinter Tobata nr 3 la Nippon Steel Corporation's Yawata Works. Gazul de ardere este impartit in patru sectiuni, din care fiecare este tratat separat. Sistemul functioneaza perfect si reciclarea gazului de ardere nu afecteaza calitatea sinterului [Sakuragi, 1994]. Totusi, aceast punct din urma trebuie sa fie considerat in relatie cu productivitatea scazuta al fabricii japoneze citate in comparatie cu multe fabrici de sinter din U.E. Aspecte economice: Costuri curente ale investitiilor europene pentru sistemul de reciclare a gazului sunt citate ca 8 pana la 10 milioane Ecu1997 , excluzand de-NOx, de-Sox si alte echipamente de reducere. Costuri operationale au fost raportate ca fiind confidentiale. Cu toate acestea,a fost raportata o reducere de 6% a consumului de cocs. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997; Sakuragi, 1994]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 63

4.3.2 Tehnici la final de proces EP.1 Electrofiltrul (ESP) Descriere: Cele mai comune dispozitive folosite pentru tratarea volumelor mari de gaze de ardere in fabricile de sinter din U.E sunt electrofiltrele uscate cu trei sau patru campuri dispuse in serie. Aceasta functioneaza prin generaera campului electrostatic trecand prin pulberile aflate in fluxul de aer. Particulele devin incarcate negativ si migreaza spre anodurile colectoare incarcate pozitiv. In precipitatorii electrostatici uscati, materialul colectat este indepartat prin “ciocanul de semnalizare” care loveste periodic sau vabreaza placile de colectare, dislocand materialul si permitandui sa cada in recipientele de colectare. In cazul precipitatorilor electrostatici (electrofiltrelor) umezi materialul colectat este indepartat prin debitul constant de apa, care este colectat si tratat ulterior. Pentru a obtine o separare buna, rezistivitatea specifica a particulelor trebuie sa fie in intervalul 104-109 Ωm. De obicei, majoritatea particulelor din gazul de ardere provenit de procesul de sinterizare sunt inauntrul acestui interval dar compusii cu rezistivitate specifica semnificativ ridicata, cum sunt clorurile alcaline, clorurile metalelor grele si oxidul de calciu (vezi Figura 4.7 si Figura 4.10) de asemenea se petrec si sunt dificil de indepartat cu eficienta maxima. Alti factori care influenteaza eficienta sunt: rata debitului gazului de ardere, puterea campului electric; rata de incarcare cu pulberi; concentratia SO3 ; continutul umed; forma si suprafata electrozilor. Imbunatatirile performantei au fost facute PES-urilor prin folosirea impulsurile ridicate sau variabile a voltajelor si voltaj cu reactie rapida si controale curente [Hodges, 1995]. Au fost sporite operatii continue prin introducerea de sisteme pentru a imbunatati forta de bataie la 200 Gs, impulsul puternic si refacerea cu un spatiu mai mare intre placi. Conditionarea cu SO3 si/sau vapori de apa ar putea de asemenea sa creasca eficienta desprafuirii. Ca un dezavantaj pot creste emisiile HCl. Aceste trei noi tipuri de PES cu performanta raportata buna sunt scoase in relief mai jos, desi in prezent aceste tehnici au fost instalate in cateva fabrici comerciale existente. a) Precipitatorii Electrostatici cu Electrod Mobil (PEEM): In cadrul PEEM cateva grupuri

de placi cu electrozi se misca cu masini pe senile. Sunt curatate cu perii rotative continui. Astfel, praful foarte cleios este usor indepartat de pe placi si efectul izolat al stratului de praf este evitat (vezi 4.2.2.1.2.2) [InfoMil, 1997; Bothe, 1993].

b) Utilizarea energiei date de impuls: Sistemul soc furnizeaza un voltaj ce contine pulsuri negative cu o polaritate negativa a voltajului. Aceste impulsuri cu voltaj puternic au o intensitate de 140 µs si pot fi repetate la o frecventa pana la 200 de impulsuri pe secunda. Varful voltajului este mai ridicat cu marirea pulsului, furnizand o mai buna incarcare a particulei si distribuire curenta in precipitator. Una din cele mai importante caracteristici ale pulsului este capabilitatea de a face fata rezistivitatii ridicate a prafului (vezi 4.2.2..1.2.2.) [Kim, 1998].

c) Curatirea performanta a spatiului electrostatic (ESCS). ESCS este operat cu un voltaj mai ridicat (70 – 200 kV). Acest lucru este posibil printr-o distanta mai mare intre placile ce electrozi [InfoMil, 1997].

Chapter 4

64 Production of Iron and Steel

Principalele niveluri de emisii atinse: PES reduce concentratiile de particulelor de materie cu o eficienta de >95%. Un unele cazuri este atinsa o eficienta de 99%. Date operationale pentru fabricile de sinter sunt situate de la 20 pana la 60 mg/Nm3. valorile emisiilor pentru PEEM si ESCS pot atinge <40 mg/Nm3. PES cu principala suprapunere a impulsului electric atinge 20 – 30 mg/Nm3. Aplicabilitatea: Precipitatorii electrostatici pot fi instalati la ambele tipuri de fabrici atat noi cat si existente. PEEM poate fi instalat ca un ultim camp al unui precipitator electrostatic existent, sau ca o unitate separata in propriul corp [Bothe, 1993], dar aranjamentul si posibilitatea oricarui tip de instalatie va fi specifica locului. Efecte asupra mediului: Este generat un debit al rezidurilor solide. In unele cazuri, acest debit al rezidurilor poate fi reciclat in cadrul procesului de sinterizare. Ori de cate ori concentratia de materiale grele si/sai compusilor alcalini este prea ridicata, refolosirea poate fi impiedicata. Fabrici de referinta: Aproape toate fabricile de sinter din Europa folosesc precipitatorii electrostatici. [Comentariile UBA, 1997] informeaza faptul ca toate fabricile de sinter germane folosesc in prezent PES uscat. PEEM a fost instalat la doua fabrici de sinter in Japonia si doua fabrici de sinter din Germania, una la Krupp Hoesch Stahl, Dortmund si una la EKO Stahl, Eisenhüttenstadt. Suprapunerea pulsului electric a fost instalata la patru fabrici de sinter la Kwangyang Works, Posco in Coreea de Sud si doua benzi la Thyssen Krupp Stahl, D-Duisburg. ESCS a fost instalat in fabrica de sinter al Nippon Steel Corporation, Wakamatsu/Yawata Works, Japonia. Date operationale si aspecte economice: Precipitatorul electrostatic este cel mai comun dispozitiv de reducere a particulelor de materie pentru curatarea gazului de ardere a fabricii de sinter si PES-urile pot de obicei fi aplicate fara probleme. Trebuie acordata atentie cantitatii de hidrocarburi din gazul de ardere pentru a evita riscul aparitiei focului. Operatorii controleaza input-ul de resturi de laminare pentru a evita aparitia hidrocarburilor in gazul de ardere. Tabelul 4.8 furnizeaza cateva date operationale si economice cu privire la precipitatorii electrostatici folositi la fabricile de sinter. Aspecte economice aditionale: DHV (1996) raporteaza urmatoarele costuri pentru PES: Investitii: 5 pana la 7.5 Ecu1996/(Nm3/h); Operatiuni: 0.05 to 0.08 Ecu1996/1000 Nm3 tratare. Pentru fabrica de sinter cu o capacitate de 4 Mt/a, un debit al gazului de ardere de 1 Million Nm3/h si ore operationale pe an de 8640, acestea ar cosrespunde urmatoarelor costuri: Investitii5 to 7.5 million Ecu1996; Operationale: 0.11 to 0.16 Ecu1996/t sinter. Pentru un singur filtru PEEM adaugat PES existent pentru a trata 500000 Nm3/h a fost citat un cost de aproximativ 1.1 Millione Ecu1997 . Factorul decisiv al costului este debitul gazului de ardere. Forta motrica pentru implementare: Principala forta motrica pentru implementare al tehnicilor descrise au fost standardele stricte ale emisiilor sau alte cereri legale. Literatura de referinta: [Gebert, 1995; InfoMil, 1997; Kim, 1998]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 65

Unit Nippon Steel Corp. Wakamatsu/Yawata

Krupp Hoesch Stahl Dortmund

Kobe Steel Ltd. Kakogawa works

Sumitomo Metal Ind. Wakayama

Productia de sinter Design actual

(t/h) 1000 600

625 n/a

560 375

n/a 185

Flux total de gaz rezidual Design Actual

(106 Nm3/h) 2 1

1.05 n/a

1 0.7

n/a 0.4

Bazicitatea sinterului (CaO/SiO2) 1.92 n/a 1.8 2.2 Electrofiltru Tipul Numar debit per ESP

(106 Nm3/h)

ESCS* 2 paralel 0.5

MEEP 3 paralel 2*0.3; 1*0.45

n/a 3 paralel 0.25-0.33

ESP uscat 1 0.4

Pulberi Concentratia la intrare Design actual

(mg/Nm3) (mg/Nm3)

1000 n/a

n/a 700

1000 1000

n/a 1100

Pulberile Concentratia la iesire Design Actual

(mg/Nm3) (mg/Nm3)

50 20-37

n/a 25

50 30-50

n/a 40

Eficenta ESP Design Actual

(%) (%)

95 n/a

n/a 96

95 95-97

n/a 96

Conditionarea ESP si/sau pre-tratarea alimentarii de sinterizare

ESP neconditionat; Materii prime cu continut de ulei reglat (fara degresare)

ESP neconditionat Nici o masura speciala pentru pervenirea incendiilor

ESP neconditionat; Max. HC* in ESP-precipitat: 1%; realizat prin rest. laminoare maxi de 3% din materia alimentata

neconditionat

Produs secudnar (pulberi) Cantitate Procesare

(kg/t sinter)

1-2 reciclat in procesul de sinterizare

n/a reciclat in procesul de sinterizare

1-2 n/a

2 n/a

Necesarul energetic (GJ/t sinter) 0.00036 n/a n/a n/a Investitii (1 x106 Ecu1996) n/a 9 in 1995 n/a 4.2 in 1975 Costuri operationale (Ecu1996/t sinter) 0.0018-0.0024 in 1986 (doar

intretinere) n/a n/a 0.11 in 1986 (excluse maint. si

deprec.) n/a not available * ESCS Electrostatic Space Cleaner Super Inst. Curatare a spatiului electrostatic ** MEEP Moving Electrode Electrostatic Precipitator – electrod mobil Tabelul 4.8 : Date operationale si economice pentru electrofiltrele MEEP si ESCS operate la instalatiile de sinterizare pentru tratarea gazului de sinterizare – [InfoMil, 1997]

Chapter 4

66 Production of Iron and Steel

EP.2 Filtru textil Descriere: Un filtru cu tesatura este foarte eficient pentru reducerea emisiilor particulelor de materie intr-un curs al gazului de ardere. Filtrele textile imbogatite cu aditivi pot de asemenea reduce emisiile de PCDD/F, acidului clorihidric (HCl), acidului fluorihidric (HF) si a unui grad mai mic, dioxidul de sulf (SO2). In caz particular, emisiile PCDD/F pot fi reduse semnificativ. Filtrele, adesea tubulare, sunt plasate pe suporturi inauntrul unei cutii etanse la aer numite un “baghouse”, un termen adesea folosit sinonimic cu “filtru textil”. Curentul de aer intra de jos si colectorii de particule de materie de pe tesatura in timp ce trece prin sac. Un strat de colmatare se formeaza pana cand reducerea de presiune ajunge la punctul setat. In acest moment, filtrul vine indirect pentru curatarea a una din trei mecanisme – schimbarea aerului, amestecatori sau suvoi cu impuls. Pot fi folosite cateva tipuri de filtrare a materialului, din care fiecare au calitati specifice. Folosirea filtrului cu tesatura pentru a trata gazul de ardere a fabricii de sinter este adesea impiedicata de temperatura ridicata, abrazivitate, volumuri mari ale gazului, reducerea aditionala de presiune si “lipiciozitatea”. Experienta de la singura fabrica din U.E de a folosi filtre cu tesatura pentru gazul de ardere al fabricii de sinter,urmatoarea desprafuirea neprelucrata folosind un PES (o conditie necesara pentru utilizarea filtrelor cu tesatura la fabricile de sinter), este aceea ca volumele mari de gaz si reducerea aditionala a presiunii nu impiedica functionarea filtrului. In plus nici natura abraziva a prafurilor, nici lipiciozitatea particulelor nu cauzaeza probleme si problema temperaturii ridicate poate fi in mare parte rezolvata prin alegere rationala al materialului sacului filtrului. Prezenta particulelor fine (in special cloruri alcaline, cloruri ale metalelor grele si oxiduri de calciu (vezi 4.2.2.1.2.2)) si concetratiile relativ ridicate ale compusilor organici pot duce la formarea stratului de praf pe sacii care sunt foarte legate si formeaza un strat relativ impermeabil. Se comunica [Weiss, 1998] faptul ca problema particulelor fine si concentratia ridicata a compusilor organici poate fi rezolvata prin folosirea aditionalilor bazici al varului stins care realizeaza un strat protector prevenind formarea unui strat impermeabil si prin urmare colmatarea unui material pentru filtru. In plus, concentratia ridicata de hidrocarburi poate cauza incendierea filtrului [EC LECES, 1991]. [Gebert, 1995] a declarat faptul ca concentratia de hidrocarburi din gazul de ardere inainte de folosirea filtrului cu tesatura sa fie limitata pana la 20-30 mg/Nm3 pentru a evita colmatarea filtrului cu material. Evenimentele de la Bremen [Weiss, 1998] au aratat ca aceasta limitare nu este necesara atunci cand se dozeaza cu var stins si concentratiile de hidrocarburi la fel de ridicate ca 200 mg/Nm3 au fost masurate in gazul de ardere fara paguba operatiei filtrului. Figura 4.9 arata structura unui sac al filtrului care a fost instalat in sensul curentului unui PES existent cu doua campuri pentru a minimaliza emisiile de praf si metalelor grele. Dozarea cu var stins in aceasta operatie a fost folosita pentru a impiedica probleme aferente, aparute anterior folosirii filtrelor sac pentru tratarea gazului de ardere al fabricilor de sinter.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 67

Figura 4.19: Structura filtrului cu saci dupa un ESP pentru tratarea avansata a gazului uzat proventi de la banda de sinterizare – [Weiss, 1996]

Suplimentar este adaugat si praf de lignit in gazul erzidual inaintea filtrului cu saci pentru a rduce PCDD/F (si mercurul) (Figura 4.20).

raw off-gas

from ESP

line 4

line 3

line 2

line 1

ac

ac ac

core

Ca (OH)

coke, ac

2

PM-cycle

PM-cycle

PM-cycle

PM-cycle

Adsorbens dosage Circulation reactor Flat bag filter Van

dosage in filter lines

dosage raw gas duct

dust discharge

cleaned off-gas

to stackcoke: hearth type furnace coke powder

ac: activated carbon

ESP: electrostatic precipitator

PM: particulate matter

Figura 4.20 : Dozarea pulberilor de lignit si a varului in gazul rezidual inainte de filtrele cu sac – [Weiss, 1996]

Toba amestec Evacuare pulberi

Banda sinter

Absorbite gaz rezidual

cos

electrofiltru Filtru sac

Doza absorber

Doza in filtre

cocs

Reactor circulare Filtru sac ventilator

Gaz evac. Brut din ESP

Conducta dozare gaz brut

Evacuare pulberi

Gaz rezidual epurat la cos

Cocs: pulbere de cocs pentru furnal cu vatra

Carbune activ

electrofiltru

pulberi

Chapter 4

68 Production of Iron and Steel

Precum praful de lignit si, praful de oxid de calciu este dozat pentru a forma stratul de protectie pentru sacul filtrului textil si pentru micsora punctul de auto-combustie. Ca efect suplimentar, sunt reduse de asemenea emisiile de HCl si HF. Praful separat si substantele absorbante sunt reciclate in totalitate pe banda de sinterizare. Este renumit faptul ca praful de la PES este depozitat pe halda datorita continutului relativ ridicat de cloruri alcalide, care creste continutul de praf rezidual din gazul de ardere tratat.

Figura 4.21 : Eficienta de indepartare a PCDD/F printr-un filtru sac cu dozarea prafului de lignit – [Weiss, 1996]

Datorita intrarii relativ mari a concentratiilor PCDD/F (dupa PES) acestea pot fi 5-10 ng I-TEQ/Nm3 concentratia reziduala este intre 0.2 la 1 ng I-TEQ/Nm3, desi in majoritatea cazurilor este sub de 0.5 ng I-TEQ/Nm3. Continutul rezidual este proportianal cu concentratia de praf fin realizata. Aplicabilitatea: Un filtru textil poaste fi folosit in ambele tipuri de fabrici atat noi cat si existente. Cu toate acestea, trebuie spus faptul ca aplicabilitatea lui este specifica locului si depinde de caracteristicile gazului de ardere si particulelor materiei. Efecte asupra mediului: Filtrele cu tesatura genereaza un debit al rezidurilor solide (0.5 la 1 kg/t sinter), care este de preferabil reciclata in procesul de sinterizare. In unele cazuri praful adunat contine compusi nedoriti (ex. plumb, zinc, alcali), este refolosita limitarea. In acest caz, unele sau toate rezidurile solide trebuie sa fie descarcate. Folosirea filtrului cu tesatura deasemenea creste consumul de electricitate (de la 0.2 la 2.0 kWh/1000 Nm3). Acest lucru corespunde de la 0.002 la 0.015 GJ/t sinter sau <1% din totalul consumului de energie pentru sinterizare pentru o fabrica care produce 4Mt sinter pe an, cu un debit al gazului de ardere de 1 MNm3 si functionand 8640 de ore pe an. Daca este folosit carbonul pentru a atinge reduceri ulterioare a emisiilor PCDD/F atunci trebuie acordata atentie speciala riscului incendierii filtrului si temperaturile de functionare aproape de sau sub punctul de condensare al gazului de ardere. Poate fi instalat un echipament de detectare a scanteii si atunci cand este necesar, filtrul este inlocuit. Filtrele cu tesatura trebuie sa fie inlocuit in timpul demararii.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 69

Fabrici de referinta: Exista cel putin trei dispozitive cu filtre cu tesatura de succes in operarea gazelor de ardere a fabricilor de sinter. Ulterior un dispozitiv cu filtru cu tesatura este in prezent construit.

1) Stahlwerke Bremen GmbH, Bremen, Germany; sistemul descris mai sus a fost instalat in 1993. dozarea continuana cu oxid de calciu si lignite coke powder a fost functionala din 1996.

2) Inland Steel, East Chicago, USA. 3) Warren Consolidated Industries (WCI), Youngstown Sinter Company, Warren, Ohio,

USA. 4) US Steel, Gary Works, Gary, Indiana, USA: dispozitiv cu filtru cu tesatura este in prezent in constructie.

Date operationale si aspecte economice: Tabelul 4.9 contine o privire generala al datelor operationale si aspecte economice a filtrelor cu tesatura. Mai multe informatii specifice sunt discutate aici: Aspecte economice aditionale: Sunt raportate urmatoarele costuri [InfoMil, 1997]: Investii: de la 5 pana la 15 Ecu1996/(Nm3/h); Costuri operationale: de la 0.25 la 1.5 Ecu1996/1000 Nm3 pentru tratare. Pentru fabrica de sinter cu o capacitate de 4 Mt/a, un debit al gazului de arderede 1 Milion Nm3/ora si 8640 ore de operare pe an, acestea ar corespunde urmatoarelor costuri: Investitii: de la 5 la 15 miloane Ecu1996; Costuri operationale: de la 0.54 la 3.24 Ecu1996/t sinter. Costuri decisive ale factorilor sunt reduse, debitul gazului de ardere, materialul filtrului si incarcarea filtrului. Aspecte de implementare: In cazul Stahlwerke Bremen autoritatile au cerut masuri de minimalizare a emisiilor prafului, metalelor grele si PCDD/F. pentru a face fata valorilor limite prescrise ale emisiilor Stahlwerke Bremen a putut alege si implementa tehnica descrisa. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997; Gebert, 1995; Weiss, 1996; EC LECES, 1991]

Chapter 4

70 Production of Iron and Steel

Unit Stahlwerke Bremen GmbH,

Bremen, Germania Inland Steel* East Chicago, USA

WCI-Youngstown Sinter Company**, Warren, Ohio, USA

Capacitatea de sinterizare design actual

(t sinter/h) 260 230

167 125

125 100

Fluxul gazului rezidual design actual

(1 x106 Nm3/h) 0.5 0.4-0.45

0.82 0.75

n/a 0.42

Desprafuire preinstalata

uscat ESP (doua campuri) fara fara

Pulberi intrare iesire eficienta

(mg/Nm3) (mg/Nm3) (%)

ca. 300 < 5 >99

n/a 12-16 n/a

n/a 20 >99%

Indepartarea dioxinelor intrare iesire eficienta

(ng I-TEQ/Nm3) (ng I-TEQ/Nm3) (%)

5-10 0.02-1.0 98-99.6

n/a

n/a

Indepartarea HCl intrare iesire eficienta

(mg/Nm3) (mg/Nm3) (%)

26.6 11.4 57

n/a n/a

Indepartarea HF intrare iesire eficienta

(mg/Nm3) (mg/Nm3) (%)

5.9 0.2 >95

n/a n/a

Indepartarea metalelor grele intrare iesire eficienta

mg/Nm3

Intrare emisia (dupa ESP) (dupa filtru textil Al: 0.2 0.04 As: 0.009 0.0003 Cd: 0.076 0.001 Cr: 0.01 0.003 Cu: 0.93 0.003 Hg: 0.013 0.0013 Ni: 0.01 0.006 Pb: 13.4 0.02 Zn: 0.41 0.12

n/a n/a

Aditivi (mg/Nm3) (Ca(OH)2): ca. 450 Pulbere de lignit: ca. 100

Nici una Nici una

Produsele secundare generarea reutilizarea

(kg/t sinter)

Ca. 1 Reciclare al instalatia de sinterizare

n/a la brichterea BOF

n/a n/a

Tipul textil Nomex, Rastex Dacron non-woven Nomex Tipul de curare puls Flux aer invers puls Diferenta de presiune mm watercolumn 150 75-180 75-100 Investitii (1 x 106 Ecu1996) Filtru textil: 7.3 (in 1993)

Dispozitiv de dozare a aditivului: 1.1

8 (in 1987) 5 (in 1991)

Costuri operationale (Ecu1996/t sinter) Energia: 0.11 (in 1996) Altele: depinzand foarte mult

de tipul de operare si timpul de functionare a filtrului textil

Nu e separat de costurile operationale

n/a

n/a nu sunt disponibile * la Inland Steel, East Chicago, USA un filtru textil este exploatata din 1978 (PWS, 1987). Inputul de resturi

de la laminare, uleioase, este limitat la < 3 kg/t sinter pentru a reduce pericolul de incendiu in filtru textil. O instalatie de degresare a fost exploatata pentru mai multi ani pentru a elimina un stoc de resturi uleioase. Procesul a utilizat solventi pentru a reduce continutul de ulei din resturi, de la 1-2% la 0.1%.

** la sinterizarea de la WCI, Youngstown Sinter Company, Warren, Ohio, USA un filtru textil a fost pus in functiune in 1991. Au aparut unele probleme cu focul rezultat in filtru textil.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 71

Tabelul 4.9 : Date de functionare si economice pentru filtrele textile la instalatiile de sinterizare – dupa [InfoMil, 1997; Weiss, 1996]

EP.3 Ciclonul Descriere: Ciclonul separa particulele de materie prin actiune centrifigala. Dupa cum se bazeaza pe forta de inertie, instalatiile de desprafuire sunt numai dispozitive eficiente de reducere atunci cand particulele de materie sunt relativ neprelucrate. Un multi-ciclon de desprafuire foloseste acelasi principiu cu ajutorul unei serii de ciclonae, astfel obtinand eficienta maxima. Cicloanele uneori sunt folosite in fabricile de sinter ca un dispozitiv intermediar de curatare a gazului pentru a proteja echipamentul (ex. conductele si ventilatoarele) de efectul abraziv al particulelor de materie prezente in gazul de ardere. Principalele niveluri de emisii atinse: Pentru particulele >10 µm [InfoMil, 1997] informeaza o eficienta a indepartarii atinse de 90 – 95% prin folosirea a multiinstalatiilor de desprafuire. In orice caz, datorita marimii relativ mici a particulelor de materie din gazul de ardere a fabricii de sinter, eficienta indepartarii de 60 pana la 80% este asumata aici. Astfel, concentratiile eliberate de la fabrica de sinter sunt intre 300 si 600 mg/Nm3, depinzand de raportul de concentratie si distributia marimii particulelor. Aplicabilitatea : Este aplicabila la ambele tipuri de fabrici atat noi cat si existente. Efecte asupra mediului: O reducere usoara de presiunie (0.5 kPa) creste consumul de energie al pompelor de aspirare a gazului de ardere prin aproximativ 200 kW pentru o fabrica de sinter cu un debit al gazului de ardere de 1 MNm3/ora si o productie de 4 Mt sinter pe an. Aceste cantitatii de 0.001 GJ/t sinter, sau mai putin decat 0.1% al consumului energiei fabricii de sinter. Mai mult, este generat un debit al rezidurilor solide, reciclate in procesul complet de sinterizare. Fabrici de referinta: Multe fabrici din lume folosesc cicloanele ca dispozitiv de reducere a particulelor de materie neprelucrate. spre exemplu: Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden; Wakamatsu/Yawata Works, Nippon Steel Corporation, Japonia. Date operationale: Functioneaza fara probleme in conditii abrazive si umede, reducand concentratiile particulelor de materie la fabricile de sinter cu o eficienta de aproximativ 60 la 80%, depinzand de greutatea specifica a prafului. La Hoogovens IJmuiden, a fost atinsa o concentratie a evacuarii de 300 mg/Nm3 cu o multiinstalatie de desprafuire. Aspecte economice: Investiile sunt estimate de la 500 la 700 750 Ecu1996 per 1000 Nm3/ora [InfoMil, 1997]. Pentru o fabrica de sinter cu un debit al gazului de ardere de 1 MNm3/ora, aceste sume sunt de la 0.5 la 0.7 milioane Ecu1996. Costurile operationale depind de reducerea presiunii , la fel si costurile energiei. Este mentionat un numar de 0.007 la 0.015 Ecu1996 per 1000 Nm3 tratat. Pentru fabrica de sinter mentionata, acesta ar insuma de la 60000 la 127000 Ecu1996 pe an, corespunzand la 0.02 pana la 0.04 Ecu1996/t sinter. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 4

72 Production of Iron and Steel

EP.4 Scruberul umed, de ex. AIRFINE Descriere: Intr-un scruber, particulele de materie din gazul de ardere sunt risipite prin folosirea unui lichid pentru a retine particulele. Lichidul poluat este indepartat si (de obicei) reciclat dupa tratare. Datorita concentratiei ridicate a hidrocarburilor si particulelor de materie relativ fine din gazul de ardere a fabricii de sinter, scruberele traditionale (ex. scruber cu difuzor de aer, scruber cu coloana de stropit) de obicei nu sunt capabile de a reduce semnificativ concentratiile particulelor de materie. Scruberele traditionale nu sunt folositi la fabricile de sinter din Europa. Recent, a fost dezvoltat un nou tip de scruber: scruberul foarte performant, este fabricat sub numele de RAFINARE A AERULUI. Componentele principale ale sistemului de curatare a gazului (Figura 4.22) include:

- Un precipitator electrostatic (PES) pentru indepartarea prafului neprelucrat: - Un sistem pentru racirea gazului de ardere si saturarea umiditatii: - Un sistem de epurare fin pentru separarea prafului fin si curatarea simultana a gazului: - O instalatie de tratare a apei pentru separarea produselor secundare si recuperare.

Inima acestui proces este sistemul rafinat de epurare, unde duze duble arunca apa si aerul comprimat la presiuni foarte mari in debitul de gaz rezidual.

Figura 4.22 : Tratarea gazului rezidual de la instalatia de sinterizare a Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz cu un sistem de spalare fin

Epuratorul AIRFINE permite indepartare simultana ale particulelor fine de praf (inclusiv cloruri alcaline si metale grele – vezi 4.2.2.1.2.2) si componenti nocivi ai gazului de ardere. Acestea din urma (PCDD/F,metale grele, HAP) sunt in principal asociate cu praful fin. Comparativ cu sistemele de reducere uscate acest sistem poate de asemenea indeparta compusi solubili in apa, cum ar fi cloruri alcaline (vezi 4.2.2.1.2.2) si cloruri ale metalelor grele (vezi 4.2.2.1.2.3). in cazul adaugarii de alcaline apei epuratoare pot fi de asemenea indepartati compusi acide ca HF, HCl si SO2 . Solutia apoasa de la scruber, ce contine saruri alcaline de metale grele, este tratata in consecinta prin precipitare/ coagulare (Figura 4.23). Substantele solide sunt dezactivate cu

Monitorizare emisii

Suflanta principala

apa

Masina sinterizare

Stadiu spalareApa namol

Apa spalare

Scruber fin Aer proces

Reciclare Componente Fe

Stingere

suflanta

apa

Reincalzirea gaz nat

Ingrosator

Namol spre furnalul BF

Rezervor namol

Namol

Apa evacuare Tratare apa

zgura

imobilizare

halda

Apa epurata

Chapter 4

Production of Iron and Steel 73

zgura urmata de depozitarea pe halde sigure. Surplusul este neutralizat si trecut trin cateva straturi de piatris inainte de descarcare in sistemul municipal de canalizare.

Figura 4.23 : Tratarea apei de spalare de la un scruber fin si apa de la filtru ESP prin extragerea pulberilor la Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz

Praful din filtru de la EPS este extras cu ajutorul apei reciclate (Figura 4.22) pentru a indeparta sarurile alcaline si metalelor grele solubile in apa. Praful extras din filtru este reciclat in totalitate in banda de sinterizare . Principalele nivele de emisii atinse: Una din doua fabrici comerciale functioneaza la Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz, este in functiune din 1993 si si cea de-a doua la Hoogovens IJmuiden, NL-Ijmuiden din primavarta lui 1998. O a treia fabrica este planificata a fi construita la BHP-ISD, Whyalla Australia. Concentratiile emisiilor si factorii emisiilor atinse sunt aratate in Tabelul 4.10. emisiile particulelor de materie sunt <50 mg/Nm3, corespunzand eficientei unei indepartari a particulelor de materie de aproximativ 95%. Eficienta de indepartare actuala este legata de input-ul de energie (aerul comprimat pentru pulverizare). In prezentt, consumul electricitatii este de 39 MJ/t sinter si 79 MJ/t sinter pentru reincalzirea gazului de ardere inainte de descarcare. Remarcati ca separarea prafului neprelucrat este realizat printr-un PES preinstalat cu o concentratie a evacuarii de aproximativ 150-250 mg/Nm3. reducerea de presiune raportata este de 8 - 15 bar. Tehnica este de asemenea eficienta pentru indepartarea PCDD/F. In conditii normale de functionare, sunt garantate si posibil de atins 0.4 ng I-TEQ/Nm3 , corespunzator cu eficienta de aproximativ 95% pentru un racord de 8 ng I-TEQ/Nm3. nu sunt adaugati aditivi (carbon activ) pentru a realiza aceasta valoare. In plus, 80 pana la 95% din HCl si HF sunt indepartati. Emisiile SO2 pot fi indepartate cu eficienta mare daca sunt instalate dispozitivile cu injectie de aditivi (vezi EP. 5 si punctul 8 al concluziei BAT – Minimalizarea emisiilor SO2 ). Concentratiile de metale grele sunt de asemenea eficient reduse (>90%) ca rezultat al proprietatii de solubilitate in apa. Tehnica da nivele de eficienta semnificativ ridicata decat cele

Reciclarea fierului: apa evacuata apa de la spalare namol

Precipitarea metalelor grele

Lapte var

Rezervor colectare

Precipitare

Floculant Lapte var

Precipitare Floculare

Ingrosator

Presa filtr. Neutralizare final

Filtru pat pietris

ImobilizareZgura

Presa filtrare

Ingrosator

Reciclare halda analiza

Apa epurata

Chapter 4

74 Production of Iron and Steel

obtinute cu PES (vezi Tabelul 4.1). De asemenea poluantii nepolari cum ar fi HAP sunt redusi datorita indepartarii eficiente al prafului fin.

Componenta Concentratia realizata a emisiilor [mg/Nm3]

Factorul de emisie realzat cu 2200 Nm3/t [g/ t sinter]

Randamentul de retinere [%]

Metoda de masurare

Pulberi 48 110 95.2 VDI 2066 B13 As < 0.001 < 0.002 87 VDI 3868 Cd 0.003 0.0067 92 VDI 3868 Co < 0.001 < 0.002 95 VDI 3868 Cr 0.002 0.0045 92 VDI 3868 Cu 0.02 0.044 96 VDI 3868 Hg 0.01 0.02 96 VDI 3868 Mn 0.01 0.02 93 VDI 3868 Ni < 0.001 < 0.002 95 VDI 3868 Pb 0.05 0.1 96 VDI 3868 Sb < 0.001 < 0.002 87 VDI 3868 Se 0.001 0.002 90 VDI 3868 Tl 0.002 0.0045 93 VDI 3868 V < 0.001 < 0.002 87 VDI 3868 Zn 0.001 0.002 94 VDI 3868 HCl 26.5 60 96 VDI 3480 B11 HF 0.6 1.3 95 VDI 2470 B11 SO2 370 820 10 Infrarosu VOC (FID-masuratori)

11 25 50-60 Instruirea UBA EM-K1

PAH (EPA 16) 50 µg/Nm3 110 mg/t n/a EPA-Metoda PCDD/F 0.4 ng I-

TEQ/Nm3 1.0 µg I-TEQ/t 94 VDI 3499 B11

n/a = indisponibile

Tabelul 4.10 : Concentratiile de emisii realizate si factorii de emisie din sistemul AIRFINE al Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz

Chapter 4

Production of Iron and Steel 75

Concentratiile emisiilor ina apa uzata si factorii de emisie realizat prin scruberul fin si extragerea pulberilor prin filtrul ESP dupa tratare (precipitarea/cuagularea) sunt date in tabelul 4.11. Componenta Concentratia realizata

[mg/l] Factorul de emisie realizat

[mg/t sinter] Eficienta de indepartare

[%] Metoda de masuraer

Flux tratat de apa uzata

14.2 m3/h

0.064 m3/t sinter

-

inductia

pH 8.8 – 9.3 DIN 384 Substante solide 8 0.5 99.6 DIN 38409-H2 Al 0.28 0.018 98 DIN 38406 As 0.001 0.00006 99 DIN 38406 Cd 0.002 0.00013 99 DIN 38406 Cr 0.009 0.0006 95.5 DIN 38406 Cu 0.062 0.004 99 DIN 38406 Fe 0.23 0.014 99.9 DIN 38406 Hg 0.001 0.00009 99.8 DIN 38406 Ni 0.048 0.003 99 DIN 38406 Pb 0.006 0.0004 99.9 DIN 38406 Zn 0.026 0.0016 99 DIN 38406 Cloruri 4770 310 - DIN 38405-D1 Sulfati 2420 160 20 DIN 38405-D5 Fluoruri 6.7 0.43 81-90 DIN 38405-D4 Sulfiti 0.06 0.004 - DIN 38405-D26 CN-volatili 0.02 0.0013 - DIN 38405-D13 Amoniu-N 110 7.1 - DIN 38406-E5 Nitrati-N 17 1.1 - DIN 38405-D9 Nitriti-N 0.64 0.04 - DIN 38405-D19 TOC 17 1.1 - DIN 38409-H3

Tabelul 4.11 : Concentratiile de emisie ralizate si factorii de emisie din apa uzata tratata de la spalarea gazului uzat si desprafuirea cu filtrul ESP de la Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz (mean values) Aplicabilitatea: Este aplicabil ambelor feluri de fabrici, atat noi cat si existente. In orice caz, ar trebui notat ca aplicabilitatea este specifica locului. Efecte asupra mediului: Este generat un debit al apei reziduale poluate, care trebuie sa fie tratata. Slamul provenit de la tratarea apei reziduale trebuie sa fie inlaturat intr-o halda sigura La Hoogovens IJmuiden, NL-Ijmuiden debitul apei de racire este de 800 m3/ora si al apei reziduale de 50 m3/ora. Sistemul de epurare fin are o cerere de energie relativ mare. Acest lucru este valabil pentru epurarea insasi si pentru reincalzire gazului de ardere tratat inainte de descarcare. Fabrici de referinta: Fabrica de sinter din Voest Alpine Stahl Linz AG, A-Linz este in functiune din 1993; fabrica de sinter din Hoogovens IJmuiden, NL-Ijmuiden fiind in functiune din mai 1998; fabrica din urma de asemenea include desulfurizarea. Aspecte economice: Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz: Investitii: 39.2 million Ecu1996 ( totalul investiilor, inclusiv instalatiile, tehnologie etc. aceste costuri relativ mari rezulta din faptul ca prima fabrica a fost o instalatie pilot). Date operationale: Costul consumabilelor de energie sunt de asemenea importante. In plus, este necesara prezenta unui singur muncitor pe tura pentru tratarea si intretinerea apei reziduale (1.5% din investitiei). Costurile operationale, excluzand costurile energiei, sunt de Ecu1997 pe an. Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden: Investitii: circa 40 million Ecu1997 , care include de asemenea investitiile pentru infrastructura. Date operationale: In functiune din mai 1998; este tratat gazul de ardere de la trei benzi de sinterizare (in total 550000 m3/ora).

Chapter 4

76 Production of Iron and Steel

Costurile efective vor diferi depinzand in mare masura de fabrica si cererile locale pentru serviciile tratarii apei reziduale. Date operationale: la fabrica de sinter din Voest Alpine Stahl AG, A-Linz i-a fost oferit in august 1993 un epurator cu performanta ridicata sub numele de AIRFINE. Epuratorul este instalat dupa un separator al prafului neprelucrat (PES) si trateaza 600000 Nm3/ora la o productie de sinter de 720t/ora. In ziua de azi sistemul o eficacitate si rezistenta ridicata. Cererile de energie sunt aproximativ 2MW pentru comprimarea aerului si pompe de epurare. Cererea in plus extra al energiei electrice potrivite de aproximativ 39 MJ/t sinter, reprezentand o crestere de aproximativ 35%. In plus, 650 Nm3/h (79 MJ/t sinter) de gaz natural este folosit pentru reincalzirea gazelor dupa epurare. Reincalzirea depinda de cerintele locale si nu este specifica pentru aceasta tehnica. Fierul continand noroi este reciclat in fabrica de sinter. Noroiul poluat cu metale grele este format si dispus ulterior (0.5 t materie uscata pe zi). Debitul apei de racire (petru statia de comprimare a aerului de proces) este 200-300 m3/ora, depinzand de conditiile de functionare. Literatura de referinta: [Gebert, 1995]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 77

EP.5 Desulfurarea umeda Descrierea: Exista procese de desulfurare uscata si umeda dar numai un singur sistem umed este considerat aici. Dupa racirea gazelor de ardere, SO2 este transmis intr-un turn cu pulverizare a unei solutii care contine calciu(Ca) sau magneziu (Mg). Acesta formeaza gipsul (CaSO4) sau sulfat de magneziu (MgSO4), care este indepartat din coloana ca namol. Pot fi folositi cativa agenti de reactie:

- Zgura de otel (procesul Desulfurarea Zgurei de Otel (DZO)). Zgura de otel, care contine 30 – 40% CaO este pulverizata, amestecata cu apa si adaugati ca un noroi continand Ca(OH)2 ;

- Varul stins (Ca(OH)2); - CAL. Clorura de calciu (CaCl2) si varul stins (Ca(OH)2);

- Varul stins (Ca(OH)2) si carbonatul de calciu (CaCO3); - Hidroxid de magneziu (Mg(OH)2).

Gipsul este deshidratat. Calitatea gipsului depinde puternic de eficienta dispozitivul de reducere preinstalat al particulelor de materie. In unele tari gipsul poate fi vandut industriei fabricarii de ciment. Apa este separata de slamul de gips si majoritatea din ea este recirculata. Datorita formarii clorurilor, va exista un procedeu de spalare al apei. Astfel sunt generate deseurile solid (gips) si apa reziduala. Atunci cand este folosit NH4OH ca agent de reactie, este generata o solutie NH4HSO3 . Aceasta solutie este prelucrat prin oxidare umeda in fabrica de tratare a gazului al cuptorului de cocs. Este produs sulfatul de amoniu ((NH4)2SO4 . Desulfurarea umeda poate de asemenea fi obtinut cu siisteme de epurare fine (vezi EP.4). Principalele niveluri de emisii atinse: Eficacitatea desulfurizarii de 90% poate fi usor realizat. A fost raportata o eficacitate de 95 – 99%. Mai mult, HCl, HF si particulele de materie sunt curatate din gazul de ardere. Sistemul nu indeparteaza NOx [InfoMil, 1997]. Aplicabilitatea: Pot fi folosite la ambele tipuri de fabrici atat noi cat si existente desi cererire locului pot fi semnificative. Efecte asupra mediului: este generat un slma care contine gips. Inlaturarea gipsului poate prezenta probleme considerabile. In tarile unde nu exista piata pentru gips, materialele deshidratate trebuie sa fie inlaturate ca un reziduu activ, necesitand stabilizare ulterioara inainte de descarcare si drept urmare atragand costuri ridicate de inlaturare. Chiar si acolo unde exista o piata pentru gips poluarea produsului cu particule de materie o face mai putin atractiva si va trebui sa fie abandonata. In plus, este necesara tratarea aditionala a apei reziduale cand unitatile indeparteaza si particulele de materie. Intr-un singur caz, gipsul este separat intr-o parte poluata (10%), care este inlaturata, si o parte “curata” (90%), care este vanduta. Acesta este cazul de la Thyssen Stahl AG, Duisburg [InfoMil, 1997]. Proiectul unitatilor de desulfurare determina posibilitatea separarii debitului gipsului. Majoritatea apei de epurare poate fi recirculata, in special cand un dispozitiv de reducere a particulelor de materie este functionata prioritar unitatii de desulfurare. Scurgerea este necesara de obicei pentru a evita realizarii treptate a clorurii. Este raportata o scurgere in intervaslul de 5 pana la 20 m3/ora. Totusi, in unele cazuri nu are loc scurgerea, si este suplimentata apa. Consumul de electricitate este estimat la 6.1-7.2 MJ/t sinter. In plus, gazul de ardere curatat trebuie sa fie reincalzit inainte emisiilor pentru a obtine o umplere crescuta suficient. In unele

Chapter 4

78 Production of Iron and Steel

cazuri, gazul cuptorului de cocserie este folosit pentru acest scop si uneori prezenta CO in gazul de ardere al fabricii de sinter este arsa catalitic. Consumul varului stins depinde de concentratia de SO2 din racord, cantitatea gazului de ardere tratat si eficenta dorita. Consumul obtinut este de 3-4 kg var stins (Ca(OH)2) pe m3 SO2 la Wakamatsu Works, NSC, Japonia. Instalatii de referinta : In Tabelul 4.12 este dat un numar de fabrici de sinter, care folosesc desulfurarea umeda. Ar trebui mentionat faptul ca procesul Mitsubishi folosit la Thyssen Stahl AG este singura fabrica de desulfurare care treateaza gazul de ardere al fabricilor de sinter din Europa. Fabrica Thyssen trateaza o portiune selectata al debitului gazului de ardere (partea cu concentratie ridicata de SO2 (vezi Figura 4.8) si este folosita atunci cand standardele calitatii aerului local sunt ramificate. Este comunicat faptul ca aceasta fabrica nu a fost folosita in ultimii doi ani (1997 ai 1998) facand aceasta metode de reducere a SO2 foarte scumpa.

Compania Fabrici Nr. Instalatiei. Cantitatea de gaz tratata (design) (1 x106 Nm3/h)

Agent de reactie

Nippon Steel Corporation Wakamatsu/Yawata Sakai

1 1

Var stins SSD (zgura otel)

Nippon Kokan KK Fukuyama Keihin

0.76 1.2-1.3

NH4OH NH4OH

Kawasaki Steel Corporation Chiba Chiba Mizushima

Sinterizare no.4 Sinterizare no.3 3 inst. sint.

0.62-0.75 0.32 0.75; 0.75; 0.9

Var stins Var stins Var stins

Kobe Steel Ltd. Kakogawa Kobe

1 0.35

CAL* CAL*

Sumitomo Metal Industries Wakayama Kashima Kokura

Inst. sinter. no.5 2 inst. sinter.

0.4 0.88; 0.2 0.32

Var stins si creta Var stins si creta Hidroxid de magneziu

Thyssen Stahl AG Duisburg Inst. Siner. no. 4 0.32 Var stins si creta

* CAL: Clorura de calciu si var stins

Tabelul 4.12 : Untitatile de desulfurare la instalatiile de sinterizare – [InfoMil, 1997]

Date operationale si aspecte economice: Tabelul 4.13 prezinta o vedere generala a datelor operationale si aspecte economice de la cinci unitati de desulfurare. Toate aceste unitati au fost instalate pentru a intalni reguli ale mediului stabilite de autoritatile locale. Nu au fost mentionate dificultati specifice de folosire. Eficienta desulfurarii din table nu tine seama de opririle instalatiei, raportandu-se la o functionare de 24 de ore pe zi. Astfel, in practica, numerele eficientei globale vor fi considerabil mai mici. Dupa cum a fost amintit mai sus, vanzarea gipsului rezultat nu ar fi posibila in unele tari Europene, astfel lasand o problema a inlaturarii. Date aditionale despre aspectele economice: [InfoMil, 1997] raporteaza urmatoarele costuri pentru echipamentul de desulfurare emed: Investitii : 50-80 Ecu1996/(Nm3/h); Operationale: 0.5 la 1.0 Ecu1996 per kg SO2 indepartat. Pentru fabrica de sinter cu o capacitate de 4 Mt/a, un debit al gazului de ardere de 1 MNm3/h, 8640 ore de functionare pe an si emisii SO2 netratate de 1200 g/t sinter si 90% eficienta desulfurizarii, acesta va corespunde urmatoarelor costuri: Investitii: de la 50 la 80 milioane Ecu1996; Operationale: de la 0.5 la 1.1 Ecu1996/t sinter. Deoparece investitiile sunt relativ ridicate (mai mari decat costul unei fabrici de sinter noi) si depind puternic de debitul gazului de ardere, ar fi avantajos sa limiteze desulfurarea in sectiile

Chapter 4

Production of Iron and Steel 79

gazului de ardere cu concentratia cea mai ridicata de sulf (vezi Figura 4.8) si eforturi concentrate pentru scaderea input-ului de sulf procesului (vezi PI.4). Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 4

80 Production of Iron and Steel

Unitatea Thyssen Stahl AG Duisburg

Kawasaki Steel Corp. Chiba

Nippon Kokan KK Keihin

Nippon Steel Corp. Wakamatsu/Yawata

Sumitomo Metal Ind. Wakayama

Productia de sinter design actual

(t/h) 400 375

290 180

500 n/a

1000 600

n/a 185

Flux total de gaz rez. design actual

(106 Nm3/h) 0.32 0.24

0.62-0.75 0.38

1.2-1.3 n/a

2 1

n/a 0.4

Bazicitatea sinter (CaO/SiO2) 1.75 - 2.1 1.8 1.8 1.92 2.2 Capacitatea de desulf. design actual

(106 Nm3/h) 0.32 0.1 (partial deSOx)

0.62-0.75 0.38

1.2-1.3 n/a

1 (partial deSOx) 0.45-0.51 (partial deSOx)

n/a (partial deSOx) 0.2 (partial deSOx)

Despraf. preinstalata Tip Gaz epurat

(mg/Nm3)

3-camp. uscat ESP 130-140

Uscat ESP 70-80

Uscat ESP 50

ciclonul n/a

uscat ESP 40

Agent de reactie Var stins si creta Var stins NH4OH Var stins Var stins si creta (50%:50%)

SO2-concentratie la intrare design actual

(mg/Nm3) 1500 n/a

880-1170 370

n/a 560-840

1140 513-684

1830 730-940

SO2-concentrarie la iesire design actual

(mg/Nm3) <150 <30

30 9

n/a 3-9

< 110 6-29

370 n/a

Randament desulfurare design actual

(%) >90 >98

96-98 98

n/a >99

90 95-98

80 n/a

Produs secundar tipul cantitatea procesarea

(kg/t sinter)

gips 0.9 90% sold; 10% disposed

gips 2.3 sold

Sulfat de amoniu n/a sold

gips 1.0-1.34 sold

gips 4.5 pe halda

Cerere energetica (GJ/t sinter) n/a n/a n/a 0.0061-0.0072 (electricity) (< 0.3% of tot. energy cons.)

n/a

Investitii (106 Ecu1996) 13 (in 1980) 26 (in 1976) n/a n/a 19.4 (in 1976) Costuri operationale (Ecu1996/t sinter) 0.6 (in 1986) 2.1 (in 1986);

fara depreciere n/a 0.016 (in 1986);

doar cu mentenanta 0.62 (in 1986); fara mentenanta fara deprecieer

n/a indisponibil

Tabelul 4.13 : Date operationale si economice din instalatia de desulfurare a sinterizarii – [InfoMil, 1997]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 81

EP.6 Carbune activ regenerativ (RAC) Descriere: Tehnicile de desulfurare uscata se bazeaza pe absorbtia SO2 si carbonul activ. Atunci cand este generat carbonul activ incarcat cu SO2 , sistemul este numit Carbon Activ Regenerator (CAR). In acest caz, o calitate ridicata, tipul scump al carbonului activ poate fi folosit si acudul sulfuric (H2SO4) este produs ca un produs secundar. Stratul este regenerat fi cu apa sau termal. Aceasta tehnica este folosita la incineratorii rezidurilor municipali, rafinarii, centrale termice si o singura fabrica de sinter. In unele cazuri, este folosit carbonul activ pe baza de lignit. In acest caz carbonul activ incarcat cu SO2 este de obicei incinerat sub conditii controlate. Aceasta tehnica este de obicei folosita numai pentru "reglajul fin" in avalul unei unitati de desulfurare existente. Procesul CAR permite indepartarea a mai multor componente din gazul de ardere: SO2, HCl, HF, mercur (Hg) si (optional) NOx. sistemul poate fi dezvoltat ca un proces cu o faza sau doua faze. In procesul cu o faza, gazele de ardere sunt conduse printr-un strat cu carbon activ. Poluantii sunt absorbiti de carbonul activ. Indepartarea NOx se petrece numai cand amoniul (NH3) este injectat in fluxul de gaz inainte de stratul catalizator. In procesul cu doua faze, gazele de ardere sunt conduse prin doua straturi cu carbon activ. Hidratul de amoniu poate fi injectat inainte ca stratul sa reduca emisiile NOx . Principalele niveluri de emisii obtinute: Este posibila desulfurarea foarte eficienta (.95%). Eficienta denitrificarii poate fi la fel de ridicata ca 80 – 90%, depinzand de temperatura de operare, proiectarea si adaugarea NH3 . Aces randamente nu iau in calcul timpul de oprire ci se raporteaza la o functionare continua de 24 h pe zi. Astfel valorile randamentului ar fi considerabil mai mici. Aplicabilitatea: Procesul CAR poate fi aplicat ca o tehnica end-of-pipe la ambele fabrici,noi si existente. Procesul este de obicei instalat pentru indepartari simultane a mai multor componenti ale gazelor reziduale (ex. SO2, HF, HCl, NOx). traseul fabricii si cererile spatiului sunt factori importanti de considerare ai acestei tehnici. Efecte asupra mediului: Atunci cand este aplicat procesul CAR, consumul total de energie pe t de sinter creste si este generat un debit mic de apa. Intr-o fabrica de fier si otelarie integrata, debitul apei poate fi tratat in the existing waste water treatment plant daca exista o fabrica potrivita sau este situate convenabil. Daca nu, costuri aditionale ar apare pentru o tratare potrivita a apei reziduale. Acidul sulfuric este produs ca un produs secundar. Nu este generat nici un reziduu solid, pentru ca carbonul activ este regenerat si partial ars. Consumul de electricitate este de 1200 kW sau 8.6 MJ/t sinter (in jurul la 0.4% din totalul consumului energiei sinterului). Atunci cand este aplicat procesul neregenerant, consumul total de energie pe tona sinter creste si este produs un deseu solid poluat, care ar trebui tratat cum trebuie. Fabrici de referinta: Precesul CAR a fost pus in functiune la fabrica de sinter nr 3, Nagoya Works, Nippon Steel Corporation din Japonia, din august 1987. Date operatinale: Fabrica de sinter are o capacitate de 12000 t sinter pe zi, cu un debit al gazului de ardere de 900000 Nm3/ora. Bazicitatea sinterului era 1.72-2.1 in 1991. procesul CAR a fost proiectat ca doua turnuri paralele de absorptie la 1 nivel, fiecare cu o capacitate de 450000 Nm3/ora. Prioritar desulfurizarii, particulele de materie sunt indepartate intr-o instalatie de desprafuire si ulterior un PES ( concentratia gazului curat: 20-30 mg/Nm3). Concentratiile racordului SO2 erau 360 mg/Nm3 si eficienta comunicata era 97%. Acest lucru ar duce la o concentratie la iesire de 11 mg/Nm3. Concentratiile la iesire a particulelor de materie sunt 15-20 mg/Nm3 (marimea particulei 2-4 µm; 60% carbon). Denitrificarea este folosita numai in unul din cele doua turnuri de absorbtie, prin injectarea NH3. Indepartarea eficienta a NOx este mai

Chapter 4

82 Production of Iron and Steel

scazuta la 15% general (sau 30% l turnului de absorbtie cu injectie NH3), depinzand de injectie NH3 . Carbonul activ incarcat cu SO2 este generat de tratarea termala la 380-430°C. Carbonul este incalzit indirect de un cuptor de cocs aliment cu gaz. Azotul (N2) este amestecat (500 m3/ora). Apa reziduala saturata cu gaz bogat in SO2 (15%) este condusa fabricii cu acid sulfuric al tratarii gazului de cuptor. Carbonul regenerat este cernut si inapoiat straturilor de absorbtie. Particulele de marimi mici sunt folosite in alimentarea sinterizarii. Dispunerile sunt specifice cu cele ale fabricilor considerate si nu ar trebui considerate ca general aplicabile la alte fabrici. Cantitati ale consumului carbonului activ pana la 150 kg/ora. Consumul de aburi (40 bar) este 600 kg/ora si consumul de apa este 0.08 m3/ora. Trebuie acordata atentie speciala temperaturii racordului gazului de ardere (< 140°C), si concentratiei racordului particulelor de materie (max. 50 mg/Nm3). Aspecte economice: Investitiile (excluzand fabrica de acid sulfuric si fabrica de tratare a apei reziduale) in 1987 erau de aproximativ 21 million Ecu1996. In 1991 Voest Alpine Stahl AG, A-Linz era citata ca fiind de aproximativ 73 million Ecu1997 pentru o fabrica CAR. Costurile de functionare (excluzand intretinerea si amortizarea) era 0.75 Ecu1996 pe t sinter in 1991. costurile de intretinere sunt estimate la 0.17 Ecu1996 pe t sinter (750000 Ecu1996 pe an). De retinut ca acele date sunt pentru instalatiile CAR pentru indepartarea combinata a SO2 si NOx. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 83

EP.7 Reducerea catalitica selectiva (SCR) Descriere: In acest proces, NOx din gazul de ardere este redus catalitic de catre amoniac (NH3) sau uree la N2 si H2O. Pentoxidul de vanadiu (V2O5) sau oxidul de wolfran (WO3) pe un suport de oxid de titaniu (TiO2) sunt adesea folositi ca un catalizator. Alti posibili catalizatori sunt oxidul de fier si platina. Temperaturi operationale optionale sunt in categoria 300 to 400°C. RCS poate fi operat ca un sistem de pentru cantitate mare de pulberi, un sistem pentru cantitate redusa de pulberi si ca un sistem de curatare a gazului; fiecare cu propriile caracteristici. Pana in prezent la fabricile de sinter a fost folosit numai sistemel de curatare a gazului. Ar trebui acordata atentie speciala deactivarii catalizatorului, acumularea azotului de amoniu explozibil (NH4NO3), strecurarea hidratului de amoniu si formarea SO3 corosiv/caustic. Aplicabilitatea: Poate fi folosita ca o tehnica la final de proces la ambele tipuri de fabrici, atat noi cat si existente. La fabricile de sinter, a fost pus in functiune numai sistemele de curatare a gazului, dupa desprafuire si desulfurare. Este fesential ca gazul sa fie foarte curat, < 40 mg praf, si aceasta are o temperatura minima de aproximativ 300°C. Aesta necesitya un input al energiei. Principalele niveluri de emisii obtinute:La fabricile de sinter pot fi obtinute randamente ale reducerii NOx de 90%, depinzand de tipul catalizatorului, temperaturii de functionare si adaugarii NH3. Efecte asupra mediului: Dearece CAR este o tehnica uscata, nu sunt emisii in apa. Singurul reziduu generat este catalizatorul dezactivat, care poate fi reprodus de catre producator. Aceasta tehnica implica depozitarea si folosirea hidratului de amoniu, dar nu neaparat al hidrat de amoniu solutie; uree sau solutiile de hidroxid de amoniu pot fi de asemenera folosite. Consumul global de energie creste pe masura ce gazele reziduale trebuie sa fie reincalzite inainte de a intra in contact cu catalizatorul. Aceasta reduce posibilitatile recuperarii caldurii sensibile de la procesul de sinterizare. In plus, dispozitivul RCS consuma energie electrica. Instalatii de referinta:

1. Instalatia de sinterizare, Kawasaki Steel Corporation, Chiba Works, Japonia 2. Instalatia de sinterizare, Nippon Kokan, Keihin Works, Japonia 3. Instalatia de sinterizare 3 & 4, China Steel, Taiwan

Date operationale:

1. Fabrica de Sinter, Kawasaki Steel Corporation, Chiba Works, Japonia A fost instalat un RCS la fabrica de sinter Kawasaki Steel Corporation, Chiba Works in 1975 pentru a reduce emisiile NOx . Fabrica de sinter are o capacitate de 7000 t sinter/zi si un debit al gazului de ardere de la 620000 la750000 Nm3/ora. Emisiile NOx au fost reduse de la 450 mg/Nm3 la 37 mg/Nm3 pe un catalizator de platina, astfel obtinandu-se un randament al reducerii de >90%. RCS este folosit ca un sistem de curatare a gazului, ceea ce inseamna ca RCS este instalat dupa desprafuire si desulfurare. RCS poate fi operat la 260°C sau 400°C. La 260°C, catalizatorul trebuie sa fie reimprospatat de cateva ori pe an prin tratarea cu caldura. La aceasta temperatura, randamentul de 90% este obtinut numai prin adaugarea NH3 la 1.2 ori peste ratia stoichiometrica. In aceasta situatie, se petrece alunecarea NH3 . duupa 3 ani de functionare la 260°C, a fost instalat un convertor CO in susul dispozitivului RCS. In convertor, Co din gazul de ardere este ars catalitic si este generata caldura. Convertorul CO creste temperatura gazului de la aproximativ 400°C la 480°C. Indepartarea NOx cu un randament de aproximativ 90% a fost obtinuta cu adaugarea NH3 la o ratie

Chapter 4

84 Production of Iron and Steel

schiometrica de 0.9. Nu se petrece alunecare NH3 . reducerea presiunii asupra stratului catalizator (1 m) easte de 140 mm (coloana de apa).

2. Fabrica de Sinter, Nippon Kokan, Keihin Works, Japonia. La fabrica de sinter Nippon Kokan, Keihin Works, in 1979 a fost instalat un RCS. Acest sistem este operat ca un sistem de curatare a gazului dupa desprafuire si desulfurare. Fabrica de sinter are o capacitate de 120000 t sinter pe zi si un debit al gazului de ardere de 1.2 la 1.3 milioane Nm3/ora. RCS foloseste minereuri(limonit si gazita din Asia) ca un catalizator. Catalizatorul folosit este protejat si folosit ca alimentator in furnal sau fabrica de sinter. Gazele intra in dispozitivul RCS dupa ce au fost preincalzite la o temperatura de 340°C cu o concentratie NOx de 410 mg/Nm3. Concentratia gazului curat este 100-120 mg/Nm3 echivalent cu un randament RCS de 70 – 75%. Reducerea de presiune peste dispozitivul RCS este 60 – 70 mm (coloana de apa). Schimbatorul de caldura are o reducere de presiune de 80 mm (coloana de apa). Consumul NH3 este 120 g/t sinter. Consumul de electricitate este 0.014 GJ/t sinter, sau < 1% din consumul total de energie pentru sinter. RCS functioneaza fara nici un fel de probleme communicate. Aspecte economice: 1. Fabrica de sinter, Kawasaki Steel Corporation, Chiba Works, Japonia Investitii: 27.3 x106 Ecu1996 in 1975 Costuri de intretinere : 0.08 Ecu1996/t sinter in 1992 (200000 Ecu1996/a) Costuri operationale: 0.40 Ecu1996/t sinter in 1992 (1000000 Ecu1996/a); incluzand costurile de preincalzire 2. Fabrica de sinter, Nippon Kokan, Keihin Works, Japonia Investitii: 50 x 106 Ecu1996 in 1979 Costuri de inttretinere: 0.57 Ecu1996/t sinter in 1992 (900000 Ecu1996/a) Costuri operationale: 0.75 Ecu1996/t sinter in 1992

[InfoMil, 1997] informeaza urmatoarele costuri pentru RCS: Investitie: 25-45 Ecu1996/(Nm3/ora); Operational: 0.7-0.9 Ecu1996/1000 Nm3 tratat. Pentru o fabrica de sinter cu o capacitate de 4 Mt/a, un debit al gazului de ardere de 1 MNm3/ora si 8640 de ore de functionare pe an, acesta ar corespunde urmatoarelor costuri:

Investitie: de la 25 la 45 milioane de Ecu1996; Operational: de la 1.5 la 2.0 Ecu1996/t sinter.

In 1996 a fost anuntat un costut estimativ de apriximativ 30 de milioane de Ecu1997 pentru o unitate RCS incluzand sistemul de preincalzire la Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden.

Factori decisivi de cost sunt folosirea catalizatorului, consumului de hidroxid de anoniu si (daca este folosibila) costuri pentru preincalzirea gazului de ardere. Nici o fabrica din Europa nu foloseste in prezent un sistem de acest fel de- NOx.

Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 4

Production of Iron and Steel 85

4.4 Concluzii Pentru intelegerea acestui capitol si al continutului, atentia cititorului este trimisa la prefata acestui document si in mod special a cincea sectiune a prefatei: “Cum sa intelegem si sa folosim acest document”. Tehnicile si emisiile asociate si/sau nivelurile de consum, sau categoriile de niveluri, prezentate in acest capitol au fost stabilite printr-un proces iterativ implicand urmatorii pasi:

- identificarea problemelor cheie a mediului pentru acest sector; pentru fabricile de sinter aceste sunt praful, metalele grele, NOx, SOx, dioxini si randamentul energiei (caldura);

- examinarea celor mai relevante tehnici pentru adresarea acelor probleme cheie: - identificarea celor mai bune niveluri de performanta a mediului, pe bazele datelor

disponibile din Uniunea Europeana si din intreaga lume; - examinarea conditiilor sub care au fost atinse aceste niveluri de performanta; cum ar fi

costurile, efecte supra mediului, principalele forte motrice implicate in implementarea acestor tehnici;

- selectarea celor mai bune tehnici disponibile(BAT) si emisiile asociate si/sau nivelurile de consum pentru acest sector intr-un sens general toate conform Articolului 2(11) si Anexei IV al Directivei.

Opiniile specialiste de la Biroul European IPPC si Grupul Tehnic de Lucru (GTL) au jucat un rol cheie in fiecare din acesti pasi si in felul in care informatia este prezentatya aici. Pe baza acestei evaluari, tehnicile, si cat mai mult posibil nivelurile consumului se emisiilor asociate cu folosirea BAT, sunt prezentate in acest capitol ca sunt considerate a fi potrivite sectoruluio ca un intreg si in multe cazuri reflecteaza performante recente a unelor instalatii din sector. Acolo unde sunt prezentate nivelurile emisiilor si consumului „atinse cu ajutorul celor mai bune tehnici disponibile”, trebuie inteles ca acele niveluri reprezinta realizarea in domeniul mediului putand fi anticipat ca un rezultat al aplicarii, in acest sector, tehnicilor descrise tinand cont de echilibrul dintre costuri si aventajele de la sine intelese in definirea BAT. Totusi, nu sunt nici valori limita al emisiilor sau consumului si nu ar trebui intelese astfel. In unele cazuri ar putea fi posibil din punct de vedere tehnic de a obtine niveluri mai bune ale emisiilor si consumului dar datorita costurilor implicate sau a consideratiilor asupra mediului, nu sunt considerate a fi potrivite ca BAT pentru sector caun intreg. In orice caz, astfel de niveluri pot fi considerate a fi justificabile in cazuri mult mai specifice unde exista stimuli speciale. Nivelurile emisiilor si consumului asociate cu folosirea BAT trebuie sa fie vazute impreuna cu orice fel de conditii de referinta specifice. (ex. perioade de mediere). Conceptul de „niveluri asociate cu BAT” descrise mai sus trebuie sa fie deosebite de termenul „nivel realizabil” folosit in alta parte in acest document. Acolo unde un nivel este descris ca „realizabil” folosind o tehnica speciala sau combinatie de tehnici, acest lucru ar trebi sa fie inteles a insemna faptul ca nivelul se asteapta a fi obtinut vizavi de o perioada de timp fundamentala intr-o instalatie bine intretinuta si functionata sau proces folosind acele tehnici. Acolo sunt sunt disponibile, informatii privind costurile au fost date impreuna cu descrierea tehnicilor prezentate in capitolul anterior. Aceste date dau o indicatie dura despre magnitudinea costurilor implicate. Totusi, costul actual al aplicarii unei tehnici va depinde puternic de considerentele situatiei specifice, spre exemplu, txe, amenzi, si caracteristicile tehnice ale instalatiei implicate. Nu este posibil sa evaluam complet in acest documentastfel de factori specifici locului. In absenta informatiilor cu privire la costuri, sunt trase concluzii despre viabilitatea tehnicilor de la orserbarile instalatiilor existente. Se intentioneaza termenul general „BAT” din acest capitol ar putea fi folosit de a aprecia realizarea curenta a unei instalatii existente sau de a aprecia o propunere pentru o instalatie noua

Chapter 4

86 Production of Iron and Steel

si in acest fel ajutand in determinarea conditiilor de baza „BAT” potrivite pentru instalatie. Este prevazut faptul ca noile instalatii ar putea fi proiectate de a realiza la acelasi nivel sau mai bine decat nivelele generale „BAT” prezentate aici. Este de asenmenea considerat faptul ca multe instalatii existente pot fi in mod acceptabil planificate, intre timp, de ase indrepta catre niveluri generale „BAT”sau sa faca mai bine. In timp ce BREF-urile nu instituie standarde legale care sa ingradeasca, ele sunt instituite sa dea informatii pentru ghidarea industriei, Statele Memebre si public asupra emisiiilor si nivelurilor de consum care se pot atinge cand se folosesc tehnici specifice. Cifrele limita adecvate pentru orice caz specific vor trebui sa fie determinate luand in considerare obiectivele Directivei IPPC si consideratiile locale. Pentru fabricile de sinter, urmatoarele tehnici sau combinatii de tehnici sunt considerate BAT. Ordinea prioritatilor si selectia tehnicilor vor diferi in functie de circumstantele locale. Orice alte tehnici sau combinatii de tehnici care ating aceleasi performante sau eficiente mai bune pot deasemenea fi luate in considerare; aceste tehnici pot fi in curs de dezvoltare, o tehnica in curs de aparitie sau o tehnica care este deja disponibila dar nu este mentionata sau descrisa in acest document.

1. Deprafuirea gazelor reziduale prin aplicarea a: -Precipitarea electrostatica avansata(PES) (mutarea electrodului EPS, sistem cu puls EPS, operare a EPA cu tensiuni inalte) sau -precipitare electrostatica plus filtru textil sau -pre-deprafuire (ex. ESP sau ciclonuri) plus sistem de curatare umed cu presiune inalta. Folosind aceste tehnici concentratiile emisiilor de praf mai mici de 50 mg/Nm3 sunt obtinute in operatii normale. In cazul aplicarii unui filtru cu tesaturi, emisii de 10-20 mg/Nm3 sunt obtinute.

2. Recircularea gazului rezidual, daca calitatea sinterului si productivitatea nu sunt afectate semnificativ, prin aplicarea:

- recircularii unei parti a gazului rezidual din intreaga suprafata a benzii de sinterizare, sau

- recircularii gazului rezidual sectional 3 Minimalizarea emisiilor PCDD/F, prin metode de: - Folosirea recircularii gazului de ardere; - Tratarea gazului de ardere din banda de sinterizare ; - Folosirea sistemelor de curatare umeda fina, au fost obtinute valori mai mici de 0.4

ng I-TEQ/Nm3 - Filtrarea cu tesatura cu adaugarea prafului lignite coke de asemenea obtin emisii

scazute a PCDD/F (recucere > 98%, 0.1 – 0.5 ng I-TEQ/Nm3. - aceasta categorie se bazeaza pe proba prin sondaj de 6 ore si starile de conditie).

4 Minimalizarea emisiilor metalelor grele: - Folosirea sitemelor fine de curatare umeda pentru a indeparta apa – cloruri ale metaleor

grele solubile, in special clorurile de plumb cu un randament > 90% sau un sac de filtru cu un surplus de oxid de calciu;

- Excluderea prafului de la ultimul camp EPA de la reciclarea pe banda de sinterizare , descarcandu-l intr-o halda sigura (izolarea impermeabila, colectarea si tratarea lesiilor), posibil dupa extragerea apei cu precipitarea ulterioara a metalelor grele pentru a minimaliza cantitatea deseurilor.

5 Minimalizarea deseurilor solide: - Reciclarea ambelor produse secundare care contin fier si carbon provenite de uzinele

integrate, aavand in vedere continutul de ulei a unui singur produs secundar (< 0.1 %). - Pentru generarea deseurilor solide, urmatoareler tehnici sunt considerate BAT in ordine

descrescatoare a prioritatii: - Minimalizarea generarii deseurilor; - Reciclare selectiva procesului de sinterizare

Chapter 4

Production of Iron and Steel 87

- Ori de cate ori refolosirile interne sunt impiedicate, ar trebui tintit spre refolosirea externa

- Daca impiedicate toate toate refolosibilele, singura optiune este dispunerea controlata in combinatie cu principiul de minimalizare

6 Scaderea continutului de hidrocarburi in materia alimentata sinterizarii si evitarea folosirii antracitului ca si combustibil

- Sunt realizabile <1% continuturile de ulei al produselor secundare/reziduri 7 Recuperarea caldurii considerabile

Caldura considerabila poate fi recuperata din racitorul de gaz de ardere a sinterului si este posibil in unele cazuri de a fi recuperata din gazul residual emanate de gratarul de la sinterizare. Folosirea recircularii gazului de ardere poate fi de asemenea considerata o forma de recuperare a caldurii cedate.

8 Minimalizarea emisiilor SO2 prin, spre exemplu: - Scaderea input-ului de sulf (foloaire prafului de cocs cu continut scazut de sulf si minimalizarea consumului de praf de cocs, folosirea minereului de fier cu continut scazut de sulf); cu aceste masuri poat fi realizate concentratii ale emisiilor < 500 mg SO2/Nm3 - Cu ajutorul desulfurizarii umede a gazului de ardere, sunt realizabile reducerii ale emisiilor SO2 > 98% si concentratii ale emisiilor SO2 < 100 mg SO2/Nm3 . Datorita costului ridicat al desulfurizarii umede a gazului de ardere ar trebui sa fie necesara numai in circumstante unde standarde ale calitatii mediului nu sunt posibil a fi intalnite 9 Minimalizarea emisiilor NOx prin, spre exemplu: - recircularea gazului de ardere: - denitrificarea gazului de ardere, folosind - procesul de regenerare a carbonului activ - reducerea selectiva a catalizatorului - datorita costului mare nu este folosita denitrificarea gazului de ardere cu exceptia in

circumstantele in care standarde ale calitatii mediului nu sunt posibil a fi intalnite 10 Emisiile in apa (fara apa de racire)

Acestea sunt importante numai aunci cand este folosita clatirea apei sau cand sistemul tratarea umeda a gazului de ardere este folosit. In aceste cazuri, apa evacuate in mediul receptor ar trebui tratata prin precipitarea metalelor grele, neutralizarea si filtrarea nisipului sunt realizate concentratii TOC <20 mg si concentratii ale metalelor grele <0.1 mg/l (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn). Atunci cand apa receptoare este proaspata, trebuie acordata atentie continutului de sare. Apa de racire poate fi reciclata.

In principiu tehnicile mentionate la punctele 1 – 10 sunt realizabile la ambele tipuri de instalatii atat noi cat si existente avand in considerare prefata.

Chapter 4

88 Production of Iron and Steel

4.5 Tehnici noi aparute si dezvoltari de viitor In acesta sectiune, sunt mentionate un numar de tehnici care nu sunt inca aplicate la o scara industriala sau care desi sunt aplicate la scara industriala nu sunt folosite in industria fierului si a otelului. Majoritatea tehnicilor mentionate sunt tehnici la final de proces. Mai mult, ar trebui notat faptul ca noile tehnici de fabricare a fierului pot reduce puternic in viitor nevoia pentru fabricile de sinter. Aceste noi tehnici de prelucrare a fierului sunt descrise in capitolul 11.

4.5.1 Indeparatarea PCDD/F Pentru a reduce emisiile PCDD/F si micropoluantii organici au fost desrise masuri la final de proces precum injectarea pulberilor de lignit si atasarea ulterioara a unui filtru sac (EP. 2) sau scruber fin cu tratare ulterioara a apei reziduale (EP. 4). O alta posibilitate este aplicarea unei tehnici de absorbtie cu, daca este necesar oxidare catalitica ulterioara a acestor poluanti. Acesti operatori al fabricilor de sinter din Germania si Sidmar N.V., B-Gent fondata in cooperare cu Verein Deutscher Eisenhüttenleute (VDEh) o asociere pentru a dezvolta tehnici de a scadea emisiile PCDD/F de la fabricile de sinter. De curand Sollac (USINOR, France) s-a alaturat acestui grup de companiide producere a otelului. Acesta asociatie are scopul de a dezvolta un proces care este sigur in operare, nu necesita apa si poate fi aplicat fabricilor existente. Pe baza experimentelor preliminarii si a calculelor costurilor asociatia a construit o fabrica demonstrativa la Thyssen Krupp Stahl AG, D-Duisburg. Este constituita dintr-o faza de adsorbtie (reactor de antrenare a debitului), un PES existent si catalizator oxidativ activ secvential (Figura 4.24). Dispozitivul de injectare a pulberii de lignit (vezi EP. 2) ca un adsorbant in gazul necuratat in principal este instalat la aproximativ 27 m inaintea EPA. Un aparat de comamda permite dozarea adsorbantului intre 0 la 300 mg/m3. PCDD/F sunt in primul rand prezente in starea gazoasa si sunt absorbati de pulberile de lignit. Sunt apoi precipitati in EPS si sunt reciclati in banda de sinterizare. Resturile de PCDD/F sunt distruse, reducandu-i la < 0.1 ng I-TEQ/Nm3, intr-un catalizator aranjat in forma de fagure localizat intre ventilator si cosul de tiraj dar valorile <0.1 ng I-TEQ/Nm3 dupa oxidarea catalica nu au fost inca confirmate in practica. Testele preliminarii, fara oxidarea catalitica, indica caracterul potrivit al procesului.

Chapter 4

Production of Iron and Steel 89

Figura 4.24 : Diagrama tratarii gazului residual cu etapa de adsorptie si convertor catalitic - [Kersting, 1997; Philipp, 1988]

1 banda de sinterizare 9 electrofiltru 2 furnalul de apridnere 10 statie de masurare pentru concentratiile de

pulberi si pentru PCDD/F 3 gazul rezidual principal cu reactorul 11 ventilator 4 conducte de injectie 12 statie de masurare pentru componenta gazului

evacuat 5 statia de dozare cu echipament de control 13 convertor catalitic de oxidare 6 rezervor de alimentar pentru adsorbanti 14 statia de masurare pentru PCDD/F 7 dispozitiv de umplere 15 cosul 8 reciclarea pulberilor Ar trebui notat faptul ca cele doua sisteme – injectarea pulberilor de lignit si oxidarea catalitica au fost tastate separat si ca nu sunt necesar neapatrat ambele sisteme pentru a realiza valori <0.1 ng I-TEQ/Nm3.

Chapter 5

90 Production of Iron and Steel

5 NSTALATIILE DE PELETIZARE Dupa cum este mentionat in 3.2.1, peletizarea si sinterizarea minereului de fier sunt rute de proces complementare pentru prepararea oxidarii cu fier a materialelor dure pentru fierului primar si fabricarii otelului. Fiecare are avantajele si dezavantajele ei specifice. Aceste sunt puternic influentate de conditile locale cum ar fi disponibilitatea si tipul materialelor brute. Din diferite motive, sinterul este practic intotdeauna produs in otelarii: permite reciclarea deseurilor solide, praful de cocs este disponibil in otelarii ca si combustibil; sinterul este expus degradarii in timpul transportului si manipularii. Peletii sunt formati din materii prime – minereuri dure si aditivi < 0.05 mm – in sfere de 9-16 mm folosind temperaturi foarte ridicate si aceste sunt in principal indeplinite la locatia minei sau in portul de unde sunt transportate. In 15 State Membre U.E exista numai o singura otelarie integrata care include o instalatia de peletizare (in Olanda). Suedia are patru instalatii de peletizare independente. Productia de peleti in cinci fabrici din U.E mentionate mai sus era 15.1 Mt in 1996. In 1995 consumul total de peleti in 15 State Membre U.E era aproximativ 35 Mt cat despre consumul de sinter era de trei ori mai ridicat.

5.1 Procese si tehnici aplicate Peletii sunt bilute mici cristalizate de minereu de fier de marimi intre 9-16 mm. Figura 5.1 arata tamburul, parte componenta a unei instalatii de peletizare.

Figura 5.1 : Tamburul de peletizare ca parte a instalatiei de peletizare

Chapter 5

Production of Iron and Steel 91

Procesul de peletizare consista in macinare si uscare sau deshidratare, ambalarea si solodificarea urmata de sortare si manipulare (Figura 5.2).

Figura 5.2 : Schema unei instalatii de peletizare – [InfoMil, 1997]

5.1.1 Macinarea si uscarea/deshidratarea Inainte de a fi incarcat in instalatia de peletizare minereul este imbunatatit de cativa pasi de sortare si macinare si zdrobire intermediara. Proprietatile minereului fac separarea magnetica sa fie mijloace predominante de preocupare. La fabricile suedeze, macinarea si saturatia sunt precese umede. In fabrica germana macinarea este efectuata la temperaturi relativ ridicate (aprox. 100°C). in procesele emede aditivii (olivina, magnizitul si/sau carbonatul de calciu depinzand de produsul final) sunt slefuite si apoi adaugate solutie de minereu, la un nivel tipic de 3 la 3.5%, inainte de deshidratare. In alte procese dupa defibrarea la cald a materialului este reumezita in mixere de tipul padela si amestecate cu aditivii. In ambele cazuri continutul umed este reglat la 8 – 9%.

5.1.2 Pregatirea peletilor Masa de peletizare deshidratata si reumezita este amestecata cu aditivi si procesata pe urma in fabrica de preparae a peletilor (verde). Aceasta este de obicei echipata cu 4 pana la 6 circuite de formare de amestec continand o camera de amestec, tambur, site rotative si transportoarele pentru circulareea materialelor. Tamburul este inclinat de la 6 la 8° cu planul orizontal. Pentru a obtine o forma bine definita a peletilor, de obicei intre 9 la 16 mm, particulele mai mici sau mari sunt neprotejate si recirculate.

5.1.3 Solidificarea Solidificare, care inseamna tratare termala, care consista in uscare, incalzire si racire. Poate fi efectuata in doua sisteme diferite; in sistemele “gratarul drept” sau “ cuptorul de ardere cu gratar”. In timpul tratarii termale magnetitul este este aproximativ complet oxidat hematitului. Aceasta contribuie la cantitatile mari de caldura necesare pentru a actiona procesul.

Evacuarea si epurarea

Tratarea fluxului de gaz

Evacuarea si purificarea

particule minereuri

Uscare si macinare

particule

peletizare

particuleMetale grele Aer fierbinte

uscare intarire racire manipulare

sortare

particule particule

peleti

apa Combustibil si/sau apa uzata

Aer fierbinte

Aer fierbinte Peleti supradimensionti

Chapter 5

92 Production of Iron and Steel

5.1.3.1 Procesul pe gratarul direct Procesul cu gratar direct consista intr-un gratar mobil impartit in diferite sectiuni (Figura 5.3).

Pellets

Ambient air

Green balls

Exhaust gas

Hearth layer

ws ws ws ws

Figura 5.3 : Schema procesului cu gratar direct

UDD uscare prin partea superioara cu aer fierbinte de laC II DDD uscare prin partea inferioara cu aer fierbinte AF PH preincalzirea cu aer fierbinte recuperate de la C F zona de ardere si a aerului cald de la C AF dupa sectia de ardere cu aer fierbinte de la C C sectiunea de racire utilizand aer (ambiental) C II sectiunea secunda de racire utilizand aer rece (ambiental) Inaite ca bilele verzi sa fie introduce pe barele gratarului, barele sunt acoperite cu un strat gros de 5 to 10 cm de peleti aprinsi. Bilele verzi sunt incarcate pe stratul vatrei pentru a forma un pat permeabil cu gaz de o adancime totala de 40-55 cm. Bilele verzi trebuie sa fie incalzite aproximativ 1250 °C inn timpul oxidarii si sinterizarii pentru a obtine peletii cu rezistenta mare. Aceasta se poate realiza prin intermediul unor arzatoare pe fiecare parte a gratarului mobil, de obicei aprins cu pacura. La finalul solidificarii, o fractiune a peletilor sunt reciclati si utilizati ca strat de vatra.

5.1.3.2 Procesul cuptorului cu gratar Sistemul cuptorului cu gratar contine trei parti principale: un gratar mobil, un cuptor rotativ si un radiator separat. Gratarul contine un lant de placi de gratar conectate la cutiile de vant, intr-un mod rezistent la gaz. Bilele verzi sunt alimentate direct pe placile gratarului pentru a forma un pat de 20-25 cm adancime. Dupa pretratarea pe gratar, peletii sunt incarcati in cuptorul rotativ. Cuptorul cu un singur arzator pe pacura sau carbune, la finalul de descarcare, lucreaza la temperaturi de aproximativ 1250 °C. Radiatorul de racire este prevazut cu o baza de gratar ce permite aerului rece sa penetreze stratul de peleti. Peretii despart radiatorul de racire in sectiuni pentru a furniza aerul fierbinte la etapele precedente ale procesului. Procesul in ansamblu poate fi vazut in figura 5.4.

Bile verzi

Strat de pe vatra Peleti

Aer ambient

Gaz rezidual

Chapter 5

Production of Iron and Steel 93

Green balls

Exhaust gas

Pellets

Ambient air

UDD DDD TPH PHWBWB WB WB F

C

Figura 5.4 : Schema procului din cuptorul cu gratar

UDD tiraj superior de uscare cu aer fierbinte de la ultima parte a racitorului DDD tiraj inferior cu aer fierbinte de la o parte intermediara a racitorului TPH preincalzirea temperature cu aer fierbinte de la o parte intermediara a racitoului PH preincalzirea cu gaz residual fierbinte din cuptorul rotativ F zona de ardere ce utilizeaza aer fierbinte de la prima parte a radiatorului de racire C zoned de racire ce utilizeaza aerul (ambiental) Cand au loc solidifcari de magnetite, oxidari in hematite si sinterizari, acestea au loc in sectiunile TPH, PH, F si C ale procesului (vezi Figura 5.4).

5.1.4 Separarea si manipularea La sfarsitul benzii de solidifcare, peleii sunt colectati si sortati. Peletii mici si sfaramati pot fi reciclati. Pot aparea emisii semnificative a particulelor de materie. Pentru fabricile independente din Suedia, peletii solidificati sunt pastrati camere de amestec acoperite a produsului inainte de incarcarea in vagoane neacoperite de tren pentru transportarea in porturi la N- Narvik si S- Luleå. In legatura cu incarcarea vaporului , 2- 3% din material este indepartat la sortare consinderandu-se mic, fiind vandut ca materie de alimentare a sinterului. Cat pentru toate materiile necesare furnalului (cocs, sinter, peleti si minereul), are loc o sortare finala pe amplasamentul furnalului.

Bile verzi

Peleti

Gaz rezidual

Chapter 5

94 Production of Iron and Steel

5.2 Consumul prezent/nivelul emisiilor

5.2.1 Imaginea debitului masic si datele de intrare/iesire Figura 5.5 reda o prezentare generala despre input-ul si output-ul debitelor masice dintr-o fabrica de peletizare. Aceasta prezentare poate fi folositoare pentru colectarea informatiei pentru o fabricile de peletizare individuale.

Pellet Plant with CertainProcessing Steps(separate flow sheet)

Energy

Water

Auxiliaries

Kind and quantity [t/a] - olivine - bentonite - limestone - flux material

- annual consumption [m3/a]- own wells/supply [%]- other supply [m3/a]- demineralised water [m3/a]

- gas (COG, natural gas) [m 3/a]- electricity [kWh/a]- coat [t/a]

Wastewater

Solid waste

3.3 Off gas/fume

Sources and quant. [conc. and t/a] of dust, org.C, VOC,S02, N0 x, CO, F -, heavy metals, PCDD/F, PCB, PAH(if applicable separate sheet)

particulate matter from handling, screening, fumes/flue gas from the pelletisation process

Kind and quantities [t/a] - dust - sludge

- Sources and quantity (not cooling water) [m 3/a] - off-gas scrubbing

- direct discharge [yes/no]

Raw materials Products

- capacity of the plant [t/a] - age of the plant [a] - operation time[h/a]

Kind and quantities [t/a] - iron ores

- iron containing residues

Pellet Plant - mass stream overview

Kind and quant. [t/a]- pellets

Waste Heat - sources and quant. [MJ/a]

General information

- oil [t/a]

Figura 5.5 : Debitele masice intr-o instalatie de peletizare.

Informatii generale

Auxiliari

Instalatia de peletizare – debitele masice

Apa

Energie

Inst. peletizare cu anumiti pasi de procesare (fisa de flux separata)

Materii prime Produse

Caldura cedata

Gaze rez/fum

Deseuri solide

Apa uzata

Capacitatea instalatiei (t/a) Varsta instalatiei (a) Timp de functionare (h/a)

Consumul anual (mc/a) Surse proprii /furnizare (%) Alte furnizari (m3/a) Apa demineralizata (mc/a)

Tipul si cantitatile (t/a) -minereuri de fier - reziduuri cu continut de fier

Tipul si cantitatea (t/a) bentonita Calcar Olivina Flux material

Tipuri si cantitati (t/a) -peleti

Surse si cantitati (MJ/a)

Sursele si cantitatile (t/a) de pulbere, C org, COV, SO2, NOx, H2S, CO, metale grele, PAH (daca se aplica, fisa separata) Pulberi de la manipulare, sortare, fum de la procesul de peletizare

Tipuri si cantitati (t/a) Praf Namol

Surse si cantitati (fara apa e racire) (mc/a) - Scrubere gaz evacuat - Evacuare directa (da/nu)

Chapter 5

Production of Iron and Steel 95

Ulterior pot fi calculati ambii factori specifici de input si factori de emisii. Cifrele pentru acesti factori la cinci fabrici de peletizare sunt prezentati in Tabelul 5.1. Factorii de emisie nu se refera la 1t de otel lichid ca pentru fabricile de sinter, fabrici cu cuptor de cocserie si furnale din cauza ca conversia necesara a factorilor nu este disponibila. Debitul specific al gazului de ardere este aproximativ de 1940 pana la 2400 Nm3/t peleti. Input Output Materii prime Produs minereu kg/t Pel 935 - 1120 Peleti kg/t Pel 1000.00 bentonita kg/t Pel 5.1 - 7.2 olivina kg/t Pel 31 - 35.8 Emisii Piatra de var*1 kg/t Pel 0 – 3 pulberi g/t Pel 20 – 130 dolomit*2 kg/t Pel 31 Cd mg/t Pel 0.02 – 0.4 Cr mg/t Pel 1 – 4.4 Cu mg/t Pel 1.7 – 7.5 Hg mg/t Pel < 0.1 – 0.4 Mn mg/t Pel 8 – 38 Energie Ni mg/t Pel 5 – 25 COG*3 MJ/t Pel 398.7 Pb mg/t Pel 3 – 130 Gaz natural*3 MJ/t Pel 209.0 Tl mg/t Pel n/acarbune*3 MJ/t Pel 283.0 V mg/t Pel 21 – 150 carbune*4 MJ/t Pel 213 – 269 Zn mg/t Pel 2.4 – 110 pacura*4 MJ/t Pel 38 – 171 HF*5 g/t Pel 0.8 – 39 electricitate MJ/t Pel 51 – 128 HCl*5 g/t Pel 2 – 48 S0x

*6 g/t Pel 18 – 250 N0x g/t Pel 120 – 510 Apa m3/t Pel 0.11 – 1.5 CO g/t Pel < 10*4 – 410 CO2 kg/t Pel 15.6 – 31.8 VOC*7 g/t Pel < 5*4 - 40*3

Aer comprimat Nm3/t Pel 6.2 – 15.2 PAH*8 mg/t Pel 0.19 PCDD/F*4 µg I-TEQ/

t Pel 0.0057

Reziduuri/

Produse secundare

pulberi kg/t Pel - Legenda: Pel = peleti; n/a = indisponibili *1 In cazul productiei de peleti pentru reducerea directa *2 In cazul productiei de peleti pentru furnale *3 In cazul in care instalatia de peletizare este parte integrate din otelarii *4 In cazul instalatiilor de peletizare individuale din Suedia (minereu magnetita) *5 Valori reduse daca tehnicile de indepartare a componentelor reziduale acide nu sunt aplicate *6 Valori reduse daca se utilizeaza o instalatie de desulfurare *7 Nu se cunosc tehnicile de masurare *8 Informatia daca estes Borneff 6 sau EPA 16 sau benzo(a)pirene nu este disponibila *9 suma EPA 16, calculate de la Borneff 6 (EPA 16 = Borneff 6 x 4) cu 2100 nm3/ t sinter

Tabelul 5.1 : Datele de Input/output de la cinci instalatii de peletizare din UE 15 ;

Informatie din 1996 pana in 1998 Informatia despre emisie reprezinta emisiile dupa reducere; Informatia despre determinarea informatiei cum ar fi metode de selectie, metode de analiza, intervale de timp, metode de calcu, si conditii de referinta nu este disponibila

Chapter 5

96 Production of Iron and Steel

5.2.2 Informatia referitoare la debitele masice individuale de emisie Fabrica de peletizare este o sursa in primul rand al emisiilor gazoase si particulelor materiale in aer. Atunci cand sunt folosite tehnicile de reducere pentru diminuarea emisiilor, au loc efecte asupra mediului. In mod general, urmatoarele aspecte sunt relevante: 1. Emisiile particulelor de emisie de la sfaramare; 2. Emisiile NOx de la solidificare si uscare; 3. Emisiile gazoase si amparticulelor de materie de la banda de solidificare; 4. Emisiile SO2 de la solidificare; 5. emisiile HCl si HF de la solidificare; 6. Apa reziduala de la tratarea gazului de ardere (optional); 7. Deseuri solide de la tratarea gazului de ardere (optional); 8. Emisiile particulelor materiale de la sortare si manipulare; 9. Cerere de energie

5.2.2.1 Emisiile de pulberi de la macinare Faza cu gasificator de aer contine cantitati mari de particule de materie dupa procesul de evacuare gazului. Aceasta particula de materie consta in principal din fier (Fe) si reflecta compozitia al materialului dur. Emisiile pot fi reduse cu ajutorul precipitarii electrostatice.

5.2.2.2 Emisiile de NOx de la solidificare si uscare NOx emis se formeaza in timpul combustiei prin doua mecanisme. Oxidarea compusilor de azot in combustibilul hidrocarburilor genereaza “combustibilul NOx “. Celalalt, si cel mai important mecanism, este formarea NOx in procesul de peletizare ca rezultat al implicarii temperaturii ridicate. Acestea cauzeaza oxigenul si azotul aeropurtat sa disocieze si sa reactioneze pentru a forma “NOx termal”. Datele prezente in Tabelul 5.1 reflecta diferentele semnificative in formarea NOx.

5.2.2.3 Emisiile de pulberi si gazoase de la banda de solidicare Emisiile de gaz si particule de materie provin din zona de ardere a benzii de solidicare. Ele sunt continue si trebuie sa fie inlaturate prin PES eficient, sac de filtrare sau curatare.

5.2.2.4 Emisile de SO2 de la solidificare Dioxidul de sulf (SO2) se formeaza in timpul procesului de solidificare. Nivelurile emisiilor depind de continutul de sulf din minereu, aditivi si combustibili folositi. Tabelul 5.1 arata faptul ca emisiile SO2 sunt de aproximativ zece ori mai mari atunci cand nu sunt aplicate tehnici de reducere.

5.2.2.5 Emisii de HCl si HF Fabrica de peletizare este deasemenea o sursa de acid hidrofluoric (HF) si acid hidroclorhidric (HCl). Aceste componente sunt formate in timpul solidificarii din flor si clor care contin minerale (apatita) care sunt prezente in minereu. Tabelul 5.1 indica faptul ca emisiiile de HCl si HF sunt cam de zece ori mai mari fara aplicarea tehnicilor de reducere.

Chapter 5

Production of Iron and Steel 97

5.2.2.6 Apa uzata Atunci cand se foloseste un scruber pentru a se inlatura contaminatori, se genereaza un debit de apa reziduala. Aceasta ap reziduala are nevoie de un scurgere mare, datorita prezentei de HF. Aditional apa reziduala este devarsata din fabrica si echipamentul de spalare umeda. In fabrica din Hoogovens Ijmuiden, NL- Ijmuiden debitul este de aproximativ 0.04 m3/t peleti. Apa de racire poate capta din sectiunea de sfarmare si uscare la fel ca si din banda de solidificare. Pentru mentionata fabrica olandeza, debitul specific este de 0.16 m3/t peleti si respectiv 0.05 m3/t peleti.

5.2.2.7 Deseurile solide Fabrica de peletizare in sine nu este o sursa primara de deseuri solide. Cu toate astea, sortarea si beneficierea de materiale brute este o sursa de deseu solid. Aditional, deseul solid este produs de fiecare data cand emisiile de particule de materi sund reduse.

5.2.2.8 Cererea energetica Tabelul 5.1 prezinta consum semnificativ mai mare de energie a unei fabrici de peletizare cand este parte integrata a unei otelarii in comparatie cu fabricile independente din Suedia. Principalul motiv este contributia mai mare a caldurii de oxidare a magnetitului din fabricile independente din Suedia, care folosesc minereuri din depozitele predominante de magnetit.

Chapter 5

98 Production of Iron and Steel

5.3 Tehnici de considerat la determinarea BAT Aceasta parte descrie ambele procese integrate si tehnicile end-of-pipe pentru protectia mediului si economisirea energiei in fabricile de peletizare. Pentru fiecare tehnica sunt date o descriere, principalele niveluri de emisie obtinute, aplicabilitatea, efectele colaterale, instalatiile de referinta si literatura de referinta. Unde este posibil, aceasta informatie este completata cu informatie economica si operationala. Lista este foarte scurta datorita faptului ca sunt putine instalatii in Europa (4 in Suedia si 1 in Olanda) si pentru ca este disponibila putina informatie despre tehnicile de protejare a mediului la fabricile de peletizare in general. Masuri integrate in proces PI.1 Recuperarea de caldura considerabila din banda de solidificare PI.2 Reducerea NOx integrata in proces Tehnici la final de proces EP.1 Precipitarea electrostatica la morile de macinare (sfaramare uscata) EP.2 Inlaturarea particulelor de materie din zona de uscare si solidificare EP.3 Absorbtie a gazului prin suspensie

Chapter 5

Production of Iron and Steel 99

PI.1 Recuperarea caldurii de la banda de solidificare Descrierea: Fabrica de peletizare este proiectata in asa fel incat caldura considerabila in debitele de gaz din solidificarea pe banda este eficient reutilizata. Spre exemplu, aerul cald din sectiunea principala de racire este folosit ca aer de combustie secundar in sectiunea de ardere. In schimb, caldura provenita din sectiunea de ardere este folosita in sectiunea de uscare a benzii de solidificare. Caldura provenita din sectiunea secundara de racire este deasemenea folosita in sectiunea de uscare. La fabrica de peletizare, care este parte integranta a unei otelarii, sectiunea de racire genereaza mai multa caldura considerabila decat poate fi folosita in banda de solidificare. Odinioara, aceasta caldura nu era folosita, dar de la jumatatea anilor 1980, acesta caldura considerabila a fost folosita in camerele de uscareal unitatii de uscare si sfaramare. Aerul cald este transportat printr-o conduca izolata numita "BRAMA-leiding". "BRAMA-leiding" transporta aproximativ 150000 m3/ora aer cald (250°C) din sectiunea de racire a benzii de solidificare spre instalatii, in sectiunea de uscare si sfaramare. In sectiunea de uscare, aerul cald (600-800°C) este folosit pentru a usca concentratii si resturile inainte de sfaramare. Folosind aerul cald din sectiunea de racire, este necesara ardere considerabil mai mica in camera de uscare. Principalele niveluri de emisii obtinute: Consumul mare de energie al mai sus mentionatei fabrici de peletizare este aproximativ de 1.8 GJ/t peleti (comparativ cu fabricile independente acest consum este semnificativ mai mare – vezi Tabelul 5.1). Aproximativ 0.7 GJ/t peleti este furnizata cu ajutorul recuperarii caldurii, iar aproximativ 1.1 GJ/t peleti introdus cu ajutorul combustibilului (vezi deasemenea Tabelul 3.2). "BRAMA-leiding" este inclusa in acest calcul si conteaza pentru recuperarea de energie a aproximativ 67.5 MJ/t peleti (cca4% din consumul mare de energie). Aplicabilitatea: Recuperarea caldurii considerabile este o parte a procesului integrat din fabricile de peletizare. De la noile fabrici se asteapta sa aiba un proiect mai eficient decat al celor existente. "BRAMA-leiding" poate fi aplicat la fabricile existente cu un proiect comparativ si rezerva suficienta de caldura considerabila. Efecte asupra mediului: Folosirea aerului cald din zona de racirein zona de ardere al strand de sfaramare poate da natere unor temperaturi ridicate a flacarilor in arzator(-oare) si astfel unor emisii mai mari de NOx . Fabrica de referinta: Fabrica de peletizare, Hoogovens IJmuiden, NL-Ijmuiden Date operationale:Nu sunt disponibile. Aspecte economice: Recuperarea caldurii de la banda de solidificare intr-o parte integranta a proiectului unei fabrici si nu necesita investitii suplimentare. "BRAMA-leiding" a fost data in functiune in 1984. investitia estimata a fost de 5 milioane Ecu1984. Economii in costurile totale a energiei de 2.8 milioane Ecu pe an. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 5

100 Production of Iron and Steel

PI.2 Reducerea integrata in proces a NOx Descriere: Temperaturile ridicate in zona de ardere a solidificarii de la banda genereaza NOx. La o fabrica de peletizare integrata intr-o otelarie, a fost estimat ca o parte de 50 pana la 75% din totalul NOx se formeaza in cuptoare (“NOx termal”), si ca o parte de 25 pana la 50% in stratul peleti. Factorii principali pentru formarea de NOx termal sunt temperaturile ridicate (1300-1400°C) si disponibilitatea ridicata de oxigen in zona de ardere. NOx care se formeaza in stratul de peleti consta in principal din “NOx prompt” si “combustibil NOx “, care sunt formati de reactii intre hidrocarburi in praful de cocs, azot in praful de cocs si oxigen si azot in aer. Nu este posibil de deosebit intre formele variate ale NOx dupa ce au fost formate, ne fiind nici o diferenta in compozitia chimica. Cele mai importante masuri cate pot fi luate in considerare pentru a reduce emisiile totale de NOx de la fabrica de peletizare au ca scop reducerea formarii de NOx termal. Aceasta poate fi obtinuta prin scaderea (maxima) temperaturii in cuptoare si reducerea excesului de oxigen din aerul de ardere. Principalele niveluri de emisii obtinute: La fabrica de peletizare KK3 a companiei LKAB, S-Kiruna, emisiile NOx din zona de ardere sunt scazute pana la 140 g/t peleti (vezi Tabelul 5.1) sau (cu 2400 Nm3/t peleti) 58 mg/Nm3. Aceasta fabrica a fost pusa in functiune in ianuarie 1996 si nici un fel de tehnici end- of-pipe sunt folosite pentru a reduce emisiile de NOx . Conform cu [InfoMil, 1997] emisiile de NOx scazute au fost obtinute intr-o combinarea a a continutului scazut de azot in combustibil (carbuni si produs petrolier) si limitarea excesului de oxigen. Fabrica foloseste doua cuptoare mari cu banda de solidificare. Situatia la fabrica de peletizare Hoogovens Ijmuiden este putin diferita. Fabrica a fost data in functiune in 1970 si foloseste 56 de cuptoare mici (din care 44 sunt operate simultan). Emisiile NOx din banda de solidificare sunt de aprox. 510 – 970 g/t peleti sau (cu 1940 Nm3/t peleti) 260-500 mg/Nm3; valorile scazute sunt asociate cu cifrele din Tabelul 5.1. Masurile integrate in proces la aceasta fabrica sunt complicate, fiind facute exact pentru cazul acesta. Aplicabilitatea: Atunci cand este construita o fabrica noua, masurile integrate in proces pentru a reduce generarea de NOx pot fi luate in considerare in faza de proiectare. In fabricile existente, masurile integrate in proces sunt mult mai greu de realizat si trebuie proiectate pentru fiecare caz in parte. Efecte asupra mediului: Nu exista efecte asupra mediului. Fabrica de referinta: Fabrica de peletizare KK3, LKAB, S-Kiruna. Date operationale: Nu sunt disponibile. Aspecte economice: O parte din proiectul fabricii este in fabricile noi. Nu sunt disponibile date pentru fabricile existente. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 5

Production of Iron and Steel 101

EP.1 Electrofiltrul la morile de macinare (macinare uscata) Descriere: Dupa macinare particulele sunt separate cu ajutorul clasificarii aerului. Particulele de brute sunt reciclate in mecanismele de macinat si particulele pure sunt transportate la tambur, unde sunt facuti peletii verzi. Aerul folosit pentru clasificarea aerului contine cantitati mari de particule de materie. Acesta este in esenta materie prima si trebuie sa fie capturat. Caracteristicile unei particule de materie sunt astfel ca emisiile sunt de obicei reduse in mod efectiv folosind precipitator electrostatic. Precipitatorul poate fi alimentat direct tambur deoarece are aceeasi compozitie ca materiaa prima (minereu de fier (62%) si praf de cocs (8.5%) [InfoMil,1997]. Principalele niveluri de emisie obtinute: EPS opereaza mai mult sau mai putin ca o parte integranta a unui sistem de clasificare a aerului. Emisiile pot fi < 50 mg/Nm3. Proiectul nou al EPS-urilor pot obtine tot asa de bine emisii scazute si prin urmare recuperarea materialelor brute. Aplicabilitatea: EPS sunt aplicabile tot asa de bine pentru fabricile existente cat si noi. Efecte asupra mediului: Precipitatul de la EPS este folosit ca materie prima in concasor. Operarea EPS consuma energie. La un debit al gazului de ardere de 300000 Nm3/ora si o productie de 4 Mt/a consumul de energie este aproximativ de 0.001 GJ/t peleti. Fabrica de referinta: Fabrica de peletizare, Hoogovens IJmuiden, NL-IJmuiden. Date operationale: Nu sunt disponibile. Aspecte economice: Nu sunt disponibile date de referinta. PES este parte integranta al proiectului unei fabrici; parte din materialul brut de la pasul de clasificare a aerului este recuperat cu PES. Totusi, poate fi investitie de aproximativ 2 milioane Ecu1996. Costurile operationale pot fi calculate de 0.03 la 0.05 Ecu1996/t peleti pentru o fabrica de peletizare cu o productie anuala de 4 Mt si debitul gazului de ardere a la o moara uscata de 300000 Nm3/ora. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 5

102 Production of Iron and Steel

EP.2 Indepartarea pulberilor de la zona de uscare si solidificare Descriere: In fabricile de peletizare sunt folosite mai multe tehnici pentru indepartarea prafului (particule de materie). Principalele tehnici folosite sunt colectorii mecanici (pentru particulele de carbun), multi-instalatiile de desprafuire, epuratorul de gaze umed, filtre textile si precipitatorii electrostatici (EPS). EPS si filtru textil furnizeaza curatare eficienta ridicata dat poate opera numai peste o categorie limitata de temperatura si conditii de umezeala. De aceea scruberii umezi sunt deasemenea folositi in fabricile de peletizare pentru a indeparta praful. Scruberii pot fi foarte eficienti inlaturatori de praf. Apa de epurare este colectata, si tratata prin sedimentare (agent de limpezire). Materia solida este reciclata inapoi in proces. Scruberii umezi au deasemenea au un avantaj asupra sistemelor de desprafuire uscata ca cotegorie larga de poluanti pot fi capturati cum ar fi compusi acizi (de ex. GCl usor solubil in apa si cateva HF), vapori si aerosoli. Principalele niveluri de emisii obtinute: Eficienta indepartarii prafului pentru tehnicile insirate mai sus este in mod normal >95%, si in unele cazuri >99%. Sunt obtinute concentratii ale emisiilor de praf de 20 mg/Nm3 sau mai mici. Spre exemplu la ultima fabrica suedeza, KK3 in Kiura, concentratiile de praf in gazul de ardere emis din zona de uscare si solidificare sunt sub 10 mg/Nm3 si totalul emisiilor de la fabrica ca un intreg este sub 100 g/t peleti (vezi Tabelul 5.1). Aplicabilitatea: Tehnicile la final de proces (end-of-pipe) pot fi aplicate ambelor tipuri de fabrici,existente si noi. Efecte asupra mediului: In mod normal praful colectat este reciclat in procesul de peletizare. In cazul scruberelor unele ape sulfurate trebuie sa fie descarcata dupa tratare potrivita. Fabrica de referinta: Fabrica de peletizare KK3, LKAB, S-Kiruna Date operationale: Nu sunt cunoscute probleme specifice. Aspecte economice: Nu sunt disponibile. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 5

Production of Iron and Steel 103

EP.3 Absorberul cu suspensie pentru gaz (GSA) Descriere: Absorberul cu suspensie pentru gaz (GSA) este un proces semi uscat. Namolul umed al oxidului de calciu este pulverizat in gazul de ardere intr-un reactor cu strat fluidizat. Apa din namolul de oxid de calciu se evaporeaza si varul stins reactioneaza cu impuritatile (HF, HCl si SO2). O concentratie ridicata a particulei de materie din gazul de ardere mareste functionarea GSA crescand reactia suprafetei, particula de materie este acoperita cu solutie de var stins. Dupa patul fluidizat, gazele de ardere sunt duse prin instalatiile de desprafuire. Parte din produsul uscat (oxid de calciu reactionat si particule de materie) este indepartat aici si recirculat in reactor, pentru a mentine o concentratie ridicata a particulei de materie in reactor. Curatarea finala a gazului de ardere este realizata folosind precipitatre electrostatica. Rata de injectie a varului stins este proportionala cu concentratia SO2 din gazul de ardere. Principalele niveluri de emisie obtinute: Datele despre functionarea GSA la o fabrica de peletizare sunt rezumate in Tabelul 5.2. Aceste informatii au fost furnizate de compania suedeza LKAB, care functioneaza un GSA pentru a trata gazul de ardere de la banda de solidificare la fabrica lor de peletizare KK3. Gazul de ardere de la zona de uscare al benzii de solidificare este condus prin scruberul venturi pentru a indeparta particulele de materie inainte de emisia in aer. Valorile in Tabelul 5.1 arata emisii totale scazute pentru aceasta fabrica.

Componenta Inainte GSA (mg/Nm3)

Dupa GSA (mg/Nm3)

Randamentul de indepartare (%)

Oxizii de sulf (SO2) 300 9.6 96.8 Acidul fluorhidric (HF) 78 <0.1 99.9 Acidul clorhidric (HCl) 133 0.6 99.5 Pulberi 1400 2 99.9

Tabelul 5.2 : datele de performanta ale absorberului suspensiei de gaz (GSA) la instalatia de peletizare KK3 a LKAB, S-Kiruna in 1995 – [InfoMil, 1997]

Urmatoarele informatii pot fi date pentru aceasta fabrica. Fabrica a fost data in functiune in ianuarie 1995 si are o capacitate anuala de productie de 4.5 Mt. Productia reala in 1995 era 2.8 Mt peleti. Fabrica este echipata cu doua cuptoare: un cuptor se afla in zona de ardere a benzii de solidificare si un cuptor pentru a creste temperatura gazului rezidual din sectiunea a doua de racire, care este folosita ca aer de preincalzire in prima sectiune de preincalzire. Aplicabilitatea: GSA este o masura end- of- pipe care poate fi aplicata in ambele fabbrici noi si existente. Efecte asupra mediului: GSA este un dispozitiv seme uscat, cu un precipitator electrostatic (PES) ca ultima faza de spalare. Precipitantul uscat de la PES contine particula de materie, CaSO3, CaCl2, si CaF2 si niste oxid de calciu (CaO) nereactionat. Precipitantul uscat este depozitat. Consumul de var stins este 264 kg/ora (model) si consumul de apa este 10.6 m3/ora (model). In plus, este folosit aerul comprimat (7bari): 690 kg/ora (model). Consumul de energie este de aproximativ 0.64 MJ/t peleti (model). Fabrica de referinta: Fabrica de peletizare KK3, LKAB, S-Kiruna Date operationale: Nu sunt cunoscute probleme specifice.

Chapter 5

104 Production of Iron and Steel

Aspecte economice: Nu sunt disponibile. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 5

Production of Iron and Steel 105

5.4 Concluzii Pentru a intelege acest capitol si continutul sau, atentia cititorului este indreptata spre prefata acestui document si in special spre sectiunea cinci a prefatei: “Cum sa intelegi si cum sa folosesti acest document”. Tehnicile si mivelurile de consum si/sau emisiilor asociate, sau gama nivelurilor, prezentate in acest capitol au fost evaluate printr-un proces repetativ care include urmatorii pasi: - identificarea problemelor esentiale referitoare la mediu pentru sector, pentru fabricile de

peletizare aceste fiind praful , SOx, NOx, HCl si HF; - examinarea tehnicilor cele mai relevante direct legate de aceste probleme; - identificarea celor mai bune niveluri de performanta referitoare la mediu, pe baza celor mai

bune informatii disponibile in Uniunea Europeana si global; - examinarea conditiilor sub care aceste niveluri de performanta au fost obtinute; cum ar fi

costuri, efecte colaterale, stimulii de implementare a acestor tehnici; - selectia celor mai bune tehnici disponibile (BAT) si a nivelurilor de consum si/sau a emisiilor asociate pentru acest sector in sensul general toate in conformitate cu Articolul 2(11) si Anexa IV a Directivei. Deciziile Biroului European IPPC si ale Grupului de Lucru Tehnic(TWG) au jucat un rol important in fiecare din acesti pasi si in modul in care a fost prezentata informatia aici. Pe baza acestei evaluari, tehnicile, si cat mai mult posibil nivelurile de consum si emisii asociate cu BAT, sunt prezentate in acest capitol si sunt considerate a fi adecvate acestui sector ca un intreg si in multe cazuri reflecta performantele curente a acelorasi instalatii din cadrul sectorului. Unde nivelurile de consum sau emisii “asociate cu cele mai bune tehnici disponibile” sunt prezentate, aceasta sa fie inteles ca inseamna acele niveluri ce reprezinta performantele referitoare la mediu ce pot fi anticipate ca un rezultat a aplicatiei, in acest sector, a tehnicilor descrise, netrecand peste balanta dintre costuri si avantage inerente in cadrul definitiei BAT. Cu toate astea, ele nu sunt nici valori limita a consumului sau emisiilor si ar trebui intelese ca atare. In unele cazuri poate fi posibil tehnic de obtinut niveluri de consum sau de emisii mai bune, dar datorita costurilor implicate sau considerente colaterale, ele nu sunt considerate a fi adecvate ca BAT pentru sector ca intreg. Cu toate astea, asemenea niveluri pot fi considerate a fi justificate in cazuri mai speciale unde sunt forte de conducere de specialitate. Nivelurile de consum si emisii asociate cu folosirea BAT trebuie sa fie studiate impreuna cu orice conditii de referinta specificata (ex. interval de mediere). Conceptul de “niveluri asociate cu BAT” descris mai sus trebuie sa fie diferentiat de termenul de “nivel care se poate obtine” folosit in alta parte a acestui document. Unde un nivel este descris ca “poate fi obtinut” folosin o anumita tehnica sau combinatie de tehnici, acesta trebuie inteles ca inseamna ca acel nivel se asteapta sa fie obtinut peste o perioada lunga de timp, intr-o instalatie bine intretinuta si operata sau proces, folosind aceste tehnici. Unde sunt disponibile, informatiile referitoare la costuri au fost redate impreuna cu descrierea tehnicilor prezentate in capitolul anterior. Acestea dau o indicatie bruta despre dimensiunea costurilor implicate. Cu toate astea, costul real al aplicarii acestor tehnici va depinde mult de situatia specifica in legatura cu, de exemplu, taxe, onorarii, si caracteristicile tehnice ale instalatiei in cauza. Nu este posibil de evaluat in intregime in acest document asemenea loc- factori specifici. In lipsa informatiilor despre costuri, concluziile asupra viabilitatii economice a tehnicilor sunt trase din observatiile asupra instalatiilor existente. Se intentioneaza ca “BAT” in general in acest capitol ar putea fi folosit pentru a decide performanta curenta a unei instalatii existente sau pentru a decide o propunere a unei noi

Chapter 5

106 Production of Iron and Steel

instalatii si astfel sa asiste in determinarea “BAT” adecvate bazate pe conditiile acelei instalatii. Se prevede ca noi instalatii pot fi proiectate sa functioneze la niveluri “BAT” in general prezentate aici sau chiar mai bine. Se considera deasemenea ca multe instalatii existente rezonabil pot fi de asteptat, ca in timp, sa se indrepte spre niveluri “BAT” in general sau chiar mai bine. In timp ce BREFs nu impune standarde legale obligatorii, se intentioneaza sa redea informatii pentru ghidarea industriei, Statele Membre si public despre nivelurile de consum si emisie ce se pot obtine cand se folosesc tehnicile specifice. Valorile limita adecvate pentru orice caz specific va trebui sa fie determinat tinand cont obictivele Directivei IPPC si consideratiile locale. Pentru fabricile de peletizare, urmatoarele tehnici sau combinatii de tehnici sunt considerate a fi BAT. Ordinea prioritatii si selectia tehnicilor va diferii in functie de circumstantele locale. Orice alte tehnici sau combinatie de tehnici care obtin acelasi sau o performanta mai buna pot fi deasemenea luate in considerare; astfel de tehnici pot fi in dezvoltare sau o tehnica in curs de aparitie sau deja disponibila dar nementionata/descrisa in acest document. 7. Inlaturarea eficienta a pulberilor, SO2, HCl si HF din gazul de ardere din solidificarea de pe

banda, prin metode de: - curatare sau - desulfurare semi-uscata si deprafuire secventiala (ex. absorbant de suspensie a gazului

(GSA)) sau orice alt mecanism cu aceeasi eficacitate. Eficacitatea de inlaturare care poate fi obtinuta pentru acesti componenti este:

- pulberile : >95%; corespunzand la o concentratie ce poate fi obtinuta de < 10 mg - SO2: >80%; corespunzand la o concentratie ce poate fi obtinuta de < 20 mg - HF: >95%; corespunzand la o concentratie ce poate fi obtinuta de < 1 mg HF/Nm3 - HCl: >95%; corespunzand la o concentratie ce poate fi obtinuta de < 1 mg HCl/Nm3

8. Emisiile in apa de la scrubere sunt minimalizate prin metode de inchidere a circuitului de

apa, precipitarea metalelor grele, neutralizarea si filtrarea nisipului. 9. Reducerea NOx integrata in proces Proiectul fabricii ar trebui sa fie optimizat pentru recuperarea caldurii semnificative si

emisiilor de NOx scazut din toate zonele de ardere (solidificarea pe banda si, unde se poate aplica uscarea la morile de macinare).

Intr-o singura fabrica, din cuptor de ardere cu gratar si folosind minereu de magnetit, sunt obtinute emisii < 150 g NOx/t de peleti. In alte fabrici (existente sau noi, de acelasi tip sau alt tip, folosind aceleasi materiale asu materiale brute), solutiile trebuie sa fie adaptate si posibilul nivel de emisie de NOx poate varia de la loc la loc.

10. Minimalizarea emisiilor de NOx de la sfarsitul procesului prin metode de tehnici end-of-pipe: Reducerea Selectiva Catalitica sau orice alta tehnica cu o eficienta reducere a NOx de cel putin 80%. Datorita costului mare denitrificarea gazului de ardere ar trebui sa fie considerata doar in circumstantele in care este vorba de standardele de calitate referitoare la mediu, altfel nu ar trebui sa fie considerat; pana in prezent nu sunt sisteme in functiune fara-NOx la nici o fabrica comerciala de peletizare .

11. Minimalizarea deseului solid/ a produselor secundare Urmatoarele tehnici sunt considerate a fi BAT in ordine descrescatoare a prioritatii:

- Minimalizarea producerii de deseuri - Utilizarea efectiva (reciclarea sau refolosirea) a deseului solid/ a produselor secundare - Indepartarea controlata a deseurilor/ produselor secundare inevitabile.

12. Recuperarea caldurii semnificative; Majoritatea fabricilor de peletizare au deja o rata de recuperare mare a energiei. Pentru imbunatatiri in continuare, sunt de obicei necesare solutii adaptate la situatie.

Chapter 5

Production of Iron and Steel 107

In principiu tehnicile insirate in punctele 1-6 sunt de aplicat ambelor instalatii noi si existente luand in considerare prefata.

Chapter 5

108 Production of Iron and Steel

5.5 Tehnici noi aparute si dezvoltari de viitor

5.5.1 Reducerea integrata in proces a NOx la banda de solidificare Descriere: PI.2 ofera deja o introducere in formarea NOx la fabrica de peletizare si masurile posibile. Totusi, nu multe din aceste masuri au fost de fapt implementate la fabrici NOx.le de peletizare. Pot fi identificate un numar de masuri ca tehnici in curs de aparitie. Daca o tehnica este aplicabila la un anumit loc depinde de foarte multi factori si nu pot fi discutati aici. Masurile de mai jos au ca tinta reducerea formarii “NOx termici” (vezi PI.2) prin scaderea (la maximum) temperaturilor in flacara (varfurile) cuptorului sau cu ajutorul limitarii disponibilitatii oxigenului molecular (O2) sau azot molecular (N2). Au fost identificate urmatoarele masuri: 1. Injectia cu apa in arzatoarele de la banda de solidificare

Aceasta masura reduce temperaturile maxime ale flacarii. Totusi, eficienta energiei scade in timp ce calitatea apei injectate creste.

2. Folosirea gazelor de evacuare de la alte procese ca aer de ardere Aceste masuri au ca scop reducerea disponibilitatii de oxigen (O2) in arzatoare, astfel obtinand generare scazuta de NOx. Aerul evacuat folosit poate fi obtinut din inauntrul fabricii de peletizare sau din alta parte. (ex. din uscatoare calde, fabrica de sinter, incalzirea cuptoarelor de cocserie in cazurile unde fabrica de peletizare este parte a unei otelarii integrate). Aceste masuri pot avea o influenta semnificativa asupra operarii fabricii.

3. Injectia indirecta a apei in sectiunea de racire Vaporii generati ar putea reduce formarea NOx in cuptoare, dar acest lucru nu este sigur. In plus, aceasta masura afecteaza procesele de uscare si racire in banda de solidificare.

4. Injectia cu apa in arzatoarele de la banda de solidificare Aceasta masura reduce temperaturile maxime ale flacarii. Totusi, eficienta energiei scade in timp ce calitatea apei injectate creste.

5. Folosirea gazelor de evacuare de la alte procese ca aer de ardere Aceste masuri au ca scop reducerea disponibilitatii de oxigen (O2) in arzatoare, astfel obtinand generare scazuta de NOx. Aerul evacuat folosit poate fi obtinut din inauntrul fabricii de peletizare sau din alta parte. (ex. din uscatoare calde, fabrica de sinter, incalzirea cuptoarelor de cocserie in cazurile unde fabrica de peletizare este parte a unei otelarii integrate). Aceste masuri pot avea o influenta semnificativa asupra operarii fabricii.

6. Injectia indirecta a apei in sectiunea de racire Vaporii generati ar putea reduce formarea NOx in cuptoare, dar acest lucru nu este sigur. In plus, aceasta masura afecteaza procesele de uscare si racire in banda de solidificare.

Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

5.5.2 Brichete/peleti de carbune la rece Descriere: Combinarea la rece a fost recent implementata de otelariile din Japonia, SUA si Suedia. Acest proces obtine calirea minereului prin mijloace non-termale folosind un liant. Procesele de combinare la rece sunt proiectate pentru a completa sinterul existent si procesele de peletizare prin aglomerarea ambile minereuri brute si fine si materialul reciclat. Pana la 15%

Chapter 5

Production of Iron and Steel 109

(dar tipic 3- 5 %)din peleti/brichetele de carbune combinate la rece pot fi folosite ulterior in incarcarea furnalului. Un numar de procese sunt folosite pentru combinarea la rece. Un proces, dezvoltat de Nippon Steel Corporation (Nagoya Works), combina praful uscat, minereul de fier, praful umed, noroiul si praful de cocs cu un liant intr-o moara bu bile. Dupa 10 zile de aerisire in terenul de depozitare, peleti sunt suficient de rezistenti pentru folosirea in furnal. Alte procese, cum sr fi procesul NKK-Corac (NKK Niigata Works), folosesc un proces conservare continua cu zgura ca un liant. Aceasta ofera un timp redus de conservare de aproximativ 10 ore. Principalele niveluri de emisie obtinute: Tehnicile de combinare la rece nu emit SOx si NOx. Peletii/brichetele de carbune combinate la rece nu pot inlocui complet sinterul sau aglomerarile de peleti. Aceasta tehnica ar putea fi folosita pentru minereuri fine de fier si pentru reciclarea materialului de obicei trimis fabricii de sinter. Statut: aplicate tehnic in Japonia, SUA si Suedia. Totusi, peletii/brichetele de carbune combinate la rece nu pot inlocui in intregime sinterul sau peleti . Literatura de referinta: [EC Sinter/BF, 1995]

5.5.3 Alte tehnici posibile Desi numai cateva tehnici au fost aplicate ca tehnici end-of-pipe la fabricile de peletizare, mai multe tehnici disponibile comercial se poate astepta a fi aplicate fara probleme tehnice serioase. Cu privire la emisiile NOx , urmatoarele tehnici disponibile ar putea fi aplicate la fabricile de peletizare:

- recucere Selectiva Catalitica(SCR); - Shell-denox;

- Degussa H2O2; - Carbonul Activ Regenerator (RAC); Cu privire la emisiile SO2, urmatoarele tehnici disponibile comercial ar putea fi aplicate la fabricile de peletizare: Desulfurarea umeda: procesul de regenerare MgO procesul Double-Alkali

procesul NaOH sistemul KHI procesul CFB Desulfurarea semi uscata: procesul de spalare AIRFINE

Fläkt/Niro Fläkt/Drypac Fläkt CDAS

Walther Desulfurarea cu lichide spalare: procesul Wellman-Lord Procesul Fläkt-boliden

Procesul Degussa H2O2 Solinox

Chapter 6

110 Production of Iron and Steel

6 INSTALATIILE DE COCSIFICARE Piroliza carbunelui inseamna incalzirea carbunelui intr-o atmostfera fara oxidare pentru a reduce gazele, lichidele si un deseu solid (mangal si cocs). Piroliza carbunelui la temperaturi este numita corbonizare. In acest proces temperatura gazelor de fum este in mod normal 1150 – 1350 °C incalzind indirect carbunele pana la 1000 – 1100 °C pentru 14 – 24 ore. Aceasta produce cocsurile pentru furnal si turnatorie. Cocsul este primul agent de reducere in furnale si nu poate fi inlocuit in intregime cu alti combustibili cum ar fi carbunele. Cocsul functioneaza ambele ca suport material si ca stanta prin care gazul circula in coloana de depozitare. Numai anumiti carbuni, spre exemplu carbunii de cocseficare sau bituminos, cu proprietatile plastice corespunzatoare, pot fi convertiti in cocs si, ca si cu minereurile, cateva tipuri pot fi amestecati pentru a imbunatati productivitatea furnalului, viata de functionare a bateriei de cocsificare, etc.

6.1 Procesele si tehnicile de process aplicate Prin anii 1940 proiectul de baza al cuptoarelor de cocserie moderne au fost dezvoltate. Cuptorele erau de aproximativ 12 m lungi, 2 m inaltime si 0.5 m intindere, si erau echipate cu usi pe ambele parti. Alimentarea cu aer era preincalzita de gazul cald eliberat; recuperarea caldurii reziduale permitea termperaturi ridicate si creastea ratele de cocsificare. Din 1940, procesul a fost mecanizat si materialele de constuctii au fost imbunatatite fara modificari semnificative a proiectului. Asamblarile curente pot contine pana la 60 cuptoare la fel de mare de 14 m lung si 6 m inalt. Datorita considerentelor transferului de caldura diametrele au ramas 0.3 – 0.6 m. Fiecare cuptor din acumulatori tine pana la 30 tone de carbune. Figura 6.1 arata un astfel de acumulator. Cateva fabrici de cuptoare de cocserie construite recent au crescut dimensiunile in plus. Spre exemplu, camerele noi fabricii cu cuptor de cocserie “Kaiserstuhl”, care a fost pusa in functionare la sfarsitul lui 1992, sunt de 18 m lungi, 7.6 m inalte si 0.61 m late tinand aproximativ 65 t carbune [Schönmuth, 1994]

Figura 6.1 : Fotografia unei baterii de cocsificare cu evidentierea camerei, turnului de carbune si colectarea principala a gazului de cuptor

Chapter 6

Production of Iron and Steel 111

Dezvoltarile din ultimii ani au fost deasemenea in special indreptate spre minimalizarea emisiilor din procese si spre imbunatatirea conditiilor de munca ale operatorilor. Procesul de fabricare a cocsului poate fi subdivizat in: - manevrarea carbunelui - operarea bateriei ( incarcarea carbunelui, incalzirea/arderea, prepararea, impingator de cocs,

stingerea cocs), - manevrarea si prepararea cocsului - colectarea si tratarea gazului cuptorului de cocserie(COG) cu recuperarea produselor

secundare Pentru a face aceasta descriere a spalatorului de tratare a apei reziduale sunt deasemenea descrise si debitele de apa folosite in procesul de preparare. Figura 6.2 arata schema simplificata a intregii secvente a operatiilor si proceselor necesare pentru producerea cocsului (aratand sursele emisiilor). Principalii pasi mentionati mai sus sunt descrisi mai jos in detaliu.

Figura 6.2 : Diagrama tipica de flux a instalatiei de cocsificare aratand sursele de emisie – [UK Coke, 1995]

6.1.1 Manipularea carbunelului Manevrarea carbunelui include urmatorii pasi:

- descarcarea carbunelui; carbunele este descarcat din vapoare sau trenuri intr-un sistem de transportare sau pentru depozitare. Se folosesc de obicei macarale mari cu carlige. Vantul poate cauza emisii de praf ale carbunelui.

- Depozitarea carbunelui; fabricile cu cuptor de cocserie sunt in mod normal asociate cu zone intinse de depozitare a carbunelui. Vantul poate cauza emisii de praf ale

Chapter 6

112 Production of Iron and Steel

carbunelui. Trebuie acordata atentie tratarii potrivite( sedimentare) a apei pierdute prin scurgere.

- transportarea carbunelui;transportarea carbunelui se face cu ajutorul transportorului cu banda, puncte posibile de transfer aflate in afara cladirilor si transportarea pe drumuri trebuie luata in considerare.

- prepararea carbunelui; prepararea carbunelui include amestecarea stratului ,buncarul de amestecare si sfaramarea care poate duce la emisiile de praf. In timpul amestecarii substantele reciclate cum ar fi smoala pot fi adaugate si pot conduce la emisii ale compusiilor volatili.

- Incarcarea turnului de carbune (pot aparea emisii de praf al carbunelui) - Incarcarea unui vagonet de inarcare (pot aparea emisii de praf al carbunelui)

6.1.2 Operarea bateriilor de cocsificare Operarea unei baterii de cocsificare:

- incarcarea carbunelui - camerele de incalzire si ardere - prepararea - impingatorul de cocs - turnul de stins cocs

Aceste operatii domina emisiile de la o fabrica cu cuptor de cocserie. De aceea sunt descise in mai multe detalii aici, impreuna cu informatii despre sursele de emisie. Figura 6.3 arata dispunerea unei baterii si arata principalele surse a emisiei.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 113

1 incarcarea cuptorului 2 conducta ascendenta 3 usa cuptoului si usile 4 impingerea cocsului 5 stingerea cocsului 6 separare si transport cocs 7 stingerea cocsului 8 cosul sistemului de ardere Figura 6.3 : Diagrama bateriei de cocsificare ce arata sursele de emisie

6.1.2.1 Incarcarea carbunelui Exista un numar de tehnici pentru incarcarea cuptoarelor de cocsificare cu carbune pulverizat (70 – 85 % este < 3 mm) prin gaurile de incarcare. Cea mai comuna tehnica este incarcarea gravitationala prin vagonete de incarcare (Figura 6.4). aceasta poate fi incarcare simultana, secventiala sau fazica prin alimentatori circulari orizontali cu viteza reglabila sau mese rotative. Deasemenea sunt posibile si alte sisteme. Fara a tine cont de sistem, debitul carbunelui trebuie tinut sub control. Sunt date masuri generale pentru toate aceste sisteme. Scopul acestor masuri este de a obtine incarcarea “fara fum” (incarcare cu emisii reduse). Incarcare prin conducte de evacuare sau incarcare prin pulsuri sunt rar aplicate. Conceptul si geometria gaurilor de incarcare si a sistemelor este un element foarte important in reducerea emisiilor incarcarii. In cadrul procesului poate fi facuta o deosebire intre:

- emisiile din timpul procesului de incarcare in sine - evacuarea si curatarea gazelor de la incarcare - emisiile de la usa nivelatorului din timpul nivelarii carbunelui cu o bara de nivelare - emisii ocazionale de la materialul varsat pe suprafata cuptorului

Chapter 6

114 Production of Iron and Steel

Una sau o combinatie de mai multe tehnici poate fi folosita depinzand de configuratia fabricii.

Figura 6.4 : Diagrama de incarcare cu carbune a camerei de cocsificare, indicand punctele de emisie (indicate prin sageti)

6.1.2.2 Camerele de incalzire/ardere Camerele individuale ale cuptorului de cocserie sunt separate de peretii de incalzire. Acestea consista intr-un numar determinat de lichide de incalzire cu duze pentru aprovizionarea combustibilului si cu una sau mai multe cutii de admisie a aerului, depinzand de inaltimea peretelui cuptorului de cocserie. Temperatura medie a caramizii-duza, caracteristica operatiei de incalzire a lichidului, este de obicei cuprinsa intre 1150 si 1350°C. De obicei, gazul curatat al cuptorului de cocserie este folosit ca si combustibil, dar alte gaze cum ar fi gazul (imbogatit) al furnalului poate fi deasemenea folosit si el. Pentru a imbunatatii eficienta energiei, regeneratori sunt asezati chiar sub cuptoare, schimband caldura din gazele lichide cu aerul de ardere sau gazul furnalului. Figura 6.5 arata o diagrama schematica a unui sistem de incalzire a cuptorului de cocserie impreuna cu punctele de emisie. Daca peretii de incalzire nu sunt complet izolati la gaz din cauza fisurilor( care este foarte des intalnita in aceste cazuri), gazul cuptorului de cocserie va atinge gazul lichid si va fi emis cu acesta prin cos.

Car de incarcare Conducta colectare

Bara nivelantaMasina propulsare

Emisii posibile

EMISII IN TIMPUL INCARCARII CUPTORULUI

Chapter 6

Production of Iron and Steel 115

Figura 6.5 : Diagrama sistemului de incalzire a cuptorului indicandu-se punctele de emisie (marcata prin sageti);

Proiectul prezentat este pentru o singura faza de ardere in timp ce azi majoriatea fabricilor moderne au multifaze de ardere; COG folosita ca un intreg este in mod normal desulfurizat inainte.

6.1.2.3 Cocsificarea Procesul de carbonizare incepe imediat dupa incarcarea carbunelui. Gazul si umezeala antrenate, sunt de aproximativ 8-11% din incarcatura de carbune. Acest gaz brut al cuptorului de cocserie (COG) este evacuat prin tevile ascensionale in conducta principala de colectare. Continutul caloric ridicat al gazului inseamna ca dupa purificare ( vezi tratarea COG) poate fi folosit ca si combustibil (ex. pentru incalzirea acumulatorului). Carbunele este incalzit prin sistemul incalzire si ardere descris mai sus si ramane in cuptorul de cocserie pana cand centrul carbunelui a atins temperatura de 1000 – 1100 °C.

Gura incarcare

Gura inspectare

Conduca colectare

Flux incalzire

propulsare Sectia cocs

Camera cuptorului

Flux incalzire

Cutie intrare aer

Supapa gaz rezidual

Gaz imbogatit

Conducta ascendenta

INCALZIREA CUPTORULUI DE COCSIFICARE

Emisii posibile

Chapter 6

116 Production of Iron and Steel

Depinzand de latimea cuptorului si conditiile de incalzire procesul de preparare dureaza aproximativ 14-24 ore pentru a fi complet. Figura 6.6 arata principalele surse de emisii in timpul prepararii. Acestea pot fi emisii prin usa, emisii de la gaurile de incarcare si conductele ascensionale si deasemenea, in cazul fisurilor peretelui, emisii ale COG prin gaze de incalzire.

Figura 6.6 : Diagrama camerei de cocsificare, cu indicarea posibilelor puncte din timpul cocsificarii (indicarea sagetilor)

1000 kg de carbune produs intre 750 si 800kg cocs si aproximativ 325 m3 COG corespunzand cu aproximativ 187kg COG. Totusi ar trebui notat faptul ca carbunele produs si productia COG si consumul depind de o compozitie a carbunelui mai mare si de un timp mai mare de preparare.

6.1.2.4 Impingerea si stingerea cocsului Cocsul carbonizat in intregime este impins din cuptor intr-un container de catre berbecul impingatorului (Figura 6.7). Contactul cu oxigenul atmosferic cauzeaza arderea instantanee a cocsului. Containerul folosit este in general un vagonet de turn de stins cocs care transporta cocsul fierbinte la turnul de stins cocs. Aici cocsul este stins direct cu cantitati mari de apa. Partea de apa care nu se evapora poate fi colectata si folosita in urmatorul cuptor, astfel prevenind emisiile apei reziduale.

Gura incarcare

Gura inspectare Conduca colectareFlux incalzire

Camera cuptorului + bucata cocs

Usa cuptorului

Cutie intrare aer

Gaz imbogatit

Conducta ascendenta

INCALZIREA CUPTORULUI DE COCSIFICARE

Conducta gaz rezidualConducta distribuire gaz

Spatiu fara gaz

Emisii posibile

Chapter 6

Production of Iron and Steel 117

Figura 6.7 : Impingerea cocsului carbonizat de la cuptorul de cocsificare in masina de stingere. Punctele de emisie sunt aratate prin sageti.

Intr-un sistem alternativ, cunoscut ca turn de stins cocs uscat, vagonetul de stingere ia cocsul fierbinte punandu-l intr-o camera verticala de stingere. Gazul de stingere inert circula in jurul camerei, care este izolata de atmosfera, astfel prevenind arderea pe cand are loc racirea cocsului. Gazul este racit de un schimbator de incalzire pentru a recupera energia termala.

6.1.2.5 Manevrarea si sortarea cocsului Dupa racire, cocsul este depozitat in gramezi din care este transportat prin transportoare cu banda (cu puncte de transfer), drumuri, cale ferata sau alta combinatie din acestea. In sfarsit cocsul este zdrobit si sortat. Partea mica (< 20 mm) este de obicei data pentru procesul de sinterizare, partile mai mari (20 – 70 mm) este folosita in furnal. Manevrarea si sortarea cocsului da nastere emisiilor prafului.

6.1.3 Colectarea si tratarea gazului de cocsificare (COG) cu recuperarea produselor secundare

COG brut are un continut caloric specific ridicat cauzat de prezenta hidrogenului, metanului, monoxidului de caebon si hidrocarburilor. In plus, gazul cuptorului de cocserie brut contine produse valoroase cum ar smoala, ulei usor (compus in principal din BTX (benzen, toluen si xileni)), sulf si hidrat de amoniu. Tabelul 6.1 arata compozitia gazului dur a cuptorului de cocserie. Din cateva motive gazul cuptorului de ardere trebuie sa fie tratat inainte de a fi folosit ca si combustibil.

Conducta curba

Conduca colectare

Car ghid cocs Masina propulsareDesprafuire cocs

Transport cocs

Car stingere cocs

Conducta ascendenta

Hota desprafuire

ventilator

Emisiile in timpul propulsarii

Emisii posibile

Chapter 6

118 Production of Iron and Steel

Obtinerea gazului

brut [m3/h/t coal]

Densitatea gazului

brut [kg/Nm3]

H2 [vol.%]

CH4 [vol.%]

CxHy [vol.%]

CO [vol.%]

H2S [vol.%]

BTX [g/Nm3]

PAH [mg/ Nm3]

NH3 [g/Nm3]

CO2 [vol.%]

12 - 25 0.53 – 0.62 39 - 65 32 - 42 3.0 –8.5 4.0 – 6.5 3 – 4 23 – 30 n/a 6 - 8 2 - 3

Legenda: n/a = nevalabila

Tabelul 6.1 : Compozitia gazului de cocs – dupa [InfoMil, 1997]

Consumul gazului cuptorului de cocserie depinde de timpul de preparare si compozitia carbunelui. Informatiile oferite se refera la apa- ca carbune fara cenusa. Continutul de H2S al exemplului dat este relativ ridicat. Alte fabrici sunt tipic in categoria 3.5- 4.5 g H2S/Nm3. Smoala si naftalina in gazul brut poate impiedica conducta si echipamentul si ar trebui indepartate la inceput. Pentru fiecare tona de cocs produs, aproximativ 35 pana la 45 kg de smoala poate fi recuperata. Mai multe produse pot fi recuperate din smoala, cum ar fi tangajul, ulei de antracen, uleiul de spalare, uleiul de naftalina, ulleiul fenolic (fenol) si ulei usor. Compusii de sulf si hidrat de amoniu cauzeaza corodarea conductei si echipamentului si compusii de sulf cauzeza emisiile SO2 atunci cand gazul cuptorului de cocserie este folosit ca si combustibil. Pentru fiecare tona de cocs produs, sunt generate aproximativ 3 kg de hidrat de amoniu si 2.5 kg de H2S. In unele cazuri, uleiul usor, si in special BTX este recuperat din gazul brut al cuptorului de cocserie ca produs secundar valorios. Pana la 15 kg de ulei usor poate fi recuperat pe tona de cocs produs. Acest ulei contine benzen, toluen, xilen, non-aromatici, aromatici corespunzatori, fenol, baze de piridina si alti compusi organici cum ar fi hidrocarburi policiclice aromate (PAH). Figura 6.8 arata o fabrica de tratare tipica a COG. Pasi principali in proces sunt descrisi mai jos.

Figura 6.8 : Schema tipica a instalatiei de tratare a COG cu recuperarea produselor secundare – [UK Coke, 1995]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 119

6.1.3.1 Racirea gazului Gazul brut fierbinte al cuptorului intra in conductele de ascensiune la o temperatura de aproximativ 800°C. In conducta curbata este racit direct de un jet de apa amoniacala la o temperatura de around 80°C saturata cu aburi. Aceasta necesita 2-4 m3 apa amoniacala pentru fiecare tona de carbuna corbonizat. Faza lichida, spre exemplu condensarea, este alimentata saparatorului de smoala/apa, pe cand faza gazoaza este condusa primilor racitori. Se obisnuia ca racitorii primari sa fie folositi ca sisteme deschise. Astazi, racirea indirecta cu sisteme de racire inchise este cel mai frecvent folosit. Cand suficienta apa de racire de o temperatura potrivita, gazul poate fi racit la o temperatura mai mica de 20°C, dand o temperatura moderata ambientului. In aceste conditii majoritatea compusilor cu punct de fierbere ridicat si apa din partea de abur a gazului va condensa. Particulele si picaturile sunt preecipitate in precipitatorilor electrostatici de gudron in amonte inainte ca gazul sa fie tras in facilitatile de spalare de exhaustori ( ventilatoare de absorbtie). Ocazional, precipitatorii electrostatici de gudron sunt instalati deasupra exhaustorilor. Precipitatul din precipitatorul electrostatic de gudron este deasemenea directionat spre separatorul de gudron/apa. Ventilatoarele de absorbtie cauzeaza compresia gazului, insa temperatura asistata crescuta nu poate fi tolerata din perspectiva conditiilor de procesare in amonte. Asta il face esential pentru folosirea asa numitilor racitori finali. Racitorii finali pot fi directi sau indirecti, caz in care apa de racire din care este folosit pentru absorbarea impuritatilor de la COG. In consecinta la sfarsitul ciclului de racire, in timpul racirii debitului-intors folosind ventilatoare de racire sau planului natural, emisiile sunt inevitabil generate. Sistemele inchise sunt de aceea de obicei preferate pentru racitorii finali, desii ciclurile deschise sunt inca folosite la unele fabrici.

6.1.3.2 Recuperarea gudronului din gazul cuptorului de cocserie Cea mai mare parte a apei si a hidrocarburilor cu punct de ardere ridicat sint condensate in timpul racirii gazului cuptorului de cocserie. Produsul de condensare de la conducte si precipitatorul electrostatic de gudron este indreptat catre separatorul de apa/gudron, acolo unde este recuperat gudronul. Faza de apa este separata ca asa numita “apa de racire” si indreptata printr-un striper de amoniac/alambic precedent altui tratament. Cateodata razuitori sunt instalati sa indeparteze gudronul de pe produsul de condensare. Aceste bucati sunt de obicei alimentate inapoi in carbunele de alimentare.

6.1.3.3 Desulfurarea gazului de cocs

Gazul cuptorului de cocserie contine sulfat de hidrogen (H2S) si variati compusi sulforganici ( disulfida de carbon (CS2), oxisulfida de carbon (COS), mercaptani etc. ). Toate tehnicile de desulfurare care se folosesc in prezent sunt de o eficienta ridicata a indepartarii H2S. ele sunt mai putin eficiente la indepartarea compusilor sulforganici. Procesele de desulfurare a gazului cuptoarelor de cocserie comerciale pot fi impartite in doua categorii: 1. procese care folosesc oxidarea umeda pentru aq produce sulf elemental (S0); 2. procese care absorb si despart H2S pentru conversie secventiala in acid sulfuric (H2SO4)

sau sulf elemental (S0).

Chapter 6

120 Production of Iron and Steel

Toate procesele de oxidare umeda folosesc un catalist de reducere a oxidarii pentru a facilita oxidarea umeda a sulfidei de hidrogen in sulf elemental (S0) sau sulfat. Toate aceste procese sunt caracterizate prin inlaturarea foarte eficienta a sulfidei de hidrogen ( scazut pana la 2 mg/Nm3), dar au dezavantajul producerii unei ape reziduale foarte contaminate si/sau a aerului, care poate face facilitati de tratare elaborate o parte necesara procesului (UN-ECE, 1990). Procesele de absorbtie/stripare sunt caracterizate prin indepartarea H2S scazut (0.5-1 g/Nm3

dupa curatare), dar, din moment ce aerul nu este inclus in sistemul regeneratorsi nu sunt folosoti catalizatori toxici, sunt minimalizate sau eliminate emisiile in aer si apa de proces cu chimicale. Procesele pot fi operate pentru a produce acidul sulfuric ( fabrici de acid sulfuric), sau o puritate foarte ridicata a sulfului elementar (fabricile Claus). O combinare obisnuita a procesului este circuitul de spalaea NH3/H2S in faza cu presiune scazuta si spalarea carbonatului de potasiu (procesul de aspirare a carbonului) in faza cu presiune ridicata, combinata cu un spalator BTX fie la presiune mare sau scazuta. Este de asemenea obisnuita spalarea potasiului in ambele faze de presiune, combinata cu spalatorul BTX.

6.1.3.4 Recuperarea amoniacului din gazul cuptorului de cocserie Amoniacul format in timpul prepararii apare in ambele gazul cuptorului de cocserie si condensatorul (solutie diluata) din gaz. In solutia diluata se gaseste in mod specific 20 – 30% din hidratul de amoniu. Trei tehnici sunt aplicate tehnic pentru a indeparta hidratul de amoniu din gazul cuptorului de cocserie:

- Circuitul de spalare a NH3/H2S. In acest proces, amoniacul este spalat din gazul cuptorului de cocserie intr-un epurator de ahidrat de amoniu folosind apa sau spalare a solutiei diluate ca solutie de spalare. Apa reziduala din epuratorul de hidrat de amoniu este folosit ca o solutie de epurare in epuratorul H2S. apa reziduala din epuratorul H2S contine H2S si NH3 si este condus curatator de hidrat de amoniu si distilator. Acest proces este deasemenea cunoscut ca procesul Carl Still, Diamex sau spalarea in circuit cu sulfit de amoniu Ammoniumsulphide Kreislaufwäscher (ASK).

- Recuperat direct ca si sulfat de hidrat de amoniu ((NH4)2SO4). Pot fi folosite doua procese: Absorberul de tip Otto si procesul de cristalizare controlata cu diferente mici Wilputte. In ambele sisteme COG este pulverizat cu o solutie de acid sulfuric diluat si sulfatul de hidrat de amoniu este produs;

- Recuperarea directa ca hidrat de aminiu uscat (NH3). Recuperarea hidratului de amoniu din gazul cuptorului de cocserie ca hidrat de amoniiu uscat a fost dezvoltat de United States Steel Corporation sub numele de USS PHOSAM. In acest proces, hidratul de amoniu este epurat din gazul cuptorului de cocserie prin contactul in contra-curent cu o solutie de fosfat slab in hidrat de amoniu (acid fosfatic). Eficienta indepartarii hidratului de amoniu este 98-99%.(UN-ECE, 1990)

6.1.3.5 Recuperarea uleiului usor din gazul cuptorului de cocserie

Gazul care paraseste absorberii de amoniac contin ulei usor, un ulei curat galben-maro cu o gravitate specifica de 0.88. este un amestec al produselor COG cu puncte de fierbere in marea mojoritate intre 0 si 200°C, continand bine peste o suta de compusi. Majoritatea din acestia sunt prezenti in concentratii atat de scazute incat recuperarea lor este rareori practicata. Uleiul usor este se refera de obicei la BTX. Principalii compusi folosibil sunt benzene (60 – 80%), toluene (6 – 17%),xilene (1- 7%) si benzen de dizolvare (0.5 – 3%). Sunt folosite trei metode principale pentru recuperarea uleiului usor (UN-ECE, 1990):

- Tehnica de racire si comprimarea la temperaturi mai joase de - 70°C si presiuni de 10 bari.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 121

- Absorbtia prin absorbanti solizi, in care uleiul usor este indepartat din gazul cuptorului de cocserie prin trecerea acestuia din urma printr-un strat carbon activ si recuperarea uleiului usor din carbonul prin incarzirea cu aburi indirect sau direct.

Absorbtia prin solventi, consta in spalarea COG cu spalarea uleiului petrolier, o parte gudronul de carbune si alta absorbant, urmata de distilare a aburului al absorbantului imbogatit pentru a recupera uleiul usor.

6.1.4 Debitele de apa din cocsificare Un numar al debitelor apei sunt generate in timpul procesului de preparare si curatarea gazului cuptorului de cocserie. Unele dinntre aceste debite au legatura cu operatiile de preparare insasi si alte au legatura cu tratarea gazului cuptorului de cocserie. Figura 6.9 arata un exemplu unor posibile debite de apa intr-o fabrica cu cuptor de cocserie. Totusi, exista multe alte alternative de aranjamente.

PrimaryCoolers

ElectrostaticTar Precipitator

Exhauster and Final cooler

NH3/H2SScrubbing circuit

Further COGtreatment

Coke OvenBattery

Sealingascension pipes

Goose neckspray equipment

Ammonia Liquor storage tank

Tar/waterSeparator

Ammonia Stripper/Still

To:- (saturators+) sulphuric acid plant- crude gas- H2S/NH3 scrubbing circuit

Waste watertreatment plant

Ammonialiquor

CrudeCOG

Condensate Coal water

TarCondensate/Precipitate

Steam/alkalines

GridCOG

NH3/H2Svapour

Still effluent

Figura 6.9: Diagrama pentru fluxurile de apa in instalatia de cocsificare – [InfoMil, 1997]

Baterie cocs.

Conducta ascendenta

Echip. Spray conducta curba

Solutie amoniac Rezervor solutie amoniacala

Apa de racire

COG brut

Gudron/apa Separator

Gudron

Racire primara

Precipitator electrostatic gudron

Radiator final

Circuit spalare

Tratament COG

Abur

Striper amoniac

Tratare apa uzata

Circuit scruberGaz brut

Chapter 6

122 Production of Iron and Steel

Vaporii de apa prezent in principalul colector provin din mai multe surse: umezeala carbunelui, “apa chimicala” (care se formeaza in timpul procesului de preparare), si solutie vapori sau amoniac folosita in obiectul curbat pentru absorbtia gazelor de incarcare. Gazul brut al cuptorului de cocserie este condus prin racitorul primar si precipitatorul electrostatic, timp in care vaporul de apa si gudronul sunt in marea majoritate condensati. Apa condensata si gudronul din canalul colector, racitorii si precipitatorul electrostatic sunt condusi in separatorul de gudron/apa. Apa din separatorul gudron/apa contine o concentratie ridicata de hidrat de amoniu si este condus in rezervorul de depozitare a solutiei de hidrat de amoniu. Rezervorul de depozitare a hidratului de amoniu furnizaeza apa pentru achipanentul de pulverizare curbat. Clapa de inchidere a conductelor ascensionate sunt sigilate. Surplusul de apa in rezervorul de depozitare a solutiei de hidrat de amoniu este condus in instalatia de stripare/aparatul de distilare a hidratului de amoniu. Trebuie notat faptul ca de obicei toate debitele de apa, cu exceptia apei provenite din sistemele de racire inchise si sistemele de desulfurare oxidative umede, sunt eventual golite din aparatul de distilare a hidratului de amoniu si conduse fabricii de tratare a apei reziduale. Sunt prezente concentratii ridicate de NH3 aparatul de distilare a hidratului de amoniu. Exista msai multe motive pentru scaderea concentratiei de hidrat de amoniu inainte incarcarii apei intr-o fabrica de tratare a apei reziduale sau in mediu:

- amoniacul poate fi recuperat ca sursa valoroasa de energie (intr-o fabrica de acid sulfuric) sau ca produs secundar valoros (ca sulfat de hidrat de a moniu sau hidrat de amoniu anhidru).

- Amoniacul liber este foarte toxic pentru ecosistemele acvatice (incluzand fabricile de tratare biologica a apei reziduale);

- Amoniacul are o cerinta ridicata de oxigen (necesita de 4.5 ori propria greutate de oxogen pentru oxidarea azotatilor). Astfel, exista un risc pentru diminuarea oxigenului al fabricii de tratare a apei reziduale sau vasului de apa.

Acesta a facut ca instyalatiile de stripare a hidratului de amoniu sa fie instalate efectiv an toate fabricile cu ciptor de cocserie. Acest dispozitiv sa curete H2S si NH3 de lichid prin aburi si aditivi alcalini. Vapori sunt ulterior condusi in gazul brut sau in curcuitul de curatare a NH3/H2S (pentru a imbunatati eficienta curatarii H2S) sau intr-o fabrica de acid sulfuric, unde NH3 si H2S sunt arse impreuna. Uneori NH3 este indepartat din aceste vapori in saturatori, producand sulfatul de amoniu. Cei mai obisnuiti alcali folositi sunt soda caustica (NaOH). Odinioara, varul stins (CaOH2) era adesea folosit. Unele debite de apa posibile nu erau indicate in Figura 6.9:

1. Recuperarea apei reziduale de la BTX este dusa in separatorul de gudron/apa. 2. Fenolul (concentratie > 3 g/l) poate fi recuperat din apa carbunelui printr-un proces de

extractie a solventului, inainte ca apa carbunelui este condusa in rezervorul de depozitare a solutiei de hidrat de amoniu.

3. Apa reziduala de la procesele de desulfurare oxidativa este de obicei descsarcata separat dupa pretratare.

4. Apa chimica de la fabrica de acid sulfuric(optional) este de obicei condusa in instalatia de distilare.

5. Apa chimica de la procesul Claus(optional) in mod obisnuit nu va fi condensata dar descarcata in atmostfera printr-un cos [EC Coke, 1996]. O alternativa este aceea de a injecta aceasta apa in gazul brut inainte de tratare.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 123

6. Apa de racire. Apa de racire indirecta a gazului este recirculata si nu va influenta cantitatea de apa reziduala. In cazul racirii directe a gazului, apa de racire trebuie sa fie considerata ca fiind o solutie de curatare si este eventual scursa prin instalatia de distilare

.

Chapter 6

124 Production of Iron and Steel

6.2 Nivelurile actuale de consum/emisie

6.2.1 Debitul masic si datele de input/output Figura 6.10 arata o prezentare generala asupra input-ului si output-ului debitelor masice si o fabrica de tratare a cuptorului de cocserie. Aceasta prezentare generala ar putea fi folosita pentru colectarea de informatii de la fabricile cu cuptor de cocserie unice.

Coke Oven PlantCertain Processing Steps

(separate flow sheet)

Energy

Water

Auxiliaries

Kind and quantity [t/a]- oil- refractories

- annual consumption [m 3/a]- own wells/supply [%]- demineralized water [m 3/a]

- COG [m3/a] BF gas[m 3/a]natural gas [m 3/a]

- electricity [kWh/a]

Wastewater

Solid waste/by product

Off gas

Sources and quant. [conc. and t/a] of dust, org.C, VOC, H2S, SO2,NH3, HCN, CO, Hg, Th, PAH, BTXN, includ. fugitiveemissions (separate sheet)

coke oven gas; flue gas from coke oven heating; NH3-incineration, if no recycling; charging and discharging processesfugitive emissions: oven doors, leveling doors, valves, charging

holes, emissions from COG treatment

Kind and quantities [t/a]- dust- waste refractories (walls)

- Sources and quantity (not cooling water) [m 3/a]Separate sheet

condensates, washing water, water from direct cooling, waterfrom dedusting, quenching water etc.

- Kind of treatment and final emissions ([t/a] and concentr.[mg/l] for COD, BOD 5, TNb, NH4, phenolindex, CN,sulphides, BTX, PAH, fishtox.) - separate sheet

- direct discharge [yes/no]- Cooling water [m 3/a]

- temperature [°C] - average

Raw materials Products

- capacity of the plant[t/a]- age of the plant [a]- operation time[h/a]- nearest distance to the neigh-

bourhood [m]

Kind and quantities [t/a]- coal- petrol coke

Kind and quant. [t/a]- coke- coke breeze

By-products- raw tar- sulphur- raw BTXN

Waste Heat- sources and

quant. [MJ/a]:

General information

Figura 6.10 : Debitul masic al instalatiei de cocsificare

Informatii generale

Auxiliari

Instalatia de peletizare – debitele masice

Apa

Energie

Inst. cocsficare cu anumiti pasi de procesare (fisa de flux separata)

Materii prime Produse

Caldura cedata

Gaze rez/fum

Deseuri solide/produs sec

Apa uzata

Consumul anual (mc/a) Surse proprii /furnizare (%) Apa demineralizata (mc/a)

Tipul si cantitatile (t/a) -pulberi - deseuri refractare

Tipul si cantitatea (t/a) Ulei Materie refractara

Tipuri si cantitati (t/a) -cocs -pulbere cocs -produse secund -gudron brut -sulf BTXN brut

Surse si cantitati (MJ/a)

Sursele si cantitatile (t/a) de pulbere, C org, COV, SO2, NOx, H2S, CO, metale grele, PAH (daca se aplica, fisa separata) Gaz de cos, gaz de la incalzirea cuptorului, incinerarea NH3, incarcarea si descarcarea, emisii fugitivie: usi deschise, usi de nivel, supape, guri de incarcare, tratara emisiilor de COG

Tipuri si cantitati (t/a) cocs cocs petrol

Surse si cantitati (fara apa e racire) (mc/a) Condensat, apa spalare, apa de la racirea directa, apa de la desprafuire, apa stingere tipul de tratament si emisiile finale (t/a) si concentr.

Deversare directa (da/nu) Apa de racire (m3/a) Temperatura (C) - media

Chapter 6

Production of Iron and Steel 125

Ulterior pot fi calculati factori specifici de input ca si factori specifici de emisie. Factori de asemenea fel sunt prezentati in Tabelul 6.2. informatiile oferite se refera la 11 fabrici cu cuptor de cocserie in patru State Membre U.E. Acesti factori de emisie se refera la 1 tona de otel lichid pentru a usura adunarea factorilor de emisie de la fariate unitati de productie. Input Output Materii prime Produse Carbune (uscat) kg/t coke 1250 - 1350 Cocs (uscat) kg/t 1000.0 COG*3 MJ/t LS 2500 - 3200 abur*3 MJ/t LS 3 - 90/500*4 Energie BFgaz + COG MJ/t coke 3200 – 3900 Emisii de gaz Electricitate MJ/t coke 20 – 170*1 Pulberi g/t LS*3 17 - 75*1 SOx g/t LS 27 - 950*5 NOx g/t LS 230 - 600*1 NH3 g/t LS 0.8 - 3.4 H2SO4 g/t LS 0.7 *6 Steam MJ/t cocs 60 - 300*2 HCN g/t LS 0.02 - 0.4 H2S g/t LS 4 -20*1 CO g/t LS 130 - 1500*1 Aer comprimat Nm3/t cocs 7 – 15 CO2 kg/t LS 175- 200 CH4 g/t LS 27*7 VOC*8 g/t LS 4 - 8 Apa de proces (≠ apa de racire)

m3/t cocs 0.8 - 10 Benzen g/t LS 0.3 - 15*9

PAH*10 mg/t LS 170 - 500*11 Reziduu/

Produse second.

Benzen kg/t cocs 8 - 15 H2SO4

*6 kg/t cocs 4 - 9

Gudron kg/t cocs 25 - 46 (NH4)2SO4 as

SO42- *12

kg/t cocs 1.7 - 3.4

Sulf*13 kg/t cocs 1.5 - 2.3 Apa uzata m3/t cocs 0.3 - 0.4 Legend: LS = otel lichid (otel brut); VOC = compusi organici volatili; PAH = hidrocarburi policiclice aromate *1 Valoare ridicata pentru instalatii vechi (mai vechi de 20 ani) *2 Instalatii vechi (mai vechi de 20 ani) pot avea un consum de vapori de 1200 MJ/t cocs *3 Factori de conversie utilizati (media ponderata a tuturor furnalelor din Europa si a otelariilor pe baza de oxigen): 358

kg cocs/t fonta; 940 kg fonta/t LS; *4 Valori ridicate in cazul stingerii cocsului uscat (cu recuperare de caldura in forma de abur); valoarea of 90 MJ/tLS de

la doua instalatii aflate in operare de 14 si resp 15 ani; valoarea 500 MJ/tLS de la o instalatie aflata in functiune de aprox 7 ani (vezi PI.7).

*5 Valoare ridicata in cazul COG nedesulfurat; emisiile specifice de SO2 sunt 27 – 300 g/t LS in cazul desulfurarii (valoarea ridicata a acestui interval indica desulfurarea insuficienta)

*6 In cazul absorptiei SO2 la H2SO4 ca produs secundar fina *7 Date puse la dispozitie doar de la o singura instalatie *8 VOC fara metan *9 Valoare redusa pentru instalatia moderna (veche de aprox. 5 ani) *10 PAH ca EPA 16 (suma urmatoarelor16 PAH:

(∑ (FLU+PYR+TRI+CPP+BaA+CHR+BNT+BeP+BbF+BkF+BaP+DbahaA+BghiP+INP+ANT+COR)) *11 Date disponibile doar de la doua instalatii *12 In cazul SO2 absorptiei cu solutie de amoniac *13 In cazul absorptiei SO2 si recuperarea sulfului ca sulf elementar

Tabelul 6.2 : Datele de input/output din unsprezece instalatii de cocsificare in patru State Membre UE diferite;

Chapter 6

126 Production of Iron and Steel

Date detaliate de la alte instalatii nu exista; date dine 1996; informatiile despre emisie reprezinta emisiile dupa reducere, nu compromit emisiile de la manevrarea carbuneleui si cocsului datorita informatiilor lipsa dar aceste emisii sunt de mica importanta;informatie despre determinarea despre date cum ar fi metode de selectie, metode de analiza, intervale de timp, metode de calcul si conditii de referinta nu sunt disponibile

Chapter 6

Production of Iron and Steel 127

Tabelul 6.3 completeaza informatia data in tabelul tabelul 6.2 cu factori de emisie in aer (dupa reducere) pentru principalele procese de cocsificare.

PM CH4 ali. HC benzen BaP PAH*2 CO SO2 H2S NH3 NOx

Proces [g/t LS] [g/t LS] [gC/t LS] [mg/t LS] [mg/t LS] [mg/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS]

Incarcare “instalatii vechi”

*31-1.5 17 34 3.5 7-13

[Eisenhut, 1990] 34-570 0.5-5*5 5-74*5

[EC coke, 1993] 0.1-3.5 0.02-25 0.003-10 2-400 0.007-1.5 0.02-24 0.003-.3 <0.1

Kaiserstuhl ‘96*4 0.3 3 0.01 0.3

Carbonizare

Usi “instalatii vechi”

*34 335 19

[Eisenhut, 1990] 2700-4700*6 19*6 3-1250*5

70-100*7 0.1-5*7

[EC coke, 1993] 0.1-2 1.5-25 0.3-7 70-4700 1.5-15 0.5-10 0.05-0.5 0.006-0.3 0.03-0.5 0.01-0.15

Kaiserstuhl ‘96*4 0.3 30 0.3

Niveluri “instalatii vechi”

*3 270 3

[Eisenhut, 1990] 270-9000*8 1-90*5 40-1100*5

[EC coke, 1993] 0.06-0.3 1.5-8.5 0.5-3 270-2700 3-5 0.5-3 0.05-0.3 0.003- 0.03-0.1 0.01-0.05

Kaiserstuhl ‘96*4 0.03 0.05

Conducte “instalatii vechi”

*3

[Eisenhut, 1990] 3-600*9 0.1-11*9

[EC coke, 1993] *9 < 0.07 0.1-1 0.03-0.3 3-33 0.1-1 0.001-0.1 0.003-0.03 <0.003 <0.003

Kaiserstuhl ‘96*4 2 5 Legend:

LS = otel lichid (otel brut); PM = pulberi; ali. HC = hidrocarburi alifatice; BaP = benzo(a)piren; PAH = hidrocarburi policiclice aromate

*1 Factorii de conversie utilizati (media ponderata a tuturor furnalelor si cuptoarelor pe oxygen din Europa): 358 kg cocs/t fonta; 940 kg fonta/t LS;

*2 PAH ca EPA 16 (suma urmatoarelor 16 PAH (∑ (FLU+PYR+TRI+CPP+BaA+CHR+BNT+BeP+BbF+BkF+BaP+DBahaA+BghiP+INP+ANT+COR)) *3 Date din [Hein et al., 1996] din instalatii vechi, inlocuite cu instalatii moderne “Kaiserstuhl”, D-Dortmund (see *4) *4 data din [Hein et al., 1996] *5 valorile inalte sunt pentru instalatii vechi in conditie proasta, cele mai reduse pentru inst. nNoi in conditie buna *6 Etansare cu cutit rigid *7 etansare flexibila a usii (de ex. membrana) *8 Valori ridicate, daca orificiile nu sunt etansate cu grija/adecvat *9 valori ridicate pentru metal/ etansarea metalului, valori reduse pentru etansarea apei

Tabelul 6.3 : Factori de emisie in aer pentru instalatiile de cocsificare*1

Chapter 6

128 Production of Iron and Steel

continuarea (Tabelul 6.3 : factorii de emisie pentru emisiile in aer pentru instalatiile de cocsificare)

PM CH4 ali. HC Benzen BaP PAH*2 CO SO2 H2S NH3 NOx

Proces [g/t LS] [g/t LS] [gC/t LS] [mg/t LS] [mg/t LS] [mg/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS]

Impingator “old plants” *3 135-200*10 17

[Eisenhut, 1990] <2

*11 170*12 0.001-17*14

7-25*13

[EC coke, 1993] >70 0.3-2 2-12 2-8

Kaiserstuhl ‘96*4 0.3 <0.001

Stingator “old plants” *3 20-40 30-50 22 1.5

[Eisenhut, 1990] 15-1000*15 0.003-3*5 0.2-33

[EC coke, 1993] up to 45 100-470 17-27 1-3

Kaiserstuhl ‘96*4 5

Sortator 2*16

produs secund 30-8000*17 0.02-0.03 0.5-1.5

In foc*18 27-100*19 80-600

100-500*20

up to 1250*21

Legend: LS = otel lichid (otel brut); PM = pulberi; ali. HC = hidrocarburi alifatice; BaP = benzo(a)piren; PAH = hidrocarburi policiclice aromate *1 Factorii de conversie utilizati (media ponderata a tuturor furnalelor si cuptoarelor pe oxygen din Europa): 358 kg cocs/t fonta; 940 kg fonta/t LS;

*2 PAH as EPA 16 (suma urmatoarelor 16 PAH (∑ (FLU+PYR+TRI+CPP+BaA+CHR+BNT+BeP+BbF+BkF+BaP+DBahaA+BghiP+INP+ANT+COR)) *3 data din [Hein et al., 1996] originand din instalatii vechi, inlocuite de instalatii moderne “Kaiserstuhl”, D-Dortmund (vezi *4) *4

*5 Date de [Hein et al., 1996] Valorile ridicate sunt pentru instalatiile vechi in conditie rea, cele mai mici pentru instalatiile noi in condite buna

*10 data pentru emisiile nereduse *11 conform German TA Luft [TA Luft, 1986] 5 g/t cocs or 1.7 gPM/t LS trebuie sa se

realizeze *12 Cu masina de cocsificare *13 cu hota *14 Valorile reduse sunt obtinute cu filter saci, cele mari apar fara desprafuire *15 in caz de racire incompleta

*16 data din [US PM-10, 1994] *17 valoare ridicata pentru instalatiile fara sistem de conducte de echilibru

*18 data din 10 instal. de cocsficare 1997 *19 in ca utilizare gazului cocs desulfurat (in multe cazuri in amestec cu gazul de furnal)

*20 In cazul utilizarii gazului de cocsificare desulfurat, insa camera non-gas duce la emisii ridicate *21 in cazul utilizarii gazului nedesulfurat de cocs (in multe cazuri amestecat cu gazul de furnal)

Chapter 6

Production of Iron and Steel

6.2.2 Informatiile asupra emisiilor in aer Ar tebui notat faptul ca fabricile cu cuptor de cocserie au un numar relativ mare de surse de emisii (vezi descrierea in 6.1). Emisiile din multe din acestea variaza considerabil in functie de timp(ex. emisiile semicontinuee de la usile cuptorului, conductele ascensionale si cele discontinue de la impingere si stingere).Mai mult decat atat, aceste emisii sunt greu de determinare sub raport cantitativ. Prin comparartie cu factorii de emisie intre fabrici deasemenea necesita a lua in vedere parametri specifici ai fabricii. Spre exemplu emisiile prin usa variaza in mare masura depinzand de typul usilor, marimea cuptoarelor si calitatea intretinerii. Intretinerea poate fi un facrtor determinant. Desigur, o persoana poate gasi foarte bine exemple de bune rezultate cu usi traditionale (cu muchie de cutit) asupra intreetinerii bune a cuptoarelor mici si rezultate proastecu usi moderne izolateflexibile asupra intrtetinerii proaste a cuptoarelor mari. Acestea ar trebui sa fie purtate in minte atunci cand evaluam informatiile asupra surselor individuale de emisie in aer oferite in Tabelul 6.2 si Tabelul 6.3. categoria larga de valori pentru factorii de emisii pot fi explicati in primul rand prin programul de intretinere, gradul de ingrijire avut in realizare (planul care permite si conditiile de operare rezistente) si tehnicile de reducere aplicate.

6.2.3 Informatiile asupra emisiilor in apa Informatii mai dataliate asupra emisiilor in apa si asupra cererii de energie sunt date mai jos.

6.2.3.1 Emisii continue in apa

6.2.3.1.1 Cantitati O varietate larga de procese si variante sunt folosite pentru procesarea in aval a gazului cuptorului de cocserie. Cantitatea de apa reziduala produsa de fabricile de tratare a gazului depind de cererea de apa, spre exemplu aburul, adaugarea de apa proaspata solutiilor de spalare, apa distilata etc. vorbind in general cantitatea de apa reziduala este intre 1.5 si 3 ori din cantitatea de apa rezultata di procesul de preparare. O proportie substantiala de apa trebuie sa fie scursa din procesul de preparare in umezeala carbunelui din cuptorul de cocserie. Continutul obisnuit de umezeala al carbunelui este de aproximativ 8 - 11%, spre ex. 0.08 – 0.11 m3/t carbune. Astfel un cocs reprezentativ produs de 780 kg cocs/t carbunele produce un debit al apei de aproximativ 0.1 la 0.13 m3/t cocs. Descompunerea termala carbunelui genereaza adaugarea de apa. Depinzand de tipul de carbune 3 pana la 5% din greutate a asa-zisei “ape termale” este produsa, ceea ce3 inseamna 0.03 – 0.05 m3/t carbune corespunzand la 0.04 – 0.06 m3/t cocs. Daca este folosita injectia cu abur pentru aspirare (absorbtia gazelor de incarcare) condensarea acestui abur va rezulta in apa ulterioara fiind produsa in racitorii primari. Produsul fde condensare este atunci deasemenea parte din apa de la fabrica cu cuptor de cocserie. Apa se scurge din fabrica cu cuptor de cocserie prin conductele ascensionate si este ulterior condensata, impreuna cu gudronul din gazul brut al cuptorului de cocserie. Amestecul de gudron si apa este dusa in separatorul de gudron/apa, unde asa-zisul “carbune apa” este separat [EC Coke, 1996]. Aceasta apa este dusa in rezervorul de depozitare a solutiei de hidrat de amoniu si eventual la striparea amoniacului/pentru a indeparta amoniacul.

Chapter 6

130

6.2.3.1.2 Debitul apei uzate de la instalatia de cocsificare

Dupa indepartarea amoniacului prin distilare (vezi “efluentul din instalatia de distilare” in Figura 6.9) efluentul de apa reziduala contine compusi organici variati (cum ar fi fenolul) si anorganici (cum ar fi rezidurile de hidrat de amoniu si cianurile). Acesti compusi au un impact negativ asupra recipientului de apa atunci cand este descarcata direct. Efluentul din aparatul de distilare este de aceea de obicei tratata intr-o fabrica de tratare a apei reziduale inainte de descarcare. Informatii privind compozitia apei reziduale inainte de tratare arata ca ea variaza considerabil de la o fabrica la alta, ambele in termeni ai concentratiei si incarcaturii pe tona de cocs produs. Principalul motiv se afla in sistemele de tratare a gazului, tipul proceselor de preparare (incarcarea maxima si incarcarea batatorita) si tipul de carbune la fabricile individuale cu cuptor de cocserie. Tabelul 6.4 arata caracteristicile influente pentru cei mai importanti parametri proiectati a unei fabrici de tratare biologica. Parametru Concentratie

[mg/l] Factor de emisie

[g/t coke] Valoare medie Abatere standard Cerere oxigen chimic (COD)

2250 - 4450 310 - 590 430 – 1700

Amoniac (NH3/NH4

+) 25 - 85 15 - 105 5 - 30

Tabelul 6.4 : Caracteristicile influentului de apa uzata provenit de la instalaitiile de cocsificare in Belgia, Germania, Franta si Olanda – [Löhr, 1996];

Datele aratate reprezinta domeniile valorilor medii si abaterile standard de la apa uzata dupa striparea amoniacului insa inainte de diluare si tratament (daca se aplica). Cod ca o suma a parametrului include o mare varietate de compusi chimici organici diferiti cum ar fi fenol (1000 – 2000 mg/l) compusi organici de azot (Kjeldahl-N: 250 – 500 mg/l) si hidrocarburi policiclice aromatice (PAH) (pana la 30 mg/l) [InfoMil,1997]. In plus la amoniacului sunt de asemenea sunt prezenti alti compusi anorganici continand azot, cum ar fi tiocianurile (150 – 350 mg/l) [InfoMil, 1997].

6.2.3.1.3 Apa uzata de la oxidarea umeda a proceselor de desulfurare

Apa reziduala rezultata de la procesele de desulfutrizare oxidativa umeda este de obicei tratata separat datorat prezentei compusolor care au un daunator asupra fabricii de tratarea biologica a apei reziduale. Tabelul 6.5 arata compozitia apei reziduale a doua procese de desulfurare oxidativa umeda. Aplicarea a uneia din partea celeilalte tehnici oxidative umede poate duce la emisii in apa a copusilor de amoniu ( procese Tilox), 1,4- naftochinona-2-sulfonica acid (Takahax), acid picric si tiocianuri (procese fumaks/rhodacs).

Chapter 6

Production of Iron and Steel

Componenta Desulfurarea Stretford

(g/l) Desulfurarea Perox (g/l)

NH3 (free) 0.1 7.5 - 24

NH3 (fixed) ? 48 - 61

Na2CO3 5.7 - 65 -

CO2 ? 13 - 34

SCN- 80 - 300 61 - 73

Cl- ? 1.5

H2S ? 0.04 – 0.2

S2O32- 50 35 -127

SO42- 12.2 7 - 23

Vanadat (VO3-) 1.2 -

Tartrat (V4O92-) 1 -

Antrachinodisulfonat (ADS) 1.9 -

Hidrochinone - 0.3 – 0.6

pH ? 8.7

Tabelul 6.5 : compozitia apei uzate de la doua procese de desulfurare umeda oxidativa - [EC Coke, 1996]

6.2.3.1.4 Apa de racire

In mod normal apa de racire este folosita pentru racirea indirecta in tratarea gazului cuptorului de cocserie (COG). Aceasta apa de racire este de obicei recirculata in circuit. Pierderile de apa proaspata pentru inlocuirea evaporatiei si a scurgerilor se situeaza in jurul a 6 – 10 m3/h (i.e. 0.06 m3/t cocs). Racirea directa a COG in mod normal foloseste alcool de amoniu in circuit inchis. Deebitul de circuit este de aproximativ 6 m3/t cocs.

6.2.3.2 Emisiile discontinue in apa

6.2.3.2.1 Stingerea umeda a cocsului Emisiile discontinue in apa pot in unele cazuri sa fie generate deoperatiile de stingere umeda a cocsului. Totusi, cand stingerea este efectuata corect, apa in exces este colectata si folosita pentru urmatorul cuptor. Folosirea apei in exces in altre procese este deasemenea posibila. Aceasta elimina emisiile in apa.

6.2.4 Necesarul energetic Tabelul 6.6 contine informatii despre energia necesara unei cocserii fara a tine seama de tratarea COG. Informatia din tabelul 6.2 confirma aceste valori. Tabelul ofera deasemenea cifre pentru energia produsa, astfel prezentand pierderile considerabile de energie ( aproximativ 3 GJ/t cocs). COG produs de cocserii inseamna ca joaca un rol important in rezerva de energie din otelariile integrate ( vaezi Figura 3.3 si Figura 3.4).

Chapter 6

132

Inputul de energie Outputul de energie

Purtatorul de energie GJ/t coke Purtatorul de energie GJ/t coke

carbune 40.19 cocs 27.05

Ardere cu cocs 3.01 Ardere cu cocs 8.08

Reactii chimice 0.32 Pierdere energetica 3.33

Produse secudnare(S0, gudron etc.) 2.56

Sortare deseuri cocs 1.92

Pulberi cocs 0.26

Total 43.52 Total 43.20

Tabelul 6.6 : Bilantul energetic pentru cuptorul de cocsificare (nu se considera tratarea COG) – dupa [UN-ECE, 1990]; cocsul obtinut este de 780 kg cocs/t carbune

6.2.5 Poluarea solului In fabrica de tratare a gazului cuptorului de cocserie, gudronul si alti compusi organici (ex. BTX) sunt recuperati din gazul cuptorului de cocserie. Varsarea si curgerile acestor compusi pot cauza un pericol de poluare a solului, depinzand de conditia solului local. In plus, varsarea sau curgerea a apei de carbune poate deasemenea cauza on pericol de poluare a solului. In acest document poluarea solului este tratata ca aspect local. De aceea, doar o scurta descriere a posibilelor masuri vor fi date aici:

- minimalizarea numarului de flanse si anexe; - conductele si flansele trebuie sa fie inspectate cat mai mult posibil (ex. asezate deasupra solului sau

in conductele invelite), doar daca varsta si proiectul fabrici fac acest lucru imposibil; - depozitarea si transportul substantelor care sunt potential periculoase pentru poluarea solului ar

trebui facute in asa fel incat sa se ia precautii pentru evitarea aparitiei varsarii in sol

Chapter 6

Production of Iron and Steel

6.3 Tehnicile de considerat in determinarea BAT Aceasta sectiune include ambele procese atat integrate cat si tehnicile end-of-pipe pentru protectia mediului si economisirea energiei la fabricile cu cuptor de cocserie. Este data o descriere a fiecarei tehnnici, impreuna cu principalele niveluri de emisie obtinute, aplicabilitatea, monitorizarea emisiilor, efectele asupra mediului, fabrici de referinta, informatii operationale, aspecte economice si forta motrica de implementare (unde aceste date sunt disponibile si pertinente). Masuri integrate in proces Urmatoarele tehnici integrate in proces se stie a fi folosite in cuptoarele de cocserie: PI.1 Operatii cursive si neperturbate a fabricii cu cuptor de cocserie PI.2 Intretinerea cuptoarelor de cocserie PI.3 Imbunatatirea usii cuptorului si izolarea tocurilor PI.4 Curatarea usii cuptorului si a tocurilor PI.5 Mentinerea debitului de gaz liber in cuptorul de cocserie PI.6 Reducerea emisiei in timpul arderii in cuptorul de cocserie PI.7 Stingere uscata a cocsului (CDQ) PI.8 Camere mai mari pentru cuptorul de cocserie PI.9 Prepararea nerecuperabila Tehnici end-of-pipe Urmatoarele tehnici end-of-pipe sunt cunoscute a fi folosite in cocserii: EP.1 Minimalizarea emmisiilor de incarcare a cuptorului EP.2 Izolarea conductelor ascensionale si fantelor de incarcare EP.3 Minimalizarea scurgrii intre camera cuptorului si camera de incalzire EP.4 Deprafuirea impingatorului cuptorului de cocserie EP.5 Stingerea umeda de reducere a emisiilor EP.6 De-NOx a gazului rezidual din arderea cuptorului de cocserie EP.7 Desulfurarea gazului cuptorului de cocserie EP.8 Indepartarea gudronului ( si PAH) din apa carbunelui EP.9 Striper a amoniac EP.10 Procearea gazului in fabricii de tratare a gazului EP.11 Fabrica de tratare a apei reziduale

Chapter 6

134

PI.1 Functionarea cursiva si nedisturbata a cocseriei Descriere: Impreuna cu regimul de intretinere (vezi PI.2) si operatiile de curatare (vezi PI.4), operatia cursiva si nedisturbata a cuptorului de cocserie este una din cele mai imporatante masuri integrate in proces. Un esec in a face astfel conduce spre fluctuatii severe de temperatura si sanse crescute in blocarea cocsului in timpul impingerii. Aceasta are un efect secundar asupra rezistentei la temperatura si asupra cuptorului de cocserie in sine si poate duce la scurgeri crescute si o crestere in conditiile operationale anormale. O conditie prealabila pentru operatia cursiva si nedisturbata este o buna siguranta cuptorului si instalatiilor. Aceasta deasemenea conduce la o productivitate ridicata. O alta conditie prealabila este o pretratare optimizata a carbunelui- operatia optima pentru o cocserie necesita o sarja de carbune cat mai omogen posibil. O fabrica moderna de pretratare a carbunelui contine doua bare de incarcare de amestec, o fabrica de zdrobire/ sortare, echipament de transportare, echipament de deprafuire si procese aditionale posibile cum ar fi uscarea carbunelui sau adaugarea de aditivi ai carbunelui. Doar prin acest proces, buna functionare a cocseriilor este obtinuta asa cum este descris in acest capitol. Prin controlarea temperaturii suprafetei incalzite (dispozitiv de masurare la ram bar) este posibil de a determina distribuirea temperaturii in camera care permite a face concluzii asupra eficientei sistemului de incalzire. Pot fi luate actiuni de reparare si optimizare avand la baza aceste rezultate. Aplicabilitatea: Poate fi aplicat la ambele tipuri de fabrici atat noi cat si existente. Principalele niverului de emisie obtinute: O parte semnificativa a emisiilor fabricii cu cuptor de cocserie este cauzata de scurgerile prin fisuri intre camera de incalzire si camera cuptorului si ca un rezultat al usilor deformate, tocurilor, etc. aceste emisii pot fi evitate catre un domeniu mare printr-o operatie mai cursiva si nedistrurbata a fabricii cu cuptor de cocserie. In plus, aceasta masura poate creste semnificativ durata de viata a fabricii cu cuptor de cocserie. Fabrici de referinta: Toti operatorii din lume sunt pregatiti sa opereze fabrica lor cu cuptor de cocserie cat mai cursiv posibil. Totusi, stimulenti economici ppot induce nivelul de productie mai mare si pot creste sansele de operare mai putin ferma a fabricii. Efecte auspra mediului: Nu sunt cunoscute efecte asupra mediului semnificative. Date operationale: Nu sunt disponibile. Aspecte economice: Nu sunt disponibile. Literatura de referinta: [InfoMil, 1997]

Chapter 6

Production of Iron and Steel

PI.2 Întreţinerea cuptoarelor de cocsificare Descriere: Întreţinerea cuptoarelor de cocsificare este un una dintre cele mai importante măsuri integrate în proces şi este un factor decisiv pentru funţionarea uniforma şi neperturbată (vezi PI.1). Întreţinerea/revizia nu ar trebui sa fie efectuată în campanii ci continuu. Nu poate fi stabilită o perioadă fixă sau minimă de întreţinere. Ar trebui să fie făcută după un program sistematic şi să fie efectuată de personal de întreţinere special instruit (de ex. în timpul a două schimburi). Programul de întreţinere de la SIDMAR, Belgia-Gent, mai jos este descris un exemplu. Acolo fiecare cuptor este supus reparaţiei capitale complete la fiecare 3-3,5 ani. Acest lucru presupune lăsarea cuptorului în stare neîncărcată timp de o săptămână pentru a efectua următoarele operaţii: - degrafitizarea tuturor depunerilor din cameră (pereţi, plafon) - sudarea oxitermică a fisurilor, orificiilor şi deteriorărilor suprafeţelor zidăriei refractare - repararea pardoselii camerei cuptorului prin acoperirea cu ciment - injectarea de praf cu ajutorul aerului în fisurile fine - repararea suprafeţei de etanşare a ramei uşii prin frezarea şi repozitionarea ramei uşii de la cuptor - repararea totală a uşilor; demontarea completă a tuturor părţilor individuale, curăţare şi reasamblare; repozitionarea etanşării flexibile. Cărămizile distruse din componenţa uşii se vor înlocui; în multe cazuri uşa este zidită din nou cu cărămizi.

În afară de această reparaţie capitală la trei ani, sistemul de ancorare al cuptoarelor (arcuri, sisteme de ancorare, etc.) este verificat şi reglat regulat.

Aplicabilitate: Se poate aplica atât la instalaţii noi cât şi la cele existente. Nivelurile principale realizate: Întreţinerea bine făcută previne fisurile din zidărie şi minimizează scurgerile şi în consecinţă emisiile de gaze de cocsificare. Rezultatul este că acest lucru duce la reducerea fumului negru din coşurile care evacuează gazele arse provenite de la focarul cuptorului. În plus, întreţinerea, reglarea şi reparaţia capitală a uşilor şi ramelor previne scurgerile. Instalaţii de referinţă: cocseria de la Sidmar – BELGIA-Gent; bateria de cocsificare nr.2 a firmei Hoogovens Ijmuiden – OLANDA-Ijmuiden. Efecte colaterale: nu se cunosc efecte colaterale semnificative Date de exploatare: De exemplu, programul de întreţinere descris mai sus a fost aplicat la Sidmar, BELGIA-Gent începând cu 1986 cu succes considerabil. Informaţii economice: Costurile cu personalul pentru muncitorii calificaţi care efectuează programul de întreţinere sunt considerabile (circa 1,5 Ecu1997/t de cocs în cazul Sidmar, BELGIA-Gent) dar ca parte din măsurile de asigurare a unei funcţionări uniforme şi neperturbate, angajatii specializati contribuie la o productivitate mai mare, compensând astfel costurile Forţa motrice pentru implementare: Intenţia de a exploata instalaţia de cocsificare cât mai uniform posibil cu productivitate optimizată şi emisii reduse la minimum. Literatură de referinţă: nu există

Chapter 6

136

Chapter 6

Production of Iron and Steel

PI 3. Îmbunătăţirea etanşării la uşi şi rame Descriere: Etanşarea la gaze a usii cuptorului este esenţială şi poate fi realizată prin aplicarea următoarelor măsuri: 1. folosirea de uşi cu etanşare flexibilă, armate cu arcuri; 2. curăţarea atentă a uşii şi ramei sale dupa fiecere incarcare (vezi PI.4).

Dacă ramele uşilor şi plăcile de armare nu sunt prea deformate, atunci bateriile cuptorului existente pot fi echipate cu uşi de etanşare armate cu arcuri În această privinţă, rezistenţa stâlpilor de reazem joacă un rol important, deoarece plăcile de armare (care ţin laolaltă zidăria) sunt tinute in pricipal de arcuri, care sunt fixate pe stâlpii de reazem. Trebuie să se reţină faptul că situaţia diferă de la cuptoarele mici la cele mari. Pentru cuptoare cu înălţimea mai mică de 5 m pentru prevenirea emisiilor pe la uşi sunt suficiente uşi cu canturi drepte în combinaţie cu o bună întreţinere. Aplicabilitate: aplicabil la instalaţii noi şi, în unele cazuri, la instalaţii existente Nivelurile principale realizate: Valorile de emisie specifice pentru uşi cu etanşare flexibilă sunt mult mai reduse decât cele pentru uşi convenţionale. Cu condiţia ca ele sunt menţinute în stare curată „ noua generaţie” de uşi face posibilă menţinerea emisiilor vizibile la sub 5% din totalul uşilor pe baterie, atât pe partea maşinii de şarjare cât şi pe partea de evacuare a cocsului. Totuşi, se pot găsi exemple cu rezultate bune cu uşi tradiţionale (cu canturi drepte) pe cuptoare mici bine întreţinute şi rezultate slabe la uşile cu etanşare flexibilă pe cuptoare mari deficitar întreţinute. Insa etansarea flexibila ofera o posibilitatate cu mult mai buna de etansare in cazul cuptoarelor mari. Tabelul 6.3 indică îmbunătăţirile posibile pentru reducerea emisiilor. Instalaţii de referinţă: Multe instalaţii noi şi reconstruite aplică uşile cu etanşare flexibilă armate cu arcuri. Cuptorul de cocsificare nr.1, Hoogovens Ijmuiden, OLANDA-Ijmuiden Cuptorul de cocsificare de la Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH, GERMANIA-Huckingen Efecte colaterale: nu apar Informaţii economice: nu se dispune Date de exploatare: nu se dispune Literatură de referinţă: [Vos, 1995]

Chapter 6

138

PI.4 Curăţarea etansarilor uşilor şi ramelor Descriere: Multe instalaţii europene de cocsificare încă posedă uşi originale cu canturi drepte, nearmate cu arcuri. În aceste instalaţii, neetanse pot fi o problemă serioasă. Totuşi, cu întreţinere bine făcută (vezi PI.1 şi PI.2) orice emisii vizibile pe la uşile existente pot fi menţinute sub nivelul de 10% [Vos, 1995]. Succesul planului de întreţinere depinde în mare măsură de un proces stabil de cocsificare, existenţa unui personal permanent pentru întreţinere, monitorizare continuă şi reacţie în privinţa nivelurilor de emisii realizate. Se recomandă cu tărie un atelier acoperit de întreţinere a uşilor. O metodă aplicată de curăţare a uşilor cuptoarelor de cocsificare este de a utiliza jet de apă la presiune ridicată. S-a dovedit că acest lucru are un succes deosebit. Totuşi, curăţarea uşilor cuptorului de cocsificare cu jet de apă la presiune ridicată nu poate fi efectuată la fiecare ciclu. Detergenţii avansaţi în combinaţie cu scraperele la fiecare ciclu de asemenea dau rezultate bune. Aplicabilitate: Tehnica aplicabila atât la instalaţii existente cât şi la cele noi. Nivelurile principale realizate: Sistemul de curăţare cu jet de apă la presiune ridicată face posibilă eliminarea vizibila a emisiilor vizibile – poate fi realizată o reducere de până la 95% din timp (conform metodei EPA). Instalaţii de referinţă: Cocseria 2 la Hoogovens IJmuiden, NL- IJmuiden Cocseria 1 la British Steel Teeside Works in Redcar, Marea Britanie Efecte colaterale: La curatarea cu jeturi de apa sub presiune rezulta un debit de apa uzata poluata, ce poate fi tratata impreuna cu apa uzata din cocserie. Aspecte economice: nu sunt disponibile Literatura de referinta: [Vos, 1995; Murphy, 1991]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 139

PI.5 Mentinerea unui flux de gaz neperturbat in cuptorul de cocsificare Descriere: Camera cuptorului este de regulă menţinută sub o uşoară supra-presiune timpul cocsificării. O sub-presiune ar permite aerului să penetreze camera cuptorului şi ar arde parţial cocsul, ducând la distrugerea cuptorului. Vatra cuptorului ar trebui să fie la presiune atmosferică. Ca regulă practică generală, suprapresiunea (în mm coloană apă) din conducta principala colectoare se menţine la dublul înălţimii cuptorului în metri. De aici rezultă că, pentru un cuptor modern înalt de 7 m, suprapresiunea corespunzătoare ar trebui să fie 14 mm coloană apă. Pentru cuptoare mai vechi, cu înălţimea de 4 m, suprapresiunea din magistrala colectoare ar trebui să fie 8 mm coloană apă. Această diferenţă de presiune este necesară pentru a îndepărta gazele şi gudronul din camera cuptorului de cocsificare. Căderea de presiune este creată cu ajutorul unei clapete de inchidere aflate la ieşirea conductei principale colectoare unde presiunea este – 80 mm coloană apă. Sub tavanul camerei cuptorului se păstrează un spaţiu liber pentru a permite gazelor şi gudronului volatilizat să curgă spre ţeava ascensională care, în funcţie de poiect, este situată fie partea maşinii de şarjare a cuptorului sau pe ambele părţi. Curentul de gaz poate fi obstrucţionat de sarja de cărbune care ajunge la plafonul cuptorului şi de către dopurile de grafit de la partea superioară a acestuia. Ori de câte ori fluxul de gaz din cuptor este obstrucţionat vor apare scurgeri de gaz pe la uşi şi gura de încărcare din cauza aparitiei suprapresiunii. Această situaţie poate fi prevenită prin nivelarea adecvată a încărcăturii de cărbune, prin degrafitizarea periodică a tavanului cuptorului şi prin curăţarea periodică conductei ascensionale (vezi şi PI.2). Formarea de grafit pe bolta cuptorului poate fi redusă la minimum prin distribuţia termică adecvată pe pereţii cuptorului. Aplicabilitate: aplicabil la cuptoare noi şi existente Nivelurile principale realizate: O bună distribuţie a presiunii în camera cuptorului de cocsificare reduce semnificativ emisiile difuze şi scurgerile. În afară de aceasta se reduce riscul colmatării cu încărcătura în timpul operaţiilor de şarjare. Instalaţii de referinţă: toate instalaţiile cu un program adecvat de întreţinere (vezi PI.2) şi care au drept obiectiv minimizarea scurgerilor pe la uşi cu ajutoru tehnicii descrise mai sus. Efecte colaterale: nu apar efecte colaterale Date de exploatare: nu sunt disponibile Informaţii economice: nu sunt disponibile Literatură de referinţă: [InfoMil, 1997]

Chapter 6

140 Production of Iron and Steel

PI.6 Reducerea emisiilor la arderea din cuptorul de cocsificare Descriere: Căldura pentru procesul de cocsificare este asigurată prin arderea unui combustibil gazos în camerele de încălzire. Căldura este transferată camerei cuptorului de cocsificare prin conducerea acesteia prin zidăria refractară. O temperatură mai ridicată în camera de cocsificare duce la un timp mai scurt de cocsificare. Cei mai importanţi poluanţi proveniţi din focarul cuptorului de cocsificare sunt NOx, SO2 şi pulberile. Nivelul emisiilor de SO2 depinde puternic de conţinutul de sulf al combustibilului. Astfel emisiile de SO2 pot fi reduse in continuare prin minimizarea conţinutului de sulf al combustibilului. De obicei pentru arderea din cuptorul de cocsificare se foloseşte gazul de furnal (îmbogăţit) sau de cocserie. Conţinutul de sulf la gazului de cocserie depinde de performanţa de desulfurare a instalaţiei de tratare a gazului de cocserie. Conţinutul de H2S din gazul de cocserie poate varia de la circa 50 mg/Nm3 la 1000 mg/Nm3, depinzând de procedeul de desulfurare şi de eficienţă. Dacă nu se aplică desulfurarea (cea ce se întâmplă la unele instalaţii din UE) conţinutul de H2S poate ajunge pana la 8000 mg H2S/Nm3. Gazul de furnal îmbogăţit are un conţinut redus de sulf. Unul dintre parametri principali ai procesului de desulfurare a gazului de cocserie este temperatura gazului. Emisiile de SO2 şi pulberile pot fi diminuate semnificativ dacă gazul de cocserie brut provenit de la camerele cuptorului se scurge prin fisurile din pereţii de transmitere a căldurii şi arde împreună cu combustilul initial (vezi şi EP.3). Problematica cu NOx este întrucâtva mai complicată. NOx generaţi constau aproape în întregime din NOx termic, care se formează prin reacţia dintre N2 şi O2 în flacără. Formarea NOx termic depinde puternic de maximele de temperatură şi de concentraţiile de O2 din flacără. În mod indirect, emisiile de NOx depind şi de combustibil (gaz de furnal îmbogăţit sau gaz de cocserie) şi tipul de cărbune folosit, proporţia specifică de cărbune din încărcătură, timpul de cocsificare şi dimensiunile camerei cuptorului. Cea mai eficientă cale de reducere a formării NOx este de a reduce temperatura flăcării din camera de încălzire. Scopul este prin urmare arderea cu o flacără rece. Trei metode s-au dovedit eficiente în acest scop:

- recircularea gazului evacuat. Gazul emis, provenit de la cuptorul de cosificare este amestecat cu combustibil şi aer de combustie. Concentraţiile mai scăzute de O2 şi mai ridicate de CO2 reduc temperatura flăcării. Cu toate acestea, efectul de preîncălzire a recirculării gazului epuizat poate acţiona contrar efectului de reducere a temperaturii.

- combustia în trepte cu aer. Prin adăugarea de aer de combustie în câteva trepte, condiţiile de combustie devin mai moderate şi se reduce amploarea formării NOx.

- temperatura de cocsificare mai redusă. Temperatura de cocsificare mai redusă are o influenţă asupra aspectelor economice şi eficienţei energetice a cuptoarelor de cocsificare. O temperatură de cocsificare mai scăzută necesită o temperatură mai scăzută în camera de încălzire, cea ce are drept rezultat reducerea intensităţii de formare a NOx.

Mai mult, temperatura din camera de încălzire (şi astfel formarea de NOx) poate fi redusă concomitent cu menţinerea temperaturii normale de cocsificare prin reducerea gradientului de temperatură de-alungul peretului de zidărie refractară din camera de încălzire aflat în dreptul camerei de cocsificare. Acest lucru poate fi realizat prin folosirea de cărămizi mai subţiri şi un material refractar cu conductivitate termică mai bună. Pe vremuri o temperatură de 1320°C în camera de încălzire avea drept consecinţă o temperatură de 1180°C în camera de cocsificare. În zilele noastre, o temperatură de 1200°C este atinsă la aceaşi temperatură în camera de încălzire datorită cărămizilor mai subţiri. Aplicabilitate: Măsurile integrate de reducere a cantităţii de NOx sunt aplicabile în multe instalaţii. Scăderea temperaturii într-o instalaţie existentă va avea ca rezultat un timp de cocsificare mai lung şi o funcţionare sub capacitatea nominală.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 141

Nivelurile principale realizate: Pentru instalaţii existente fără măsuri de reducere a cantităţii de NOx integrate în proces, cum ar fi combustia cu aer în trepte, nivelurile care pot fi atinse pentru NOx se situează în intervalul 1300 g/t cocs - 1900 g/t cocs (concentraţii: 600 – 1500 mg/Nm3 la 5% O2). Tabelul 6.2 prezintă factori de emisie între 700 şi 1800 g/t cocs. Instalaţiile care au implementat măsuri de reducere a cantităţii de NOx integrate în proces ating emisii între 450 şi 700 g NOx /t cocs (concentraţii: 500 – 770 mg/Nm3 la 5% O2). Instalaţii de referinţă: Majoritatea instalaţiilor moderne sunt echipate cu sisteme de încălzire cu conţinut scăzut de NOx. De exemplu: Cuptorul de cocsificare de la Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH, GERMANIA-Huckingen Cuptorul de cocsificare de la Prosper, GERMANIA-Bottrop Bateria de cocsificare nr.5 de la Ruhrkohle Hassel, GERMANIA-Gelschenkirchen Efecte colaterale: Dacă se ridică capacitatea de răcire a răcitoarelor de gaz brut în scopul îmbunăţirea randamentului de desulfurare, consumul de energie creşte şi cresc posibilele emisii termice. Nu au fost identificate efecte colaterale ca rezultat al scăderii emisiilor de NOx din focarul cuptoarelor de cocsificare. Informaţii economice: nu sunt disponibile Date de exploatare: nu sunt disponibile Literatura de referinta: [Eisenhut, 1988; Stalherm, 1995

Chapter 6

142 Production of Iron and Steel

PI.7 Stingerea uscată a cocsului (engl. CDQ - coke dry quenching) Descriere: Bazat pe un patent elveţian, procedeul stingerii uscate a cocsului a fost iniţial dezvoltat la scară industrială în fosta Uniune Sovietică la începutul anilor ’60 ( aşa-numitul procedeu Giprokoks). Era conceput pentru aplicare în instalaţii de cocsificare situate în regiuni care suferă de pe urma perioadelor prelungite de frig sever, ca de pildă Siberia, Finlanda, Polonia, unde stingerea umedă a cosului este dificilă sau chiar imposibilă. În afară de aceasta, instalaţiile din aceste regiuni au nevoie de cantităţi considerabile de energie pentru încălzire (abur şi/sau electricitate), reţele de conducte şi echipament de dezgheţare [Bussmann, 1985]. Ulterior, datorită structurii speciale a pieţii japoneze de furnizare de energie procedeul Giprokoks a fost aplicat acolo şi a suferit modificări sistematice începând cu 1973. Figura 6.11 prezintă o schemă a unui proiect curent pentru instalaţie cu stingere uscată a cocsului care constă din unitatea de răcire în formă de coloană groasă, cazanul recuperator şi sistemul de reciclare a gazului inert.

Cocsul carbonizat trece la început direct din baterie, sau prin intermediul uni container pe un troliu, până la unitatea de răcire, unde cocsul este descărcat în aval printr-o deschidere a coloanei. Pe măsură ce coloana de cocs coboară cu o viteză constantă cedează caldura sa sensibilă unui curent de gaz inert care curge în contracurent. Cocsul răcit (la 180 - 200°C) este descărcat la baza cuvei prin intermediului unui jgheab şi transportat afară cu echipament

Chapter 6

Production of Iron and Steel 143

adecvat. Gazul, care este reciclat de o suflantă, are o temperatură de 750 - 800°C şi este eliberat de caldura absorbită într-un cazan recuperator din aval folosit pentru generarea de abur (circa 0,5 t abur - 480°C, 60 bar/t cocs). După aceea, este reintrodus în turnul de răcire. Desprăfuitoarele de praf grob şi fin asigură protecţia cazanului şi suflantei împotriva prafului de cocs antrenat. Din cauza cocsului gazul inert se îmbogăţeşte în monoxid de carbon şi alţi compuşi, lucru care face necesară excluderea gazului din când în când. Acest gaz în exces este tratat în deispozitive de desprăfuire, preferabil într-un filtru cu saci cu conţinut rezidual de praf mai mic de 5 mg/Nm3. În final este alăturat gazului de încălzire de la bateria de cocsificare [Schönmuth, 1994;Bussmann, 1998]. La circa 50 Nm3/ t cocs fluxul de gaz în exces este relativ redus. Aplicabilitate: Din punct de vedere tehnic, stingerea uscată a cocsului poate fi în principiu aplicată la instalaţii noi şi la cele existente. Datorită disponibilitatii reduse a stingerii uscate fiecare instalaţie de cocsificare cu stingere uscată are nevoie şi de o staţie de stingere umedă. Nivelurile principale realizate: Avantajele CDQ comparate cu stingerea umeda sunt recuperarea energiei si performanta mai buna pe partea mediului (emisii reduse de pulberi, monoxid de carbon si hidrogen sulfuros). Prin CDQ se pot recupera aprox. 0.5 t abur (480 °C, 60 bar)/t cocs corespunzator la 1.5 GJ/t cocs si pot fi evitate penele de vapori de apa emise in atmosfera. Intre timp a putut fi rezolvata problema severa a coroziunii cazanului recuperator [Ritamäki, 1996]. Dacă se consideră emisiile de praf, trebuie să se ţină cont atât de etapa de racire a cocsului cât şi de paşii următori, în special de manipularea şi separarea cocsului. La cocseria Kaiserstuhl din Germania de exemplu, emisiile de praf de la manipularea şi strecurarea cocsului au făcut necesară instalarea unei trepte suplimentare de răcire (reducând temperatura cocsului la sub 80°C). Cocsul uscat trebuie să fie umezit, cea ce are ca rezultat un conţinut de umiditate de 1%. Per global, nu apare nici o diferenţă semnificativă în emisiile de praf între stingerea uscată a cocsului aplicând aceste măsuri şi stingerea umedă cu emisii minimizate (vezi EP.5). De asemenea nu este vreo diferenţă semnificativă în emisiile de CO datorită excluderii excesului de gaz din circuitul gazului. Emisiile reduse de H2S la stingerea uscată a cocsului nu sunt semnificative din punct de vedere al totalului emisiilor de sulf provenite de la un combinat siderurgic. Deşi în alte părţi a fost cazul [Ritamäki, 1996; Wenecki, 1996], conform firmelor germane care folosesc stingerea uscată a cocsului, nu apare nici o diferenţă semnificativă intre cocsul racit resp. stins la umed sau uscat, după separarea prin site. Instalaţii de referinţă: Potrivit lui [Ritamäki, 1996] în întreaga lume există vreo 60 de cocserii în 18 ţări care folosesc stingerea uscată a cocsului. Majoritatea acestora sunt situate în statele care fac parte din Comunitatea Statelor Independente din pricina condiţiilor climatice (25 de uzine cu 109 instalaţii) şi Japonia (20 de uzine cu circa 33 de instalaţii) din cauza preţurilor ridicate ale energiei. În Japonia stingerea uscată a cocsului este aplicată la 80% din cocserii [Arimitsu, 1995]. În Uniunea Europeană sunt câteva instalaţii: două la Thyssen Stahl, GERMANIA-Duisburg [Bussmann, 1985], cea mai mare instalaţie din lume (250 t/h) la Kokerei Kaiserstuhl, GERMANIA-Dortmund [Schönmuth, 1994] şi trei instalaţii la Raahe Steel, FIN-Raahe [Ritamäki, 1996] Efecte colaterale: Un dezavantaj al stingerii uscate a cocsului este emisia de particule în locurile unde se practică această tehnică [Eisenhut, 1988;Schönmuth, 1994]. Aceste emisii pot fi evitate prin pulverizare şi/sau transport în transportoare închise. În special când este necesar

Chapter 6

144 Production of Iron and Steel

transportul pe distanţe lungi (de exemplu la cocseriile care nu sunt integrate) pot să apară niveluri ridicate ale emisiilor de particule. Consumul de energie electrică pentru ventilatoare, exploatarea diverselor dispozitive de desprăfuire etc. nu este neglijabil Date de exploatare: Rezultate pozitive în exploatare au fost raportate de Thyssen, GERMANIA-Duisburg [Bussmann, 1985], Raahe Steel, FIN-Raahe [Ritamäki, 1996] şi Przyjazn, Polonia [Wenecki, 1996], dar disponibilitatea instalatiei variază considerabil. Cea mai bună proporţie de utilizare a fost raportată la Raahe Steel (99,9%) [Ritamäki, 1996] din cauză că acolo există trei instalaţii de stingere uscată cu una dintre ele aflată mereu în aşteptare. Proporţiile medii de utilizare a tehnicii pentru toate uzinele existente au fost raportate a fi între 80% şi 90%. Cele mai mici proporţii sunt 40 – 60% [Ritamäki, 1996]. De aceea fiecare cocserie care foloseşte stingerea uscată posedă şi o staţie de stingere umedă. Informaţii economice: Aspectul economic reprezintă punctul crucial al stingerii uscate a cocsului. Costurile de investiţii şi exploatare sunt foarte ridicate. Capitalul investit pentru o instalaţie de stingere uscată a unei cocserii de 2 mil tone/an este de circa 110 mil Ecu (1996). Această sumă este de circa 10 - 15 ori mai mare decât costul de exploatare al unei staţii de stingere umedă (dotată cu turn de stingere, rezervoare de sedimentare, pompe, etc.). Şi pe deasupra mai trebuie instalată o staţie suplimentară de stingere umedă din cauza capacităţii limitate de folosire a stingerii uscate. De asemenea se cunoaşte că costul cu investiţiile poate fi de 15 - 20 ori mai ridicat. Acest lucru este echivalent cu 40 - 60 Ecu (1996)/t cocs. Costurile de exploatare (fără capital) sunt de 7 - 8 Ecu (1996)/t cocs. Valoarea aburului produs (480°C, 60 bar) este tot de 7 - 8 Ecu (1996)/t cocs calculat pe baza preţurilor gazelor naturale din Germania. Astfel în Uniunea Europeană o instalaţie de stingere uscată a cocsului nu poate fi exploatată economic. Acesta este motivul pentru care tehnica este aplicată doar în câteva cazuri. Eficienţa economică depinde direct de nivelurile preţurilor la energie. În Japonia energia este mult mai scumpă. De aceea stingerea uscată este considerată în Japonia unitate producătoare de energie şi este aplicată pe larg. Literatură de referinţă: [Arimitsu, 1995; Bussmann, 1985; Eisenhut, 1988; Rimamäki, 1996; Schönmuth, 1994; Wenecki, 1996]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 145

PI.8 Camere de cocsificare mai mari Descriere: Dezvoltarea de camere de cocsificare mai largi şi mai mari se bazează pe două principii generale: reducerea numărului de cuptoare şarjate pe zi şi reducerea lungimii suprafeţelor de etanşare. Principalele caracteristici ale cuptoarelor cu camere înalte sau late sunt volumele mari ale cuptoarelor comparativ cu cele convenţionale. Astfel, pentru o producţie dată partea de etanşare scade în lungime iar frecvenţa şarjărilor se reduce. Dar trebuie să se acorde o atenţie deosebită asupra etanşării pentru că este mai greu să se menţină asemenea cuptoare etanşe la gaze, în special la capătul superior şi la cel inferior (vezi PI.3). Aplicabilitate: Se poate aplica doar la instalaţii de concepţie nouă. În multe cazuri se poate alege o cameră de cocsificare mai mare la o reclădire completă a instalaţiei pe vechile fundaţii. Nivelurile principale realizate: Dacă întreţinerea se face bine şi dacă se folosesc uşi cu etanşare flexibilă armate cu arcuri, în condiţii de exploatare comparabile, ne putem aştepta ca totalul emisiilor fugitive pe tona de cocs de la etanşarea dintre uşă şi ramă să fie direct proporţional cu gradul de reducere a lungimii etanşării, comparativ cu cuptoarele de cocsificare convenţionale. Uşile cuptoarelor înalte necesită întreţinere mai intensă. Ne putem aştepta la o reducere a emisiilor de la operaţiile de şarjare dat fiiind faptul că sunt necesare mai puţine operaţii de şarjare pe tona de cocs şi că emisiile sunt direct proporţionale cu numărul de şarjări. Cu toate acestea, factorii (emisia pe tona de cocs) nu sunt influenţaţi de aplicarea camerelor de cocsificare mai mari. Instalaţii de referinţă: Bateria de cocsificare, GERMANIA-Huckingen; Bateria de cocsificare nr.3 Prosper, GERMANIA-Bottrop Kokerei Kaiserstuhl, GERMANIA-Dortmund Efecte colaterale: Pot apare emisii fugitive vizibile pe la uşi. Date de exploatare: Tabela 6.7 prezintă caracterisiticile câtorva cuptoare de cocsificare. .

Aspect Unitate Mic Mediu Mare

Huckingen Prosper Kaiserstuhl

Dimensiuni (utile) inaltimea lungimea latimea

[m] [m] [m]

4.5 11.7 0.45

6.0 14.2 0.45

7.85 17.2 0.55

7.1 15.9 0.59

7.63 18.0 0.61

Volum util [m3] 22.1 36.4 70.0 62.3 78.9 Productivitate [t carb./cupt.] 12.7 21.3 43.0 39.8 48.7 Numarul cuptoarelor [#] 322 187 120 142 120 Total deschideri cuptoare [#] 2898 1496 1080 1278 1080 Lungimea etansarilor la extremitati

[km] 10.5 6.9 6.0 6.2 5.5

Frecventa incarcarilor [#/d] 430 257 128 138 115 Totalul actiunilor de deschidere

[#/d] 3870 2056 1152 1242 1035

Lungimea etansarilor extremitatilor ce trebuie curatate

[km/d] 14.0 9.5 5.6 6.0 5.3

Tabelul 6.7 : Caracteristicile mai multor tipuri de cuptoare de cocsificare – [Eisenhut,1988]

Chapter 6

146 Production of Iron and Steel

Nu se cunosc probleme specifice legate de instalaţiile cu camere late şi înalte. Cresc cerinţele privitoare la rezistenţa pereţilor. Informaţii economice: nu se dispune Literatură de referinţă: [Eisenhut, 1988; Stalherm, 1990]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 147

PI.9 Cocsificarea fără recuperare Descriere: În procedeul de cocsificare fără recuperare, tot gudronul şi toate gazele eliberate din procesul de cocsificare sunt arse în cuptorul de cocsificare şi conducta de gaze arse de sub vatră. Procedeul de cocsificare fără recuperare necesită o altă concepţie tehnică faţă de cea clasică. Nu sunt necesare instalaţii de tratare a gazului de cocs şi a apelor uzate. Aerul primar pentru combustia parţială este introdus în camera de cocsificare deasupra încărcăturii prin orificii situate în uşi. Această combustie parţială furnizează căldura pentru cocsificare la partea superioară a cuptorului („coroana cuptorului”). Cantitatea de aer primar este controlată pentru a menţine temeperatura dorită în coroana cuptorului. Gazele parţial arse părăsesc camera de cocsificare prin canale aflate în pereţii cuptorului şi pătrund în conducta de sub vatră. În aceasta se adaugă aer secundar pentru definitivarea combustiei. Căldura provenită din combustia secundară este transferată camerei de cocsificare prin conducţie prin vatra refractară. Gazele arse sunt conduse la o ţeavă colectoare şi sunt trecute printr-un cazan recuperator înainte de a fi emise în atmosferă. Întregul sistem lucrează la o presiune sub cea atmosferică. Cuptorul este mult mai larg şi mai scund decât în constructiile de cuptoare convenţionale care recupereaza produse secundare. Cu toate acestea greutatea încărcăturilor sunt comparabile. Tabelul 6.8 prezintă parametrii tipici masurati ai cuptoarelor de cocsificare fără recuperarea materiei.

Caracterisitică Valoare Lungimea cuptorului 15.6 m Lăţimea cuptorului 4.2 m Distanţa până la linia de centru

5.2 m

Masa încărcăturii 23-43 t Timpul de cocsificare (nominal)

24-48 ore

Tabelul 6.8 : Caracteristici de constructie ale cuptorului de cocsificare fara recuperare [Knoerzer, 1991]

Metoda uzuală de încărcare a cuptoarelor de cosificare este de a lăsa cărbunele să cadă dintr-un vagon în camera de cocsifcare prin guri de încărcare. În sistemul de cocsificare fără recuperare încărcarea este efectuată prin uşa aflată pe partea maşinii de şarjare cu o maşină combinată, de încărcare/şarjare. Instalaţia de la uzina Indiana Harbour Works a companiei Inland Steel Company a intrat în funcţiune în mai 1998. Ea alimentează unul dintre cele mai mari furnale ale lumii. Materialul de alimentare este limitat la câteva sorturi de cărbune [Eisenhut, 1992; Nashan, 1997]. Modelul orizontal de cuptoare este pentru cărbune care se expandează Aplicabilitate: doar la o instalaţie de concepţie nouă Principalele căi de reducere a emisiilor: Tabelul 6.9 contine valorile pentru emisii în cazul unei instalaţii de cocsificare fără recuperare. Valorile se referă la emisii fără aplicarea unui sistem de epurare a emisiilor. La Vansant,

Chapter 6

148 Production of Iron and Steel

Virginia, o porţiune din gazele arse este spălată într-un uscător însă restul cuptoarelor lucrează fără dispozitive de purificare a gazelor arse.

Component Unitate Valoare Unitate Valoare Pulberi mg/Nm3 n/a g/t coke 1960 SO2 mg/Nm3 n/a g/t coke 7000 NOx mg/Nm3 n/a g/t coke 380 CO mg/Nm3 n/a g/t coke 77

n/a nu e disponibil

Tabelul 6.9 : Emisiile din cocsifierea fara recuperare si fara reducere de emisii – dupa [Knoerzer, 1991]; calculate din g/t carbune, bazate pe presupuneri: din 1 tona carbune rezulta 0.78 tone carbune

Deoarece cuptorul de cocsificare lucrează la presiune mai mică decât cea atmosferică, emisiile de la uşi din timpul procesului de cocsificare sunt neglijabile. Emisiile provenite de la operaţiile de încărcare şi şarjare sunt date în Tabelul 6.10. Se va retine faptul că cele două baterii existente nu sunt echipate cu utilaje de desprăfuire în cursul încărcării şi şarjării.

Componenta Unitate* Incarcare carbune Impingere carbune

Pulberi g/t cocs 7.35 276** Compusi organici solubili in benzen

g/t cocs nedeterminat 0.65

Benzo(a)piren g/t cocs 1.3⋅10-5 nedeterminat

*In baza factorilor de emisie EPA-USA

Tabelul 6.10 : Emisii din procesele de incarcare a carbuneluri si impingere a cocsului fara recuperare de materie – dupa [Knoerzer, 1991]; calculate din g/t carbune, baza pe presupunere: 1 tona carbune rezulta din 0.78 o tona carbune

Instalaţii de referinţă: Cu cuptoare de cocsificare fără recuperare se lucrează din 1962. Actualmente există în funcţiune înstalaţii la: Bateriile 3B şi 3C, Jewell Coal şi Coke Company, Vansant, Virginia, SUA. De asemenea se află în construcţie o instalaţie fără recuperare la Inland Steel Company’s Indiana Harbor Works, SUA. Această instalaţie trebuia să înceapă producţia în mai 1998. În Europa nu există actualmente nici o instalaţie fără recuperare în funcţiune sau planificată pentru construcţie Efecte colaterale: Acest model de instalaţie cauzează efecte colaterale semnficativ mai puţine decât în cazul cuptoarelor convenţionale. Totuşi, SO2 şi emsiile de pulberi din coşul cuptorului de cocsificare au valori mai ridicate decât la cocsificarea convenţională. Ori de câte ori se foloseşte un scruber pentru reducerea emisiilor atmosferice de SO2 şi particule este generat un curent de apă uzată contaminată. Instalaţia, care actualmente se află în construcţie, va fi echipată cu dispozitiv de desulfurare a gazelor arse. Un dezavantaj al cocsificării fără recuperare este suprafaţa mare ocupată de cuptoare, datorită configuraţiei lor orizontale. Combustia parţială are drept rezultat o producţie mai mică de cocs de furnal. În oţelăriile integrate (combinate siderurgice) se pare că este foarte greu de realizat o legătură profitabilă economic între o instalaţie de cocsificare fără recuperare şi reţeaua energetică existentă.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 149

Date de exploatare: Bateria 3B a firmei Jewell Coal and Coke Company a fost dată în exploatare în 1989. Bateria 3C a fost dată în exploatare în 1990. Nu se cunosc probleme specifice. Informaţii economice: Costul de construcţie de la nivelul zero, al unei instalaţii de cocsificare fără recuperare cu capacitatea de 1,2 mil tone/an este de aproximativ 185 mil dolari (1996), fără a include costurile de manipulare a cărbunelui şi pentru producerea energiei. Aceasta corespunde la aproximativ 147 mil Ecu (1996). Costurile de exploatare pentru instalaţia de cocsificare de mai sus sunt estimate la aprox 16,6 dolari(1996)/t cocs, cea ce corespunde la 13,2 Ecu (1996)/t cocs. Literatură de referinţă: [Knoerzer, 1991; Shoup, 1991; Eisenhut, 1992; Nashan, 1997]

Chapter 6

150 Production of Iron and Steel

EP.1 Minimizarea emisiilor la încărcarea cuptorului Descriere: Încărcarea cuptorului este cel mai uzual realizată pe cale gravitaţională cu cărucioare de incarcare. Se folosesc pentru aceasta trei tehnici:

1. Încărcarea „fără fum”. Acest sistem foloseşte racorduri etanşe la gaze între cuptorul de cocsificare şi căruciorul de încărcare. Camerele sunt umplute rapid prin patru sau cinci guri de încărcare. Aspirarea este realizată prin insuflarea de abur sau apă prin curbura ţevii ascensionale.

2. Încărcarea secvenţială sau în trepte. În acest tip de încărcare gurile de încărcare sunt încărcate una după alta. Timpul de încărcare este relativ lung în acest caz. Aspirarea este generată pe ambele părţi ale cuptorului, fie prin utilizarea a două ţevi ascensionale (dacă sunt prezente), fie prin utilizarea unei ţevi ascensionale şi a unei ţevi „jumper” către cuptorul adiacent. Racordurile dintre căruciorul de încărcare şi cuptor nu sunt etanşe la gaze dar datorită aspirării nu apar, practic, nici un fel de emisii dacă există doar o singură comunicare cu atmosfera.

3. Încărcarea cu mâneci telescopice cunoscută şi ca „încărcare japoneză”; acest tip de încărcare este realizat prin încărcarea simultană prin patru guri de încărcare. Racordurile dintre căruciorul de încărcare şi cuptorul de cocsificare nu sunt etanşe la gaze dar sunt cuprinse de „mânecile telescopice” de unde gazele sunt extrase şi dirijate la o ţeavă colectoare printr-un racord între ţeava colectoare şi căruciorul de încărcare. Gazele extrase sunt arse şi apoi dirijate într-un dispozitiv de reţinere a particulelor care este fixat pe sol. În unele cazuri gazele extrase sunt tratate pe căruciorul de încărcare.

Încărcarea poate fi efectuată şi prin transferarea cărbunelui prin conducte. Au fost dezvoltate două sisteme de încărcare prin conducte: 1. Un sistem cu conductă centrală cu racorduri la toate cuptoarele. 2. O conductă cu racord la un cărucior de încărcare prin care este încărcat cărbunele. Preîncălzirea cărbunelui permite încărarea prin conducte. În timpul procesului de nivelare după încărcare o etanşare a uşilor de nivelare pe bara de nivelare poate minimiza emisiile pe la uşile de nivelare. Aplicabilitate: se poate aplica atât la instalaţii noi cât şi la cele existente Principalele căi de reducere a emisiilor: Emisiile la încărcare pot fi foarte reduse în toate aceste sisteme. Principalul factor determinant este suprapresiunea din camera de cocsificare şi telescoapele de încărcare. Unele dintre aceste sisteme sunt mult mai vulnerabile la probleme de exploatare decât altele. Emisiile de la încărcare sunt dificil de cuantificat dar în general se pot atinge nivele de emisii vizibile timp de mai puţin de 30 sec per încărcătură. În condiţii optime se ating emisii mai scurte de 10 secunde. S-au raportat nivele de emisii de particule de la încărcarea cu mâneci telescopice echipate cu dispozitiv de colectare a prafului pe căruciorul de încărcare mai mici de 5g/t cocs (concentraţia <50 mg/Nm3). În acest caz, gazul evacuat este ars înainte de evacuare. Nivelurile principale realizate: Emisiile la încărcare pot fi foarte reduse în toate aceste sisteme. Principalul factor determinant este suprapresiunea din camera de cocsificare şi telescoapele de încărcare. Unele dintre aceste sisteme sunt mult mai vulnerabile la probleme de exploatare decât altele. Emisiile de la încărcare sunt dificil de cuantificat dar în general se pot atinge nivele de emisii vizibile timp de mai puţin de 30 sec per încărcătură. În condiţii optime se ating emisii mai scurte de 10 secunde.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 151

S-au raportat nivele de emisii de particule de la încărcarea cu mâneci telescopice echipate cu dispozitiv de colectare a prafului pe căruciorul de încărcare mai mici de 5g/t cocs (concentraţia <50 mg/Nm3). În acest caz, gazul evacuat este ars înainte de evacuare. Instalatii de referinta: Incarcarea cu emisii reduse este practicata la multe instalatii. Sunt date urmatoarele exemple: Incarcarea „fara fum”

Cuptorul nr.2, Hoogovens IJmuiden, OLANDA-Ijmuiden Încărcare secvenţială/în trepte: Multe instalaţii din SUA; Cuptorul Mannesmann Hüttenwerke Krupp, GERMANIA-Huckingen; Cuptorul Prosper, GERMANIA-Botrop Încărcare „japoneză”: Cuptorul nr.1, Kawasaki Steel Corporation, Uzina Chiba, Japonia Cuptor, Nippon Steel Corporation, Uzina Kimitsu, Japonia Cuptor, Sumitomo Metal Industries, Uzina Wakayama, Japonia Cuptorul nr.1, Hoogovens IJmuiden, OLANDA-IJmuiden Cuptor, ZK Saar & Gneisenau, Germania Date de exploatare: nu sunt disponibile Informaţii economice: nu sunt disponibile Literatură de referinţă: [Eisenhut, 1988]

Chapter 6

152 Production of Iron and Steel

EP.2 Etanşarea ţevilor ascensionale şi a gurilor de încărcare Descriere: În timpul procesului de cocsificare emanaţiile provenite de la deschiderile cuptorului pot fi diminuate prin etanşarea eficientă a acestor deschideri după operaţia de golire şi încărcare. Oricum, asemenea măsuri pot avea succes doar însoţite de o atentă întreţinere şi curăţare [Eisenhut, 1988]. Ţevile ascensionale etanşate cu apă sunt echipamente standard la majoritatea noilor cuptoare de cocserie (Figura 6.12.).

Figura 6.11 : Teava ascensionala a camerei cuptorului de carbune

În plus, multe instalaţii vechi de cocserie sunt şi ele prevăzute cu ţevi ascensionale etanşate. Etanşarea cu apă poate fi foarte eficace, cu condiţia ca ţevile de alimentare cu apă şi de evacuare să fie fără obstrucţii. Astăzi, cea mai bună metodă de a ţine etanşate gurile de încărcare este de a le chitui atent cu pastă de argilă

Etansare apa

Chapter 6

Production of Iron and Steel 153

Aplicabilitate: Aplicabilă la instalaţiile noi, ca şi la cele existente. În instalaţiile noi, amplasarea ţevilor ascensionale şi al gurilor de încărcare pot fi optimizate pentru a reduce emisiile fugitive.. Nivelurile principale realizate: Ţevile acensionale etanşate cu apă vor reduce semnificativ emisiile de particule, CO şi hidrocarburi (v. şi Tabelul 6.3). Exprimate prin frecvenţa scurgerilor (% din total guri de încărcare), realizările posibile la dotările cu capace chituite, pot ajunge la un maxim de 1% guri de încărcare care prezintă scurgeri vizibile (v. din nou Tabelul 6.3). Instalaţii de referinţă: Multe instalaţii din lume posedă ţevi ascensionale (de purjare) etanşate cu apă. Pe de altă parte, majoritatea instalaţiilor au etanşate gurile de încărcare prin etansare automată sau manuală Efecte colaterale: Conductele de purjare etanşate cu apă generează scurgeri de ape reziduale. Oricum, aceste ape uzate pot fi în unele cazuri reciclate spre rezervorul de apă amoniacală or către coloana de distilare/stripare a amoniacului. Se consumă electricitate de către pompele care pompează apa. Chituirea gurilor de încărcare nu duce la efecte secundare semnificative. Aspecte economice: nu sunt disponibile Date de exploatare: nu sunt disponibile Literatura de specialitate: [Eisenhut, 1988]

Chapter 6

154 Production of Iron and Steel

EP.3 Reducerea scurgerilor între camera de cocsificare şi camera de ardere Descriere: Prin efectuarea întreţinerii continue şi sistematice a bateriei de cocsificare, în concordanţă cu PI.2, pot fi evitate scurgerile prin zidărie. Emanaţiile prin fisurile zidăriei permit gazului de cocserie să se alăture gazelor arse din camera de ardere. Aceasta poate însemna cantităţi mai mari de SO2, particule şi hidrocarburi. Prezenţa fisurilor este uşor de detectat prin emisiile de fum negru vizibil la coşul cocseriei în timpul încălzirii. Oricum, nu este uşor să identifici care cameră de cocsificare are pierderi. O tehnică de a localiza fisurările este încălzirea unui cuptor de cocsificare gol pe ambele părţi. Poziţionarea fisurii este relevată de flăcările care trec prin perete în camera de cocsificare. Fisuri, crăpături şi alte avarii la suprafaţa zidăriei refractare pot fi eficient reparate prin sudare oxigenotermică, sutură siliconică şi prin pulverizare umedă sau uscată cu ciment refractar. În unele cazuri extreme poate fi necesară refacerea zidăriei. Aplicabilitate: Tehnica poate fi folosită doar la instalaţiile existente. Nivele maxime de emisii: Emisiile pot fi reduse aproape de zero când etanşările sunt corect făcute şi apariţia fisurilor este monitorizată. Calitatea şi starea zidăriei refractare a cuptorului de cocserie sunt de asemenea foarte importante sub acest aspect. Instalaţii de referinţă: Multe instalaţii din UE. Efecte colaterale: nu sunt Cheltuieli: nu sunt Date operaţionale: nu sunt disponibile Literatura de specialitate: [InfoMil, 1997]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 155

EP.4 Desprăfuirea la şarjarea cocsului Descriere: Au fost dezvoltate câteva sisteme de reducere a emisiilor de particule de la şarjarea

cocsului: 1. Separatoarele de pe partea de evacuare a cocsului, incluzând evacuarea şi desprăfuirea.

Pulberile sunt evacuate printr-un separator şi desprăfuite într-o baterie de filtre cu ţesătură.

2. Sistem cu antrenare prin hotă Operează pe principiul unui epurator umed de gaze şi utilizează curentul cald de aer al

gazelor pline de praf, ce ţin o vreme cocsul uscat şi astfel împiedică formarea hidrogenului sulfurat

3. Vagoneţi container Cocsul este împins direct din cuptorul de cocserie într-un vagonet container. Cocsul nu intră în contact cu oxigenul şi se generează doar o mică cantitate de pulberi. De regulă se aplică în combinaţie cu stingerea uscată a cocsului (vezi PI.7).

4. Instalaţie de transfer a cocsului cu hotă (integrată) şi dispozitiv de desprăfuire mobil Pulberile sunt evacuate prin intermediul unei hote pe maşina de transfer cocs.

5. Instalaţie de transfer a cocsului cu hotă (integrată), linie staţionară şi epurare staţionare de gaze reziduale, preferabil prin baterie de filtre (Figura 6.13), aşa numitul „sistem al Ministrului Stein”.

În timpul întregului proces de şarjare vagoneţii trebuie poziţionaţi în zona de captare a sistemului de desprăfuire (folosind pe rând vagoneţii cu hote incluse pe maşina de transfer cocs).

Figura 6.13: Exemplul unui sistem de desprăfuire pentru praful de la evacuarea cocsului

Chapter 6

156 Production of Iron and Steel

Aplicabilitate: Desprăfuirea pe partea de evacuare a cocsului poate fi folosită atât la instalaţiile noi, cât şi la cele existente. La cele existente, trebuie concepută o soluţie de adaptare. Uneori, spaţiul insuficient poate fi un inconvenient Nivelurile principale realizate: Emisiile de particule fără desprăfuire pot ajunge până la 500g/t cocs. Din cele cinci tehnici menţionate mai sus, „Sistemul Ministrului Stein” dă cele mai bune rezultate, crescând până la 99% eficienţa colectării, combinată cu condiţii bune de muncă pentru operatori (în contrast cu separatoarele). Poate fi atins un factor de emisie (la coş) mai mic de 5 g pulberi/t cocs (a se vedea Tabelul 6.3). La instalaţiile existente, poate fi atins un grad de colectare a particulelor solide sub 99%, aşa cum a dovedit-o Cocseria Ruhrkohle Hassel, Germania. Aici s-a atins o concentraţie de pulberi în aerul exhaustat de până la mai putin de 30 mg/Nm3. Sistemul de aici s-a bazat pe evacuarea prin conductă staţionară. Capacitatea de exhaustare aer este frecvent de ordinul a 200000 Nm3/h în uzinele ce folosesc Sistemul Stein, dar depind de dimensiunile camerei de cocsificare. O baterie de filtre este utilizată pentru a minimiza emisia de particule. Eficienţa raportată pentru sistemul de antrenare prin hotă a fost de 95-96 Instalaţii de referinţă: Pentru Sistemul Ministrului Stein : Cocseria United States Steel, Clairton Works, Pittsburgh, PA, USA. Bateria de cocserie de la Sidmar, B-Gent. Bateria de cocserie nr. 5 Ruhrkohle Hassel, Germania, Cocseria Mannesman Huttenwerke Krupp, D-Huckingen, Cocseria Prosper, D-Bottrop, Cocseria 1, Hoogovens Ijmuiden, Nl-Ijmuiden, Cocseria 2, Hoogovens Ijmuiden, Nl-Ijmuiden, Pentru sistemul de antrenare cu hotă ACZ de Carbonsiation, Sluiskil, Olanda Efecte colaterale: Instalaţiile de desprăfuire necesită consum energetic pentru antrenarea suflantelor pentru evacuarea aerului. Particulele solide pot fi reciclate în procesul tehnologic. Aspecte economice: nu sunt disponibile Date de exploatare: nu sunt disponibile Literatura de specialitate: [Eisenhut, 1988; InfoMil, 1997]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 157

EP.5 Singere umedă cu emisii reduse la minimum Descriere: Când cocsul este stins în turnul de stingere sunt generate particule solide şi vapori datoraţi evaporării apei de răcire la contactul cu cocsul incandescent. Cantitatea particulelor antrenate de aburi depinde de condiţiile de operare, proprietăţile cocsului şi de modul în care se adaugă apa. Au fost făcute încercări de reducere a emisiilor de pulberi şi de vapori de apa cu ajutorul masurilor constructive, precum şi a altor măsuri, de exemplu, prin spălarea vaporilor de apa cu apă pulverizată.

Soluţiile optime includ folosirea şicanelor, precum şi proiectarea optimă a turnului de răcire (Fig. 6.14).

În plus, se poate utiliza stingerea prin inundare ca o modificare a soluţiei existente de

răcire cu apă. Astfel, o parte din apă este injectată printr-un sistem de conducte pe la baza vagonetului de răcire iar altă parte a apei de stingere este pulverizată peste cocs. Se reduce astfel emisia de particule. Cu toate acestea, se foloseşte acelaşi turn de răcire dotat cu acelaşi dispozitiv de reţinere a prafului (Fig. 6.14). Un dezavantaj al stingerii prin inundare este dislocarea unor bucăţi de cocs şi chiar de vagonet de stingere datorită formării "explozive" a aburului dedesubtul şi în interiorul masei de cocs din vagonet.

Un tip special de lemn este folosit pentru structura de suţinere a încărcăturii. Actualele

echipamete de captare a prafului constau din rame individuale în care sunt instalate lamele din plastic de formă specială.

Aplicabilitate: Atât la instalaţiile noi, cât şi la cele existente. Turnurile de răcire existente pot fi echipate cu şicane. Înălţimea minimă a turnului este necesar să fie de minimum 30 m, aceasta pentru a putea asigura suficiente condiţii de tiraj. Nivelurile de emisie realizate: Emisiile de particule în cursul stingerii umede fără măsuri de reducere pot fi de până la 200-400 g/t de cocs. Cu sistemele descrise pot fi reduse la cel puţin 50 g/t de cocs (cu factorul de emisie înainte de reducere de maximum 250 g/t de cocs şi cu reziduul solid al apei de răcire sub 50 mg/l). Acest factor de emisie este garantat de singurul furnizor european [Nathaus, 1997]. În practică se ating în mod normal emisii sub 25 g/t. Trebuie notat faptul că sunt greu de făcut măsurări reprezentative. Factorii de emisie menţionaţi mai sus au fost determinaţi prin metoda VDI 2303 (Ghidul pentru Analize şi Măsurători ale emisiilor de praf de la stingerea umedă). Instalaţii de referinţă: Exemple ale unor construcţii noi sau modernizări ale turnurilor de stingere cu reducerea emisii sunt localizate în: Sidmar, B-Gent. Huttenwerke Krupp Mannesman GmbH, D-Duisburg, Kokerei Kaiserstuhl, D-Dortmund, Kokerei Hassel, D-Gelsenkirchen, Preussag Stahl AG, D-Salzgitter Toate aceste instalatii au ajuns la un factor de emisie mai mic de 25 g praf/t de cocs. Efecte colaterale: Necesită consum în plus de energie la pomparea apei, care nu este însă semnificativ. Experienţa în exploatare: Sunt multe turnuri de stingere la nivel mondial echipate cu şicane de protectie impotriva emisiilor. Este raportată o bună comportare în exploatare

Chapter 6

158 Production of Iron and Steel

Figura 6.14: Diagrama schematică a turnului de răcire cu şicane

Aspecte economice: Costul retehnologizarii la un turn de stingere existent este de cca 150000-200000 Ecu1997, iar costul total pentru un turn de stingere echipat cu un astfel de sistem este de până la 11 Milioane Ecu1997 (turnul de stingere la Kokerei Kaiserstuhl, D-Dortmund, care este cel mai mare din lume (15x15x50 m)). Normative de implementare: Cerinţe şi norme legale cerute de autorităţile legale au iniţiat

reechiparea actualelor turnuri de răcire Literatura de specialitate: [Nathaus, 1997]

camera de stingere cos de lemn cu punti de trecere hota de stingere sicane de protectie recipient apa de stingere platforma rezervorului

Chapter 6

Production of Iron and Steel 159

EP.6 Reducerea NOx din gazele de ardere de la focarul cuptorului de cocsificare

Descriere: Emisiile de NOx de la cuptorul de cocserie sunt de preferabil reduse prin măsuri integrate în procesele tehnologice, dar şi prin tehnologii nepreventive (aplicate la capătul fluxului tehnologic). În procedeul SCR NOx din gazele arse poate fi redus catalitic de către amoniac la N2 şi H2O. Pentoxidul de vanadiu (V2O3), oxidul de tungsten (WO3) pe oxid de titan (TiO2) sunt cele mai utilizate catalizatoare ale procesului. Alţi posibili catalizatori sunt oxidul de fier şi platina. Temperatura optimă de lucru este între 300 şi 400ºC. O astfel de temperatură înaltă diminuează gradul de recuperare a energiei în recuperatoarele cuptorului de cocsificare (180-250ºC este optim) sau necesită încălzirea suplimentară a gazelor reziduale. O atenţie specială trebuie acordată dezactivării catalizatorului, acumulării de azotat de amoniu (NH4NO3) exploziv, scăpărilor de NH3, şi formării de SO3 corosiv. Aplicabilitate: Procedeul SCR este apicabil doar la instalaţiile noi şi, dacă amplasamentele o permit, la cele reconstruite integral. Nivele realizate de emisii: Se poate ajunge la o eficienţă de eliminare a NOx de 90%. Nu există prea multă experienţă referitor la durabilitatea tehnicii la vechile cocserii.

Instalaţii de referinţă: Eliminarea NOx din gazele de cocserie este foarte rar aplicată. Un singur caz este cunoscut: Bateria de cocserie 2, 3 şi 6 de la Kawasaki Steel, Chiba Works, Japonia. Efecte colaterale: Creşte consumul de energie şi de amoniac. O parte din catalizator va trebui depozitat după ce a devenit inactiv. Date operaţionale: În 1976, Kawasaki Steel, Chiba Works, a instalat un sistem SCR de tratare a gazelor arse de 500000 Nm3/h. Temperatura de lucru este de 240ºC, iar agentul de reducere este amoniacul. Eficienţa instalaţiei în reducerea cantităţii de NOx este de 90%. Formarea de sulfat de amoniu şi acumularea de praf fac ca şi catalizatorul să necesite o regenerare zilnică prin încălzirea gazelor la peste 260ºC.

În 1992, unitatea şi-a închis bateriile 2 şi 4. Informatii economice: Investiţie – 47 milioane Ecu1996 in 1976.

Costuri de operare – nu se cunosc. Date economice adiţionale: [InfoMil, 1997] raportează următoarele costuri generale: Investiţie: 50 milioane Ecu1996/(Nm3/h)±5 milioane Pentru o cocserie cu o baterie de pompare a aerului de 300000 Nm3/h şi o producţie de 1 milion tone/an costurile pot fi de: Investiţie: 15 milioane Ecu1996/(Nm3/h)±5 milioane, Costuri de investitie: 0.17-0.51 Ecu1996/t cocs. Literatură de specialitate: [InfoMil, 1997]

Chapter 6

160 Production of Iron and Steel

EP.7 Desulfurarea gazelor de cocserie

Descriere: Datorită conţinutului său de hidrogen sulfurat (H2S) de până la 8 g/Nm3 gazele de cocserie impurificate nu sunt adecvate utilizării în multe aplicaţii industriale. După ce gazul a fost desulfurat, el devine utilizabil într-o multitudine de aplicaţii. Multe instalaţii de cocserie vând cu profit gazele de cocserie după desulfurare. Desulfurarea pentru raţiuni comerciale coincide însă cu nevoia de a proteja mediul de efectele „ploilor acide”, deoarece gazele de cocserie desulfurate reduc emisia de SO2 în punctul de combustie al acestora. În multe cazuri, sulful este îndepărtat în două trepte: o treaptă de joasă presiune şi una de înaltă presiune. Deşi desulfurarea gazelor de cocserie nu a devenit o practică comună în Uniunea Europeană a celor 15 state, implementarea ei creşte continuu. Gazele de cocserie conţin o varietate compuşi organici ai sulfului ca şi componente, precum disulfura de carbon (CS2), oxisulfura de carbon (COS), mercaptani etc. (aprox. 0,5 g/Nm3 în total). Cu toate aceasta deocamdată se dispune de o experienţă limitată cu privire la recuperarea compuşilor organici ai sulfului care compun gazul de cocserie.

Aşa cum este descris la 6.1.3.3, există două tipuri principale de procedee de desulfurare. Procedeul absorbant combină eliminarea şi tratarea H2S cu eliminarea şi tratarea amoniacului (NH3). Tabelul 6.11 arată diferite tipuri de procedee cu caracteristicile lor.

Procedee oxidative umede Nume

Descriere

Procedee de absorbţie /stripare Nume

Descriere

Stretford H2S este îndepărtat din gazele de cocserie prin antrenare cu o soluţie de carbonat de sodiu (Na2CO3), generându-se sulf elementar (S0) în prezenţă de vanadat ca intermediar (VO3). Regenerarea lichidului de spălare se face prin aerare (O2) în prezenţa acidului disulfur-antrachinonic.

Carl Still, Diamex, sau Sulfit de amoniu Kreiskaufwascher (ASK)

H2S este îndepărtat din gazele de cocserie prin antrenare cu o soluţie de amoniac. Amoniacul provine din turnul de spălare a amoniacului. H2S şi amoniacul (NH3) sunt îndepărtate din leşia de la spălare prin stripare cu aburi, vaporii rezultaţi trecând într-o instalaţie Claus sau într-o instalaţie ce generează acid sulfuric.

Takahax Proces similar ca la Stretford, doar că se foloseşte ca regenerator acidul 1,4-naftachinon-2-sulfonic

Vacuum carbonat H2S (precum şi HCN şi CO2) sunt îndepărtate din gazele de cocserie prin antrenare cu o soluţie de carbonat de sodiu şi carbonat de potasiu (Na2CO3, K2CO3). Varianta cu carbonat de poatsiu permite concentraţii de carbonat mai mari. Soluţia de spălare este regenerată într-o coloană, folosindu-se temperaturi înalte şi presiuni scăzute (0,12-0,14 bari). Gazele acide sunt antrenate din soluţie şi pot fi tratate într-o instalaţie Claus sau într-una de acid sulfuric.

Thylox Tioarseniatul de sodiu (Na4As2S5O2) captează H2S, iar regenerarea se face prin tratare cu oxigem. Se produce sulful elementar.

Sulfiban Gazele de cocserie sunt spălate cu monoetanolamină (MEA). Îndepărtarea NH3 înaintea îndepărtării H2S este necesară pentru a preîntâmpina poluarea lichidului de spălare. NH3 este antrenat din soluţia de spălare cu abur şi poate fi tratat într-o instalaţie Claus sau într-una de acid sulfuric. Componenţii organici ai sulfului care sunt insolubili sunt eliminaţi din soluţia de spălare ca şi deşeu solid.

ASK: Ammoniumsulphide Kreislaufwäscher (Spălător de sulfură de amoniu cu recirculare)

Tabel 6.11. Procedee de desulfurare a gazelor de cocserie şi caracteristicile lor – conform UN-ECE, 1990; EC Coke, 1996

Chapter 6

Production of Iron and Steel 161

În Europa, cel mai răspândit dintre procesele absorbante este cel care foloseşte soluţia de amoniac pentru îndepărtarea H2S din gazele de cocserie (procedeele Carl Still, Diamex sau ASK). Figura 6.15 arată un exemplu recent de instalaţie ce foloseşte procedeul ASK.

Figura 6.15. Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor de cocserie (procedeul ASK) instalată în 1997

Cel mai răspândit procedeu oxidant este procedeul Stretford.

Procedeul Stretford este aplicabil la o gamă mare de capacităţi de desulfurare, ce pot fi între 400 şi 110000 Nm3/h.

Aplicabilitate: Desulfurarea gazelor de cocserie prin ambele procedee, oxidare umedă şi absorbţie, pot fi aplicate atât la instalaţii noi, cât şi la instalaţiile deja existente. Alegerea depinde de parametrii de epurare a gazelor, considerente de mediu, gradul de integrare în instalaţia de epurare globală a gazelor etc. Nivele realizate de emisii: Procedeele de oxidare umedă au o mai bună eficienţă în desulfurare decât procedeele absorbante. Procedeele de oxidare umedă pot ajunge la eficienţe de peste 99,9%, atingând o concentraţie a H2S rezidual în gazele de cocserie mai mică de 1 mg/Nm3. Procedeele cu absorbţie nu depăşesc 95% pentru eficienţa desulfurării, iar concentraţia H2S rezidual în gazele de cocserie este în general între 500-1000 mg/Nm3.

Nici una dintre tehnici nu elimină însă compuşii organici ai sulfului cu eficienţă ridicată. În treapta de epurare a gazelor la presiune joasă, compuşii organici ai sulfului sunt reduşi doar de la 0,5 g/Nm3la 0,2-0,3 g/Nm3 [cf. Eisenhut, 1988]. Instalaţii de referinţă: Tabelul 6.12. ne dă o privire (nu exhaustivă) asupra instalaţiilor de referinţă.

Chapter 6

162 Production of Iron and Steel

Oxidare umedă Stretford Dofasco, Hamilton, Canada;

British Steel, Orgreave, Marea Britanie; British Steel, Redcar, Marea Britanie; Metarom, Romania; Erdemir, Turcia; Sollac, Franta; Kobe Steel, Kakogawa Works, Japonia; Posco, Coreea;

Takahax Nippon Steel, Yawata Works, Japonia; Nippon Steel, Nagoya Works, Japonia; Nippon Steel, Hirohata Works, Japonia; Nippon Steel, Oita Works, Japonia; Nippon Steel, Muroran Works, Japonia; Nippon Kokan, Fukuyama Works, Japonia; Nippon Kokan, Keihin Works, Japonia;

Fumax Nippon Steel, Kimitsu Works, Japonia; Sumitomo Metal Industries, Wakayama Works, Japonia; Sumitomo Metal Industries, Kashima Works, Japonia; Kawasaki Steel, Chiba Works, Japonia;

Thylox Nu e disponibil Procedee absorbante

Carl Still or Diamex or ASK

Prosper, Bottrop, Germania; Thyssen Stahl, Duisburg, Germania; Zentral Kokerei Saar, Dillingen, Germania; Kawasaki Steel, Mizushima Works, Japonia; Cocseria No.2, Hoogovens IJmuiden, Olanda; Cocseria Sidmar, B-Gent

Vacuum carbonat ACZ de Carbonisation, Sluiskil, Olanda; Sulfiban Cocseria nr. 1, Hoogovens Ijmuiden, Olanda

Nippon Kokan, Keihin Works, Japonia;

Tabel 6.12: Tabel cu instalaţiile de cocserie de referinţă pe procedee de desulfurare – [cf. InfoMil, 1997]

Efecte colaterale: Orice procedeu oxidant folosit la desulfurarea gazelor de cocserie va înlătura şi acidul cianhidric cu formarea tiocianatului de sodiu prin următoarea reacţie: 1HCN + Na2CO3 + 2S0 ----> 2NaCNS + H2O + CO2

Tiocianatul de sodiu şi micile cantităţi de sulfat şi tiosulfat de sodiu formate prin reacţii

secundare nu sunt regenerate de către procedeu şi se acumulează în leşia recirculată.

De aceea este necesar să se elimine sistematic o parte din lichid pentru a preveni salifierea acestor săruri. În cazul procedeului Stretford, aceste şlamuri conţin compuşi de vanadiu, chinone şi hidrochinone, tiocianuri şi tiosulfaţi. Evacuarea acestora este indezirabilă pentru mediul înconjurător datorită poluării apelor şi pierderilor compuşilor chimici scumpi.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 163

Pentru a reduce consumul de reactivi, acidul cianhidric (HCN) poate fi înlăturat înaintea desulfurării în turnuri de prespălare, folosindu-se soluţie de polisulfură de sodiu sau polisulfură de amoniu. Prespălarea HCN nu reduce însă volumul total de efluent. Aspecte economice: O privire generală a cheltuielilor la cele două procedee mai importante de desulfurare din Europa este dată în Tabelul 6.13. [Rothery, 1987] raportează că o creştere a eficienţei în desulfurare de la 95% până la 99,9% doar în procedeul Stretford costă în plus 10%. În procedeul Stretford, cel mai mari componente din alcătuirea costului operaţional sunt cheltuielile de investiţii şi de reactivii (v. Tabelul 6.11). Gazele de cocserie cu concentraţii mari de HCN (> 2 g/Nm3) consumă cantităţi relativ mari de reactivi. În acest caz, ar fi util să se instaleze a prespălare a HCN înaintea unităţii Stretford.

Costuri şi eficienţa Unit Procedeul Stretford

Procedeul ASK

Carbonatarea în vid

Eficienţa în epurarea H2S

[%] 95-99,5 90/97 >90

Costuri de investiţii (1x106 Ecu1996) 4,43-5,99 - 19,3* Costuri de operare Chimice Electrice Apă şi abur Întreţinere Manopera Costuri de capital Costuri totale brute Creditare ptr. Sulf Costuri totale nete

Ecu1996/1000 Nm3 Gaz de cocserie

1,06-1,92 0,46-0,60 0,12 0,25-0,30 0,36 2,25-3,04 4,49-5,61 0,33-0,57 3,92-5,28

- - - - - - - n/a n/a n/a

1,90 2,38 0,48 1,90

• n/a nu sunt disponible

• Includ costurile instalaţiei de acid sulfuric în condiţii de 30000 Nm3/h şi 6 g H2S/ Nm3

Tabel 6.13: Costuri curente şi de investiţii pentru desulfurarea gazelor de cocserie cu un debit de 45000 Nm3/h şi conţinut de 8 g/Nm3/h H2S – [Rothery, 1987; InfoMil, 1997]

Literatura de referinta: [Rothery, 1987; InfoMil, 1997]

Chapter 6

164 Production of Iron and Steel

EP.8 Eliminarea gudronului (şi a hidrocarburilor aromatice policiclice (HAP)) din apele de cocserie

Descriere: Apa uzata de la distilarea amoniacului nu conţine în mod normal gudroane, dar atunci când este prezent, gudronul împiedică tratarea biologică a apelor uzate. În special, prezenţa HAP în gudron poate cauza probleme, deoarece HAP are efect toxic asupra microorganismelor din nămolul activ şi sunt totodată greu de degradat. Din acest motiv este de dorit să se elimine gudronul din apele de cocserie înaintea tratamentului biologic al apelor uzate. Gudronul poate fi eliminat prin tratarea cu coagulanţi chimici şi separarea lui ulterioară prin tehnici precum:

- Sedimentarea gravitaţională urmată de filtrare; - Centrifugarea apelor de cocserie urmate de filtrare; - Flotaţia urmată de filtrare.

Acest tratament elimină majoritatea gudroanelor din apele uzate în formă de turte de filtrare foarte concentrate sau şlam. Acesta trebuie să fie mai departe tratat, de ex. prin reciclare către cuptoarele de cocsificare. O altă metodă de îndepărtare a gudronului din apele uzate este utilizarea unui filtru rotativ sub vid acoperit în prealabil cu rumeguş fin. Acest sistem este instalat pentru a reduce concentraţia de HAP în apele de cocserie înaintea treptei biologice de tratare a lor. Cu toate acestea, filtrele pe bază de rumeguş, care au fost instalate la cocseria Hoogovens Ijmuiden, Olanda, au fost înlocuite în 1998 cu filtre cu nisip având aceeaşi eficienţă în eliminarea HAP. . Aplicabilitate: Eliminarea gudronului de cocserie înaintea procesului de tratare a apelor uzate se poate aplica atât instalaţiilor de cocserie noi, cât şi celor existente. Nivele realizate de emisii: Concentraţiile efluenţilor din filtrul cu rumeguş sunt cuprinse între 700-800 µg/l HAP (cf. Agenţia Europeană de Protecţie a Mediului) la o eficienţă de eliminare de 99%. Emisiile după tratamentul biologic sunt foarte mult reduse, aceasta însemnând 150 µg/l HAP în efluent. Rumeguşul încărcat cu hidrocarburi aromatice policiclice este reciclat în cuptorul de cocsificare Instalaţii de referinţă: Sedimentare şi filtrare: ACZ, Sluskil, Olanda. Filtre cu rumeguş: Cocseria Hoogovens Ijmuiden, Olanda Efecte colaterale: Toate aceste gudroane îndepărtate în procesul tehnologic generează deşeuri. Oricum, aceste deşeuri gudronice pot fi reciclate în cuptorul de cocsificare.

Date operaţionale: datele nu sunt disponibile Aspecte economice: datele nu sunt disponibile Literatură de specialitate: [InfoMil, 1997]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 165

EP.9 Coloana de stripare a amoniacului Descriere: Menţinerea la nivel scăzut a concentraţiei amoniacului în efluentul de la striper şi coloana de distilare aduce beneficii în exploatarea instalaţiei de tratare a apelor uzate cu treaptă biologică. Eficienţa de eliminare poate fi influenţată şi prin introducerea vaporilor şi a mediului alcalin, precum şi prin proiectarea striper-ului (ex., numărul talerelor). O cantitate mai mare de NaOH şi o creştere a numărului talerelor pot reduce semnificativ concentraţia amoniacului în efluent. Când tratarea apei uzate presupune nitrificarea şi, implicit, denitrificarea, striparea amoniacului devine mai puţin importantă. În acest caz, ar trebui găsit un optimum pentru cheltuieli şi pentru mediu ambiant între striparea amoniacului şi îndepărtarea amoniacului în instalaţiile de tratare biologică a apelor uzate. Aplicabilitate: Atât la instalaţii noi, cât şi la cele existente. Nivele realizate de emisii: Concentraţiile amoniacului în efluenţi pot varia între 20 şi 150 mg/l, depinzând de dozarea aburului şi a alcaliilor, precum şi de construcţia striper-ului. Sunt realizabile valori între 20 şi 40 mg/l, dar pot să nu fie necesare datorită reglării unui echilibru corespunzător între proporţia CBO5/P/N din apele uzate înainte de treapta biologică. Instalaţii de referinţă: Majoritatea instalaţiilor de cocsificare din lume folosesc striparea amoniacului. Efecte colaterale: Striperele consumă energie în formă de abur (0,1-0,2 t abur/m3 apă uzată) şi consumă sodă caustică (NAOH, 6-22 l/m3). Pe vremuri laptele de var era folosit în locul NaOH. Cantităţi mari de abur şi concentraţii ridicate de NaOH duc la concentraţii mici de NH3 în efluent. Mai mult, se generează abur încărcat cu amoniac (şi H2S) care necesită tratarea, de exemplu în instalaţii de producere a acidului sulfuric, în instalaţii Claus sau în baterii de cristalizare a sulfatului de amoniu.

Date operaţionale: nu sunt disponibile Informatii economice: Striperul de amoniac, tratare 150 m3 efluent pe oră Investiţii: 0,75-0,9 milioane Ecu1996 în 1993 pe coloană Costuri operaţionale: 0,18 Ecu1996/ m3 în 1993 Literatură de specialitate: [InfoMil, 1997]

Chapter 6

166 Production of Iron and Steel

EP.10 Exploatarea etanşă la gaze a instalaţiei de tratare a gazului Descriere: În instalaţia de tratare a gazului gazul brut de cocsificare este epurat în câteva etape, ca ulterior să se folosească drept combustibil. Caracterul relativ volatil al componentelor gazului brut de cocserie se traduce prin emisii pe la flanşe, supapele de presiune, pompe etc. În afară de efectele negative asupra mediului, siguranţa profesională sunt de asemenea importante întrucât unele componente ale gazului de cocserie sunt cunoscute ca şi cancerigene (de ex. hidrocarburile policiclice aromatice şi benzenul). Instalaţia BTX încorporaport în instalaţia de tratare a gazului de cocserie este deosebit de importantă din acest punct de vedere. În această instalaţie fracţiunea BTX (care în principal constă din benzen, toluen, şi xilen) este extrasă prin spălare din gazul de cocserie cu lichide de spălare. Ulterior lichidul de spălare este regenerat iar fracţiunea BTX este recuperaport şi poate fi vândută. Funcţionarea în stare de etanşeitate la gaze a instalaţiei de tratare a este în principal o măsură de securitatea muncii. În principiu toate măsurile ce permit funcţionarea în stare etanşă a instalaţiei de tratare a gazului , ar trebui luate în considerare:

- minimalizarea numărului flanşelor prin sudarea conductelor ori de câte ori este posibil

- utilizarea pompelor etanşe a gazului (de ex. pompe magnetice sau pompe integrale) - evitarea emisiilor prin supapele de suprapresiune ale rezervoarelor de stocare. Acest

lucru este realizat în majoritatea cazurilor prin conectarea racordului de evacuare la conducta de colectare a gazului de cocserie (colectarea gazelor şi arderea ulterioară sau inundarea cu gaz de protectie sau spalarea aerului uzat sunt de asemenea posibile).

Aplicabilitate Aplicabilă atât la instalaţii noi cât şi instalaţii existente. La instalaţii noi, o concepţie etanşă la gaze va fi probabil mai uşor de realizat decât la instalaţiile existente.

Instalaţii de referinţă : Voest Alpine Stahl, AG, A – Linz , Hoogovens Ijmuiden, NL-Ijmuiden şi Sidmar , B – Gent exploatează o instalaţie de tratare a gazului de cocserie virtualmente etanşă la gaze Efectele colaterale : nu apar Date de exploatare : nu se dispune Informaţii economice . Nu sunt disponibile, fac parte din proiectul instalaţiei Referinţe în literatură: [info Mil , 1997]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 167

EP.11 Instalaţia de tratare a apei uzate

Apa uzată din cuptorul de cocsificare conţine un amestec de hidrocarburi, cianuri şi nitrocompuşi, într-o concentraţie relativ mare. Câteva metode sunt capabile să trateze această apă uzată. În toate cazurile apa uzată este dusă printr-o coloană de stripare a amoniacului înainte de a fi tratată mai departe (vezi 6.2.3.1.2).

Apa uzată poate fi tratată biologic şi chimic. Când tratarea este aplicată biologică gudronul este îndepărtat adesea prin metode chimice şi fizice (vezi EP 9) iar apa uzată este deseori diluată cu scopul evitării efectelor toxice ale efluentului asupra microorganismelor dar mai ales inhibarea bacteriei nitrificatoare. Cea mai comună tehnică biologică aplicată pentru tratarea apei uzate provenită de la cuptorul de cocsificare este sistemul biologic aerob cu nămol activ. În unele cazuri o atenţie deosebită s-a acordat nitrificării şi denitrificării (anoxice). În unele cazuri sistemul aerob bazat pe pat fluidizat este utilizat în tratarea apei uzate. În U.K. există o instalaţie în care apa uzată este tratată în straturi de stuf.

.

a) sistemul aerob cu nămol activ. Descriere: În sistemul aerob cu nămol activ impurităţile biodegradabile sunt degradate în special biologic la CO2, H2O şi mineralele, iar cele nedegradabile, componentele nepolare (ca cele mai multe hidrocarburi policiclice aromatice şi metalele grele )sunt eliminate din faza apoasă prin adsorbţie parţială în nămolul activ. În practică, cei mai mulţi poluanţi potenţial periculoşi, cum ar fi fenoli, cianidele şi hidrocarburile aromatice sunt degradaţi biologic iar metalele grele sunt îndepărtate parţial prin adsorbţie pe nămol activ. Sistemele cu nămol activ cu o raport scăzut hrană-microorganisme (F/M) sunt preferate din punct de vedere ecologic. Raportul (F/M ) scăzut de asemenea permite biodegradarea a celor mai greu biodegradabile componente organice. Acest raport F/M reprezintă raportul a substanţe organice – nămol activ (exprimata in substanta uscata) (MLSS) şi este exprimată în kg COD /kg MLSS/zi; în care COD reprezintă chimic de oxigen. Aerarea poate folosi oxigen în loc de aer atmosferic. Acest lucru sporeşte gradul de control al procesului şi reduce „pierderea” componentelor volatile din apa uzată. De exemplu, la uzina ACZC din NL – Sluiski şi la Sibmar ,B-Gent se foloseşte aerarea cu oxigen.

Nivelul emisiilor realizate : tabelul 6.14 oferă date performanţă pentru sisteme aerobe cu nămol activ utilizate în instalaţii de cocsificare europene.

Parametru Concentratia Unitatea Factor de emisie Unitatate COD 140 – 700 [mg/l] 0.2 - 1 [kg/t cocs] N-Kjeldahl 20 – 120 [mg/l] 0.01 – 0.1 [kg/t cocs] NH3 <1 – 100 [mg/l] 0 – 0.1 [kg/t cocs] SCN- <0.1 – 35 [mg/l] 0 – 0.05 [kg/t cocs] Fenol <0.1 – 10 [mg/l] 0 – 0.005 [kg/t cocs] PAH 0.003 – 0.2 [mg/l] 0 – 0.001 [kg/t cocs]

Tabelul 6.14 Concentraţii în efluent şi emisii specifice pentru instalaţii de cocsificare europene, ce utilizează tratarea aerobă a apei uzate cu nămol active (domenii cu poluare a namoului redusa si ridicata) – [EC Cocs, 1996]

Chapter 6

168 Production of Iron and Steel

b) Conceptul nitrificării Descriere : Unele instalaţii de tratare a apei uzate sunt proiectate să îndepărteze eficient amoniul (Nh4)+ prin nitrificare. Proiectul clasic al unui sistem aerob cu nămol activ ar putea fi luat ca şi punct de pornire pentru acest tip de instalaţie. Sistemul ar trebui să aibă o raport F/M scăzut şi o viteză mare de recirculare, cu scopul de a evita încetinirea creşterii bacteriei nitrificatoare, ce a fost eliminată. Bacteriile nitrificatoare transformă amoniul în nitraţi (NO3

-). În asemenea condiţii componentele organice greu degradabile pot fi de asemenea mineralizate cu eficienţă mare. Nivelele realizate ale emisiilor: În general sistemele cu o încărcătură specifică scăzută sunt mai performante şi permit degradarea amoniacului prin nitrificare. De asemenea o încărcătură specifică scăzută de asemenea intensifică degradarea componentelor organice cu viteză scăzută de degradare. Dacă este aplicată nitrificarea concentraţiile de nitraţi (NO3

-) din efluent vor fi relativ ridicate (în jur de 200 mg /l). Instalaţii de referinţă: Aceleaşi instalaţii de tratare a efluenţilor menţionate la punctul „c” (conceptul de nitrificare şi denitrificare)

c) Conceptul de nitrificare – denitrificare

Descriere : În unele cazuri, autorităţile locale au solicitat evacuări reduse pentru toţi nitrocompuşii (inclusiv nitraţii) din efluenţi. Acest lucru presupune tratament anoxic suplimentar al apei uzate. Sunt posibile câteva scheme de dispunere a utilajelor în cadrul instalaţiei, dar rezultate bune au fost obţinute în instalaţii de tratare a apei uzate cu aşa numitul concept de pre-denitrificare- nitrificare. (pre DN/N).

Figura 6.16 Schema-bloc a patru instalaţii diferite de tratare efluenţilor pentru apa uzată de la cuptoarele de cocsificare prin procedeul de nitrificare / denitrificare – [Lohr, 1996]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 169

Instalaţia „A”: Kokerei Kaiserstuhl, D- Dortmund ; Instalaţia „B”: Kooksfabriek Sidmar, B – Gent Instalaţia „C”: Kooksfabriek ACZC, Olanda; Instalaţia „D”: Cocseria Seremange , Franţa În sistemul pre DN/N, sistemul aerob cu nămol activ este de asemenea folosit ca punct de pornire. Oricum, înainte ca apa uzată să fie aerată, se adaugă apă bogată în nitraţi din faza de nitrificare. În condiţii anoxice, bacteriile utilizează nitratul ca acceptor de electron terminal în locul oxigenului molecular (O2). Azotul este eliminat ca azot molecular. Reacţia globală este: 5 Corganic + 2 H2o + 4 NO3

- -------------2 N2 + 4 OH- + 5 CO2 Nivelurile emisiilor realizate : Sistemele Nitrificare – denitrificare au un raport F/M scăzut (0,05 – 0,2 kg COD / kg MLSS /d) şi realizează rezultate foarte bune în epurarea apelor uzate provenite de la cuptoare de cocsificare. Emisiile de azot din acest sistem sunt deosebit de scăzute comparativ cu sistemul cu raport F/M ridicat sau cu cazul nitrificării singure (fara denitrificare). Concentraţiile efluenţilor şi influenţilor a celor 4 instalaţii sunt redate în tabelul 6.15. Instalaţii de referinţă Instalaţiile de tratare a apei uzate din cuptoarele de cocsificare cu sistem pre – DN/N a fost instalat în Regatul Unit al Marii Britanii (British Steel Corp. Scunthorpe şi Orgreave), Belgia (Sidmar, B-Gent), Franţa (Lorfonte Seremange), Germania (Ruhrkohle AG Kaiserstuhl, D - Dortmund) şi Olanda (ACZC Sluiskil) (vezi figura 6.16).

Producţie de cocs [Mt / a] 1.180 0.63 2.0 0.605 Debitul apei ptr cărbune [m3/ h] 42 16 71 20 Diluţie [m3/ h] 40 5 (15)*** 40 Debit total [m3/ h] 86 30 72 59 Debitul apa uzata specifica [m3/ t cocs] 0.59 0.31 0.38 0,86 Raportul (F/M)–poluare namol [kg COD/kg MLSS/d] <0,15 n/a < 0,15 0,17

Influenţi Valoarea PH - n/a n/a 9,5 9,3 Suspensii solide [mg/ l] 30-40 n/a <10 n/a CCO(x±s) [mg/ l] 3650 ±310 4450±460 2250±590 3600±500 CBO 5 [mg/ l] 2100 n/n 1340 n/a Fenoli [mg/ l] 964 1000 350 900 SCN- [mg/ l] 355 380 200-250 72,5** N- Kjeldahl [mg/ l] n/a n/a n/a n/a Amoniac (x±s) [mg/ l] 83±61 82±105 43±30 25±15 Nitriţi [mg/ l] n/a n/a - - Nitraţi [mg/ l] n/a n/a - n/a Ulei şi gudron [mg/ l] 40 n/a n/a n/a H A P (6 Borneff) [mg/ l] 200 n/a 106 n/a Efluenţi PH - n/a n/a 7,8 7.04 Suspensii solide [mg/ l] 42 n/a 43 28,6 CCO (x±s) [mg/ l] 189±30 486±315 228±48 117±29 CBO 5 [mg/ l] 19±2,8 19±? 4±32 5.4±1,9 Fenoli [mg/ l] 0,06 <2 0,16 0,1

Aspect / Component Unit Sidmar Seremange Kaiserstuhl ACZC

Chapter 6

170 Production of Iron and Steel

SCN- [mg/ l] 3 <4 n/a 0,9 N- Kjeldahl [mg/ l] n/a n/a n/a 7,0 Amoniac (x±s) [mg/ l] 0,7±0,8 32±53 1,3±0,2 0,05 ±0,6 Nitriţi [mg/ l] 3 0 0.21 1.0 Nitraţi [mg/ l] 65 0 15.0 48,0 Ulei şi gudron [mg/ l] 5 n/a n/a n/a H A P (6 Borneff) [µg/ l] <50 n/a 11,7 2,7 n/a nu e disponibile; x±s valoare medie aritmetica ; ± abatere standard * Lorfont raporteaza aceasta valoare chiar daca aceasta teoretic nu este posibila; Insa continutul ridicat de amoniu si concentratiile neglijabile de nitrat arata o inhibare a nitrificarii ** ACZC a indicat faptul ca aceasta valoare poate fi prea joasa datorita tehnicii practicate la prelevarea probelor *** consta din apa pluviala si de aceea nu este mentionata continuu [Löhr, 1997]

Table 6.15.: Concentraţiile influenţilor şi efluenţilor şi câteva aspecte ale sistemelor de tratare a apei uzate cu metoda pre DN /N – [info Mill, 1997 ; Lohr 1996 ; Lohr 1997]

Efecte colaterale : Consumul de energie al instalaţiei ACZC este de 0,008 GJ/t cocs. Informaţii eonomice : Investiţie : 0,6 milioane Ecu1996 în 1994 pentru o transformare a unui sistem de nitrificare în sistem pre DN / N. Totalul investiţiilor se ridică la 4,6 milioan Ecu1996. Costuri de exploatare: 345000 Ecu1996 / an (0,57 Ecu 1996 /t cocs ) inclusiv taxele pentru evacuările de ape uzate. Literatură de referinţă: [EC Coke, 1996; InfoMil, 1997; Löhr 1996; Löhr 1997]

Chapter 6

Production of Iron and Steel 171

6.4 Concluzii În înţelegerea acestui capitol şi a ceea ce conţine, atenţia cititorului se întoarce la prefaţa acestui document şi în particular la a cincea secţiune a prefaţei: “ Cum să înţelegem şi cum să folosim acest document”. Tehnicile şi valorile de emisi si consum asociate ori intervalele acestora nivelurilor, prezentate în acest capitol au fost estimate printr-un proces iterativ care implică următorii paşi:

• Identificarea unor aspecte cruciale de mediu pentru acest sector; pentru cuptoarele de cocsificare, acest lucru înseamnă: prevenirea fumul fugitiv, tratarea gazelor de cocserie, a apei uzate cu consideraţie particulară asupra amoniacului;

• Examinarea celor mai relevante tehnici pentru găsirea şi asigurarea acestor chei • Identificarea celor mai performant nivele de performanţă ecologică pe baza datelor

disponibile în UE şi întreaga lume. • Examinarea condiţiilor în care aceste nivele de performanţă au fost realizate; cum ar fi

costuri, efecte colaterale, forţele motrice principale implicate în implementarea acestor tehnici.

• Selecţia celor mai bune tehnici disponibile (BAT) şi a emisiilor asociate şi / sau a nivelelor de consum pentru acest sector, în general toate în conformitate cu articolul 2 (1) şi anexa IV a Directivei.

Evaluarea de către experţi ai Biroului European IPPC şi ai Grupului Tehnic de Lucru TWG a jucat un rol cheie în fiecare dintre aceşti paşi şi în modul în care informaţiile sunt prezentate aici. Pe baza acestei estimări, acestor tehnici în acest capitol sunt prezentate pe cât posibil nivele de emisie şi consum asociate cu utilizarea cele mai bune tehnici disponibile care sunt considerate a fi adecvate sectorului în general şi în multe cazuri reflectă performanţele actuale ale unor instalaţii din sectorul respectiv. Acolo unde sunt prezentate nivelele de emisie sau consum asociate cu folosirea celor mai bune tehnici disponibile, acest lucru trebuie să fie înţeles ca însemnând faptul că toate aceste nivele reprezintă performanţa ecologică care ar putea fi anticipată ca rezultat al implementării în acel sector, a tehnicilor descrise, ţinând cont mereu de balanţa cost / beneficiu inerentă definiţiei celor mai bune tehnici disponibile. Cu toate acestea, acestea nu reprezintă valori limită ale emsiilor sau ale consumului şi nu trebuie înţelese ca atare. În unele cazuri poate fi tehnic posibil să se realizeze nivele de emisii sau de consum mai bune însă datorită costurilor implicate sau din pricina efectelor colaterale acestea nu sunt considerate a fi adecvate drept cele mai bune tehnici disponibile pentru sectorul respectiv ca întreg. Oricum, astfel de nivele pot fi considerate justificate în mai multe situaţii, în care ele reprezintă forţe motrice speciale. Valorile de emisii şi de consum asociate cu utilizarea celor mai bune tehnici disponibile trebuie să fie considerate laolaltă în orice condiţii de referinţă precizate (de ex. pe ce perioade se calulează valorile medii). Conceptul „nivelelor asociate cu cele mai bune tehnici disponibile” descrise mai sus trebuie să se deosebească de termenul de „nivel realizabil” folosit peste tot în acest document. Acolo unde un nivel este descris ca „realizabil”, prin folosirea unei tehnici particulare ori a unei combinaţii de tehnici, acest lucru ar trebui să însemne faptul că ne putem aştepta la realizarea nivelului într-o perioadă substanţială de timp într-o instalaţie bine întreţinută sau exploatată sau într-un proces bine condus prin folosirea acelor tehnici. Acolo unde a fost posibil au fost prezentate date despre costuri împreună cu descrierea tehnicilor prezentate în capitolul 4. Acestea dau o indicaţie generală despre ordinul de mărime al costurilor implicate. Cu toate acestea, costul real al aplicării acestei tehnici va depinde foarte

Chapter 6

172 Production of Iron and Steel

mult de situaţia specifică, ca de exemplu : taxele, impozitele ori caracteristicile tehnice ale instalaţiei. Nu e posibilă evaluarea completă în acest document a unor factori specifici amplasamentului instalaţiei. În lipsa datelor cu privire la costuri, concluziile referitoare la viabilitatea economică a tehnicilor sunt trase din observaţii asupra instalaţiilor existente. Scopul este acela ca „cele mai bune tehnici generale diponibile” din acest capitol să poată fi utilizate spre a judeca performanţa unei instalaţii existente ori pentru a evalua o propunere pentru o nouă instalaţie şi a oferi asfel ajutor în determinarea condiţiilor pentru aceea instalaţie pe baza celor mai bune tehnici disponibile. A fost prevăzut faptul că pot fi proiectate instalaţii noi la fel de performante şi chiar mai bună decât nivelul celor mai bune tehnici generale diponibile, prezentat aici. De asemenea s-a considerat că pentru multe instalaţii existente este rezonabil să ne aşteptăm să treacă în zona celor mai bune tehnici disponibile sau să dea performanţe mai bune. În timp ce documentele de referinţă BREF nu stabilesc standarde obligatorii, ele sunt concepute să ofere informaţii care să servească drept ghid pentru industrie, Statele Membre şi public în problema nivelurilor de emisie şi consum, când se folosesc tehnici precizate. Valorile adecvate ale limitelor pentru orice caz specific vor trebui să fie determinate, ţinând cont de obiectivele Directivei IPPC şi de aspectele locale. Pentru cuptoarele de cocsificare, tehnicile şi combinaţiile de tehnici care urmează trebuie să fie considerate ca CELE MAI BUNE TEHNICI DISPONIBILE. Ordinea priorităţilor şi alegerea tehnicilor va diferi potrivit circumstanţelor locale. Poate fi de asemenea luată în considerare orice altă tehnică prin care se realizează o performanţă similară sau superioară; astfel de tehnici pot să se afle în fază de dezvoltare, sau să fie vorba de o tehnică în proces de apariţie sau o tehnică deja disponibilă dar nemenţionată / nedescrisă în documentul de faţă.

11. Generalităţi : - Întreţinerea generalizată a camerelor cuptorului, a uşilor cuptorului şi a

etanşărilor ramelor, ţevilor ascensionale, gurilor de încărcare şi a altor echipamente (programul sistematic efectuat cu personal de întreţinere special instruit).

- Curăţarea uşilor, a etanşării ramelor, a gurilor de încărcare, capacelor şi şnecurilor ascensionale (ascensionale) după fiecare manevră.

- Menţinerea unei curgeri libere a gazului în cuptoarele de cocsificare; 12. Încărcarea

- Încărcarea cu maşini de încărcare. Din punct de vedere integrat încărcarea «fără fum «, ori încărcarea secvenţială cu ţevi ascensionale duble, ori cu ţevi flexibile „jumper” sunt tipurile preferate pentru că toate gazele şi pulberile, sunt tratate ca parte a tratării gazului de cocserie. În cazul în care gazele sunt extrase şi tratate în afara cuptorului, încărcarea cu tratamentul pe sol al gazelor extrase este metoda preferată. Tratarea ar trebui să presupună evacuarea eficientă şi combustia ulterioară şi o filtrare prin ţesătură. Sunt realizabile emisii de particule < 5 g / t cocs.

13. Cocsificare Combinarea următoarelor măsuri:

- Exploatare lină, neperturbată a cuptorului, evitând fluctuaţiile puternice de temperatură - Utilizarea uşilor cu etanşare flexibilă armate cu arcuri sau cu canturi drepte (în cazul

cuptoarelor cu înălţimea < 5m şi o întreţinere bună) realizează < 5 % emisii vizibile (frecvenţa oricăror scăpări comparativ cu nr. total

al uşilor) din toate uşile din instalaţiile noi şi < 10 % emisii vizibile din toate uşile din instalaţiile,

- Şnecuri ascensionale etanşate hidraulic, realizând < 1% emisii vizibile (frecvenţa oricăror scăpări comparativ cu nr. total şnecurilor ascensionale din totalul şnecurilor.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 173

- Chituind gurile de încărcare cu suspensie de argilă (sau alt material de etanşare adecvat) realizând < 1% emisii vizibile (frecvenţă oricăror scăpări comparativ cu nr. total de guri) din nr. total de guri.

- Nivelând uşile echipate cu garnituri de etanşare realizând < 5% emisii vizibile 14. Arderea:

- utilizarea de gaz de cocserie desulfurat - prevenirea scăpării între camera cuptorului şi camera de ardere prin expoatarea

normală a cuptorului; - repararea scăpărilor între camera cuptorului şi camera de ardere şi - încorporarea de tehnici cu NOx scăzut în construcţia noilor baterii cum ar fi

arderea în trepte (emisii în jur de 450 – 700 g / t cocs şi repsectiv 500 –770 mg/N3m sunt realizabile într-o instalaţie nouă modernă).

- Daorită costurilor ridicate, denitrificarea gazelor arse (de ex. SCR) nu se aplică decât în cazul instalaţiilor noi în condiţii în care standardele de calitate a mediului nu pot fi îndeplinite cu uşurinţă.

15. Şarjarea cocsului: - extracţia cu o hotă (integrată) situată pe maşina de transfer a cocsului şi tratarea la sol a gazului extras cu filtru cu ţesătură şi utilizarea unui cărucior de stingere într-un singur punct realizează mai puţin de 5 g praf / t cocs (emisie la coşul de fum).

16. Stingerea : - stingerea umedă cu emisii minimalizate cu mai puţin de 50 g praf /t cocs (determinat cu metoda VDI). Utilizarea apei tehnologice, cu încărcătură organică semnificativă (precum apa uzată important pentru încărcăturile organice (apa uzată brută de la cuptorul cocsului brut, apa uzată cu conţinut ridicat de hidrocarburi), în timp ce apa de stingere este evitată. - Stingerea uscată a cocsului (CDQ) cu recuperarea căldurii sensibile şi îndepărtarea prafului din operaţiile de încărcare, manipulare şi clasare prin filtrare cu ţesătură. În ceea ce priveşte preţurile actuale ale energiei în EU., consideraţia „beneficiu operaţional cu cost de mediu / instrumental”, stabileşte limitări puternice asupra aplicabilităţii stingerii uscate a cosului. În afară de aceasta trebuie să existe o utilizare a energiei recuperate.

17. Desulfurarea gazului de cocsificare - - Desulfurarea prin sisteme de absorbţie (conţinutul de H2S al gazului de reţea 500

– 1000 mg H2S / Nm3 ) sau - desulfurizarea prin oxidare (< 500 mg H2 S / Nm3 ) - cu condiţia ca efectele colaterale ale componentelor toxice sunt atenuate în mare

măsură. 18. Exploatarea etanşă la gaze a instalaţiei de tratare a gazului

Ar trebui luate în considerare toate măsurile care să permită exploatarea etanşă a instalaţiei de tratare a gazului: - micşorarea numărului flanşelor prin sudarea pe cât posibil a conexiunilor între ţevi - utilizarea pompelor etanşe la gaze / e.g. pompe magnetice - evitarea emisiilor de la supapele de suprapresiune ale rezervoarelor de stocare, prin conectarea racordului de evacuare al cuptorului de cocsificare la magistrala colectoare (sau prin colectarea gazelor şi arderea ulterioară a acstora).

19. Pre-tratarea apei uzate. - eliminarea eficientă a amoniacului , utilizând soluţii alcaline. - Eliminarea eficientă ar trebui să fie conexă tratării ulterioare a apei uzate. Sunt realizabile concentraţii de NH3 de 20 mg / l în efluentul striperului.

- îndepărtarea gudronului. 20. Tratarea apei uzate :

Tratarea biologică a apei uzate cu nitrificare / denitrificare realizează: - îndepărtarea CCO > 90% - Sulfuri <0,1 mg / l - H A P < 0,05 mg /l - CN <0,1 mg / l

Chapter 6

174 Production of Iron and Steel

- Fenoli < 0,5 mg /l - Sum. A NH4

+, NO3- şi NO2

- <30 mg N / l - Suspensii solide: <40 mg / l

Concentratiile de mai sus sunt bazate pe un debit specific de apă uzate de 0,4 m3 /t cocs. Cu exceptia proceselor cu NOx redus, adecvate pentru instalatiile noi, tehnicile listate la punctele 1 – 10 se pot aplica atat la instalatiile noi cat si la cele existente, luandu-se in considerare prefata.

Chapter 6

Production of Iron and Steel 175

6.5 TEHNICI APARUTE ŞI DEZVOLTĂRI PENTRU VIITOR Înlocuirea unei părţi a cocsului în furnal cu produse petroliere şi, mai recent, cu cărbune praf a jucat un rol important în reducerea costurilor cu combustibilul. Nivelul de insuflare a cărbunelui pulverizat se situează în prezent la aproximativ 180 kg / t fontă, cu un consum de cocs rezidual de 300 kg / t fontă. Valoarea maximă teoretică a debitului de insuflare de cărbuni în furnal este de aproximativ 270 kg / t fontă, cu un consum de cocs rezidual de 220 kg / t fontă. Aceasta se datorează capacităţii de susţinere a cocsului şi a condiţiilor termochimice din furnal. Sunt posibile şi cantităţi mai mari de cărbune insuflat. În afară de economiile de combustibil realizate, insuflarea cărbunelui are efect pozitiv cu privire la mediul înconjurător, deoarece, mai puţin cocs este consumat şi astfel sunt evitate emisiile din instalaţiile de cocsificare. La un raport de injectare a cărbunelui de 180 kg / t fontă, care deja este practicat în multe locuri, se consumă aproximativ cu 30% mai puţin cocs. Se aşteaptă ca raportul de insuflare a cărbunelui să continue să crească în anii care vin. Pe de altă parte, au fost dezvoltate câteva tehnici noi de elaborare a fontei iar una din tehnici este deja în exploatare comercială (COREX). Aceste tehnici de elaborare a fontei utilizează cărbune în loc de cocs ca şi combustibil. Se aşteaptă ca în următorii 25 – 50 ani, aceste tehnici noi să preia rolul furnalelor. Aceasta ar face ca instalaţiile de produs cocs metalurgic să nu-şi mai aibă rostul. Tehnicile noi de prelucrare a fierului sunt descrise în capitol 7”. Tehnicile noi de elaborare a fontei sunt descrise în capitolul 7 „Tehnici alternative de elaborare a fontei”. Cu toate acestea, continuă cercetările pentru diminuarea emisiilor de la instalaţiile de cocsificare existente. Se află în exploatare concepte noi de instalaţii cu emisii scăzute şi / sau cu eficienţă energetică ridicată (vezi P.I 9 cocsificarea nerecuperativă) sau în fază de cercetare de dezvoltare (cuptorul de cocsificare Jumbo). Deoarece cuptorul de cocs Jumbo nu este încă aplicat la scară comercială acesta este descris în lucrarea de faţă. Sistemul cu o singura cameră (SCS)

Descrierea : reactoarele de cocsificare SCS - sistem cu o singură cameră (anterior denumite JCR) sunt cuptoare de cocsificare cu volum mare şi lăţimi între 450 – 850 mm. Procedeul presupune printre altele utilizarea cărbunelui preîcălzit. Reactoarele sunt module separate controlate tehnologic cu pereţi de încălzire rigizi, satabili la presiune, capabile să absoarbă presiunea ridicată de cocsificare. Se aşteaptă ca acest sistem SCS a cuptorului de cocsificare să fie capabil a lua locul bacteriilor multi–cameră curente cu ziduri de flexibilitate limitată. Sistemul are următoarele avantaje verificate: - permite utilizarea unei game largi de cărbuni cocsificabili (sub aspectul conţinutului de materii volatile); - graficul de exploatare a cuptorului poate fi respectat cu uşurinţă mai mare, cu facilitarea controlului încălzirii; - camere cu număr redus de orificii şi prin urmare număr redus de surse de emisii; - camere cu număr redus de deschideri ale cuptorului (de exemplu 55 – 102 şarje de cocs /zi în funcţie de lăţimea camerei situată între 850 şi 450 mm comparativ cu 115 şarje în cazul instalaţiei Kaiserstuhl); - îmbunătăţiri în eficienţei termice cu 38 % până la 70 %; - uşi aproape lipsite de emisii care funcţionează pe trei nivele diferite de etanşare. Rezultate Studiile asupra optimizării economice sistemului per ansamblu au dat rezultate pentru care instalaţia de cocsificare cu un singur reactor care posedă aceeaşi capacitate de producţie ca şi instalaţia de cocsificare modernă Kaiserstuhl necesită aproximativ aceleaşi investiţii cu condiţia ca lăţimea camerei să fie micşorată de la 850 mmm la 450 mm.

Literatură de referinţă: [Nashan, 1997 ; EC Coke , 1993]

Chapter 6

176 Production of Iron and Steel

Desulfurarea umedă cu performanţă ridicată a gazului de cocserie Descriere : Când se desulfurează gazul brut de cocserie, procedeele oxidative umede sunt în general mai performante decât procedeele de absorbţie/stripare. Oricum dezavantajul procedeelor oxidative umede este utilizarea (şi emisia ) de substanţe chimice cu toxicitate ridicată. Ar putea fi posibil să se mărească eficienţa de îndepărtare a procedeelor de absorbţie prin spălare cu soluţie de sodă caustică (NAOH) care este pulverizată sub formă de ceaţă în curentul de gaz brut. Principalele realizări posibile: Este posibil un conţinut de sulf în jur de 0,1 mg / Nm3 în gazul comercializabil. Statut: necunoscut.

Chapter 7

Production of Iron and Steel 177

7 FURNALE

7.1 Procese aplicate Primul furnal adevărat bazat pe cocs a fost introdus în 1735 (Ullmanns, 1994). Furnalul ramâne de departe cel mai important procedeu pentru producerea fontei. Tehnica se pare că va continua să domine producţia de fontă pentru cel puţin următorii 20 de ani [Lungen, 1995]. Figura 7.1. prezintă o vedere generală a două furnale.

Figura. 7.1.: Vedere de ansamblu asupra două furnale cu câte trei cuptoare fierbinti şi coşul pentru evacuarea gazelor reziduale de la cuptoarele fierbinţi

Un furnal este un sistem închis în care materiale purtătoare de fier (bulgări de minereu de fier, zgură şi / sau pelete), adaosuri (agenţi de formare a zgurii cum ar fi calcarul ) şi agenţi reducători (cocs) sunt alimentaţi continuu de la vârful burţii cuptorului printr-un sistem de încărcare care previne scăparea gazului de furnal. Figura 7.2. prezintă schema de dispunere a utilajelor pentru un furnal ce conţine cuptorul propriu – zis, hala de turnare, cowperele şi platforma de tratare în două trepte a gazului de furnal.

Chapter 7

178 Production of Iron and Steel

Figura 7.1 : Schema simplificata a furnalului - [UBA Rentz, 1996]

O insuflare de aer fierbinte, imbogatit cu oxygen si agenti suplimentari de reducere (pulbere de carbine, pacura, gaz natural si in unele cazuri plasticul) este injectat la nivelul tuyère furnizand un contra-curent gazelor de redus. Fluxul de aer insuflat reactioneaza cu agentii de reductie producand in principal monoxide de carbon (CO), care la randul sau reduce oxizii de fier in fier metallic. Fierul lichid este colectat in centru impreuna cu zgura si ambele sunt distribuite pe o baza conventionala. Fierul lichid este transportat in vasele torpede la instalatia de productie a otelulului iar zgura este procesata pentru a produce aggregate, granulate sau peleti pentru constructia de drumuri sau industria cimentului. Gazul de furnal purjat (BFgas) este colectat la varful furnalului. Acesta este tratat si distribuit catre instalatie pentru a fi utilizat ca si combustibil de incalzire sau pentru productia de electricitate. Sunt disponibili agenti variati de reducere. Carbonul/hidrocarburile in forma de cocs, carbune, pacura, gaz natural sau, in zilele noastre in unele cazuri si plasticul, sunt in general disponibile in cantitati suficiente la preturi rezonabile. Oricum, alegerea intre mai multi agenti de reducere nu este determinata doar de costuri. In afara de a fi un agent de reducere, cocsul serveste de asemenea la transportul coloanei in furnal. Fara aceasta capacitate de transportare, operatia de purjare la furnal nu ar fi posibila. Fierul procesat in momentul actual contine o cantitate mare de hematite (Fe2O3) si cateodata cantitati mici de magnetite (Fe3O4). In furnalul de purjare, aceste componente se reduc simtitor, producand oxidul de fier (FeO) in locul unui fier solid redus partial si carbonizat. In final, incarcatura de fier se topeste, reactiile sunt finalizate si zgura si metalulul lichid fierbinte sunt colectati la baza. Carbonul redus reactioneaza pentru a forma CO si CO2. Fluxurile si aditivii sunt adaugati la un punct de topire mai redus al combustibilului, imbunatatesc preluarea de catre zgura a sulfului, ofera calitatea solicitata pentru fier si permit si alte procesari ale zgurei.

Incalzitor aer fierbinte Furnal fierbinte turnatorie curatare

Incarcatura si cocs

Conducta ardere

conductaApa

Gaz purificat

Verificare forma constructie

ardere

Purja aer rece

Incalzire gaz

Flux gaz vatra

mijloc

Oala zgura

zgura fonta

Oala torpedo

conducta

Apa uzata

Pulbere granuloasa

Desprafuire turnatorie

Chapter 7

Production of Iron and Steel 179

Deoarece incarcatura furnalului se deplaseaza in jos, temperatura sa creste, astfel facilizand reactiile de reducere a oxizilor si formarea zgurei. Incarcatura se supune unei serii de schimbari a compozitiei, intamplandu-se urmatoarele: - Oxizii de fier din incarcatura se reduc treptat (formand un fier poros si in final o topitura

de fier). - Oxigenul din fier reactioneaza cu cocsul sau cu monoxidul de carbon, astfel formand

monoxidul de carbon sau dioxidul de carbon, colectat la varf. - Componentele sterilului se combina cu fluxurile pentru a forma zgura. Aceasta zgura

este un amestec complex de silicati de o densitate mai redusa decat a fierulu topit. - Cocsul serveste in principal ca agent de reducere si de asemenea drept combustibil.

Acesta paraseste furnalul in forma de monoxid de carbon, dioxid de carbon sau carbon in compozitia fierului.

- Orice hidrogen prezent reactioneaza de asemenea ca agent de reducere prin reactia cu oxigenul formand apa.

Principalele operatii sunt urmatoarele: • Incarcarea materiilor prime • Generarea de purja fierbinte • Procesul de furnal • Injectarea directa a agentilor de reducere • Turnare • Procesarea zgurei

7.1.1 Incarcarea Amestecul de materiale cu continut de fier (fier sau material secundar, de sinterizare si/sau peleti) si aditivi (fluxul de material) sunt cunoscute colectiv sub numele de « incarcatura ». Incarcatura si cocsul additional sunt incarcate in farful furnalului fie prin elevator fie prin curele transportoare mecanice. Aceasta intra in furnal prin sistemul de incarcare etans care izoleaza gazele de furnal de atfmosfera. Acest sistem este necesar deoarece presiunea furnalului depaseste presiunea atmosferica (0.25 – 2.5 bar standard). In timp ce multe furnale de capacitate mare au o presiune la varf ridicata (pana la 2.5 bar), exista furnale moderne ce opereaza la presiuni cu mult mai mici decat acestea. Aceste presiuni pot fi la fel de reduse la 0.25 bar, depinzand de varsta furnalului si alte constrangeri precum presiunea disponibila la purjare si limitele datorate constructiei instalatiei de tratare a gazului. Sistemul de incarcare etans poate fi un sistem de incarcare cu coplot sau un sistem de incarcare fara clopot. Unele emisii de pulberi si gaz de furnal pot rezulta in timpul incarcarii. Evacuarea gazului la varfurl furnalului si conectarea la sistemul de tratare a gazului de furnal pot fi folosite pentru controlul emisiilor la acest nivel de proces.

7.1.2 Incalzitoare de curenti de aer Aerul fierbinte purjat necesar operatiei furnalului este furnizat de incalzitoare de curenti de aer (uneori numite “cauperele furnalului de purjare”). Incalzitoarele sunt instalatii secundare utilizate sa incalzeasca aerul de pursa. Temperaturile crescute ale aerului de purja rezulta prin cerinta de reducere a carbonului. Un curent de purja fierbinte este necesar pentru a trasfera caldura la o incarcatura solida pentru a creste temperatura necesara reactiei. Purja de asemenea ajuta la furnizarea de oxgen necesar gazificarii cocsului, si transportului de gaz, astfel incat in conctact cu incarcatura se reduce oxizii de fier.

Chapter 7

180 Production of Iron and Steel

Incalzitoarele opereaza pe o baza ciclica. Acestea sunt incalzite prin gaze de ardere (de obicei gaz de furnal imbogatit) pana cand domul se afla la temperatura adecvata (aproximativ 1100 - 1500°C); gazele de ardere sunt suprimate si aer atmosferic rece este fortat prin incalzitor intr-o directie inversa. Aerul rece este incalzit prin caramizi fierbinti si astfel formeaza aerul de purja fierbinte (900 - 1350°C), alimentat in furnal. Procesul continua pana cand incalzitorul nu mai poate genera temperatura de gaz de purjare adecvata, dupa care ciclul initial de incalzire se reincepe. Durata fiecarui ciclu depinde de conditiile individuale pe amplasament precum sursa energetica, caracteristicile sistemului si masurile de conservare. In principal incalzitoarele de curenti de aer pot fi clasificate ca fiind de tipul camerei de ardere externa sau interna (figura 7.2). Distinctia este importanta pentru emisiile CO (7.2.2.1.1).

Figura 7.2 : Sectiuni in incalzitoarele curentilor de aer (“cauper”) cu camera de ardere interna sau externa – [EC Sinter/BF, 1995]

Sunt necesare trei sau pentru incalzitoare de curenti de aer pentru fiecare furnal de purjare. Emisiile in aer apar in timpul fazei de incalzire prin incalzitor.

Chapter 7

Production of Iron and Steel 181

7.1.3 Furnalul de purjare

7.1.3.1 Descriere generala In furnal materiile prime intra prin varf in timp ce produsele (fierul topit si zgura) se scurg pe la baza (vatra). Incarcatura solida se deplaseaza in jos, intalnind un flux ascendant de gaz fierbinte de reducere. Gazul de furnal cu valoare calorifica reziduala este colectat la varful furnalului pentru a fi epurat. Un furnal poate fi imparti in sase zone de temperatura:

- Varful: La varf rezulta incarcarea sarjei si evacuarea gazelor de furnal. - Coloana: In coloana gazul de furnal isi cedeaza caldura incarcaturii solide.

Temperatura incarcaturii creste de la temperatura ambientala la aproximativ 950°C iar oxizii de fier se reduce partial in aceasta zona.

- Mijlocul: Mijlocul leaga coloana de pantec. In aceasta sectiune cresc temperaturile de 950°C pana la aproximativ 1250°C. In continuare apar oxizii de fier si incepe reactia cu cocsul.

- Pantecul: Reactiile cu cocsul continua in zona pantecului. Fierul se topeste si zgura se formeaza.

- Duze(Tuyèr): In aceasta zona purja fierbinte este introdusa in furnal prin intermediul mai multor duze (pana la 42). Duzele se afla in jurul perimetrului superior al vatrei si sunt alimentate de o conducta mare, ce inconjoara furnalul la inaltimea pantecului. Temperaturile aici pot depasi 2000°C iar oxizii sunt redusi complet.

- Vatra: Vatra colecteaza fierul topit si zgura. Una din cele patru de scurgere sunt localizate in jurul vatrei, cu una sau doua operatii ce pot avea loc oricand.

Coloana, mijlocul, pantecul si banda de duze sunt racite de obicei cu apa, ulei sau aer. Furnalul este imbracat in material reflectorizant (vatra avand pana la 1.5 m grosime, cel putin pana la nivelul vatrei). Productia de fier variaza intre aprox. 0.5 Mt/a pentru furnale mici pana la 4 Mt/a pentru furnal mari.

7.1.3.2 Gazul de furnal del a varf (BFgas)

Gazul de furnal contine aprox. 20-28% CO, 1–5% H2, compusi inerti (50-55% N2, 17-25% CO2), unii compusi de sulf si cianura si cantitati mari de pulberi in incarcatura. Cantitatea de cianuri poate fi in mod special mare in timpul operatiilor de purjare a furnalului; aceasta insa apare ocazional iar pentru aceasta sunt realizate sisteme aditionale pentru reducerea formarii de cianuri. Valoarea caolorifica a gazului de furnal este de aprox. 2.7 - 4.0 MJ/Nm3. Productia de gaz de furnal este aproximativ 1200 - 2000 Nm3/t fier. Dupa curatare, gazul de furnal este deseori utilizat ca si combustibil dupa adaugarea de gaz din cuptorul de cocsificare sau gaz natural, care au o valoare calorica mai mare. Gazul de furnal poate fi utilizat de asemenea utilizat fara nici o tratare de ex. in incalzitoarele de curenti de aer daca sunt utilizate arzatoarele moderne si/sau preincalzirea aerului de ardere UBA Comments, 1997]. Gazul de furnal poate fi utilizat de asemenea fara imbogatire sau cu arzatoare moderne/preincalzitoaer daca se iau masuri de siguranta.

Chapter 7

182 Production of Iron and Steel

7.1.3.3 Zinc si plumb Tehnologia furnaleleor de purjare foloseste minereuri superioare. Orice element ce insoteste fierul este distribuit intre faza fierbinte a metalului si zgura. Cele ce intra in componenta metalulu fierbinte includ fosforul, sulful, magneziul si siliconul. Titanul, aluminiu, calciu, magneziu si cantitatile de silicon si sulf trec in zgura sub forma de oxizi sau metaloizi. De asemenea este posibil ca o varietate de elemente sa se volatilizeze si sa se depuna pe diferitele parti ale furnalului de purjare. Acesta este in special cazul zincului (Zn) si a plumbului (Pb) care ajung in furnal prin minereurile de fier si sunt reciclate ca produse secudnare prin instalatia de sinterizare. Zincul total din sarja variaza de la 100 la 250 g/t din fonta produs. Ca regula generala, cele mai multe instalatii restrictioneaza zincul la 100-150 g/t fonta produsa. Materiale reciclate cu continut ridicat de zinc sau plumb nu sunt acceptate de obicei sau doar in cantitati limitate. Indepartarea Zn si Pb din furnal este efectuata prin actionarea furnalului astfel incat temperatura din centrul furnalului sa fie pastrata deasupra 400°C. Zincul se elimina cel mai mult prin gazul evacuate la varf in forma de particule fine de ZnO, care sunt mentinute aproape complet in instalatia de tratare a gazului de furnal [Pazdej, 1995].

7.1.4 Injectarea directa a agentilor de reducere Cele mai multe instalatii cu furnal injecteaza agenti de reducere in furnal, pe la nivelul duzelor. Acesta inlocuieste partial cocsul de la incarcarea pe la varf. Aceasta practica permite operatorului sa optimizeze utilizarea agentilor de reducere. Alte avantaje constau in outputul ridicat si reducerea cerintelor de respectat pentru cocs, reducandu-se astfel si emisii de la cuptorul de cocs per tona de otel. Multe instalatii injecteaza carbune pulbere, pacura sau gaz natural. Doua companii au inceput sa injecteze deseuri plastice utilizand un continut ridicat de hidrocarburi pentru procesele de reducere [UBA Comments, 1997].

7.1.5 Curatarea Furnalul este curatat periodic pentru a indeparta fonta topita si zgura din vatra. Pentru acest scop se deschide una din orificile prizelor de pe peretele lateral al vetrei cu ajutorul unui perforator pentru orificiul prizei sau un sistem de inmuiere. In unele cazuri este utilizata o duza de oxigen pentru a deschide priza. De obicei, furnalul are intre una si patru gauri de robinte. Numarul gaurilor de la priza este determinate de capacitatea (marimea) furnalului. In furnalele moderne, fonta si zgura sunt scurse impreuna (de obicei zgura incepand sa curga dupa metalul fierbinte). Fonta si zgura sunt ulterior separate printr-o racleta din spatiul de curatare, dupa care fiecare continua sa se scurga separat. Fonta topita din furnal curge de-alungul canaleleor acoperite cu ciment refractar, captusite cu un carbonat de aluminiu rezisten la caldura sau cu amestecuri de silica-carbid, si este turnata intr-o cupa (direct sau prin canale sectionate). Aceste cupe pot fi de tipul deschis sau inchis la varf sau de tipul oalelor torpedo. In aceasta stare topita, metalul are o temperatura de aproximativ 1440-1500 °C. Zgura din furnal curge prin canale intr-o instalatie de granulare, in cupe de zgura sau intr-o cavitate deschisa. La finalul ciclului de curatare, priza este inchisa mecanic prin injectarea unui amestec de clei rezistent in priza, utilizand o asa numita "arma de namol".

Chapter 7

Production of Iron and Steel 183

7.1.6 Procesarea zgurei Cantitatea de namol produsa este determinata de minereul de fier utilizat si de cantitatea de flux pentru obtinerea calitatii necesare fontei. Zgura poate fi utilizata in mod variat inclusive materialul pentru constructia de strazi, agregate de beton, izolatie termica (vata minerala) si ca inlocuitor de ciment. Utilizarea zgurei de furnal este un obiectiv deja atins in multe cazuri. In mod curent, exista trei procese in timpul operatiei pentru a trata zgura de furnal: - procesul de granulare a zgurei; - procesarea zgurei in cavitatii goale ; - procesarea peletizarii zgurei. Toate procesele de racire a zgurei pot genera hidrogen sulfuros, de la poate fi provocat mirosul.

7.1.6.1 Procesul de granulare a zgurei

Granularea este procesul cel mai uzual utilizat in momentan in UE 15 in tratarea zgurei de furnal. Procesul implica turnarea zgurei topite printr-un nor de apa la presiune intr-o punct de granulare aflat in apropierea furnalului. Dupa granulare, zgura / solutia apoasa este transportata tipic la un sistem de drenare, constand dintr-un bazin de filtrare orizontal (in special procesul OCP), o palnie de filtrare verticala sau un tambur rotativ de deshidratare (in special procesul INBA). In mai multe cazuri zgura/solutia apoasa este transportata la un rezervor de separare anterior drenarii apei. Aici vaporii de apa sunt colectati si condensati sau emisi printr-un cos. Dupa deshidratare umezeala reziduala nisipului de zgura este in general de 10%. Patul de filtrare este periodic spalat in contra-curent cu apa si aer pentru a indeparta particulele fine. Figura 7.3 si Figura 7.4 arata doua din cele mai uzuale tehnici de granulare: procesul OCP si procesul INBA.

Figura 7.3 : Granularea zgurei provenite din furnal in cadrul procesului OCP – [Poth, 1985]

Alimentare zgura

Canal granulare

Furnalul Bazinele filtrante

macara Tunel incarcare

Pompe de filtrare

Incarcarea zgurei in camioane / trenuri

Transportor

Depozitarea zgurei granulate

Ventilatoare

Pompele pentru granulare

Chapter 7

184 Production of Iron and Steel

Figura 7.4 : Granularea zgurei din furnla in procesul INBA – [Radoux, 1982]

1. canalul de zgura 13. apa de racire. 2. vas receptie 14. pompa pentru apa calda. 3. canal rece. 15. pompa pentru namolul apos. 4. rezervor colectare . 16. apa turbulenta. 5. distributor. 17. apa aditionala. 6. tambur filtrant. 18. apa de curatire. 7. transportor 19. apa presurizata. 8.colectarea apei. 20. depozitarea zgurei granulate. 9. statia de racire.

7.1.6.2 Procesarea zgurei in cavitati Procesarea zgurei in in cavitati implica turnarea de pelicule subtiri de zgura topita direct in cavitati pentru zgura aflate langa furnal. Alternativ, dupa colectarea zgurei in cupe, zgura este racita incet si cristalizata in exterior, in ambient. Cavitatile sunt alternativ umplute si excavate, iar zgura solidificata este sparta si maruntita pentru utilzarea ca material granulat. In practica, timpul de racire poate fi redus prin stropirea zgurei fierbinti cu o cantitate controlata de apa, chiar daca creste potentialul emisiilor prin miros. Cand se aplica adecvat, apa de racire este consumata in totalitate prin evapoarare. Procesarea zgurei in cavitatii produce zgura maruntita utilizata ca materie prima in constructia drumurilor. Timpul de racire influenteaza foarte mult calitatea zgurei produse. Apa de racire imbunatateste de asemenea micro-structura, realizand proprietatii mecanice mai bune.

Chapter 7

Production of Iron and Steel 185

7.1.6.3 Procesul de peletizare a zgurei Procesul de peletizare este utilizat doar in cateva instalatii in UE 15 in unele instalatii in Canada. Zgura topita este intinsa in filme pe o placa, care actioneaza ca un deflector. Stratul subtire de zgura este spart prin jeturi controlate de apa care initiaza expandarea si racirea zgurei. Zgura este proiectata centrifugal in aer printr-un tambur rotativ pentru a finaliza suflarea si racirea. Particulele de zgura urmeaza diferite traiectorii corespunzator marimii lor, care variaza de la nisip granulat la peleti granulati. Atunci cand se aplica adecvat, apa de process este consumata in totalitate prin evaporare si in produsul umectat. Consumul specific de apa este mai mic decat cel necesar granularii la umed.

Chapter 7

186 Production of Iron and Steel

7.2 Emisiile prezente si nivelurile de consume

7.2.1 Debitul masic si datele de input/output Figura 7.6 furnizeaza o imagine de ansamblu pentru debitele masice de input si output din furnale. Aceasta imagine de ansamblu poate fi utilizata pentru colectarea datelor de la furnale individuale.

Blast Furnace with CertainProcessing Steps(separate flow sheet)

Energy

Water

Auxiliaries

Kind and quantity [t/a] - dolomite - limestone - olivine - refractories

- annual consumption [m3/a]- own wells/supply [%]- demineralised water [m3/a]

- gas (COG, BF gas, natural) [m3/a]- electricity [kWh/a]- oxygen[t/a]

Wastewater

Solid waste/by product

Off gas/fume

Sources and quant. [conc. and t/a] of dust, org.C, VOC,S02, N0x, H2S, CO, heavy metals, PAH (if applicableseparate sheet)

charging operations, flue gas from the hot stoves, blastfurnace gas treatment, hydrocarbons from runner linings andtaphole clay, particulate matter from tapping, odour from slags

Kind and quantities [t/a] - BF dust - BF shop dust - sludge from BF gas cleaning - BF slags - ladle slurry - waste refractories

- Sources and quantity (not cooling water) [m3/a]

- direct discharge [yes/no] - cooling water [m3/a] - temperature [°C] - average - max

Raw materials Products

- capacity of the plant [t/a] - age of the plant [a]: - operation time[h/a]:

Kind and quantities [t/a] - iron ores - coke - graded sinter - pellets - coal - heavy fuel oil - plastics

Blast furnace - mass stream overview

Kind and quant. [t/a]- pig iron- BF gas

Waste Heat - sources and quant. [MJ/a]

General information

- electricity [kWh/a]

(it applicable separate sheet)

Figura 7.5 : Debitele masice de la furnal

Debitele masice aparute la furnal – Imagine de ansamblu

Energie

Informatii generale Apa

Produse auxiliare

Materie prima Produse

Caldura rezidual.

Apa Gaz de evacuare /fum

Deseuri solide/produse secundare

Apa uzata

Furnalul cu anumite etape de procesare (flux separat)

Capacitatea instalatiei (t/a) Varsta instalatiei (a) Timp de functionare (h/a)

Consumul anual (mc/a) Surse proprii /furnizare (%) Apa demineralizata (mc/a)

Tipul si cantitatile (t/a) -minereuri de fier -cocs -sinter superior -peleti -carbune -pacura grea -plastic

Tipul si cantitatea (t/a) Dolomit Calcar Olivina Materie refractara

Tipuri si cantitati (t/a) Fonta Gaz de furnal Electricitate (kWh/a)

Surse si cantitati (MJ/a)

Sursele si cantitatile (t/a) de pulbere, C org, COV, SO2, NOx, H2S, CO, metale grele, PAH (daca se aplica separat) - procese de incarcare, fluxul de gaz din incalzitoare, trataera gazului de furnal, hidrocarburi de la liniile de rulare si clei de tafol, pulberi de la scurgerea prin priza, miros de la zgura

Tiprui si cantitati (t/a) .-pulberi furnal -namol de la epurarea gazului -zgura de furnal deseuri

Surse si cantitati (fara apa e racire) (mc/a) - deversare directa (da/nu) - apa de racire (mc/a) - temperatura (C)- medie - max

Chapter 7

Production of Iron and Steel 187

Figura 7.6 arata un exemplu de proces general de-alungul debitelor masice de intrare si iesire

Öko - Prozeßbeschreibung - Hochofen

General Process Layoutcoke

emission toair

emission toair

BF gasair diffuse emis-

sion to air

wastewater emission

waterelectricity

compressed air

ore

- blast furnace -

emission toair

slag sand dustOutput

Input

mixing/blending

hot blast stoves

additives

steam

recycled materials

slag

sinter

oxygen

coal nitrogen

blast furnace gas sludge

pig iron

emission toair

blast furnace gas

hot blast

blast furnace

granulation

off-gastreatment

Figura 7.6 : Schema procesului general al furnalului de purjare cu indicarea fiecarei operatii si debitele masice de intrare si iesire

Pot fi calculate suplimentar factorii de intrare si factorii specifici de emisie. Tabelul 7.1 furnizeaza date despre acesti factori, obtinuti de la patru furnale de purja de la patru State Membre UE diferite, astfel oferind o imagine reprezentativa a instalatiilor moderne. Factorii de emisie sunt dati pe tona de otel lichid pentru a aduna emisiile din unitati variate de productie.

fonta

Materii reciclate

cocs minereu

aditivi

Diagrama proces general - furnalul

electricitateapa

abur Aer comprimat

Gaz de furnal aer

oxigen

carbune azot

Emisii in aer

Emisii in aer

Emisii difuze in aer

Emisii in aer

Emisii in aer

Emisii in apa uzata

zgura namolGaze de frunal

pulberi

amestec

Incalzitoare de aer

Gaz de furnal

Purja fierbinte

Furnal de purja

granulare

Tratarea gazului evacuat

Chapter 7

188 Production of Iron and Steel

Input Output Materii prime Produse Sinter*1 kg/t fonta 720 – 1480 fonta kg/t 1000.0 Minereu fier*1 kg/t fonta 25 –350 peleti*1 kg/t fonta 100 – 770 Energie cocs*1 kg/t fonta 280 – 410 Gaz furnal MJ/t fonta 4400 – 5000 carbune*2 kg/t fonta 0 – 180 electricitate*6 MJ/t fonta ca. 750 pacura*3 kg/t fonta 0 – 60 var kg/t fonta 0 –10 Emisii de gaz*7 Materii reciclate kg/t fonta 2 – 8 pulberi g/t LS*8 10 – 50 plastic*4 kg/t fonta 0 –30 Mn g/t LS < 0.01 – 0.13 Ni g/t LS < 0.01 – 0.02 Pb g/t LS < 0.01 – 0.12 Energie SOx g/t LS 20 – 230 Gaze furnal MJ/t fonta 1050 – 2700 NOx g/t LS 30 – 120 COG MJ/t fonta 90 – 540 H2S g/t LS 0.2 – 20 Gaz natural MJ/t fonta 50 – 230 CO g/t LS 770 – 1750 Electricitate MJ/t fonta 270 – 370 CO2 kg/t LS 280 – 500 PCDD/F µg I-TEQ/t LS <0.001–0.004 Oxigen*5 m3/t fonta 25 – 55 Reziduuri/

Produse secundare

Abur MJ/t fonta 22 – 30 zgura kg/t LS 200 – 290 Pulberi din gaz kg/t LS 6 – 16 Aer comprimat m3/t fonta 9 – 11 Zgura din gaz kg/t LS 3 – 5 Pulberi de la

separare -desprafuire

kg/t LS 0.5 – 1.5

Apa m3/t fonta 0.8 - 50 balast kg/t LS 14 – 25 Apa uzata m3/t LS 0.1 – 3.3*9 Legenda: LS = otel lichid (otel brut) *1 In functie de conditiile individuale ale amplasamentului *2 In cazul injectarii pulberilor de carbune – ce mareste frecventa insa nu universal (daca se practica: 140-180 kg

carbune/t fonta) *3 In cazul injectarii de pacura –la o alta rata de injectare de purjare poate fi pana la upto 140 kg/t fonta *4 din 1998 injectarea plasticului este practicata doar de doua amplasamente in UE 15 *5 Oxigen suplimentar nu este solicitat mereu, in special la injectare redusa prin duze ratele de injectare pot fi 0, nefiind

cazul celor patru furnale raportate *6 In cazul turbinei pe gaz *7 Emisiile generale de la furnal nu include arderea gazului de furnal la alte instalatii pricum BOF sau cocsificare *8 Factorii de conversie utilizati (media gretuatii din toate furnalele europene): 940 kg fonta/t LS *9 Poate fi mai mare in cazul continului de sare mare din material prima

Tabelul 7.1 : Date de input/output din patru furnale de purjare existente in diferite State Membre UE ;

Date din 1996; datele de emisie reprezinta emisiile dupa tratare;

Nu sunt disponibile informatii referitoare la cum au fost obtinute datele, de ex. metodele utilizate la prelevare, analiza si calculul intervalelor de timp si condititiilor de referinta.

Chapter 7

Production of Iron and Steel 189

Tabelul 7.2 informatii complementare datelor din tabelul 7.1 cu mai multe detalii asupra factorilor de emisie in aer (dupa tratare si reducere) pentru operatiile principale individuale associate furnalului .

Proces/sursa de emisie pulberi H2S SO2 NOx CO [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS] [g/t LS]

Zona de incarcare n/r 25/5-38*3 l.s. l.s. l.s. l.s.

x±s 14±13

Pregatire carbune injectare. n/r 15/2-54 l.s. l.s. l.s. l.s.

x±s 12±16

Separare gaz furnal n/r 12/2-79*4 5/0.3-4*5 12/2-250*6 4/1-27*7 l.s.

x±s 30±24 - 70±34 -

Granularea zgurei n/r n/a 14/1-300*8 13/1-142*8 l.s. l.s.

x±s 63±95 31±42

Incalzitoare fierbinti n/r 3-6 l.s. 45/15-375*9 41/10-550*10 29/50-2700*11,12

x±s - 120±100 82±102 700±735

Legenda:

LS = otel lichid (otel brut); x±s = valoare medie si abaterea standard (calculate doar daca sunt disponibile suficiente date); n = numarul datelor; r = intervalul valoric (min-max); l.s. = semnificanta redusa; n/a = nu e disponibil

*1 Date din [EC Study, 1996] *2 Factori de conversie utilizati (medie ponderata in toate otelariile cu oxigen din Europa): 940 kg fonta/t LS *3 Factori de emisie mici nejustificati (< 1 g/t LS) nu au fost luate in considerare; nici datele de la scruberele

umede care au factori de emisie cu mult mai mari (2-20 ori mai mari) *4 Date din instalatiile cu management continuu *5 Nu sunt luate in considerare valorile extreme de 64 g H2S/t LS *6 Incluzand doua valori ridicate de 180 si 250 g SO2/t LS, toate celelalte valori sunt sub 100 g SO2/t LS *7 Nu s-a luat in considerare o valoare extrema 2450 g NOx/t LS *8 Valori reduse (in jur 1 g/t LS) sunt instalatiile de granulare a zgurei cu condensarea fumului *9 8 valori sunt semnificant mai mari (> 200 g SO2/t LS) datorita continutului de SO2 din gazul de cocsificare *10 3 valori sunt semnificant mai marie (> 300 g NOx/t LS ) datorita conditiilor de ardere *11 Valorile mai mari pot apare in cazul incalzitoarelor fierbinti cu camere de ardere interne *12 Nu este clar daca emisiile tin timpul incarcarii sarjei sunt incluse sau nu

Tabelul 7.2 : Factorii de emisie in aer pentru furnalele de purjare*1,2

Chapter 7

190 Production of Iron and Steel

7.2.2 Informatii despre fiecare debit masic de emisie si despre necesarul energetic

Urmatoarele emisii de gaz residual, apa uzata si deseuri solide/produse secundare pot fi observate din procesul furnalului: 7.2.2.1 Emisiile de gaz uzat

- Fluxul de gaz din incalzitoare - Emisii din incarcare - Gaz de furnal de furjare (ca emisii indirecte) - emissions from cast house - emissions from slag processing

7.2.2.2 Deseuri solide / emisii de produse secundare - pulberi de la turnare - pulberi si namol de la tratarea gazului de furnal - zgura de la furnal

6.2.2.3 Emisii de apa uzata

- Flux de apa de la spalarea gazului de furnal - Apa uzata de la granularea zgurei - Purjare de la circuitele de apa de racire

7.2.2.1 Emisiile de gaz uzat

7.2.2.1.1 Emisiile de gaz uzat de la incalzitoarele de aer Incalzitoarele sunt alimentate de obicei cu gaz de furnal, deseori in combinatie cu gazul de la cuptorul de cocsificare (COG) si/sau gaz natural. Gazele de cocsificare contin compusi de sulf, emisi in forma de SO2 la incalzitorul de aer atunci cand gazul este utilizat pentru ardere. [UBA Comments, 1997] raporteaza ca mai multe incalzitoare de aer cu arzatoare moderne, iar instalatia de preincalzire a aerului de combustie lucreaza utilizand gaz de furnal fara imbogatire. Fluxul de gaz de la incalzitoare este aproximativ de 100000 - 240000 Nm3/h per furnal de purjare. Emisiile de SO2 se afla intr-un interval de 20 - 250 g/t fonta produsa (tabelul 7.1) si 160 – 400 mg/Nm3 atunci cand incalzitoaerle sunt alimentate pentru ardere cu gaz de furnal imbogatit. In cazul amestecului gazului de furnal cu COG nedesulfurat, factorul de emisie poate fi pana la 400 g SO2/t fonta (tabelul 7.2). Incalzitoarele de aer sunt principalele surse de emisie pentru NOx in procesul furnalului de purjare. NOx este format in urma temperaturilor inalte din cuptoare. Emisiile se afla intr-un interval de 10 - 580 g/t fonta produsa (tabelul 7.2). Concentratiile de emisiile pot varia intre 70 - 400 mg/Nm3. Emisiile de pulberi din incalzitoarele de aer sunt in total mai mici de 10 mg/Nm3. Acesta este echivalentul unei cantitati de aprox. 3-6 g/t fonta produsa (tabelul 7.2). Emisiile de CO sunt considerabile in cazul camerelor de combustie interna (vezi figura 7.2). Fisurile din caramizi, dificil de a fi evitate, inseamna ca gazul de furnal se poate deplasa fara combustie catre gazul rezidual si poate fi emis in concentratii de pana la 2500 mg CO/Nm3 echivalent cu 2700 g CO/t fonta (tabelul 7.2). In cazul camerei de ardere externa cu ardere controlata, concentratia este de aprox. 50 mg CO/Nm3.

Chapter 7

Production of Iron and Steel 191

7.2.2.1.2 Emisiile de la sarjare si transportare Deoarece presiunea in furnal este mai mare decat presiunea atmosferica este utilizat un sistem etans de sarjare bazat pe o sarjare in forma de clopot sau fara forma de clopot. Toate componentele prezente in gazul de furnal pot fi emise aici insa componentele principale sunt monoxidul de carbon (CO) si pulberile. Atunci cand se utilizeaza sisteme moderne, sunt posibile incarcari si emisii de transportare cu mult mai reduse [UBA Comments, 1997].

7.2.2.1.3 Gazul de furnal (ca o emisie indirecta) Gazul de furnal brut contine pulberi (inclusiv metalele grele si carbonul), monoxid de carbon, dioxid de carbon, compusi de sulf, amoniac, cianuri, hidrocarburi si PAH. Gazul de furnal este utilizat ca sursa de energie. Gazul este purificat pentru a indeplini cerintele de calitate si reutilizat pentru diferite procese de ardere precum generarea de aer de purjare in cadrul incalzitoarelor de aer (vezi 7.1.2) sau pentru ardere in cuptoarele de cocs (vezi 6.1.2.2). Astfel apar emisii (indirecte) de gaze de furnal arse. Tratamentul gazului de furnal de obicei contine o pre-tratare pentru indepartarea urmelor de pulberi si o spalare la umed, secundara, pentru indepartarea pulberilor fine (si astfel a metalelor grele) SO2 si cianurilor. In unele instalatii se utilizeaza si electrofiltrele. Continutul de pulberi din cadrul gazului de furnal brut este foarte diferit de la o instalatie la alta si este de asemenea dependenta de conditiile de process, variind de la 7 la 40 kg/t fonta produsa. Dupa epurare, gazul de furnal contine in mod normal mai putin de 10 mg/Nm3 pulberi. Aceasta se emite pe partea arderii. In tabelul 7.3 sunt dati factori specifici a mai multor componente in gaz de furnal brut netratat.

Componenta gazului de furnal

Valoarea Unitate Factor specific Unitate

Productia de gaz de furnal 1.0 - 7.0 [1⋅105 Nm3/h] 1200 – 2000 [Nm3/t fonta]

Particulate matter 3500 - 30000 [mg/Nm3] 7000 – 40000 [g/t fonta]

Hidrocarburi (CxHy) 67 - 250 [mg/Nm3] 130 – 330 [g/t fonta]

Cianuri (ca CN-) 0.26 - 1.0* [mg/Nm3] 0.5 - 1.3 [g/t fonta]

Amoniac (NH3) 10 - 40 [mg/Nm3] 20 - 50 [g/t fonta]

PAH** Benzopiren Fluorantena

0.08 - 0.28 0.15 - 0.56

[mg/Nm3] [mg/Nm3]

0.15 - 0.36 0.30 - 0.72

[g/t fonta] [g/t fonta]

Monoxid de carbon (CO) 20 - 28 [vol.%] 300 – 700 [kg/t fonta]

Dioxid de carbon (CO2) 17 - 25 [vol.%] 400 – 900 [kg/t fonta]

Hidrogen (H2) 1 - 5 [vol.%] 1 – 7.5 [kg/t fonta]

* emisii in timpul purjarii, pot fi semnificant mai mari ** multe alte hidrocarburi policiclice aromatice (PAH) sunt de asemenea prezente Tabelul 7.3 : Consumul de gaz de furnal brut (inainte de tratare) – dupa [InfoMil, 1997]

In timpul celor doua trepte de tratare a gazelor de furnal, pulberile sunt indepartate cu un grad mare de eficienta, acestea fiind compuse din materii fine si cele mai multe metale grele si PAH. Tabelul 7.4 arata consumul gazelor de furnal dupa tratare. Gazul contine in continuare unele metele grele, insa in comparatie cu instalatiile de sinterizare (vezi 4.2.1), poluarea este cu mult mai mica.

Chapter 7

192 Production of Iron and Steel

Gazul de furnal tratat

Concentratia Unitatea Factorul specific Unitatea

Productia de gaz de furnal 1.0 - 7.0 1⋅105 Nm3/h 1200 - 2000 [Nm3/t fonta]

Pulberi 1 - 10 [mg/Nm3] 1 - 20 [g/t fonta]

Hidrocarburi (CxHy) n/a [mg/Nm3] n/a [g/t fonta]

H2S 14 [mg/Nm3] 17-26 [g/t fonta]

Cianuri (as CN-) n/a [mg/Nm3] n/a [g/t fonta]

Amoniac (NH3) n/a [mg/Nm3] n/a [g/t fonta]

Metale grele** Mn Pb Zn

0.10 - 0.29 0.01 - 0.05 0.03 - 0.17

[mg/Nm3] [mg/Nm3] [mg/Nm3]

0.22 - 0.37 0.02 - 0.07 0.07 - 0.22

[g/t fonta] [g/t fonta] [g/t fonta]

Monoxid de carbon (CO) 20 - 28 [vol.%] 300 - 700 [kg/t fonta]

Dioxid de carbon (CO2) 17 - 25 [vol.%] 400 - 900 [kg/t fonta]

Hidrogen (H2) 1 - 5 [vol.%] 1 – 7.5 [kg/t fonta]

n/a = datele nu sunt disponibile Tabelul 7.4 : Compozitia gazului de furnal (dupa a doua treapta de tratare) – dupa [InfoMil, 1997]

In UE, spalarea la umed este cea mai aplcata tehnica in etapa a doua de tratare a gazului de furnal. Scruberele genereaza un flux de apa uzata contaminata, continand substante solide suspendate (de ex. carbon si metale grele), cianuri, compusi de azot, etc. Substantele solide separate genereaza problema deseurilor datorita metalelor grele, in special a zincului. Pulberile cu granulatie mai mare este reciclat in mod normal la instalatia de sinterizare, namolulul de la scrubere este de obicei deshidratat si fie este reciclat la instalatia de sinterizare (de obicei prin hidrociclon) fie depozitat permanent pe un depozit permanent asigurat.

7.2.2.1.4 Emisiile de la instalatia turnare Turnarea fontei genereaza emisii de pulberi. In medie, emisiile nereduse se afla intr-un interval de 400 - 1500 g/t fonta generata. Emisiile pot apare de la contactul intre metalul fierbinte si zgura si oxigenul ambiental. Pentru a capta pulberile formate in timpul turnarii, in multe furnale din UE se utilizeaza sisteme de desprafuire aplicate in hala de turnare (extractia pulberilor la priza, racleta si incarcarea fontei in oalele torpedo) cu fluxuri intre 200000 si 700000 m3/h. Emisiile de pulberi depind de tehnicile de reducere (in unele cazuri acestea inca nu exista) si de randamentul de colectare a pulberilor In multe cazuri sunt utilizate filtrele cu saci, realizandu-se mai putin de 10 mg pulberi/Nm3. Conform tabelului 7.2, factorii de emisie a pulberilor variaza intre 2 - 85 g/ t fonta cu o medie de 32 g pulberi/t fonta. Si mai mult, o anumita cantitate de SO2 este emisa de zgura lichida si de fier in timpul turnarii (2-270 g/t fonta – vezi tabelul 7.2).

7.2.2.1.5 Emisiile din procesarea zgurei Reactia apei cu zgura topita, in special cu compusii de sulf (in mod esential CaS si MnS), genereaza aburi si emisii fugitive de H2S si SO2 . Aceste emisii cauzeaza un potential miros si probleme ale corodarii. Importanta depinde in functie de tehnicile utilizate la procesarea zgurei. Emisiile pot varia foarte mult de la o instalatie la cealalta, de la un ciclu de tratare a zgurei la un altul si chiar in cadrul ciclului de tratare respectiv. De aceea gama factorilor de emisie este mare. Tabelul 7.2 contine date ce variaza de la 1 – 320 g H2S/t fonta si 1 – 150 g SO2/t fonta

Chapter 7

Production of Iron and Steel 193

pentru granularea zgurei. Daca zgura nu este expusa la racirea cu apa ci la racirea cu aer, vor apare emisii reduse pe termen lung in principal de SO2. Din perspective reducerii, acest aspect poate fi considerat un avantaj. Apa utilizata in granulare si procesul de peletizare poate fi colectat si reutilizat. Aceste sisteme pot fi operate astfel incat sa se genereze cantitati foarte mici de apa uzata. Aburul generat in timpul procesului contine pulberi, SO2 si H2S, emis de obicei in atmosfera. S-au desfasurat testari pentru reutilizarea caldurii cedate de zgura insa nici un sistem nu exista in comert la acest moment. Potentialul recuperarii energiei este aproximativ de 0.35 GJ/t fonta. Productia de talere de zgura din cavitati conduce de obicei la emisii mari de SO2 si H2S, ce pot fi mult mai dificil de controlat. Conditionarea cu apa poate influenta emisiile de H2S.

7.2.2.2 Emisiile de deseuri solide/produse secundare

7.2.2.2.1 Pulberile din turnare Intre 0.5 si 1.5 kg pulberi pot fi extrase din hala de topire (vezi 7.2.2.1.4) pe tona de fonta (tabelul 7.1) Aceasta pulbere poate fi separata de ex. prin filtru sac si poate fi reciclata usor in linia de sinterizare. Reciclarea pulberilor in acest mod reprezinta o practica uzuala.

7.2.2.2.2 Pulberile si namolul din tratarea gazului de furnal Gazul de furnal este tratat de obicei in doua etape: operarea pulberilor grobiere in cicloane urmate de separarea pulberilor fine intr-un scruber umed. Aceasta produce 6 – 17 kg de pulbere uscata pe tona de fonta si 3 – 5 kg namol /t fonta (tabel 7.1). Tabelul 7.5 arata compozitia tipica a pulberilor uscat cu o granulatie mai mare. Pulberile contin in principal carbon si fier din cocs si sinterizare. Pulberile grobiere sunt reciclate in mod normal in linia de sinterizare. Aceasta este mai dificil pentru namol datorita continutului sau de zinc de 10 – 20 de ori mai mare si continutului de plumb mai mare de 20 - 30 de ori.

C Fe Pb Zn Mn Al2O3 Ti 25 - 40 15 - 40 0.02 - 0.07 0.1 - 0.5 0.1 - 0.5 0.2 - 3.7 0.02 - 0.2

S SiO2 P2O5 CaO MgO Na2O K2O

0.2 -1.3 4 - 8 0.04 - 0.26 2 - 8 0.3 - 2 0.03 - 0.64 0.24 - 0.96

Tabelul 7.5 : Compozitia tipica in [weight-%] de pulberi uscate grobiere din tratarea gazului de furnal – dupa [IISI, 1987; Mertins, 1986; date din furnalele europene din 1997]

Compusii de zinc si pulbere trec in general de ciclon si sunt separate in principal in scruber. Cele mai multe particule aferente compusilor de zinc si pulbere sau insasi metalele grele ce au granulatii mai mici de 25 µm si sunt concentrate in aceasta fractiune de namol.

C Fe Pb Zn Mn Al2O3 S 15 – 47 7 - 35 0.8 – 2.0 1 - 10 0.12 – 0.14 0.8 – 4.6 2.4 – 2.5

SiO2 P2O5 CaO MgO Na2O K2O 3 – 9 0.1 – 0.44 3.5 – 18 3.5 - 17 0.15 – 0.24 0.08 – 0.36

Tabelul 7.6 : Compozitia tipica in [weight-%] din namol din tratarea gazului de furnal – dupa [IISI, 1987; Mertins, 1986; date despre furnalele europene din 1997]

Chapter 7

194 Production of Iron and Steel

In cele mai multe cazuri, acest namol este depozitat permanent. Figura 7.7 arata destinatia pulberilor si namolului din tratarea gazului de furnal fara sa se distinga intre ele. Procentajul de 33% la depozitare permanenta este rezultatul depozitarii namolului.

Figura 7.7 : Destinatia pulberilor si namolului de la tratarea gazului de furnal in UE – [EC Study, 1996]

7.2.2.2.3 Zgura de la furnalele de forjare Cantitatea specifica a zgurei depinde in principal de materia prima utilizata, insa se afla intr-o gama de range 210 – 310 kg/t fonta produsa (Tabelul 7.1). Compozitia sa bazica sub si peste 1.0 este data in tabelul 7.7.

Clasificarea Continut CaO/SiO2 MgO

Furnalul de purjare

> 1.0 mediu

Zgura

< 1.0 mare

Fetotal 0.2 –0.6 0.4 Mntotal 0.2 – 0.7 0.3 TiO2 0.5 – 2.7 0.7 Al2O3 9.0 – 14.0 9.2 Stotal, in principal CaS 1.1 – 2.0 1.6 SiO2 33.2 - 37.0 38.4 CaO 38.1 – 41.7 35.6 MgO 7.0 – 11.0 18.0 Na2O 0.3 – 0.6 0.5 K2O 0.6 – 0.8 0.8 CaO/SiO2 1.1 – 1.2 0.9 (CaO+MgO)/ SiO2 1.3 – 1.5 1.2

Tabelul 7.7 : Compozitia chimica in [% greutate] din zgura furnalului pentru bazicitate sub si peste 1.0 – [Geiseler, 1992]

Zgura este in mod normal reutilizata pentru scopuri variate (Tabelul 7.9).

Recycled64%Sold

1%

Landfilled33%

Stored1%

Ext. Use1%Depozitare

permanenta

Depozitata Utilizare externa

Reciclat Vandut

Chapter 7

Production of Iron and Steel 195

Road construction

8%Cement industry

26%

Other sold64%

Landfilled2%

Indefinite Storage

0.4%

Figura 7.8 : Utilizarea finala a zgurei de furnal in UE – [EC Study, 1996]

7.2.2.3 Emisiile de apa uzata

7.2.2.3.1 Surplusul de apa de la tratarea gazului de furnal Apa de la spalarea gazului de furnal este tratata normal, racita si reciclata in scruber (Figura 7.9). Tratarea are loc de obicei in rezervoare decantoare circulare.

Figura 7.9 : Diagrama managementului apei intr-un furnal

Alte vanzari Depozitare nedefinita

Industria cimentului

Constructia de drumuri

Depozitare permanenta

Sistem de racire deschis pt. Instalatia de epurare gaz

Apa de proces

Spre canal

Depozit namol

Apa de proces

Apa uzata spre canal

Racire secundara pentru sisteme inchise

Circuite inchise

Rac

ire

de u

rgen

ta

Tratare apa uzata

Tratare namol

Chapter 7

196 Production of Iron and Steel

Fluxul de apa din circuit este de obicei de 0.1 – 3.5 m3/t fonta, in functie de calitatea/specificul materiei prime si a disponibilitatii ape ice influenteaza masurile luate pentru optimizarea reciclarii apei. In special continutul mare de sare in material prima poate necesita volum semnificant mai mare a apei de spalare.

7.2.2.3.2 Apa uzata din granularea zgurei Fluxul de apa din granularea zgurei depinde de disponbilitatea apei si este intr-un interval de 0.125 – 10 m3/t fonta produsa. Informatiile asupra compozitiei chimice provin de la o instalatie germana (tabelul 7.8). Parametru Unit. Numar de

masuratori Media

concentratiei Media

concentratiei Factorul emisiei*

Unit

Flow [m3/d] 16000 1.96 [m3/t] Pb [µg/l] 19 3.45 2.0 3.92 [mg/t fonta] Cr [µg/l] 19 3.32 2.0 3.92 [mg/t fonta] Cu [µg/l] 19 5.99 4.20 8.232 [mg/t fonta] Zn [µg/l] 19 37.63 20.00 39.2 [mg/t fonta] Ni [µg/l] 19 4.91 3.00 5.88 [mg/t fonta]

TOC [mg/l] 19 4.40 4.10 8.036 [g/t fonta] COD [mg/l] 19 20.62 20.30 39.788 [g/t fonta]

*dupa o mediana Tabelul 7.8 : Exemplu de la Stahlwerke Bremen GmbH, D-Bremen pentru componenta apei uzate provenite de la granularea zgurei in 1996/1997 – [Weigel, 1998]

7.2.2.3.3 Evacuarea din circuitul apei de racire Blow downs of the cooling water circuit take place (see Figura 7.9). Information on representative quantities and chemical composition is not available.

7.2.2.4 Energia si necesarul de agent reducator Procesul furnalului este procesul cu cel mai mare consum energetic (insuflare de agent de reducere) in productia de fier si otel (vezi figura 3.4). Tabelul 7.9 da informatii pentru inputul/outputul energetic al furnalului utilizand injectia de carbune si recuperarea sub presiune a gazului de la varf pentru generarea electricitatii.

Agent energetic Valoarea colorifica specifica (GJ/t fonta)

Input: - cocs - carbune pulbere - aer fierbinte (de la cowpere) - electricitate - Total (brut)

12.4 1.63 4.52 0.12 18.67

Output - electricitate - gaz de furnal

0.35 5.15

Tabelul 7.9 : Exemplu de input/output energetic din furnal cu presiune mare la varf utilizand carbune injectat si recuperarea sub presiune a gazului de varf in 1986 - [InfoMil, 1997]

Multe instalatii cu o presiune adecvata a gazului de varf (> 1.5 bar standard) si suficienta cadere de presiune sunt adecvate pentru instalarea turbinelor de expansiune pentru recuperarea energiei gazului de varf.

Chapter 7

Production of Iron and Steel 197

Imbunatatirile de proces au constat in faptul ca a scazut considerabil in ultimii 30 de ani consumul specific de carbune in otelariile europene. O tendinta inspre reducerea directa a agentului de injectare va reduce probabil consumul specific de carbune. Injectarea de agent pentru reducerea directa in furnalul de purjare inlocuieste utilizarea cocsului, astfel economisindu-se energie in productia de cocs. De asemenea, multe furnale europene utilizeaza injectarea de pacura in locul injectarii de carbune.

Chapter 7

198 Production of Iron and Steel

7.3 Tehnici considerate în determinarea cele mai bune tehnici disponibile

Măsuri integrate în proces

PI.1. Insuflarea directă a agenţilor reducători PI.2 Recuperarea energiei din gazul de furnal PI.3. Recuperarea energiei din presiunea gazului din vârf PI.4 Economii de energie la cowper PI.5. Utilizarea de căptuşeli de jgheaburi de turnare lipsite de gudron

Tehnici la final de proces (end-of-pipe)

EP. 1 Tratarea gazului de furnal EP.2 De-prăfuirea orificiilor de turnare şi a jgheaburilor de turnare EP.3. Oprirea emanaţiilor în timpul turnării EP.4. Hidro-ciclonarea şlamului de furnal EP.5 Tratarea şi reutilizarea apei de spălare EP. 6. Condensarea emanaţiilor de la granularea zgurii

Chapter 7

Production of Iron and Steel 199

PI.1 Insuflarea directă a agenţilor reducători Descriere: Insuflarea directă a agenţilor reducători înseamnă înlocuirea unei părţi din cocs cu o altă sursă de hidrocarburi, care este injectată în furnal la nivelul gurii de vânt. Aceste hidrocarburi pot fi sub formă de păcură, reziduri petroliere, cărbune granulat sau pulverizat, gaz natural sau deşeuri de plastic. Cărbunele pulverizat sau granulat şi uleiul este curent utilizat. Prin reducerea necesarului pentru poluările generale ale cocsului şi creşterea energiei necesare. Ar trebui subliniat faptul că, totuşi, o anumită cantitate de cocs este încă necesară în furnal pentru a permite funcţionarea corespunzătoare a acestuia. Cocsul asigură capacitatea de susţinere a încărcăturii şi garantează penetrarea suficientă a gazului. Maxima teoretică pentru insuflarea cărbunelui la nivelul gurii de vânt este concepută să fie de 270 kg / t fontă brută. Această limită este impusă de capacitatea de susţinere a cocsului şi de condiţiile termochimice din furnal. Insuflarea la nivelul gurii de vânt (prin duze) a hidrocarburilor necesită o insuflare suplimentară de oxigen (la nivele tot mai ridicate pe măsură ce vitezele de insuflare la gurile duzelor cresc), cu scopul atingerii temperaturilor necesare în interiorul cuptorului. Pentru lucrul la un nivel ridicat al debitului de insuflare la gura de vânt a fost dobândită puţină experienţă (şi ca atare valori ridicate şi pentru oxigen), iar în acest caz, printre alte lucruri, securitatea muncii devine şi ea un aspect mai important. Tipul cărbunelui şi efectele insuflării cărbunelui asupra calităţii fontei brute influenţează şi maximul cantiăţii de materiale introduse [Campbell, 1992; Info Mil, 1997].

Tip

Debitul de insuflare (kg/ t fonta)

Consumul de cocs rezidual (kg / t fonta)

Consumul de carbune (kg /t fonta)

nici unul 0 500 625 Tipic 180 310 568 Cel mai bine 210 270-300 547-585

* se presupune că 1 kg cocs este produs din 1,25 kg cărbune Tabelul 7.10: Compararea consumului de cocs rezidual şi a consumului total de cocs la diferite valori ale debitului de insuflare ale cărbunelui pulverizat Principalele căi de economisire a energiei: Economiile nete de energie pentru insuflarea de cărbune au fost calculate la 3,76 CJ / t cărbune insuflat. La un debit de insuflare de 180 kg/ t fontă brută, economiile de energie se cifrează la 0,68 GJ /t fontă sau 3,6 % din consumul brut de energie al furnalului (vezi tabel 7.9.). Această economie de energie este realizată indirect ca o consecinţă a consumului redus de cocs. Fluxuri mai ridicate de materiale introduse vor permite economii mai mari de energie. Efecte colaterale: Insuflarea directă a agenţilor reducători diminuează nevoia de a produce cocs. În acest fel emisiile la instalaţia de cocsificare sunt evitate. Pentru fiecare kg de cărbune insuflat, se evită producerea a aproximativ 0,85 – 0,95 kg cocs. Aplicabilitate: Insuflarea directă a agenţilor reducători este aplicabilă atât la furnale cât şi la furnale existente. Ar trebui să se reţină faptul că această măsură integrată puternic în proces este strâns legată de exploatarea furnalului, de stabilitatea rezultată şi de calitatea fontei şi a zgurii. Instalaţii de referinţă : Insuflarea de cărbuni şi produse petroliere în furnale este acum o tehnică cu o mare aplicabilitate în Europa şi întreaga lume. (e.g. insuflarea cărbunelui în furnalele de la Hoogovens Ijmuide, Nl- Ijmuiden; Sidmar, B-Gent, Thyssen AG, D- Duisburg şi injectarea de produse petroliere la British Steel UK – Teeside; Voest Alpine, A - Linz).

Chapter 7

200 Production of Iron and Steel

Date de exploatare: La Hoogovens Ijmuiden cărbunele pulverizat este insuflat la o scară comercială. Debitul standard de insuflare a fost de 170 kg cărbune / t fontă lichidă în furnalul nr.6 în 1993, dar testele în furnal au arătat insuflări reuşite la debite de 210 kg cărbune / t fontă cu un consum de cocs de 270 kg / t fontă . Oricum aceste fluxuri de materiale nu par încă a fi posibile pentru o lungă perioadă de timp. Măsurătorile au indicat faptul că mai puţin de 1% din cărbunele insuflat scapă prin vârful furnalului. La ratele înalte de injectare a cărbunelui , cuptorul conduce spre supuneri scăzute ale zidului muncind spre creşterea rezistenţei insuflării în furnal. Această indicaţie care controlează cu grijă distribuţia şarjei cu rata cocsului scăzută şi cu un echilibru fin între zid şi debitul gazului central ce sunt necesare. [Steeghs , 1994] Informaţii economice: Există stimulente economice pentru utilizarea debitelor ridicate de insuflare a cărbunelui pentru realizarea de economii mai mari prin costuri mai reduse, în particular la fabricile care în alte condiţii ar putea suferi cheltuieli pentru reconstruirea cuptoarelor de cocsificare sau ar trebui să cumpere cocs. Pe de altă parte, insuflare cărbunelui poate permite utilizarea cărbunilor de o calitate mai scăzută comparativ cu cărbunii cocsificabili. Şi acest lucru poate permite reducerea costurilor. Au fost raportate costuri de 10 ECU1996 / GJ în 1988 [Info Mil, 1997]. Oricum, [Campbell , 1992] indică faptul că aceste costuri sunt recuperate, datorate unui consum scăzut de cocs. Costul instalării insuflării de cărbune la British Steel , UK – PORT Talbot, Furnalul nr.4, în 1997, a fost de aproximativ 24 MEcu (inclusiv unele subansamble provenite din alte locuri). Literatură de referinţă: [Campbell, 1992; Steeghs, 1994;Info Mill, 1997]

Chapter 7

Production of Iron and Steel 201

PI.2 Recuperarea energiei din gazul de furnal Descriere: Un furnal tipic produce aproximativ 1200-2000 Nm3 gaz de furnal pe tona de fontă brută. Gazul de furnal conţine 20-28% monoxid de carbon (CO) şi 1-5% hidrogen (tabelul 7.3 şi tabelul 7.4). Monoxidul de carbon se formează în timpul oxidării carbonului în furnal. O mare parte din CO este, în continuare, oxidată la CO2 în furnal. Monoxidul de carbon şi hidrogenul reprezintă o potenţială sursă de energie şi la toate furnalele se iau măsuri de recuperare a acestei energii. Gazul de la vârful furnalului este deci epurat şi stocat în rezervoare de gaz pentru a fi ulterior utilizat ca şi combustibil. Datorită conţinutului redus în energie pe Nm3 gaz de furnal, acesta este adeseori îmbogăţit cu gaz de cocs sau gaz natural înainte de a fi utilizat ca şi combustibil. Principala realizare a economiei de energie: În general, conţinutul de energie al gazului de furnal variază între 2,7 - 4,0 MJ/ Nm3 , în funcţie de concentraţia sa în monoxid de carbon. Aceasta reprezintă numai 10% din conţinutul de energie al gazului natural. Cu toate acestea, cantităţile de gaz de furnal fiind mari, potenţialul de recuperare de energie este foarte ridicat. Energia degajată din furnal este de cca 5 GJ/t fontă, care echivalează cu 30% din consumul brut de energie al furnalului. Aplicabilitate: la toate instalaţiile noi şi existente. Efecte colaterale: Epurarea gazului de furnal este inevitabilă şi are ca efect producerea de ape uzate şi reziduuri solide. Instalaţii de referinţă: Aplicată la multe din instalaţiile noi sau existente din lume. . Date operaţionale: Nu sunt necesare anumite date operaţionale. Aspecte economice: Se realizează economii semnificative prin recuperarea de energie Referinţe din literatură: nu sunt disponibile

Chapter 7

202 Production of Iron and Steel

PI.3 Recuperarea energiei din presiunea gazului de vârf Descriere: Furnalele cu presiune ridicată la vârf oferă oportunitatea ideală pentru recuperarea energiei din volumele mari de gaz sub presiune pe care le generează. Energia este recuperată prin intermediul unei turbine de expansiune care este instalată după instalaţia de epurare a gazului de la vârf. Principala realizare a economiei de energie: Cantitatea de energie care poate fi recuperată din presiunea gazului de la vârf depinde de volumul de gaz de la vârf, de gradientul presiunii şi de temperatura de admisie. Recuperarea energiei în acest mod este posibilă când instalaţia de epurare a gazului de furnal şi reţeaua de distribuţie au pierderi de presiune scăzute. Presiunea gazului de la vârf în furnalele moderne este de aproximativ 0,25-2,5 bar man. Presiunea gazului în conducta colectoare este de aproximativ 0,05-0,1 bar. O parte din presiunea gazului de la vârf este „consumată” de instalaţia de epurare a gazului. Se estimează că economia de energie este de peste 0,4 GJ/t fontă pentru o turbină de 15 MW. Aceasta reprezintă 2% din consumul brut de energie al furnalului. Recuperarea presiunii gazului de la vârf este specifică furnalelor cu presiune ridicată a gazului de la vârf. Aplicabilitate: Recuperarea presiunii gazului de la vârf este aplicabilă la instalaţiile noi şi, în anumite circumstanţe, la instalaţiile existente, deşi cu multe dificultăţi şi costuri suplimentare. La instalaţiile noi, turbina pentru gazul de la vârf şi instalaţia de epurare pot fi adaptate între ele în scopul atingerii unor eficienţe ridicate, atât a epurării cât şi a recuperării de energie. Efecte colaterale: Trebuie subliniat că utilizarea turbinelor implică o epurare completă a gazului de furnal, în primul rând deoarece conţinutul alcalin generează probleme tehnice, favorizând coroziunea. Instalaţii de referinţă: Recuperarea presiunii gazului de la vârf este aplicată furnalele moderne cu presiune ridicată a gazului de la vârf, din întreaga lume. Date operaţionale: De obicei operează automat, fără probleme. Pot fi utilizate turbinele axiale care sunt mult mai eficiente decât cele radiale. Punctul critic este atins atunci când turbina trebuie să fie închisă şi gradientul presiunii este transferat instalaţiei de epurare. Pentru a evita avarierea instalaţiei de epurare şi a conductei colectoare trebuie luate măsuri speciale de siguranţă. Aspecte economice: Principala raţiune a instalării unei turbine de recuperare a presiunii gazului este beneficiul economic. Turbina este cu atât mai profitabilă cu cât volumul şi gradientul presiunii gazului sunt mai ridicate, şi cu cât costurile energiei sunt mai mari. Într-un furnal modern perioada de amortizare poate fi mai mică de 3 ani dar, depinzând de circumstanţe locale şi de presiunea gazului de la vârf, poate fi de peste 10 ani. Literatura de referinta: (Arimitsu, 1995; Fisher, 1988; Joksch, 1995; Infomil, 1997)

Chapter 7

Production of Iron and Steel 203

PI.4 Economia de energie la caupere Descriere: Cauperele sunt încălzite cu gaz de furnal, (adeseori îmbogăţit). Pentru optimizarea eficienţei energetice a acestor cuptoare se folosesc o serie de tehnici.

1. Operarea computerizată a cauperelor conduce la evitarea rezervelor care nu sunt necesare prin adaptarea alimentării cu energie la nivelul necesităţilor actuale şi minimizarea cantităţii de gaz îmbogăţit adăugat (în cazul în care se face această îmbogăţire).

2. Preîncălzirea combustibilului în combinaţie cu izolarea căptuşelii şi a conductei de gaz rezidual. Căldura apreciabilă a conductei de gaz poate fi utilizată pentru a preîncălzi combustibilul. Fezabilitatea acestei metode depinde de eficienţa cauperelor, aceasta depinzând temperatura gazului rezidual. Astfel, la o temperatură a gazului rezidual sub 250°C recuperarea căldurii nu reprezintă o opţiune atractivă din punct de vedere tehnic sau economic. Schimbătorul de căldură, în mod preferabil constă, din considerente economice, într-un circuit de ulei cald. În unele cazuri poate fi utilizată căldura „importată”, spre exemplu căldura preluată din răcirea aglomeratorului, dacă distanţa nu este prea mare. Combustibilul preîncălzit reduce consumul de energie. La instalaţiile care utilizează gaz de furnal îmbogăţit, preîncălzirea combustibilului poate însemna că îmbogăţirea nu ar mai fi necesară.

3. Îmbunătăţirea combustiei prin utilizarea de arzătoare adecvate 4. Determinarea rapidă a O2 şi adaptarea ulterioară a condiţiilor de combustie.

Principala realizare a economiei de energie: (Joksh, 1995) se indică următoarele economii de energie:

1. Operarea computerizată a cauperelor conduce la o îmbunătăţire a eficienţei cauperului cu peste 5%. Aceasta înseamnă o economie de energie de aproximativ 0,1 GJ/t fontă.

2. Preîncălzirea combustibilului poate conduce la o economie de energie de aproximativ 0,3 GJ/t fontă.

3/4 Alte 0,04 GJ/t fontă pot fi economisite prin îmbunătăţirea combustiei şi adaptarea condiţiilor de ardere.

Cantitatea totală de energie care poate fi economisită prin combinarea acestor tehnici este de cca 0,5GJ/t fontă produsă. Aplicabilitate: atât la instalaţii noi cât şi existente. Efecte colaterale: (Joksh, 1995) nu indică efecte colaterale. Era de aşteptat ca preîncălzirea combustibilului şi creşterea temperaturii conductei de gaz să conducă la emisii mai mari de NOx de la caupere. Aplicarea acestor tehnici la arzătoarele moderne poate reduce emisiile de NOx. Instalaţii de referinţă: Thissen Stahl AG, Germania - Duisburg Furnalul nr. 7; Hooogovens Ijmuiden, Olanda - Ijmuiden Sidmar, Belgia – Gent Acelaria, E - Gijon Date operaţionale: Nu sunt disponibile. Economii: Aceste măsuri au putut fi atractive din punct de vedere economic deoarece se reduce consumul de energie. Profitabilitatea depinde de cantitatea de energie economisită precum şi de investiţie şi de costurile operaţionale. Costurile instalaţiei tipice pentru recuperarea de căldură sunt de 6 Mecu1997pe garnitura de caupere sau pe furnal. Implementarea controlului computerizat poate necesita construirea unui al patrulea cauper în cazul furnalelor cu 3 caupere în scopul maximizării beneficiilor. Referinţe din literatură: (Joksh, 1995)

Chapter 7

204 Production of Iron and Steel

PI.5 Utilizarea căptuşelilor negudronate la canalele de turnare Descriere: Sistemul de turnare în hala de turnare este realizat dintr-un strat exterior refractar. Canalele de turnare sunt căptuşite cu un material rezistent la căldură pe bază de alumină impregnată în matricei carbonice. Cărbunele bituminos poate servi ca liant. Căptuşelile protejează stratul exterior împotriva căldurii degajate de fierul lichid şi, în special, de zgura topită. Căptuşelile sunt supuse la uzură şi trebuie înlocuite o dată la câteva săptămâni. Calitatea matricei carbonice este un important factor de durabilitate a căptuşelilor canalelor de turnare. O matriţă slabă nu conţine alumină şi cauzează o uzură mai rapidă a căptuşelilor. Întărirea necesară a amestecului este realizată numai după o încălzire de câteva ore cu arzătoare. Descompunerea gudronului în timpul încălzirii determină creşterea emisiilor de hidrocarburi (şi hidrocarburi policiclice aromatice). O mică parte a emisiilor se produc în timpul turnării fontei şi a zgurii. A fost realizat şi se utilizează cu succes un nou tip de căptuşeală a canalului de turnare, cu ajutorul căruia emisiile de compuşi organici volatili (COV) şi hidrocarburi policiclice aromatice sunt mulţi mai scăzute. Noul material are aceeaşi rezistenţă la zgură şi o durabilitate chiar mai bună decât a căptuşelilor tradiţionale Nivelul atins al emisiilor: Tabelul 7.11 indică reducerea emisiilor rezultată prin utilizarea căptuşelilor fără gudron. Datele prezentate sunt estimate pe baza unui model teoretic.

Compus Căptuşeală tradiţională (g/t fontă)

Căptuşeală fără gudron (g/t fontă)

Reducerea emisiilor (%)

Compuşi organici volatili

100 1 99

Hidrocarburi policiclice aromatice

3.5 0.03 99

Tabelul 7.11: Emisii în funcţie de tipul căptuşelii canalelor de turnare. Aplicabilitate: In principiu, căptuşelile negudronate ale canalelor de turnare sunt aplicabile atât la instalaţiile noi cât şi la cele existente. Efecte colaterale: Aplicarea acestei măsuri are un efect pozitiv asupra sănătăţii angajaţilor, ei fiind mai puţin expuşi la compuşii periculoşi. Nu sunt cunoscute alte efecte colaterale. Instalaţii de referinţă: Hoogovens Ijmuiden, Olanda - IJmuiden Date operaţionale: La Hoogovens Ijmuiden, căptuşelile negudronate sunt aplicate în mod curent fără probleme şi chiar pot conduce la o îmbunătăţire a rezistenţei căptuşelii canalelor de turnare. Economii: Nu sunt date disponibile. Referinţe din literatură: (InfoMil, 1997)

Chapter 7

Production of Iron and Steel 205

EP.1 Epurarea gazului de furnal Descriere: Gazul de furnal trebuie epurat în scopul de a îndeplini cerinţele gazului de consum. La ieşirea din furnal, gazul de furnal conţine: suspensii, acid cianhidric, amoniac şi compuşi cu sulf (tabelul 7.3 şi tabelul 7.4) Gazul de furnal este epurat în două etape. În prima etapa, particulele cu dimensiuni mai mari sunt reţinute cu ajutorul unui ciclon uscat, sau a unui deflector. Particulele colectate în acest mod au un mare conţinut de fier şi pot fi reciclate în instalaţiile de aglomerare. (Tabelul 7.5) In a doua etapă sunt eliminate, cu ajutorul scruberelor umede, particulele (cu conţinut de oxid de zinc ZnO, carbon C), acidul cianhidric, amoniacul. Se utilizează scrubere special proiectate, tip plasă, Venturi sau cu perforaţii inelare. În instalaţiile moderne, se acordă o atenţie deosebită pierderilor de presiune in sistemul de epurare a gazului pentru că pierderile mari au un efect negativ asupra eficienţei energetice a turbinei pentru recuperarea presiunii gazului de la vârf. (PI.3). De aceea, scopul este de a construi sisteme de epurare a gazului cu pierderi reduse de presiune şi o eficienţă ridicată a epurării. Nivelul de reducere a emisiilor: De obicei, sistemele de epurare a gazului de furnal au eficienţă ridicată, asigurându-se concentraţii ale pulberilor mai mici de 10 mg/m3, dar au fost atinse şi valori de 1 mg/m3. Particulele care nu sunt reţinute în sistemul de epurare sunt emise sau sunt arse la locul combustiei gazului de furnal. Pierderile de presiune în sistemul de epurare depind de tipul echipamentului de epurare utilizat. Pentru sistemele moderne se raportează pierderi de presiune între 0,07-0,14 bar. În sistemele mai vechi, pierderile de presiune sunt de 0,15-0,5 bar. Aplicabilitate: Sistemele de epurare a gazelor se utilizează la furnalele din întreaga lume. La instalaţiile noi se poate aplica un sistem cu pierderi reduse de presiune şi cu un consum redus de apă şi energie. Multe din furnalele vechi sunt echipate cu scrubere depăşite. Aceste scrubere pot asigura atingerea cerinţelor gazului de consum dar cu un consum considerabil de apă şi energie şi având pierderi mari de presiune. Uneori este posibilă înlocuirea acestor scrubere cu sisteme moderne de epurare dar acest lucru trebuie realizat împreună cu aplicarea unei turbine pentru gazul de la vârf. (PI.3), care depinde, printre altele de presiunea de operare. Efecte colaterale: De remarcat că scruberele generează fluxuri de apă reziduală. Consumul brut de apă al furnalelor este 0,1-3,5 m3/t fontă (7.2.2.3.1 şi tabelul 7.1). Materiile prime cu un conţinut ridicat de săruri pot asigura debite mai mari necesare epurării gazului de furnal. Fluxul de apă generat conţine suspensii solide (cu conţinut de carbon şi metale grele ZN, Pb), cianuri şi amoniac. De obicei apele uzate sunt epurate prin intermediul precipitării metalelor grele, rezultând deşeuri solide (nămoluri). Nămolul de furnal conţine concentraţii relativ ridicate de Zn şi Pb (Tabelul 7.6) ceea ce împiedică reciclarea nămolului în procese de producţie. Zincul, în special este o „otravă” în furnal. De aceea, unele furnale folosesc hidrocicloanele pentru a separa fluxul de nămol în două fluxuri: unul cu conţinut scăzut de zinc, care poate fi reciclat în instalaţii de sinterizare, şi altul cu conţinut ridicat de Zn, care poate fi stocat sau depozitat. (EP.4). Instalaţii de referinţă: Epurarea gazului de furnal este larg folosită la furnale din întreaga lume. Date operaţionale: Nu sunt date disponibile. Economii: Nu sunt date disponibile. Referinţe din literatură: (Pazdej, 1995; InfoMil, 1997)

Chapter 7

206 Production of Iron and Steel

EP.2 Desprăfuirea orificiilor de turnare şi a canalelor de turnare Descriere: Fonta brută şi zgură sunt turnate din furnal prin canalele de turnare spre oalele de turnare, respectiv spre unitatea de tratare a zgurii. În timpul turnării/evacuării metalul lichid întră în contact cu oxigenul atmosferic. Urmare a temperaturii ridicate a fierului (1300-1500ºC), acesta reacţionează cu oxigenul, formând oxizii de fier (Fe2O3), aşa-numitul „fum brun”. Zgura nu reacţionează cu oxigenul atmosferic, multe dintre componentele sale fiind deja oxidate. Oricum, oxizii alcalini (Na2O, K2O) se pot vaporiza din zgură, generându-se astfel emisii de particule. În general, pot fi aplicate două tipuri de măsuri pentru a reduce emisiile de pulberi sedimentabile (praf) de la turnare:

1. Acoperirea canalelor de turnare cu un capac (o calotă de închidere) 2. Disiparea oxigenului de la evacuarea metalului topit prin intermediul acoperirii acestuia

cu azot. În acest mod formarea oxizilor de fier este evitată.(EP.3)

Nivelul realizat al emisiilor: În timpul evacuării, sunt generate aproximativ 400-1500 g particule/t fontă brută, în cazul în care nu sunt aplicate măsuri de reducere. Evacuarea aerului de deasupra canalelor de turnare, conduce la generarea unor cantităţi mai mari de particule datorită creşterii disponibilităţii de oxigen. În cazul în care canalele de turnare sunt acoperite cu capace sau particulele sunt evacuate şi epurate, cel mai important parametru este eficienţa evacuării. O atenţie deosebită trebuie acordată acoperirii canalelor de turnare. Acoperirea canalelor trebuie să fie ermetică, în scopul etanşării sistemului. La orificiul de evacuare, este dificilă evacuarea eficientă a pulberilor datorită spaţiului necesar pentru perforatorul orificiului de evacuare şi datorită prezenţei conductei inelare care deserveşte gura de vânt şi înconjoară furnalul la înălţimea etalajului. De obicei este necesar un debit mare pentru evacuarea eficientă a suspensiilor în vecinătatea orificiilor de turnare. Principalele puncte de evacuare în hala de turnare sunt:

- orificiul de turnare - separatorul de zgură - canalul de turnare oblic (încărcarea oalei torpedo).

Debitul specific de gaz evacuat (gaz rezidual) este de 1200-3300 Nm3/t fontă brută. Cu o colectare eficientă şi sisteme de reducere (ex. filtre cu saci) pot fi atinşi factori specifici de emisie mai mici de 10 g/t fontă brută. (InfoMil, 1997). Eficienţa de colectare a pulberilor poate fi mărită la 99% şi eficienţa eliminării prafului cu filtrul cu ţesături poate ajunge de asemenea la 99%. (InfoMil, 1997). Aplicabilitate: Acoperirea canalelor de turnare şi evacuarea şi epurarea ulterioară pot fi aplicate atât la instalaţii noi cât şi existente. Efecte colaterale: Aplicarea evacuării şi epurării gazului consumă cantităţi suplimentare de energie, necesitând exhaustoare puternice. Conform (InfoMil, 1997), pe baza unei producţii anuale de fontă brută de 3 Mt la Furnalul-7 pentru 9640 ore de operare, se poate calcula un consum de energie de aproximativ 0,007 GJ/t fontă brută. Pulberile colectate au un mare conţinut de fier şi pot fi reciclate în instalaţii de sinterizare. Instalaţii de referinţă: Evacuarea şi epurarea gazului: Furnalul – 7, Hoogovens Ijmuiden, Olanda – Ijmuiden Furnalul A, Voest Alpine, Austria – Linz Furnalul Schwelgern, Thyssen AG, Germania - Duisburg Date operaţionale: Tehnologiile descrise sunt aplicate fără probleme semnificative.

Chapter 7

Production of Iron and Steel 207

Informaţii economice: La Hoogovens, investiţiile pentru sistemul cu filtre textile care epurează 690000 Nm3/h au fost cuprinse între 1 şi 2,3 milioane Ecu1996., care include numai echipamentul de filtrare. Proiectul pentru acoperirea canalelor de turnare şi evacuare nu sunt incluse în această sumă. Conform (InfoMil, 1997), pe baza unei producţii anuale de fontă brută de 3 Mt la Furnalul-7, pentru 9640 ore de operare, s-au stabilit costuri operaţionale de 0,5-2,8 Ecu1996/t fontă brută. Costul de instalare la British Steel, Marea Britanie – Scunthorpe (1 milion t fontă /an) , pentru un sistem de desprăfuire pentru o hală de turnare a fost de aproximativ 4,0 M Ecu1997. Costul de instalare pentru un sistem de desprăfuire pentru o hală de turnare la Furnalul A de la Voest Alpine, Austria-Linz V (3 milion t fontă /an), a fost de aproximativ 14,5 M Ecu1996. Costurile operaţionale, fără energie, sunt de aproximativ 0,42 milioane Ecu1996 pe an. Referinţe din literatură: (InfoMil, 1997).

Chapter 7

208 Production of Iron and Steel

EP.3 Suprimarea fumului în timpul turnării Descriere: EP.2 descrie sistemele convenţionale de desprăfuire ale halelor de turnare. Aceste sisteme sunt destul de complexe şi costisitoare. Noile abordări previn reacţia dintre fierul topit şi oxigen cu formarea „fumului brun” (suprimarea fumului). Pentru a realiza acest lucru, întregul traseu de transport al metalului topit, de la orificiile de turnare, prin diferitele puncte de transfer şi distribuţie, la oala torpedo, trebuie să fie închis prin intermediul unor structuri de protecţie atent proiectate. Spaţiul dintre metalul topit şi înveliş trebuie să fie cât mai mic posibil, şi dacă este necesar, „inundat” cu azot (gaz inert). In oţelăriile integrate, se poate folosi în acest scop azotul rezultat prin separarea aerului în fabricile de oxigen. Această metodă nouă elimină instalarea şi operarea unor exhaustoare şi sisteme de filtrare scumpe şi complexe care au fost prealabil necesare, ceea ce conduce la economii semnificative. Costurile reciclării prafului filtrat sunt de asemenea reduse. Este necesar un sistem de exhaustoare la orificiile de turnare. Figura 7.11 prezintă cantitatea de praf generată în timpul încărcării metalului topit, cu şi fără suprimarea prafului. Aceste valori sunt de cca 100 de ori mai mici când se utilizează inertizarea cu azot. .

Figura 7.11: Generarea de praf cu şi fără inertizare cu azot în timpul încărcării metalului topit (la nivelul oalei torpedo) în funcţie de debitul de fontă brută – (de Haas, 1997)

Nivelul realizat al emisiilor: În timpul turnării convenţionale, cantitatea de praf generată este de 0,4 – 1,5 kg/t fontă brută (Tabelul 7.1). Această cantitate este redusă prin suprimarea prafului la cca 0,012 kg/t fontă brută (de Haas, 1997). Figura 7.12 prezintă efectul suprimării prafului în timpul încărcării metalului topit la nivelul oalei torpedo. .

Debitul masic de fonta

Furnalul

Deb

itul m

asic

al

pulb

erilo

r

Chapter 7

Production of Iron and Steel 209

Figura 7.12 : Încărcarea metalului topit în oala torpedo cu suprimarea prafului cu gaz inert - (de Haas, 1997)

Aplicabilitate: aplicabil atât la instalaţii noi cât şi existente. Efecte colaterale: Nu sunt efecte colaterale semnificative comparativ cu sistemele de desprăfuire descrise la capitolul EP.2. Instalaţii de referinţă: La Stahlwerke Bremen, Germania, această tehnică de suprimare a fumului este operaţională din 1991. Date operaţionale: Experienţa în utilizarea suprimării fumului, de la Stahlwerke Bremen, Germania, arată condiţii constante de operare fără probleme semnificative. Aspecte economice: In Figura 7.13 este prezentată o comparaţie între costuri. Noua tehnică de suprimare a fumului este considerabil mai puţin costisitoare. Instalaţia de la Stahlwerke Bremen, Germania cu o producţie de 3 Mt fontă/an a necesitat o investiţie de 6,8 milioane Ecu1996 incluzând suprimarea prafului şi desprăfuirea ulterioară cu filtru cu saci.

Chapter 7

210 Production of Iron and Steel

Figura 7.13 : Instalaţia de la Stahlwerke Bremen, Germania cu o producţie de 3 Mt fontă/an a necesitat o investiţie de 6,8 milioane Ecu1996 incluzând suprimarea prafului şi desprăfuirea ulterioară cu filtru cu saci.

Costurile legate de energie sunt de cca 190000 EURO/an şi costurile de întreţinere sunt de cca 170000 EURO/an . Aceste costuri sunt mult mai scăzute decât în cazul sistemelor convenţionale. Costurile azotului sunt variabile, depinzând de circumstanţe locale. Referinţe din literatură: (Grutzmacher, 1991; de Haas, 1997).

Investitii Energie Intretinere

Desprafuirea conventionala

Proces nou ce evita generarea de pulberi prin inertizarea N2

Chapter 7

Production of Iron and Steel 211

EP.4 Hidrociclonarea nămolului de furnal Descriere: Gazul de la vârful furnalului conţine mari cantităţi de particule (7-40 kg/t fontă brută – Tabelul 7.3). O mare parte a acestor particule sunt eliminate în prima treaptă uscată a sistemului de epurare a gazului de furnal. Această parte conţine, în principal, material grosier cu un conţinut ridicat de fier şi carbon şi este reciclat în instalaţii de sinterizare. Restul de praf (1-10 kg/t fontă brută) este separat din gazul de furnal prin intermediul unui procedeu de spălare. După precipitare, sunt generate cca 3-5 kg nămol/t fontă brută. Acest nămol are un conţinut relativ ridicat de zinc, ceea ce reprezintă un obstacol în reutilizarea acestui nămol în instalaţii de aglomerare. Prin intermediul hidrociclonării nămolului, atât nămolul cu conţinut ridicat de zinc, cât şi cel cu conţinut scăzut de zinc pot fi recuperate din cantitatea totală de nămol. Zincul este, în principal prezent sub formă de oxid de zinc care se regăseşte sub forma particulelor cu dimensiuni foarte mici (Figura 7.2.2.2.2.). Prin hidrociclonare, aceste particule sunt concentrate în evacuarea din parte superioară, dat fiind faptul că fracţiunea săracă în zinc este eliminată din ciclon prin partea inferioară. De menţionat că eficienţa hidrociclonării depinde de caracteristicile nămolului. Nămolul cu conţinut scăzut de zinc, eliminat prin partea inferioară este reutilizat în instalaţii de aglomerare. De subliniat faptul că această reutilizare este influenţată de conţinutul total de zinc la intrarea în furnal (al materiei prime). Nămolul bogat în zinc din partea superioară este stocat în vederea unor posibilităţi oportunităţi de valorificare sau eliminare finală prin depozitare. Probleme suplimentare pot fi ridicate de componenţii radioactivi care rămân, de preferinţă, în fracţiunea rafinată. Nivelul reducerii emisiilor: În tabelul 7.12 sunt prezentate conţinutul de zinc şi plumb.

Generarea

specifică de nămol (kg/t fontă)

Conţinutul de zinc

(%)

Greutatea în varianta uscată

(%)

Epurare

Nămol netratat 1,0-9,7 0,1-2,5 100 Hidrociclonare Evacuarea sup. hidrociclonului 0,2-2,7 1-10 20-40 Stocare în depozite

industriale Evacuarea inf. a hidrociclonului 0,8-7,8 0,2-0,6 60-80

Reciclare în instalaţii de sinterizare

Tabelul 7.12: Exemplu de conţinut de zinc în nămolul de la furnal supus hidrociclonării.

(Pazdej, 1995; InfoMil,1997)

Aplicabilitate: Această tehnologie poate fi aplicată atât la instalaţii noi cât şi la cele existente oricând este aplicată desprăfuirea umedă şi distribuţia granulometrică permite o separare corespunzătoare. Efecte colaterale: O cantitate mică şi necuantificabilă cantitate de energie este consumată pentru operarea cicloanelor. Instalaţii de referinţă: Hoogovens Ijmuiden, Olanda; Thyssen AG, Germania - Duisburg Date operaţionale: Sistemul operează fără probleme.

Chapter 7

212 Production of Iron and Steel

Aspecte economice: (UBA Renz, 1996) raportează costuri ale investiţiei de 2 milioane Ecu1994 pentru o instalaţie în trei trepte, cu o capacitate de 20000 t/an şi costurile de operare sunt de 25 Ecu1996 . Referinţe din literatură: (Pazdej, 1995; UBA Renz, 1996).

Chapter 7

Production of Iron and Steel 213

EP.5 Epurarea şi reutilizarea apei de la spălare Descriere: Gazul de furnal este de obicei epurat în scrubere tip grătar, venturi sau cu orificii inelare. (EP.1). Aceasta generează un flux de apă reziduală care conţine suspensii solide (1-10 kg/t fontă brută) incluzând metale grele, cianuri şi fenoli. Pot fi luate unele măsuri pentru minimizarea descărcărilor în apă şi pentru reducerea consumului de apă. Pentru separarea poluanţilor din gazul de furnal, sunt necesari aproximativ 0,3-4,0 l/Nm3 apă. Aceste cantităţi corespund unor consumuri brute de apă de 0,4-8 m3/t fontă brută. O mare parte a acestor ape pot fi epurate şi reciclate. Epurarea este realizată de obicei în bazine de decantare circulare. Proprietăţile de sedimentare ale nămolului sunt, de multe ori, îmbunătăţite prin utilizarea unor agenţi de floculare (polielectroliţi anionici, amestecuri de polimeri sau acid silicic activat) sau prin nămol de contact. O atenţie deosebită trebuie acordată pH-ului şi durităţii apei. În tabelul 7.13 sunt prezentate date operaţionale de la 7 instalaţii cu nămol de contact din Germania. Inst. Nr.

Debitul gazului de furnal

(103 Nm3/h)

Debitul apei (m3/h)

Conţinutul în suspensii (mg/l)

Agent de floculaţi

e

Conţinut în

nămol al apei

(%)

Consum de energie kWh/ 1000 m3

Inst. Nr.

[103 Nm3/h]

[m3/h] Înaintea

epurării

După epurare

Tip Dozaj (mg/l)

[%] [kWh/1000m3]

1 50 225-375

1000-3000

10-50 Acid silicic activat

5-10 1 50

2 250 1500 500 50 Polimer mixt

0,4 2 250

3 55 500 300-600

20 Acid silicic activat

6 3 55

4 550 50 100-300

20-30 Acid silicic activat

- 4 550

5 225 1100 260 10 Polielectr. anionic

0,13 5 225

6 320 1400 430 13 Polielectr. anionic

0,13 6 320

7 125 800 150 20 Polimer mixt

10 7 125

Tabelul 7.13 : Date operaţionale de la 7 instalaţii cu nămol de contact din Germania pentru epurarea apei de la spălarea gazului de furnal.

În funcţie de condiţiile operaţionale ale furnalului, eliminarea cianurilor este necesară, în mod special în timpul purjării. În acest timp, aceasta este realizată prin adăgarea formaldehidei în circuitul de apă. (Figura 7.14). Din experienţele disponibile reiese că :

- pH-ul optim este 8-9 - nu există reacţii sub pH 7

- gliconitrilul este descompus la pH mai mare de 10 în cianură şi formaldehidă.

Chapter 7

214 Production of Iron and Steel

Blast furnace

Coarse dust separator

Scrubber

Wastewater

Effluent treatment plant Natural water

Hydrogen peroxide solution

Scrubbing water

Formaldehyde solution

Fresh water

Alkali

Sedimentation tank

Monitoring Top gas

Top gas

Scrubbing water circuit

Figura 7.14: Exemplu de proces pentru epurarea cianurilor din circuitul de apă de spălare de la furnale (Theobald,1997)

Nămolul de la precipitarea particulelor fine este relativ bogat în zinc (Tabelul 7.6) şi poate fi epurat prin intermediul hidrociclonării (EP.4). La Hoogovens Ijmuiden, Olanda, urmează să fie implementat un nou concept în epurarea apelor uzate şi va fi operaţional în 1999. El constă în tratarea combinată a apelor uzate de la cocserii, furnale şi de la spălarea fină a instalaţiei de pelete, într-un sistem de nămol activat cu pre-denitrificare şi nitrificare în scopul minimizării consumului chimic de oxigen şi emisiilor de compuşi cu azot. Reducerea nivelului emisiilor: O eficienţă ridicată a epurării apei de spălare poate fi realizată la o evacuare superioară de numai 0,1 m3/t fontă brută. Această apă este eliminată din sistem cu nămolul de furnal şi poate fi ulterior supusă epurării. .

Furnal

Gaz de varf

Separator pulberi

Scruber

Circuitul apei de spalare

Monitorizare

Solutie formaldehida

Gaz de varf Apa de spalare

Apa

Alcali Solutie hidrogen peroxid

Apa uzata

Rezervor sedimentare

Instalatie tratare efluent Apa naturala

Chapter 7

Production of Iron and Steel 215

Indicator UM Valoare medie

UM

Factor de emisie Indicator

Debit (m3/zi)

3387 (m3/t fontă)

0,23 Debit

(Consum ch. de oxigen) CCO

(mg/l) 51 (g/t fontă) 11,7 (Consum ch. de oxigen) CCO

(Cianuri) CN- (mg/l) 0,7 (g/t fontă) 0,06 (Cianuri) CN- N – Kjeldahl (mg/l) 133 (g/t fontă) 30 N – Kjeldahl (Acid sulfh.) H2S (mg/l) 2,2 (g/t fontă) 0,5 (Acid sulfh.)

H2S Suspensii solide (mg/l) 16,1 (g/t fontă) 3,7 Suspensii solide (Zinc) Zn (µg/l) 1051 (mg/t fontă) 242 (Zinc) Zn (Cupru) Cu (µg/l) 12,7 (mg/t fontă) 3,0 (Cupru) Cu (Crom) Cr (µg/l) 33,4 (mg/t fontă) 7,6 (Crom) Cr (Cadmiu) Cd (µg/l) 0 (mg/t fontă) 0 (Cadmiu) Cd (Nichel) Ni (µg/l) 39 (mg/t fontă) 8,9 (Nichel) Ni (Plumb) Pb (µg/l) 89 (mg/t fontă) 18,3 (Plumb) Pb (Mercur) Hg (µg/l) < 0,1 (mg/t fontă) 0,02 (Mercur) Hg (Arsen) As (µg/l) 5,7 (mg/t fontă) 1,3 (Arsen) As (Hidrocarburi polic. aromat.) HPA – EPA

(µg/l) 3,1 (mg/t fontă) 0,71 (Hidrocarburi polic. aromat.) HPA – EPA

Tabelul 7.14 : Exemplu de descărcare de ape uzate din circuitul apei de spălare a gazului de furnal după epurare – (InfoMil, 1997)

Aplicabilitate: Epurarea şi reciclarea apei de spălare pot fi aplicate atât la instalaţii noi cât şi existente. Instalaţiile noi prezintă un avantaj semnificativ, deoarece instalaţia poate fi proiectată cu un circuit eficient al apei. Conţinut de sare al apei de spălare influenţează procentul de reciclare. Este de asemenea posibilă instalarea unui circuit eficient al apei de spălare şi în cazul instalaţiilor mai vechi. Efecte colaterale: Când sunt reciclate cantităţi mari de apă, trebuie utilizat un sistem eficient de epurare a apei. Pe de altă parte, vor apare probleme operaţionale care pot afecta scruberele (ex. colmatarea), pierzându-se astfel din eficienţa acestora. Epurarea şi reciclarea generează nămoluri cu conţinut mare de zinc. Pentru a evita acumularea de minerale/săruri este necesară o evacuare superioară redusă. Reciclarea apei de spălare necesită un consum ridicat de energie (Tabelul 7.12). În plus trebuie luat în considerare şi consumul de agenţi de floculaţie. Instalaţii de referinţă: Krupp Hoesch Stahl, Germania – Dortmund; Hoogovens Ijmuiden, Olanda – IJmuiden. Economii: S-a indicat o investiţie totală pentru epurarea apelor uzate de la furnal la Hoogovens IJmuiden de aproximativ 18 milioane Ecu1996 . Epurarea apelor uzate presupune separarea suspensiilor solide în două trepte şi corectarea pH-ului. Costurile operaţionale nu sunt redate. Referinţe din literatură: (InfoMil, 1997; Theobald, 1997; Theobald, 1998). ]

Chapter 7

216 Production of Iron and Steel

EP.6 Condensarea fumului rezultat la procesarea zgurii Descriere: La procesarea zgurii se produc emisii de H2S şi SO2, după cum s-a menţionat în cap. 7.2.2.1.5. In scopul de a rezolva această problemă, unele instalaţii de granulare folosesc condensarea fumului. (Figura 7.15). Condensatul şi apa de la deshidratarea zgurii sunt puse în circulaţie după răcire.

Figura 7.15 Granularea zgurii de furnal cu condensarea fumului - (Poth, 1985)

Nivelul reducerii emisiilor: Prin condensarea fumului, emisiile de H2S se situează sub 10 g H2S/t fontă brută produsă. Conform Tabelului 7.2, pot fi atinse şi emisii de 1g H2S/t fontă brută. Aplicabilitate: Atât la instalaţiile noi cât şi la cele existente. Efecte colaterale: Răcirea apei necesită cantităţi considerabile de energie. Generarea de energie este de cele mai multe ori legată de emisiile de compuşi cu sulf. În timpul condensării fumului, cantitatea absolută de sulf redus este relativ scăzută şi poate fi comparabilă cu cea emisă pentru generarea de energie. Instalaţii de referinţă: Câteva instalaţii de granulare a zgurii din Germania sunt echipate cu sisteme de condensare a fumului (ex. Thyssen AG, Germania – Duisburg) Economii: Nu există date disponibile. Referinţe din literatură: Nu există date disponibile.

Manson cauciuc

Duze rotative

Intrare zgura (inactiv)

Duze rotative

Iesire zgura (activ)

Duze multiple

Duze pulverizareBazine filtrante OCP

Chapter 7

Production of Iron and Steel 217

7.4 Concluzii Pentru a înţelege acest capitol şi conţinutul său, atenţia cititorului este îndreptată spre introducerea acestui document şi în special la paragraful 5 al acestei introduceri: “Cum să înţelegem şi cum să folosim acest document”. Tehnologiile şi emisiile asociate şi/sau nivelul consumurilor, prezentate în acest capitol au fost stabilite printr-un proces interactiv implicând următoarele etape:

• identificarea problemelor de mediu ale sectorului; pentru furnale acestea sunt : reţinerea gazelor de furnal (BF), tratarea şi utilizarea aburului de la turnare şi problema zgurilor

• examinarea tehnologiilor celor mai relevante legate de acestă problemă • identificarea celor mai bune nivele de performanţă de protecţia mediului, pe baza

datelor disponibile în UE şi în lume • examinarea condiţiilor în care aceste nivele de performanţă au fost realizate ; cum ar fi

costuri, efecte încrucişate, forţe principale de constrângere implicate în implementarea acestor tehnologii

• alegerea celor mai bune tehnologii disponibile (BAT) şi emisiile asociate şi/sau nivelul consumurilor pentru acest sector într-un sens general conform Articolului 2 (11) şi anexa IV a Directivei

Experţi ai Biroului European IPPC şi Grupului Tehnic de Lucru (TWG) au jucat un rol important în fiecare din aceste etape şi în felul în care informaţia este prezentată aici. Bazându-se pe această evaluare în acest capitol sunt prezentate tehnologiile şi pe cât posibil emisia şi nivelul consumurilor asociate cu utilizarea BAT care sunt considerate a fi potrivite pentru acest sector ca un întreg şi în multe cazuri reflectă performanţele actuale ale unor instalaţii în cadrul sectorului. Acolo unde emisiile sau nivelul consumurilor „asociate cu cele mai bune tehnologii disponibile” sunt prezente , aceasta înseamnă că aceste nivele reprezintă nivelele de performanţă ale mediului care pot fi anticipate ca rezultat al aplicării în acest sector a tehnologiilor descrise, fără a uita balanţa costurilor şi avantajele care decurg din definirea BAT. Totuşi acestea nu sunt valori limită ale consumurilor şi nici ale emisiilor şi trebuie înţelese ca atare. În unele cazuri poate fi tehnic posibil să se realizeze valori ale nivelului consumurilor sau emisiilor mai bune dar datorită costurilor şi efectelor încrucişate aceste tehnologii nu sunt considerate ca fiind BAT-uri pentru sector ca un întreg. Totuşi asemenea nivele pot fi considerate justificate în mai cazuri acolo unde există forţe de constrângere. Emisiile şi nivelul consumurilor asociate cu utilizarea BAT trebuie luate în considerare împreună cu orice condiţii specificate de referinţă. Conceptul de “nivele asociate cu BAT” descris mai sus nu trebuie confundat cu termenul “nivel realizabil” folosit în altă parte în acest document . Ori de câte ori nivelul este descris ca “realizabil” utilizând o anume tehnologie sau combinaţii de tehnologii , aceasta înseamnă că ne putem aştepta ca acest nivel să fie atins peste o perioadă importantă de timp într-o instalaţie bine întreţinută sau într-un proces folosind aceste tehnologii. Acolo unde sunt disponibile datele privind costurile, acestea au fost furnizate împreună cu descrierea tehnologiilor prezentate în capitolul anterior. Aceastea dau o indicaţie brută asupra mărimii costurilor implicate. Totuşi costul actual al aplicării unei tehnologii va depinde strict de situaţia specifică la care ne referim, de exemplu, interesează taxe, plăţi şi caracteristicile instalaţiei. Nu este posibil ca în acest document să fie evaluaţi în totalitate acesti factori specifici. În absenţa datelor privind costurile, concluziile asupra viabilităţii economice a tehnologiilor sunt trase din observaţiile asupra instalaţiilor existente. “BAT” din acest capitol pot fi folosite pentru a judeca performanţele actuale ale unei instalaţii deja existentă sau pentru a judeca o propunere pentru o nouă instalaţie şi acest lucru ajută la

Chapter 7

218 Production of Iron and Steel

determinarea BAT potrivită pentru instalaţie. Noua instalaţie poate fi astfel proiectată încât să aibă nivele de perfornanţă identice cu BAT sau chiar mai bune. Se consideră de asemenea că multe instalaţii deja existente pot fi adaptate în timp astfel încât să ajungă la nivele de performanţă egale cu ale BAT-ului sau chiar mai bune. Cu toate că BREF nu stabilesc standarde ele sunt desemnate să ofere statelor membre informaţii pentru conducerea industriei pentru nivelul emisiilor şi a consumurilor ce trebuie realizate când folosim tehnologii specifice. Valorile limită potrivite pentru fiecare caz în parte trebuie să fie determinate ţinând cont de obiectivele Directivei IPPC şi condiţiile locale. Pentru furnale următoarele tehnologii sau combinaţii de tehnologii sunt considerate ca fiind BAT. Ordinea priorităţilor şi alegerea tehnologiilor vor fi diferite în funcţie de condiţiile lor locale. Ori ce alte tehnologii sau combinaţie de tehnologii care ating aceleaşi performanţe sau sunt la fel de eficiente, ori chiar mai eficiente pot fi luate în considerare; astfel de tehnologii pot să nu fie suficient de dezvoltate sau poate fii o tehnologie nou apărută sau deja existentă care nu este menţionată / descrisă în acest document.

9. Recuperarea gazului de furnal 10. Injectarea directă a agenţilor reducători;

De exemplu : injectarea a 180 kg cărbune pulverizat / t fontă este deja realizată dar sunt posibile şi rate de injecţie mai mari 11. Recupereaea energiei din presiunea gazului la vârful furnalului când există premizele 12. Cuptoare calde

a. pot fi realizate concentraţii ale emisiilor de praf < 10 mg/ Nm3 şi de NOX < 350 mg/ Nm3 (la un conţinut de oxigen de 3 %)

b. economii de energie acolo unde proiectul permite 13. Folosirea unor jghiaburi refractare fără gudron 14. Desprăfuirea eficientă a gazului din furnal ;

Este de preferat ca particolele grosiere să fie îndepărtate prin folosirea tehnicilor de separare (deflector de exemplu) şi apoi să fie reutilizate . Particulele fine pot fi îndepărtate prin intermediul :

a. unui scuber sau b. filtru electrostatic umed sau c. ori ce altă tehnică care are eficienţa de reţinere cerută

Concentraţia particolelor reziduale poate fi < 10 mg/ Nm3 15. Desprăfuirea în hala de turnare (orificii de turnare , jghiaburi de scurgere , separatoare

de zgură şi puncte de încărcare a oalei torpedo). Cantitatea de emisii poate fi redusă prin acoperirea jghiaburilor de scurgere şi a evacuărilor prin reducera surselor de emisii menţionate şi prin purificarea acestora folosind filtre electrostatice. Pot fi realizate concentraţii ale emisiilor de praf de 1 – 15 mg/ Nm3. În ceea ce priveşte emisiile rapide acestea pot ajunge până la 5 – 15 g praf / t fontă, de aceea eficienţa reţinerii vaporilor este importantă. Vaporii sub presiune folosind azot (în condiţii speciale, de exemplu, acolo unde plasarea în proiect permite şi unde azotul este disponibil).

16. Tratarea gazelor de furnal prin spălarea cu ape uzate de la scuber. a. Refolosirea pe cât posibil a apei de la scuber b. Coagularea/sedimentarea pulberilor în suspensie (media anuală până la care pot

ajunge pulberile în suspensie este < 20 mg/l, valorile pe o zi pot ajunge la < 50 mg/l)

c. Hidrociclonarea şlamului urmată de refolosirea fracţiunii grosiere când dimensiunea granulelor permite o separare acceptabilă.

9. Diminuarea emisiilor de la tratarea zgurii şi a zgurii depozitată în gropi ecologice. Tratarea zgurii de preferinţă prin granulare acolo unde condiţiile permit Condensarea vaporilor dacă este nevoie de reducerea mirosului. Ori de câte ori se obţine fontă pe cât posibil trebuie evitată răcirea forţată a acesteia cu apă

Chapter 7

Production of Iron and Steel 219

10.Reducerea deşeurilor solide / produs secundar . Următoarele tehnologii pentru deşeurile solide în ordinea descrescătoare a priorităţilor sunt considerate BAT-uri

d. Reduderea de deşeuri solide e. Utilizarea efectivă (reciclare sau refolosire) a deşeurilor solide / produs secundar în

special reciclarea prafului grosier din gazele tratate şi a prafului de la desprăfuitoare, din hala de turnare , completa refolosire a zgurii (de exemplu în industria cimentului sau la construirea drumurilor).

f. Controlarea deşeurilor inerente/produs secundar (fracţiunile fine de şlam din tratarea gazului separate de pietriş)

. In principiu tehnologiile prevăzute de la 1 – 10 sunt aplicabile atât la instalaţii noi cât şi la instalaţii deja existente dacă există premizele.

Chapter 7

220 Production of Iron and Steel

7.5 Tehnologii aparute şi dezvoltări ale viitorului Deşi elaborarea fontei în furnal este procedeul principal de producere a fontei, recent alte câteva procedee de obţinere a fontei brute sau dezvoltat şi una din aceste tehnologii se aplică deja (Corex). Aceasta aşa numită tehnologie de “reducere a operaţiei de topire ” foloseşte drept combustibil principal cărbune în loc de cocs. Unele tehnologi noi înlocuiesc peleţii şi aglomerările cu minereu de fier pulverizat. Dacă aceste tehnologii se vor dovedi a fi fiabile şi dacă se va obţine fontă primară de calitate superioară şi ieftină atunci aspectul producţiei de fontă se va schimba radical. Aceste tehnologi alternative sunt descrise in detaliu in cele ce urmează. Totuşi furnalul este unitatea principală de producere a fontei şi există câteva sute, în funcţiune, în lume.Furnalul are o istorie lungă, iar cele moderne sunt reactoare cu eficienţă sporită. Injecţia de carbon prin intermediul unei guri duze de vânt a revoluţionat aceste tehnologii. Ca un exemplu de posibilă perfecţionare ulterioară poate fi menţionată dezvoltarea tehnologiilor cu oxi-cărbune. Tehnologii superioare cu oxi-cărbune Descriere : Injecţia de cărbune tinde să reducă temperaturile şi dacă ni se iau măsuri pentru contracararea acestui efect eficienţa combustiei scade la creşterea ratei de injecţie. Pentru a menţine condiţiile dorite la utilizarea efectivă a cărbunelui şi înlocuirea cocsului este necesar fie să crească progresiv temperatura în furnal fie să crească nivelul de îmbogăţire a oxigenului în aşa fel încât rata de injecţie să crească. Prin convenţie din considerente economice temperatura în cuptoarele cu regenerator este limitată la aproximativ 1200 0C ceea ce permite injectarea de pâna 150 kg cărbune / t fontă. Pentru a permite mărirea ratei de injecţie a cărbunelui se pot folosi 2 metode :

2. Temperaturi mai ridicate folosind plasmă supraâncălzită. Această metodă este fiabilă din punct de vedere economic numai acolo unde putem dispune de energie electrică ieftină. Testele au fost făcute în Franţa, acolo unde se poate obţine energie electrică ieftină datorită generatoarelor nucleare de energie.

3. Insuflarea suplimentară de oxigen. Oxigenul provenit de la un separator de aer poate fi folosit pentru îmbogăţirea oxigenului insuflat inainte ca acesta să ajungă in furnal, sau poate fi injectat prin gura de vânt împreună cu cărbunele (injecţie de oxi – cărbune.) . Imbogăţirea oxigenului înaintea introducerii în furnal poate crea probleme tehnologice şi de securitate şi de aceea se preferă să se injecteze oxigen la nivelul gurii de vânt.

Realizări importante : Teoretic injecţia de cărbune poate ajunge la 400 kg/t fontă când este insuflat aer îmbogăţit. În acest caz, aerul insuflat ar trebui îmbogăţit cu cel puţin 30% oxigen. Consumul de cocs poate fi redus considerabil până la nivelul de consum normal. Situaţia actuală Au fost făcute teste în furnale şi instalaţii experimentale. Experimentele au ca scop realizarea unor operaţii cât mai stabile în furnal şi o gazeificare suficientă a cărbunelui. Literatura de referinta : [Campbell, 1992 ; Ponghis,1993]

Chapter 7

Production of Iron and Steel 221

Reducera emisiilor de CO din cuptoarele calde cu cameră de combustie internă Descriere : În 7.1.2 sunt descrise cele două proiecte ale cuptoarelor calde (cu cameră de combustie internă sau externă). În cazul camerei de combustie internă apar multe emisii de CO ca rezultat al scăpărilor prin crăpăturile masei refractare. Scăpările par să fie inevitabile şi conduc la emisii de gaze nearse. Este totuşi posibilă reducerea pierderilor prin introducerea de coli de oţel în zidurile refractare în timpul recăptuşirii. Principalele nivele de emisii realizate : Impactul crăpăturilor (emisii mari de CO) poate fi redus semnificativ. Nu sunt încă disponibile măsurători ale emisiilor făcute înainte şi după introducerea colilor de oţel. Situaţia actuală: Aceste măsurători au fost deja introduse intr-o oţelărie integrată în UE. Recuperarea căldurii din zgură Descriere: Zgura lichidă din furnal conţine o cantitate mare de căldură sensibilă. Temperatura ei este de aproximativ 1450 0C şi în furnalele moderne se produc în jur de 250 – 300 kg zgură/ t fontă. Nici unul din sistemele aplicate în lume nu utilizează această sursă potenţială de energie. Aceasta, din cauza dificultăţilor tehnice de a realiza un sistem fiabil, sigur şi eficient din punct de vedere energetic şi care în acelaşi timp să nu influienţeze calitatea zgurii. Recuperarea energiei: Recuperările estimate sunt de aproximativ 0,35 GJ/ t fontă. Situaţia actuală: Au fost făcute teste, dar recuperarea căldurii din zgură probabil nu va fi realizată pe scară largă în viitorul apropiat. Bibliografie: [InfoMil, 1997]

Chapter 8

222 Production of Iron and Steel

8 PROCESUL DE ELABORARE A OŢELULUI ÎN CONVERTIZOR ŞI TURNAREA

Înlocuirea aerului cu oxigenul în tehnologia de elaborare a oţelului în convertizor a fost pentru prima dată sugerată de Henry Bessemer . Din 1950 oxigenul a fost folosit în oţelării, indiferent de specificul metodei de elaborare. Condiţia necesară pentru a folosi la scară industrială elaborarea oţelului în convrtizor (BOF) a fost aceea de a dispune de cantitatea necesară de oxigen tehnic pur ca şi de tehnologia lancei răcite cu apă necesară pentru introducerea oxigenului în convertizor. Pentru prima dată BOF a fost folosită la scară industrială la Linz în 1953 . Procedeul BOF şi furnalele cu arc electric (EAF) au înlocuit celelalte procedee deja existente de elaborare a oţelului care aveau o eficienţă mai mică din punct de vedere energetic cum ar fi procedeul Thomas şi procedeul cu vatră deschisă (Bessemer, Siemens - Martin). În UE ultimile cuptoare Siemens – Martin au fost scoase din producţie în 1993. Procedeul BOF şi furnalele cu arc electric sunt singurele procedee de elaborare a oţelului care sunt folosite în UE. Procedeul BOF este folosit în proporţie de 2/3 din totalul producţiei, iar procedeul EAF în proporţie de 1/3 din totalul producţiei.( vezi de asemenea figura 1.2). Figura 8.1 arată furnalul pe baza de oxigen în momentul încărcării metalului fierbinte

Figura 8.1 Furnalul în momentul încărcării metalului fierbinte

Chapter 8

Production of Iron and Steel 223

8.1 Tehnologii şi procese aplicate Obiectivul urmărit în oţelăriile cu oxigen este de a arde (oxida) impurităţile nedorite conţinute de materiile prime. Principalele elemente care sunt transformate în oxizi sunt: carbon; siliciu; mangan; fosfor şi sulf. Scopul acestor procese de oxidarea este :

- reducerea conţinutului de carbon până la un nivel stabilit (de la aproximativ 4% la mai puţin de 1% sau chiar mai jos)

- reglarea conţinutului de elemente străine dorite - îndepărtarea într-o măsură cât mai mare a impurutăţilor nedorite

Producerea oţelului prin procedeul BOF este un proces discontinuu care implică următoarele etape:

• transferul şi depozitarea metalului cald • pretratarea fontei (desulfurare) • oxidarea în BOF (decarburarea şi oxidarea impurităţilor) • tratare secundară • turnarea (continuă sau / şi în lingouri)

Etapele şi emisiile asociate sunt rezumate în Figura 8.2

Figura 8.2 Etapele fabricării otelului cu indicarea surselor emisiilor în fiecare etapă

Gaz ars Praf colectat Gaz ars

Gaz ars şi trecut prin grătar

Aerare secunda

-ră şi despră-fuirea şlam

Desul-furarea metalu-lui cald

Încărca-rea

metalu-lui cald

cîntărire,reîncăr-care în

oale

Încărca-rea şi turnar

Insufla-re

oxigen

Tratament

secun-dar

Turnare continuă sau t

Îndepă-rtarea zgurii

zgură

Adăugare de deşeuri de fier vechi vechi

Gaz de la convector ( ii

Suspen- sii

Suspen-sii Suspen-

sii

zgură zgură zgură

Agent de desul-furare

Agenti de proces 1 1 O

Desprăfui-rea gazului de convec-tor şi

Hotă de aspiraţie

şi reţine-

rea prafului

Suspen- sii

Aditivi

Chapter 8

224 Production of Iron and Steel

8.1.1 Transferul şi stocarea fontei lichide Alimentarea cu fontă lichidă din furnal a oţelăriei se face folosind vagoane de transfer sau oale de turnare torpedo. Oalele de turnare sunt căptuşite cu cărămizi de corindon , mulit, bauxită sau dolomită şi au un strat intermediar izolator între oţel şi materialul refractar. Oala de turnare torpedo care este în acelaşi timp şi un sistem de amestecare a fontei în majoritatea cazurilor se deplasează pe şine. Recipientul de amestecare este spijinit în ambele părţi şi el se poate roti pentru a-şi goli conţinutul . Oalele de turnare sunt în general proiectate cu capacităţi cuprinse între 100-300 tone, dar pot ajunge până la 400 tone. Oalele de turnare sunt proiectate în aşa fel încât să aibă pierderi de căldură cât mai mici . Deoarece oalele de turnare realizează şi o amestecare a fontei numai este necesar un sistem separat de stocare a fontei. În condiţii normale de utilizare o oală de turnare torpedo poate fi folosită pentru a turna între 150 000 – 400 000 de tone. Procesul de desulfurare care are loc în oala de turnare scurtează ciclul de utilizare a ei între două recăptuşiri şi necesută atenţie mărită la alegerea materialelor refractare. În timpul transportului în oala de turnare deschisă în unele cazuri fonta este stocată în amestecătoare. Acestea sunt rezervoare orizontale rotative căptuşite cu cărămizi refractare. Ele se folosesc pentru compensarea fluctuaţiei de producţie între furnale şi oţelării, pentru a uniformiza compoziţia chimică a fiecărei şarje şi pentru a asigura omogenizarea temperaturilor. Amestecătoarele moderne de fontă au capacităţi de până la 2000 de tone.

8.1.2 Pre-tratarea metalului fierbinte Pretratarea clasică a fontei comportă următoarele etape :

• Desulfurarea • Defosforarea • Desiliconizarea

În Europa în mod obişnuit este folosită numai etapa de desulfurare pentru procesul de elaborare a fontei în convertizor. Defosforarea şi desiliconizarea materiilor prime implică costuri şi procese tehnologice sofisticate care care se pare că nu vor putea fi justificate în viitorul apropiat. Îmbunătăţirea tehnologiei şi reducerea cantităţii de sulf introdusă prin agenţii reducători au dus la scăderea cantităţii de sulf din fonta topită. Astăzi concentraţiile de sulf din fontă (între 0,001-0,02 %) sunt ajustate în instalaţii de desulfurare situate în afara furnalului. Desulfurarea în afara furnalului este benefică şi pentru protecţia mediului. Prin folosirea procesului cu un curent ascendent , ceea ce înseamnă şi reducerea consumului de cocs şi sinter, descreşte cantitatea de zgură, se îmbunătăţeşte calitatea zgurii metalurgice, se prelungeşte viaţa căptuşeli refractare şi se reduce consumul de oxigen. Agenţii de desulfurare folosiţi sunt: carbura de calciu (carbid), sodă caustică (hidroxid de sodiu), sodă calcinată (carbonat de sodiu), calcar (oxid de calciu) şi materiale impregnate cu magneziu. Desulfurarea sodei calcinate este un proces strict direct datorită temperaturii de topire scăzute şi a produşilor uşor mişcibili cu fontă. Extragerea sa presupune găsirea unei îmbuinţări pentru zgura sodică ce rezultă. Cantitatea de sulf din aceste zguri variază între 1-15 % , iar conţinutul de Na2 O variază între 5 – 40 % funcţie de procedeul folosit. Folosirea zgurii sodice nu este practicată datorită alcalinităţii mari a acesteia. Până în prezent nu a fost găsită o metodă eficientă din punct de vedere al costurilor, de reciclare . La descărcare, sulfitul de sodiu se descompune în hidroxid de sodiu şi sulfit acid datorită prezenţei apei. Folosirea sodei calcinate

Chapter 8

Production of Iron and Steel 225

este limitată. Pot fi folosite mici cantităţi de sodă calcinată pentru a limita extinderea în procesul de separare a zgurii. Cea mai răspândită metodă de desulfurare a fontei, în lume şi folosită azi în Europa este cea bazată pe carbura de calciu metodă care a înlocuit procedeele anterioare deoarece ea rezolvă problema pierderilor şi a managementului calităţii aerului. Folosirea unui amestec de carbură de calciu, magneziu şi oxid de calciu permite o desulfurare a fontei până la un nivel < 0,001 % indiferent de conţinutul iniţial de sulf. Dezavantajele constau într-o destul de mică epuizare a agentului de desulfurare şi nevoia ca agenţii de desulfurare să fie intens amestecaţi cu fontă. Un avantaj al acestui proces este acela că se formează la suprafaţă o zgură sfărâmicioasă care poate fi uşor îndepărtată. Folosirea magneziului în amestec cu carbura de calciu este aproape la fel de des utilizată ca şi folosirea numai a carburii de calciu. Alţi agenţi dedesulfurare conţin pulberi de calcar, calcar, în amestec cu gaz natural şi magneziu. Desulfurare se are loc în diferite metode şi sisteme. În variantele cele mai folosite desulfurarea are loc :

• În jghiabul de scurgere a furnalului • În curentul turnării • În oalele de transfer sau • În recipienţi special proiectaţi

Echipamentele de desulfurare cunoscute cuprind: lancea imersată, oala sifon, recipiente care se rotesc şi oscilează şi sistemul de agitare folosit în oala de turnare. Carbura de calciu este folosită în mod obişnuit în combinaţie cu lancea imersată şi metoda cu agitare. Magneziu este adăugat sub formă de pulbere într-un gaz purtător prin intermediul lancei imersate. Procesul dedesulfurare are loc în stadii diferite de tratare. Un exemplu din practică este următorul: Un agent dedesulfurare este insuflat în fontă printr-o lance prin adăugare de azot. Sulful este legat în zgura care pluteşte deasupra fontei. Zgura este apoi îndepărtată într-o instalaţie de turnare a zgurii şi fonta lichidă este turnată din oală în groapa de cântărire. Dacă este necesar, agenţii de proces sunt adăugaţi în aceste gropi. În unele cazuri aici se face o a doua îndepărtare a zgurii folosind raclete de zgură. După cântărire , fonta este încărcată în convertizor

8.1.3 Oxidarea in the convertizor (furnalul pe baza de oxigen) Pentru a realiza obiectivele menţionate mai sus, impurităţile nedorite sunt oxidate şi apoi îndepărtate prin gazele arse sau zgură. În figura 8.3 sunt enumerate procesele de oxidare care au loc în convertizor (furnalul pe baza de oxygen). Împurităţile nedorite sunt îndepărtate odată cu gazul ars sau cu zgura lichidă. Energia necesară pentru a creşte temperatura şi pentru topirea materialelor introduse este suplimentată prin reacţii de oxidare exoterme astfel încât pe de o parte nu este nevoie de nici o sursă suplimentară de căldură, iar pe de altă parte adăugat fier vechi sau minereu brut pentru a echilibra căldura. În unele procedee de elaborare a oţelului în convertizor (furnalul basic cu oxygen) sau în procedee combinate sunt injectate hidrocarburi gazoase (exemplu: gaz natural).

Chapter 8

226 Production of Iron and Steel

Îndepărtarea carbonului [C] +[O] CO (gaz rezidual) [CO] +[O] CO2(gaz rezidual) Oxidarea impurităţilor Desilicifiere [Si] +2[O]+2(CaO) (2CaO*SiO2) Reacţii cu manganul [Mn] +[O]+5[CaO] (MnO) Defosforare 2[P] +5[O] (3CaO*P2O5) Desulfurare [S] +[CaO] (CaS)+[O] Deoxidare Îndepărtarea oxigenului rezidual prin ferosiliciu

[Si] +2[O] (SiO2)

Aluminiu 2[Al] +3[O] (Al2O3) Îndepărtarea carbonului [C] +[O] CO (gaz rezidual) [CO] +[O] CO2(gaz rezidual) Oxidarea impurităţilor

• Notă [ ] dizolvaţi în fontă ( ) conţinuţi în zgură

Figura 8.3 Reacţii chimice care au loc în timpul procesului de oxidare

Elaborarea oţelului în convertizoare (furnale pe baza de oxygen - BOF) este semicontinuă. Un ciclu complet constă din următoarele faze: încărcarea fierului vechi şi a fontei brute topite, insuflarea de oxigen, prelevarea de probe, înregistrarea temperaturii şi turnarea. Într-o oţelărie modernă se produc aproximativ 300 t de oţel într-un ciclu de 30 - 40 minute. În timpul procesului sunt folosiţi aditivi pentru a obţine calitatea dorită a oţelului şi pentru a forma zgura. În timpul încărcării şi al turnării convertizorul este basculat. În timpul sarjarii si evacuarii prin priza, convertizorul este în poziţie verticală. Există câteva tipuri de reactoare folosite în procesele de elaborare a oţelului în convertizor. Tipurile cele mai des utilizate sunt: convertorul LD (Linz-Donawitz) folosit în cazul utlizării fontei brută cu conţinut redus de fosfor; în cazul în care conţinutul de fosfor în fonta brută este ridicat se foseşte un procedeu modificat (procedeul LD /AC = Linz-Donawitz /Arbed-CRM). Convertizorul este un reactor în formă de pară, cu căptuşală refractară în care este imersată o lance pentru insuflarea oxigenului răcită cu apă. Prin această lance oxigenul pur (>99 %) provenit de la o instalaţie de separare a aerului este insuflat în fonta brută lichidă(vezi figura 8.4).

Chapter 8

Production of Iron and Steel 227

Figura 8.4 Capacul convertorului – [Ullmann’s, 1994]

a- lance de introducere a oxigenului; b- capacul convertorului; c- inel de susţinere; d-baza convertorului; e- guri de turnare; f-căptuşală refractară; g-spaţiu cu gaze; h-strat de zgură; i-metal topit Alte tipuri de reactoare pentru elaborarea oţelului sunt: OBM (procesul Oxygen – Bottom - Maxhuette) sau procesul Q BOP şi procesul LWS (Loire-Wendel-Sprunch). Aceste procese sunt diferite faţă de LD- convertizor prin aceea că în loc ca oxigenul să fie insuflat prin partea superioară printr-o lance acesta este insuflat pe la baza furnalului printr-o duză scufundată. (figura 8.5 ) [EC BOF, 1995]

Figura 8.5 Secţiune printr-un convertor OBM– [Ullmann’s, 1994]

Curgerea in timpul insuflarii

hidrocarburi

flux

si

sau

Aer la supra-presiune

Chapter 8

228 Production of Iron and Steel

În aceste convertizoare, este insuflat în topitură pe la bază printr-o diuză răcită cu hidrocarburi. Tehnologiile de insuflare combinată s-au dezvoltat şi ele. Acolo unde este necesar procesul poate fi îmbunătăţit prin “agitare la bază” cu argon gazos (Ar) sau azot (N2) prin cărămizile poroase din căptuşeala de la bază în anumite faze ale procesului. Alternativ diuza de la bază poate fi folosită pentru a insufla oxigen sau alte gaze în timpul procesului. Aceasta produce o circulaţie mai intensă a oţelului topit şi îmbunătăţeşte reacţiile dintre oxigen şi oţelul topit. Cele mai frecvent folosite procedee sunt : procedeul LBE (Lance – Bubbling - Equilibrium) şi procesul TBM (Thyssen-Blowing-Mettalurgy)(Figura 8.6). O versiune specială a procesului KMS(Klockner-Maxhutte-Steel Making) este aceea în care oxigenul este insuflat pe la bază împreună cu calcarul (CaO) şi cu cărbunele.

Figura 8.6 Combinarea tehnologiei de insuflare prin lance şi prin gură de vânt laterală Tabelul 8.1 da o privire de ansamblu asupra nimărului de convertizoare folosite în UE pe tipuri de procese. Este evident că procesul LD este cel dominant. .

Proces Productivitate nominală [1000 t/a]

LD 17 12400 LD cu agitare la bază 44 64960 LBE 22 27550 OBM 5 2780 K-OBM 1 2200 EOF 1 400 LWS 2 2900 Total 92 113210

Tabelul 8.1 Tipuri, numărul şi productivităţile nominale ale furnalelor in baza de oxigen (convertor cu oxigen) folosite în UE

Duza laterala

Lance insuflare la varf

Formare zgura

Hidrocarburi

Aer

si/sau

Chapter 8

Production of Iron and Steel 229

Cantitatea de oxigen consumată depinde de compoziţia fontei fierbinti (de ex. C, Si, P ). Progresul procesului de elaborare a oţelului este evaluat prin luarea de probe de metal topit. În instalaţiile moderne luarea probelor se face fără a întrerupe insuflarea oxigenului folosind o sublance. Aceleaşi rezultate se obţin prin standartizarea procedurilor procesului şi / sau prin folosirea modelării dinamice şi monitorizare. Aceste practici menţin calitatea , productivitatea şi reduc emisiile de praf în timpul basculării convertizorului. Când calitatea oţelului a atins valoarea dorită insuflarea de oxigen este oprită şi oţelul brut este turnat din convertizor în oala de turnare. Oţelul topit este apoi transportat , după tratarea secundară la maşina de turnare . Reacţiile de oxidare sunt exoterme ceea ce ridică temperatura fontei topite. Fierul vechi , minereul de fier şi alţi agenţi de temperare sunt adăugaţi pentru a tempera reacţiile şi pentru a menţine temperatura la aproximativ 1600 – 1650 OC. În mod obişnuit cu aproximaţie 10 - 20 % din încărcătura convertizorului este fier vechi , dar câte o dată sunt folosite numai 40 % din aceste cantităţi. Cantitatea de fier vechi încărcată depinde de pretratamentul la care a fost supusă fonta brută şi de temperatura pe care trebuie să o aibă la turnare oţelul lichid. [UBA Comments 1997]. De asemenea influienţează şi variaţia valorii de pe piaţă a fierului vechi şi specificările făcute pentru oţel. Gazele produse în timpul insuflării oxigenului (gaz de convertizor) conţin cantităţi mari de monoxid de carbon. În multe oţelării au fost luate măsuri pentru recuperarea gazelor de convertizor şi folosirea lor ca surse de energie. Sunt folosite ambele sisteme”combustia deschisă şi combustia suprimată”. În sistemul combustiei deschise aerul este introdus în conducta de gaz a convertizorului şi astfel se face combustia monoxidului de carbon. Căldura generată este recuperată mai târziu într-un boiler. În combustia suprimată o fustă este coborătă peste gura convertizorului în timpul insuflării oxigenului. Astfel oxigenul ambient nu poate pătrunde în conducta de gaz şi astfel este prevenită combustia minoxidului de carbon. Gazul ars bogat în CO poate fi colectat, curăţat şi stocat pentru a fi folosit ulterior drept combustibil . Principalul avantaj al combustiei suprimate este fluxul redus de gaze arse deoarece nu are loc nici o combustie şi de asemenea în acest caz nu se introduc cantităţi suplimentare de azot din aer. Rezultatul este o productivitate mai ridicată din moment ce poate fi crescută viteza de insuflare a oxigenului Procesul de elaborare a oţelului în convertizor generază de asemenea cantităţi considerabile de particole în timpul încărcării fierului vechi şi a fontei , în timpul insuflării şi în timpul turnării zgurii şi a oţelului lichid. Toate oţelăriile integrate în UE au luat măsuri pentru reducerea emisiilor de particole. În timpul procesului de elaborare a oţelului se formează zgura. Controlul zgurii se face în reducerii efective a cantităţii de substanţe nedorite conţinute în fontă şi pentru a obţine zgură de bune calitate care să poată fi folosită ulterior în diverse procese . De obicei zgura este răcită şi sfărâmată, după care fierul metalic este recuperat prin separare magnetică. Proprietăţile tehnice ale zgurii fac ca aceasta să aibă diverse aplicaţii în lucrări hidraulice şi civile [Geiseler, 1991 ; Geiseler, 1992 ]. Datorită stucturii sale zgura are o mare rezistenţă la abraziune şi de aceea este des folosită la construcţia de drumuri [Koller, 1995 ]. De asemenea are şi alte întrebuinţări sau este dispusă în gropi ecologice.

8.1.4 Tratarea secundara Procesul de oxidare în convertizor este de obicei urmat de o post-tratare care comportă un număr de diverse operaţii metalurgice. Cunoscută ca ‘tratare secundară’ această tratare s-a

Chapter 8

230 Production of Iron and Steel

deuvoltat ca răspuns la cerinţele de creştere a calităţii şi a condus la creşterea substanţială a productivităţii prin desfăşurarea procesului de rafinare a şarjei metalurgice în afara convertizorului. Principalele obiective ale tratării secundare sunt :

- Amestecarea şi omogenizarea - Corectarea compoziţiei chimice pentru a se apropia de toleranţe - Corectarea temperaturii în timpul procesului de turnare din aval - Deoxidarea - Îndepărtarea gazelor nedorite cum sunt azotul şi hidrogenul - Îmbunătăţirea purităţii oxizilor prin separarea incliziunilor nemetalice

O privire de ansamblu asupra tratării secundare este dată în figura 8.7. Aceste etape se realizează în oalele de turnare , într-un sistem vidat sau în furnale special proiectate

Figure 8.7: privire de ansamblu asupra operatiilor de tratare secundara

O etapă importantă în tratarea secundară este vidarea. Aceasta serveşte în principal la

îndepărtarea hidrogenului gazos, a oxigenului şi a azotului sau a carbonului rezidual din oţel la un vid de până la 50 Pa. Scopul acestei operaţii este dedecarburare şi eliminarea din oţelul topit a gazelor dizolvate în timpul etapei de insuflare.

Evitarea surplusului de zgura

Amestecarea/Omogenizarea/aditivarea

Injectarea substantelor solide

Tratarea in vid

Incalzirea

Turnarea in oala de protectie/recipientul de turnare

Turnare continua electromagnetica

Insuflare gaz

Priza la baza rola

Adaugare aliaje

Pulbere sirma

Degazificare oala

Oala de furnal

Chapter 8

Production of Iron and Steel 231

În acest fel conţinutul masic de oxigen şi azot poate fi redus până la 0,0002 % şi respectiv 0,005 % prin scăderea presiunii la 10 mbari. Astăzi, vidarea include decarburarea şi deoxidarea oţelurilor nealiate, decarburarea aliajelor cu Cr îndepărtarea sulfului şi de asemenea diverselor alieri, omogenizarea ,conducera temperaturilor şi prevenirea reoxidării . Tratarea prin vidare a dus la obţinerea oţelurilor cu purităţi mai mari, cu conţinut mai mic de gaze ţi cu toleranţe la aliere mai mici. Sunt folosite următoarele metode de vidare:

- Degazare la postul oalei sau în recipiente şi - Degazarea prin recirculare

Dintre acestea degazarea prin recirculare este procedeul cel mai des folosit astăzi deşi degazarea la postul oalei redevine la fel de folosit. În degazarea în oală, oala de turnare conţinând metalul oxidat este plasată într-un container de vidare. Un adaos de energie asigură viteze de reacţie mai mari şi reduce concentraţia finală a constituienţilor nedoriţi din topitură. Această agitare poate fi realizată prin injectarea de argon prin una sau mai multe plăci poroase situate la baza oalei, prin omogenizarea topiturii cu o lance sau printr-un proces de agitare inductiv. Funcţie de fiecare cerinţă în parte, se poate adăuga fier vechi foarte pur, se poate face corectarea temperaturii topiturii sau pot fi introduşi agenţi de aliere pentru a se putea face o ajustare precisă a compoziţiei oţelului. Agenţii de aliere sunt adăugaţi în topitură sub formă solidă, pot fi incluşi într-o sârmă care se desfăşoară de pe un sistem de bobine, sau pot fi injectaţi sub formă de pulbere prin lance. Înainte de sfârşitul procesului de agitare, nivelul oxigenului poate fi determinat cu ajutorul unei probe speciale şi poate fi ajustat prin adăugare de dezoxidanţi. În timpul procesului de agitare amestecul praf / gaz se ridică din oala de turnare şi este aspirat prin intermediul unei hote mobile. În degazarea prin recirculare metalul topit este tratat prin vidare în mod continuu sau în etape. În funcţie de proces se face distincţia între vidarea ascensională (DH) şi vidarea prin recirculare (HR). În vidare o problemă cheie este utilizarea instalaţiei de apă, deoarece vidul este generat prin procedee ce se bazează pe abur şi apă. Sistemele mai mici folosesc pompe cu inel de apă pentru a crea vid, în timp ce o utilizare mai largă o are pompa de vid cu jet de apă în mai multe trepte, putându-se folosi şi o combinaţie a celor două tipuri de pompe. Gazul din camera de vidare este aspirat în apă prin crearea unei subpresiuni generată pe principiul pompei cu jet de apă. Debitul jetului de apă necesar pentru acest proces poate ajunge la aproximativ 5 m3 / tonă oţel lichid. .

8.1.5 Turnarea Odată ce calitatea dorită a oţelului a fost realizată, acesta este transportat într-o oală de turnare la maşinile de turnare. Până acum câţiva ani metoda standard era cea de turnare a oţelului topit în forme de turnare (turnarea în forme sau lingouri) printr-un proces discontinuu. Astăzi metoda aleasă este turnarea continuă, în care oţelul este turnat în fir continuu. .

Chapter 8

232 Production of Iron and Steel

8.1.1.1 Turnarea continua Figura 8.8 arată schema turnării continue .

Figure 8.8 Schema unei instalaţii dotate cu cuptor de reîncălzire şi laminor cu încărcare în stare caldă

Turnarea continuă oferă mai multe avantaje importante:

- economii de energie, reducerea emisiilor şi a consumului de apă ei datorită eliminării laminoarelor de brame şi laminoarelor de ţagle

- îmbunătăţirea condiţiilor de muncă - randamentul înalt , de peste 95 % - productivitate ridicată

De când turnare continuă a fost introdusă pentru prima dată pe scară industrială la sfârsitul anilor “60, ea se ridică la 95,4% din totalul capacităţii de producie de oţel din EU. Aproximativ 75 % din totalul oţelul elaborat acum în lume se toarnă cu metoda turnării continue. În afară de procedeul tradiţional de turnare în lingouri, turnarea continuă a înlocuit operaţia de laminare în blumuri şi brame şi alte semififabricate realizată cu laminoare convenţionale la cald. Astăzi aproape toate mărcile de oţel pentru produse laminate pot fi executată prin procedeul turnării continue, deoarece condiţiile prealabile necesare cum ar fi dezoxidarea şi degazarea ,sunt asigurate prin tratament secundar modern. Există diferite tipuri de maşini de turnare continuă numite după cum urmează : vertical, cu curbare şi îndreptare, arc arc oval, în funcţie de configuraţia acestora. Oţelul lichid se toarnă din convertizor într-o oală, care îl transportă după un tratamentul secundar în aşa nimitul distribuitorul al instalaţiei de turnare continuă (CCM). Acesta reprezintă o oală intermediară cu evacuare controlabilă . Oalele sunt preîncălzite înainte de acceptarea unei încărcături de oţel lichid în scopul evitării temperaturii în distribuitor Cănd oţelul lichid ajunge la temperatura dorită, este turnat în distribuitor. De aici el trece la un cristalizor scurt din cupru răcit cu apă , unde aerul nu prezent şi unde efectuează mişcări de oscilare în sus şi în jos, pentru a preveni lipiriea oţelului în cristalizor. Cristalizorul dă metalului forma dorită. Când metalul părărăseşte cristalizorul, se formează o coajă de oţel şi un mare număr de role de extragere, care ghidează oţelul cu o uşoară curbură

Instalatie turnare continua

Furnal reincalzire Moara rotativa Pat de racire

Chapter 8

Production of Iron and Steel 233

către poziţia orizontală. Aici , bucata turnată fără sfârşit este tăiată în piese cu ajutorul arzător. .Bramele. blumurile şi ţaglele sunt turnate pe acesată cale. În cazul porţiunilor care nu se susţin de la sine firul de turnare încălzit la roşu , cu zona sa superficială solidificată trece printr-un număr de pechi de role antrenate şi neantrenate care susţin învelişul lor împotriva presiuni ferostatice. Deoarece miezul este încă lichid, este stropit atent cu apă şi răcit până la solidificare completă (răcire secundară.). Acest procedeul împiedică formarea fisurilor din zona superficială a firului de tuirnare , care este încă subţiri şi protejează rolele împotriva supraîncălzirii. Elementele de susţinere , transport şi antrenare sunt în mod obişnuit role cu răcire interiorară şi exterioră. În zona de răcire secundară se poate renuţa la răcirea interioară a rolelor de îndată ce temperatura a fost redusă suficient prin stopire cu apă. O serie de lagăre sunt conectate la un sistem automat de lubrefiere. După ce firul de turnare s-a solodificat aceasta poate fi tăiat la dimensiunea dorită cu arzătoare de tăiere care se mişcă cu firul sau cu foarfeci. Procesul rapid de răcire, dă oţelului solid o microstructură favorabilă şi proprietăţi tehnologice bune. Microstructura de solidificare a firului de turnare poate fi influienţată de aerul întâlnit sau apa de răcire. Forma firului este determinată de geometria cristalizatorului. Tipurile de cristalizoare curent utilizate sunt: dreptunghiulare, pătrate, rotunde sau poligonale. Pentru producţia de forme de piese de oţel, este posibil a se utiliza cristalizoare cu secţiune asemănătoare cu o secţiunea transversală a produsului dorit.. Dimensiunile standard în cazul turnării continue variază între 80x80 şi în jur de 310x310 mm, 600 mm (diametru) la ţagle şi 450x650 mm la blumurile turnate , pe când dimensiunile bramelor se ridică la 350 mm în grosime şi 2720 mm în lăţime. Instalaţiile de turnat ţaglele pot să producă câteva fire concomitent (acualmente pâna la 8 fire) , pe când în cazul producţiei de brame acest număr este limitat la 2

8.1.5.2 Turnarea in lingouri La turnarea în lingouri , oţelul lichid este turnat într-o lingotiere. În funcţie de calitatea cerută a sufrafeţei în timpul operaţiei de turnare în lingou se poate adouga un agent de degazare (cum ar fi NaF). După racirea lingourilor se scoat afară din lingotieră şi transportate la laminore. Ulterior, după preîncălzirea lingourilor se laminează sub formă de brane, blumuri, ţagle. În multe locuri turnarea în lingou a fost înlocuită prin turnarea continuă. În viitor se aşteaptă ca turnarea în lingou să fie înlocuită în totalitate cu turnarea continuă excepţie facându-se în cazul în care se necesită o anumită calitate pentru produse, cum ar fi producţia de forjate de dimensiuni mari.

Chapter 8

234 Production of Iron and Steel

8.2 Nivelele de emisii si de consumuri

8.2.1 Bilant fluxurilor masice si de intrare-iesire Figura 8.9 arată bilanţul de intrare şi ieşire a oţelăriei cu insuflare de oxigen. Această schemă poate fi utizată ca o colecţie de date de la o singură oţelărie cu insuflare de oxigen

Basic Oxygen Steel Makingwith Certain Processing Steps

(separate flow sheet)

Energy

Water

Auxiliaries

Kind and quantity [t/a]- desulphurisation additives- alloying additives- fluxes- oxygen- nitrogen- argon

- lubricating oil:

- annual consumption [m 3/a]- own wells/supply [%]- demineralised water [m3/a]

- gas (COG, BF gas, natural) [m 3/a]- electricity [kWh/a]- ethen [m3/a]- steam [t/a]

Wastewater

Solid waste/by product

Off gas/fume

Sources and quant . [conc. and t/a] of dust, org.C, VOC,S02, N0 x, CO, heavy metals, PCDD/F, PAH(if applicable separate sheet)

pig iron pretreatment, primary ventilation,secondary ventilation,

Kind and quantities [t/a]- hot metal treatment dust - course BOF gas dust- fine BOF gas dust - second. BOF gas dust- BOF gas sludge - BOF slag- metallurgy slag - scraps- continuous casting scales - cont . casting sludge

- Sources and quantity (not cooling water) [m 3/a] - and compos. [conc. And kg/a for COD and heavy metals

- direct discharge [yes/no] - cooling water [m3/a] - temperature [ºC] - average - max

Raw materials Products

- capacity of the plant [t/a] - age of the plant [a] - operation time[h/a]

Kind and quantities [t/a] - pig iron - coke - scrap - iron or: - gross metallic charge

Basic oxygen steel making - mass stream overview

Kind and quant . [t/a]- slabs- blooms- billets- ingots- BOF gas- slag:

Waste Heat - sources and quant. [MJ/a]-

General information

- others

- refractories

Figura 8.9 Bilanţ de materiale de la o oţelărie cu insuflare de oxigen

Figura 8.10 prezintă procesul de aliere la elaborarea oţelului în convertizor şi vizualizarea fluxului de materiale

Producerea de otel bazata pe oxigen – debitele masice

Gaz (COG, gaz furnal, natural) (mc/a) Electricitate (kWh/a) Etena (mc/a) Abur altele

Capacitatea instalatiei (t/a) Varsta instalatiei (a) Timpul de operare (h/a)

Consumul anual (mc/a) Puturi proprii/Furnizare (%) Apa demineralizata (mc/a)

Tipul si cantitatea (t/a) -aditivi de desulfurare -adititivi pentru aliaje -fluxuri -oxigen -azot -argon

Tipul si cantitatea (t/a) -fonta -cocs -rebuturi -minereuri de fier -sarja metalica bruta

Sursa si cantitate (MJ/a)

Tip si cantitate (t/a) -brama -lingouri -tagla -tabla foi -gaz furnal -zgura

Sursele si cant. (conc. si t/a) sau pulberi, C org., COV SO2, NOx, CO, metale grele, PCDD/F, PAH (daca se aplica pe foaie separata)

Pretratarea fontei, ventilatie primara, ventilatie secundara

Tipul si cantitatea (t/a) -pulberile din tratarea metalului -pulberile fine din gazul de furnal -namolul gazului de furnal -zgura metalurgica -turnarea continua -materiale rezistente la foc

Pulberile din furnal Zgura din furnal Rebuturi Zgura din turnarea continua

Surse si cantitati (fara apa de racire) (mc/a) -si compusi (kg/a) pentru COD si metale grele -evacuare directa -apa de racire -temperatura (C)- medie, maxima

Apa uzata

Materie prima

Gaz evacuat/fum

Caldura reziduala

Produse

Otelerie bazica pe oxigen Cu anumiti pasi operationali

(diagrama separata a fluxurilor)

Energie

Apa

auxiliare

Informatii generale

Chapter 8

Production of Iron and Steel 235

Öko - Prozeßbeschr eibung - Stahlwerk

General Process LayoutHot metal

emission toair

diffuse emis -sions to air

wastewater + cooling water emissions

water electricity

compressed air

ore - basic oxygen steelmaking -

BOF gas

dust Output

Input additives

steam

recycled materials

slag

Oxygennitrogen,argon

alloying Materials oxygen argon

slabs, billets, blooms

steam

emission toair

slag bed

scrap

emission toair

BOF gas

secundary metallurgy

converter

desulphurisation

room dedusting

continuous casting

Figura 8.10 Procesul general de fabricare a oţelului în convertizor şi cu indicarea fiecărei operaţii şi a fluxurilor de materiale

Diagrama proces general – otelarie bazica pe oxigen

electricitate apa abur

Aer comprimat

Oxigen Azot argon

Aliaje, oxigen argon

zgura

Emisii in aer

Emisii in aer

Emisii difuze in aer

Emisii Apa uzata+apa de racire

abur Tagle, lingouri,Gaz convertor

pulberi

Metal fierbinte

Fier vechi aditivi

Materiale reciclate

Emisii in aer

desprafuitor

minereu

Turnare continuaPat de zgura

Desulfurare

Chapter 8

236 Production of Iron and Steel

Factorii specifici emisiilor si de input pot fi calculate. Valorile pentru acesti factori sunt aratate in tabelul 8.2 de la patru instalatii de fabricare a otelului localizate in patru state membre diferite UE: Input Output Materii prime Produse*3 kg/t LS 1000.0 fonta*1 kg/t LS 820 – 980 brama fier vechi kg/t LS 170 – 255 lingou Minereu de fier kg/t LS 7 – 20 prisma Alte materiale Fe kg/t LS 7 – 10 tabla Cocs kg/t LS 0.02 – 0.48 Var kg/t LS 30 – 55 Energie Dolomit kg/t LS 1.5 – 4 Gaz furnal*4 MJ/t LS (0)-650 – 840 aliaje*2 kg/t LS 3 – 9 Abur*5 MJ/t LS (0)-20 – 270 Emisii din gaz Oxigen m3/t LS 45 – 55 Pulberi g/t LS 15 – 80 Cr*6 g/t LS 0.01 – 0.36 Cu*6 g/t LS 0.01 – 0.04 Energie Pb*6 g/t LS 0.13 – 0.9 Gaz natural MJ/t LS 20 – 55 Mn*6 g/t LS <0.01 – 1.2 Electricitate MJ/t LS 38 – 120 NOx g/t LS 5 – 20 CO g/t LS 1500 – 7960 CO2

*7 kg/t LS 11.2 – 140 Abur MJ/t LS 30 – 140 PAH*8 mg/t LS 0.08 - 0.16 PCDD/F µg I-TEQ/t LS <0.001 – 0.06 Aer comprimat Nm3/t LS 4 – 18 Reziduuri/

Produse secundare

Zgura de desulfurare

kg/t LS 2.2 – 19.2

Apa m3/t LS 0.4 – 5 Zgura furnal kg/t LS 85 – 110 Zgura din

metalurgia secundara

kg/t LS 2 – 16

Evacuari kg/t LS 4 – 5 Pulberi kg/t LS 1.5 – 7 Zgura din turnare

continua kg/t LS 4 – 5

Moara kg/t LS 1.2 – 6 Balast kg/t LS 0.8 - 5 Apa uzata m3/t LS ? Legenda: LS = otel lichid (otel brut) *1 Se poate face distinctie intre continut mare de fosfor (1.5-2.2% P) si continut redus de fosfor in metal (0.08-0.25% P) *2 Aditivi importanti pentru aliaje sunt: Fe-Ti, Fe-W, Fe-Ni, Fe-V, Fe-Si si Fe-Mo *3 Suma produselor (tabla, ligouri, brame) *4 zero in cazul nerecuperarii gazului de furnal *5 Valoare ridicata in cazul ardere nesuprimate si recuperarea caldurii din gazelle de ardere in forma de abur; zero in

cazul recuperarii cantitative a gazului de furnal fara recuperare de caldura (fara generare de abur) *6 Valoare mai mare in cazul desprafuirii insuficiente *7 Valoare mai mare in cazul arderii partiale spre complete a gazului de furnal *8 PAH ca Borneff 6; date disponibile doar din doua instalatii

Tabelul 8.2 Date de input/output pentru instalatiile de otel pe baza de oxygen in pantru state membre UE diferite

Informatii despre determinarea datelor precum metodele de prelevare, metodele de analiza, intervalele de timp, metodele de calcul si conditiile de referinta nu sunt disponibile. Nu sunt disponibile date detaliate de la instalatiile implicate. Datele se refera la 1996. Datele emisiilor reflecta situatia dupa tratare.

Chapter 8

Production of Iron and Steel 237

Tabelul 8.3 completeaza tabelul 8.2 Tabelul 8.2 prezinta factorii de emisie de pulberi in aer (dupa reducere) pentru sursele principale /individuale principale pentru otelarii.

Pulberi [g/t LS]

Operaţie/surse de emisie

n/r X+S Combustie completă *2 13/10-

200 66+78

Combustie parţială fără recuperarea gazului de combustie*3

17/15-190 74+65

Gaz de convertizor

Combustie parţială cu recuperarea gazului de combustie 13/1.5-16 8+4

Desulfurarea fontei lichide *4 26/1-7 Manipularea fontei lichid (turnarea din oală în oală)*5 1-7

Incărcarea în convertizor, basculare, curăţirea de zgură şi operaţii secundare ţn timpul insuflării oxigenului *5

1-30

Tratament secundar *6 0,1-10 Turnarea continuă *5 0,5-4

Alte surse de emisie la convertizor

Suma altor emisii din convertizor*7 20-80 Legendă: LS= oţel lichd (oţel crud) X+ =media valorilorşi deviaţia standard (calculată când datele sunt acceptate n = număr dare; r = rata datelor (minim-maxim); n.r. = nerelevant; n/a=neacceptabil *1 date din (EC Stuz, 1996) excepţii în această îndicaşie

*2 trei convertizoare cu 200 g praf/t LS, cu rezidu <50 praf/t LS

*3 trei convertizoare cu 190 g praf/t LS, un convertizoar cu 140 g praf/t LS, cu rezidu <100 praf/t LS

*4 2 instalaţii cu scubere umede sau cu precipitator electric uscat exceptând cele cu rata de (15 – 20 g praf/t LS); date individuale nu sunt acceptate

*5 individuale nu sunt acceptate

*6 tratamentul secundar comprimă în lingou în lingoul furnalului, în BOF, în alte echipamentede includere, încărcare, şi basculare; cinci uzine BOF

pot raporta ca factori de emisie pentru pulberi valori ăntre 15 – 20 g praf/t LS

*7 datele din (EC Study, 19996) dar corectate din datele (EUROFER BOF, 1997)

Tabelul 8.3: Factori de emisie pentru pulberilor în aer (după reducere) pentru elaborarea oţelului în convertizor *1

Chapter 8

238 Production of Iron and Steel

8.2.2 Informatii despre fluxuri masice de emisii si fluxul de energie Următoarele emisii de gaze arse, deşeurile solide /produse secundare şi apa uzată pot fi identificate în procesul de elaborare a oţelului. 8.2.2.1 Emisii de gaze arse 8.2.2.1.1 Gaze arse primare de la

• pretratarea fontei brute • insuflarea oxigenului şi gazul de BOF (gaz de convertizor) • oale, cuptoare oală, convertizoare si alte echpamente utilizate în

tratarea secundară 8.2.2.1.2 Gaze arse secundare de la :

• transferul şi dezgurificarea fontei lichide • încărcarea convertizorului • turnarea oţelului lichid şi a zgurii din BOF (convertizor ) şi din oale • tratamente secundare şi operaţii de turnare • turnarea continuă

8.2.2.2 Deşeuri solide / produse secundare • desulfurarea zgurii • zgură de convertizor • zgură de la tratamente secundare • materiale expulzate din convertizor • pulberi de la tratarea uscată a gazului în convertizor (unde este aplicat)

şi de la tratatarea altor gazei arse (gazul ars de la desulfurare, de la desprăfuirea secundară a gazului, de la tratarea secundară a oţelului)

• şlam de la tratarea umedă a gazului (unde este aplicată) • zgură de la turnarea continuă • ţunder de la turnarea continuă • deşeuri de zidărie refractară

8.2.2.3 Emisii de apă uzată de la :

• tratarea umedă a gazului BOF • turnarea continuă:

8.2.2.1 Emisii de gaze arse 8.2.2.1.1 Gaze arse primare 8.2.2.1.1.1 Emisii de la pretratarea fontei brute În fiecare din cele 3 stadii ale pretratării fontei brute pot apare emisii de pulberi. Aerul evacuat, generat în procesul de desulfurare separarea ulterioară a zgurii, este încărcat cu particule până la 10000 mg/Nm3 sau 1000 g/t oţel [Koeller, 1995, Ecbof 1995]. Emisiile se pot fi îndepărtate cu ajutorul hotei de aspirare sub formă de pâlnie bine poziţionate şi tratamente ulterioare cu filtru textil sau alt filtru eficient cum ar fi cel electrostatic. 8.2.2.1.1.2 Emisii în timpul insuflării oxigenului şi transformării gazului In timpul insuflării oxigenului şi transformării , gazul este eliberat din convertor. Acest gaz conţine CO şi o mare cantitate de particole (în principal oxizi de metal, incluzând metale grele ), mici cantităţi de oxizi de sulf (SO2) şi oxizi de azot (NOX) . Suplimentar este emisa si o mică cantitate de PCDD/F şi PAH (se vede Tabelul 8.2). În general, pot fi utilizate 2 sisteme pentru recuperarea energetică a gazului din convertizor:

a) Transformare totală / parţială b) Transformare suprimata

Chapter 8

Production of Iron and Steel 239

Aceste tipuri de transformare influenţează emisiile. În sistemului de transformare totală (deschisa), gazul procesat de la furnalul convertizorului este ars în gazul ars.La deschidere între convertirea în furnal şi ventilarea primară, este permisă intrarea aerului ambiental şi astfel are loc combustia parţială sau totală în convertizor. În acest caz gazul procesat conţine 15-20 kg particule /t oţel lichid astfel şi aproximativ 7 kg CO – t LS. Energia este recuperată prin utilizarea căldurii la boilere de incalzire. De notat că aceast sistem de combustie de combustie are un debit mare aproximativ (2000-3000 Nm3 / t LS) comparativ cu combustia suprimată (50 -100 Nm3 / t LS) . Aceasta duce la introducerea aerului în gazul de convertizor. Cînd combustia este suprimată apa răcită este coborîtâ mai jos de gura cristalizatorului . În acest caz, CO de la combustie gazul ars este suprimat şi CO poate fi recuperat. În absenţa N (fără aer) cantităţi mari de oxigen sunt insuflate cu mare viteză şi astfel are loc procesul de reducere. BOF gaz (gazul de convertizor) trebuie să fie clasificate ca şi gaz slabe ca limită calorică şi Wobbe index, dar aparţine grupului gazelor considerate abundente datorită proprietăţilor de combustie (particularităţiile lor ,temperatura de combustie). Compoziţia gazului de convertizor variază cu procesul utilizat, metodele de recuperare şi specificarea volumului de oxigen. (Tabelul 8.4 ) .

Parametru Unitate Valoarea medie1)

Intervalul de variatie

Compozitie

CO H2 CO2 N2 + Ar

[vol.-%] [vol.-%] [vol.-%] [vol.-%]

72.5 3.3 16.2 8.0

55 - 80 2 - 10 10 - 18 8 - 26

Caracteristica Densitate

Valoarea calorifica bruta Valoarea calorifica neta Temperatura teoretica a flacarei

[kg/Nm³] [kJ/Nm³] [kJ/Nm³] [°C]

1.33 9515 9580 20792)

1.32 - 1.38 7100 - 10100

Necesarul specific (umed) [Nm³/Nm³] 1.81 1.34 - 1.90 Cantitatea specifica a gazului de evacuare (umed) [Nm³/Nm³] 2.43 1) Valorile gazului de ardere se refera la conditiile de dupa mentinerea gazului la temperature de of 15º C, la presiunea normala de 60 mbar, nivel barometru 1013 Pa si o umiditate de 100% 2) cu o umiditate totala si 0º C

Tabel 8.4: Compoziţia şi caracteristicile gazului BOF

Figura 8.11 arată conţinutul de CO (parametru utilizat la gazul BOF) în funcţie de timpii de oxidare în cazul combustiei suprimate . Din cauza conţinut scăzut de CO gazul de convertizor generat la începutul şi sfârşitul insuflării oxigenului (câteva minute fiecare) nu este colectat ci ars ca flacără de veghe după desprăfuire. .

Chapter 8

240 Production of Iron and Steel

Figura 8.11 : Colectarea gazului de furnal in cazul arderei suprimate

Particulele sunt îndepărtate din gazul BOF prin intermediul scruberelor venturi sau cu electrofiltre uscate. Când se foloseste combustia reprimată, scrubărul venturii poate realiza concentraţii ale particulelor de 5-10 mg/Nm3 (dar sunt posibile si concentraţii de până la 50 mg/Nm3) în gazul trecut prin grătar. Aceasta corespunde la 1 g/t LS. Conţinut de fier din pulberile recuperate este 42-65%. Pulberile din gazul trecut prin grătar sunt emise în punctul de incineratorul a gazului. Când combustia este completă, emisiile de pulberi din atmosferă au o rată de 25 până la 100 mg/Nm3 după tratare. Ca rezultat al debitului mult mai ridicat de gaze arse la sistemele cu combustie deschise, această valoare corespunde emisiilor de pulberi ce se ridică la 180 g/t LS. Tabelul 8.5 prezintă pe scurt emisiile în aer de la furnalul bazic pe oxigen BOF

Operatie cu facla Colectarea gazului Operatie cu facla

Perioada de suflareIn

cepe

rea

sufla

rii

Fina

lul s

ufla

rii

Monoxidul de carbon

timp

Chapter 8

Production of Iron and Steel 241

Componenta Valoarea de emisie

specifica Unitate

- Arderea completa - Arderea suprimata

2000-3000 50-120

[Nm3/t LS] "

Scurgerea ventilatiei secundare 1300-4800 [Nm3/t LS] Pulberile de la insuflarea oxigentului - netratate - dupa desprafuirea primara (gaz BOF)

15-20 0.5 – 200

[kg/t LS] [g/t LS]

Pulberile din sarjare si priza - nereduse - dupa desprafuirea secundara - neprinse de colector

200-1000 2-60 25-100

[g/t LS] " "

Metale (grele) Al As Cd Cr Cu Fe Hg Mg Mn Pb Zn

0.60 - 0.68 0.00 - 0.02 0.07 - 0.20 0.00 - 0.04 0.04 2.8 – 83 0.00 -0.02 1.45 - 2.40 2.7 – 60 1.5 – 2.9 8.2

[g/t LS] " " " " " " " " " "

Oxizi de sulf (SO2) 0.4 – 5.5 [g/t LS] Oxizi de azot (NOx) 5.0 – 20 [g/t LS] Monoxid de carbon (CO) 7.0 – 16 [kg/t LS] Hidrogen fluorurat* 0.008 - 0.01 [g/t LS] PAH (Borneff 6) 0.08 – 0.16 [mg/t LS] PCDD/F <0.001 – 0.06 [µg I-TEQ/t LS]

Legendă: LS = oţel lichid (brut) • de fiecare dată când se adaugă florură de calciu (Ca F2) ca flux în procesul de desulfurare a

fontei brute, emisiile de floruri pot fi mult mai mari. Tabelul 8.5: Emisii specifice în aerul de la furnalele cu insuflare de oxigen cu combustie suprimată; după reducerea emisiilor, dacă nu sunt alte indicaţii – în [Info Mil, 1997]

De notat diferenţele ce există între combustia suprimată şi combustia completă; unele instalaţii utilizează combustia completă, altele utilizează combustia parţial suprimată şi altele combustia total suprimată a gazului de ardere. In unele cazuri gazul provenit de la convertizor nu este recuperat ci este ars ca flacără de veghe. În prezent, se observă o tendinţă de folosire a combustiei suprimată urmată de recuperarea gazului de convertizor. Această recuperare necesită nişte rezervoare mare de gaz. Gazul recuperat trebuie să fie folosit local. Din cauza absenţei acestor rezervoare mai există încă în UE oţelării care nu folosesc gazul recuperat. O mare importanţă în emisia de particole o are orificiul lancei. Deoarece lancea de insuflare a oxigenului este retractilă , particolele materiale din conducta de gaz ars scapă prin orificiul lancei impurificând atmosfera de la locul de muncă. Folosirea ecranelor de protecţie şi insuflarea de abur sau gaz inert poate evita aceste emisii.

Chapter 8

242 Production of Iron and Steel

8.2.2.1.1.1 Emisii de la oale, oală de furnal, convertizor şi alte echipamente folosite în tratarea secundară

Pulberile eliberate din diverse procese se situează în domeniul 1 – 275 g/t LS [EUROFER BOF, 1997] .Emisiile în aer după tratare se situează în domeniul 0,1 – 10 g/t LS (vezi Tabelul 8.3) La producerea de oţel aliat cu Pb (vezi 1.1.5) apar emisii în timpul adăugării plumbului în oala conţinâd oţel lichid. Gazul rezidual ars rezultat este absorbit şi în mod normal este tratat într-un filtru cu saci special pentru acest gaz rezidual pentru a obţine un conţinut scăzut de praf rezidual (< 5 mg/Nm3). Dar oala nu este nici ea etanşă şi de aceea există emisii fugitive care nu sunt captate dar care pot avea valori considerabile. Nu există informaţii asupra debitului şi emisiilor de Pb.

8.2.2.1.2 Gaze arse secundare Emisiile de gaze arse secundare provin din următoarele operaţii:

• Transferui şi dezgurificarea fontei lichide • Încărcarea BOF (fontă lichidă şi fier vechi) • Turnarea oţelului lichid şi a zgurii din BOF (convertoare) şi oale • Tratare secundară şi operaţii de turnare • Manipularea adausurilor • Turnarea continuă

Emisiile în aer de la toate aceste procese/sursele de emisii sunt rezumate în tabelul 8.3. Emisiile de la turnarea şi încărcarea BOF (convertor) sunt importante şi sunt descrise mai detaliat. Particulele sunt emise atât în timpul încărcării fierului vechi şi fontei cât şi în timpul turnării din BOF. În timpul operaţiilor de încărcare şi turnare convertorul este basculat Un aşa numit sistem de evacuare secundară este adesea instalat pentru a îndepărta emisiile de particule care apar. Sistemul de evacuare secundară se compune de obicei dintr-o hotă chiar deasupra convertorului în poziţie răsturnată şi o cuşcă în jurul celeilalte ¾ rămase a convertizorului. Tratamentul ulterior al gazelor evacuate este de obicei realizat prin intermediul unui filtru textil sau electric. Nu toate pulberile care apar în timpul încărcării şi curgerii prin priza sunt captate de sistemul secundar de evacuare. De aceea o mică cantitate a particulelor sunt emise prin acoperisul halei convertorului (25 – 100 g/t LS). Emisiile actuale depind în principal de eficienţa evacuării şi de secventa de încărcăre a fierului vechi şi a fontei lichide.

Chapter 8

Production of Iron and Steel 243

8.2.2.2 Deşeuri solide/pe produs Producţia de deşeuri solide rezultate de la elaborarea oţelului este prezentată cu cantităţi specifice în Tabelul 8.6 Deseuri solide/produs secundar Cantitatea specifica (interval)

[kg/t LS]

Zgura desulfurare 2 – 25 Zgura BOF 100 – 130 Purjare 4 – 10 Pulberi si namol de la gazul BOF 3 – 12 Pulberi fine si namol de la tratarea

gazului BOF 9 – 15

Pulberile de la desprafuirea secundara 0.2 – 3 Zgura de la metalurgia secundara 2 – 16 Zgura de la turnarea continua 4 – 5 Tunder de la turnare continua 1.2 – 6 Balast 0.8 – 6 Legenda: LS = otel lichid

Tabelul 8.6 Natura şi cantităţi specifice de deşeuri solide / produs rezultate de la elaborarea oţelului – după [EUROFER BOF, 1997; Rentz, 1996] Cifrele din tabelul 8.6 le confirmă pe cele din Tabelul 8.2 preluate de la 4 oţelării integrate în UE. Informaţii asupra compoziţiei deşeurilor solide sau reziduurilor sunt date aici.

8.2.2.2.1 Zgură desulfurată Zgura desulfurată este o zgură eterogenă şi doar partial topită. Compoziţia zgurii de la desulfurare este puternic dependentă de agentul de desulfurare. Compoziţia tipică a zgurii este arătată în Tabelul 8.7 CaO SiO2 Al2O3

MgO Total Fe Metallic Fe MnO P2O5 Cr2O3 Free

CaO S CaO/

SiO2 27.0 18.0 8.0 10.0 20.0 15.0 ≤0.5 ≤0.2 ≤0.1 ≤5 ≤4 1.5

Tabelul 8.7 Compoziţia chimică de la zguri de la fontă desulfurată în [greutate-%] – [Geiseler, 1991]

Conţinutul ridicat de sulf şi proprietăţile mecanice nesatisfăcătoare, nu fac zgura desulfurată ideală pentru reutilizare. Parţial este utilizată pentru construcţia de depozite ecologice ori pentru bariere de izolare fonice. Ea este de asemenea depozitată în depozite permanente. (Figura 8.12).

Chapter 8

244 Production of Iron and Steel

Figura 8.12 Zgură stabilă de la desulfurarea fontei în UE – [EC Study, 1996]

8.2.2.2.2 Zgura BOF Zgura de la elaborarea oţelului reprezintă o mare parte din produsele reziduale. Compoziţia chimică a zgurii depinde de procedeul de lucru. (Tabelul 8.8) Proces LD/AC LD AOD CaO 50.0 50.0 53.0 SiO2 9.0 15.0 28.0 Al2O3 ≤ 2 ≤ 2 3.0 MgO ≤ 3 ≤ 3 5.0 Total Fe 12.0 16.0 ≤ 2 Metallic Fe ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 MnO 2.0 ≤ 4 ≤ 1 P2O5 15.0 ≤ 2 ≤ 0.5 Cr2O3 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 2 Free CaO ≤ 7 ≤ 10 ≤ 5 S - - ≤ 1 CaO/SiO2 4 2.5 1.8 Legendă: LD/AC = Linz-Donawitz/Arbed-CRM proces; LD = Linz-Donawitz proces; AOD = Argon-Oxigen-Decarburizare Tabel 8.8 Compoziţia chimică a zgurii de la BOF în [greutatea-%] - [Geiseler, 1991]

Zgura BOF poate fi reutilizată în procesul de încărcare a fierului vechi. Poate fi utilizată de asemenea în procesul de construcţii de drumuri. Calcarul din zgura fosfată (de la procesul LD/AC sau OBM ) este utilizată în totalitate pentru producţia de îngrăşăminte. Zgura BOF este în mod normal utilizată în construcţii civile şi hidrotehnice, construcţii de drumuri şi industria cimentului. De aceea conţinutul liber de CaO mare trebuie luat în considerare. . Cu toate acestea, în EU un procent considerabil de zgură de BOF este depozitat în gropi ecologice.

37%

1%21%

41%

plant site recyclingexternal usesoldlandfilled

28%

26%20%

26%

in site recyclingexternal usesold as suchlandfilled

Chapter 8

Production of Iron and Steel 245

Figura 8.13 Modul de utilizare a zgurii de la BOF în EU– [EC Study, 1996]

8.2.2.2.3 Material expulzat din convertizor Material expulzat din convertizor este reciclat spre fluxul de aglomerare.

8.2.2.2.4 Pulberi grosiere de la tratarea gazului de convertizor Din gazul de convertizor se separă, în cazul tratării uscate a gazului pulberi grosiere sau şlam în cazul tratării umede . (de ex.. în scrubere venturi). Compoziţia pulberii grosiere poate fi văzută în Tabelul 8.9 în comparaţie cu compoziţia pulberilor fine. Compoziţia şlamurilor grosiere este asemănătoare cu cea a şlamurilor fine. Parametru Pulberi grosiere Pulberi fine Total Fe 30 – 85 54 – 70 Metalic Fe 72 20 CaO 8 – 21 3 – 11 Zn 0.01 – 0.4 1.4 – 3.2 Pb 0.01 – 0.04 0.2 – 1.0 S 0.02 – 0.06 0.07 – 0.12 C 1.4 0.7

Tabelul 8.9 : Compoziţia pulberilor fine şi grosiere [greutate - % ]-[ Harp, 1990; IISI, 1987; date de la o oţelărie integrată din UE]

Pulberile grosiere după o retratare sunt returnate în procesul de elaborare a OL sau reciclate înspre fluxul de aglomerare.. În UE, numai o mică parte a particolelor pot fi aşezate în gropi ecologice

Figura 8.14 : Modul de utilizare a prafului de la tratarea uscată a gazului de convertizor – [EC Study, 1996]

sold0.3%

in plant recycled55%

external use33%

landfilled12%

Chapter 8

246 Production of Iron and Steel

8.2.2.2.5 Pulberi fine şi şlam de la tratarea gazului de convertor Tabelul 8.9 indică faptul că aceste pulberi fine în comparaţie cu pulberile grosiere, conţin cantităţi semnificativ mai mari de Zn şi Pb. Principala sursă pentru aceste metale grele este încărcatura de fier vechi din convertizor. În câteva cazuri este posibil să se ţină sub control cantităţile de Pb şi Zn aduse cu fierul vechi.. Procedând astfel se reduce conţinutul de Zn la mai puţin de 1% care este este în acort cu obiectivul urmărit. Pulberile fine şi şlam, deoarece au conţinutul de Zn adesea nu pot fi reciclate dar pot fii depozitate în gropi ecologice. Figura 8.15: Modul de utilizare a şlamului de la tratarea umedă a gazului convertizor în UE – [EC Study, 1996]

Această figură arată şlamul fin obţinut prin tratare secundară cu scubere venturi sau prin desprăfuirea umedă electrostatică.

8.2.2.2.6 Zgura şi ţunderul provenit de la turnarea continuă Aceste produse secundare sunt în mod normal reciclate spre fluxul de aglomerare.

8.2.2.2.7 Deşeurile de balast Nu se dispune de informaţii reprezentative despre soarta acestor deşeuri / produse secundare solide. În unele oţelării sunt reciclate parţial spre convertizor sau refolosite la producerea de material refractor nou. În alte cazuri se depozitează în gropi ecologice

8.2.2.3 Evacuările de ape uzate Sursele semnificative de ape uzate sunt următoarele: - apa de scruber de la tratarea gazelor de convertizor - apa din răcirea directă folosită în turnarea continuă În afară de aceasta, apa de răcire derivă în principal de la răcirea convertizorului şi turnarea continuă sau în lingouri.

in-plant recycled

51%

external use7%

landfilled42%

Chapter 8

Production of Iron and Steel 247

8.2.2.3.1 Apa uzată de la tratarea gazului de convertizor Gazul de convertizor este tratat fie în stare umedă, fie în stare uscată. În cazul epurării umede se produce apă uzată care după tratare este în mod normal reciclată. Această tratare este adesea efectuată în două etape: separarea particulelor grobe (mărimea particulelor > 200 µm) urmată de sedimentare în rezervoare circulare de sedimentare. Se adaugă agenţi de floculare pentru îmbunătăţirea sedimentării. Nămolul este deshidratat prin intermediul filtrelor rotative sub vid, filtrelor presă sau centrifugelor. Nu se dispune de date despre debitul şi calitatea apei uzate tratate evacuate din circuit (surplusul).

8.2.2.3.2 Ape uzate de la producerea vidului Debitul specific de ape uzate provenite de la producerea vidului este de circa 5 m3/t oţel lichid (vezi 8.1.4).

8.2.2.3.3 Ape uzate de la turnarea continuă Emisiile care ajung în apă provenite de la instalaţiile de turnare continuă sunt generate de către sistemul de răcire directă. Acesta este folosit pentru răcirea directă a bramelor, blumurilor, ţaglelor şi a maşinilor. Apa evacuată este contaminată cu oxizi metalici şi hidrocarburi (ulei). Această apă este foarte frecvent tratată împreună cu apa uzată de la laminoare. Nu se dispune de date reprezentative privitoare la debite şi calitate.

8.2.2.4 Consumul de energie

8.2.2.4.1 Converizorul (BOF) În convertizor se consumă combustibil pentru preîncălzirea şi uscarea lui după refacerea căptuşelii şi reparaţie. Consumul energetic totalizează aproximativ 0,051 GJ/t oţel lichid. Consumul de electricitate este estimat la 23 kWh/t oţel lichid sau 0,08 GJ/t oţel lichid. Această cifră cuprinde producerea oxigenului şi exploatarea convertorului. Gazul de proces de la convertizor conţine cantităţi mari de monoxid de carbon (CO) şi este fierbinte. Dacă energia din gazul de convertizor este recuperată (recuperarea căldurii disipate şi/sau a gazului de convertizor) convertizorul devine un producător net de energie. Într-o instalaţie modernă gradul de recuperare a energiei poate fi nu mai mic de 0,7 GJ/t oţel lichid. .

8.2.2.4.2 Turnarea continuă Consumul de combustibil pentru preîncălzirea oalei care conţine oţel lichid este estimat la 0,02 GJ/t oţel lichid. Consumul de electricitate al instalaţiilor de turnare continuă este estimat la 0,04 GJ/t oţel lichid [InfoMil, 1997].

Chapter 8

248 Production of Iron and Steel

8.3 Tehnici de luat în considerare la determinarea celor mai bune tehnici disponibile

Măsuri integrate în proces PI.1 Recuperarea energiei din gazele de convertizor PI.2 Reducerea conţinutului de zinc din firerul vechi PI.3 Prelevarea de probe direct din flux (continuă) şi analiza oţelului Tehnici de aplicat la capătul fluxului tehnologic EP.1 Desprăfuirea primară EP.2 Îndepărtarea partiulelor de la tratarea fontei brute EP.3 Desprăfuirea secundară EP.4 Brichetarea la cald a prafului şi reciclarea acstuia EP.5 Tratarea apelor uzate de desprăfuirea umedă EP.6 Tratarea apelor uzate de la turnarea continuă

Chapter 8

Production of Iron and Steel 249

PI.1 Recuperarea energiei din gazul de convertizare Descriere: Această măsură implică utilizarea eficientă atât a căldurii sensibile cât şi a energiei chimice din gazul de convertizor. Pe vremuri cea mai mare parte a energiei chimice era disipată prin ardere ca flacară de veghe. Gazul de convertizor produs în timpul insuflării oxigenului părăseşte convertizorul prin gura convertizorului şi ulterior este captat de ventilaţia secundară. Acest gaz are o temperatură de aproximativ 1200ºC şi un debit de aproximativ 50-100 Nm3/t oţel. Gazul conţine aproximativ 70-80% monoxid de carbon (CO) la părăsirea convertizorului şi are putere calorifică de aproximativ 8,8 MJ/Nm3

În general pentru recuperarea energiei din gazul de convertizor pot fi folosite două sisteme: 1. Combustia gazului de convertizor în conducta de evacuare a gazului de convertizor urmată de recuperarea căldurii sensibile într-un cazan recuperator; Acest gaz de convertizor poate fi ars prin permiterea intrării aerului ambiental în conducta d eevacuare a gazului din sistemul de ventilaţie primară. Astfel căldura sensibilă şi fluxul total de gaz din sistemul primar de ventilaţie creşte şi în cazanul recuperator se poate produce mai mult abur. Cantitatea de aer amestecată cu gazul de convertizor determină cantitatea de abur generat. Într-un ciclu complet de elaborare a oţelului (aprox. 30-40 minute) insuflarea oxigenului durează aproximativ 15 minute. Producerea aburului care depinde direct de insuflarea oxigenului este, de aceea, discontinuă. 2. Suprimarea combustiei gazului de convertizor şi depozitarea gazului de convertizor într-un gazometru pentru utilizare ulterioară. Combustia gazului de convertizor în sistemul primar de ventilaţie poate fi suprimată prin evitarea alimentării sistemului cu aer atmosferic. Acest lucru este realizat de obicei prin coborârea unei fuste retractile răcite cu apă deasupra gurii convertizorului. În acest fel monoxidul de carbon este reţinut şi gazul de convertizor poate fi folosit drept sursă de energie pe alte amplasamente. Gazul este epurat pentru a satisface cerinţele gazului de reţea şi poate fi stocat într-un gazometru. Poate fi instalat un cazan recuperator pentru a recupera căldura sensibilă înmagazinată în gazul de convertizor nears. Ar trebui să se remarce faptul că gazul de convertizor nu este colectat nici la începutul şi nici la sfârşitul insuflării, din cauza conţinutului său scăzut de CO. În cursul acestor perioade, care durează câteva minute, este ars ca flacără de veghe (vezi figura 8.11). Actualmente există o tendinţă către combustia suprimată urmată de recuperarea gazului de convertizor. Există două motive principale pentru acest fapt:

- Combustia suprimată reduce cantitatea de gaze arse şi astfel reduce costul ventilatoarelor şi al desprăfuirii. Debitul redus de gaz rezidual în cazul combustiei suprimate are ca rezultat un gaz brut cu o concentraţie masică mai mare. Astfel pentru un gaz cu grad de epurare identic ca şi concentraţie în praf trebuie să se folosească un sistem de recuperare a prafului mai eficient (vezi şi EP.1).

- De la sistemele de combustie completă se obţin cantităţi mari de abur. Cu toate acestea, din cauză că aburul este produs discontinuu nu poate fi întotdeauna utilizat la întreaga capacitate. Utilizarea gazului de convertizor recuperat este mult mai flexibilă. Utilizarea gazului de convertizor în combinaţie cu gazul de furnal şi cel de cocserie în calitate de produs de cuptor gazos trifazic aduce cu sine avantaje substanţiale dacă permite înlocuirea unor cantităţi considerabile de energie cumpărată din exterior, cum ar fi gazul natural. La unele instalaţii, gazul de convertizor este folosit în principal la îmbunătăţirea gazului de furnal [Joksch, 1995]. Gazul de cocserie şi gazul natural sunt amestecate doar în staţii de amestecare cu prioritate de gradul doi şi trei (control în cascadă) [Joksch, 1995].

Tabelul 8.10 arată beneficiile şi dezavantajele combustiei suprimate construita pentru rapoarte aer/combustibil mai mici de 0,1.

Chapter 8

250 Production of Iron and Steel

Avantaje Dezavantaje Rata de reducere a fluxului volumic de

deseuri Dimensiuni mai mari a componentelor

cu continut de gaz pentru a realiza o viteza mai uniforma in hote

Consumul redus de energie din suflanta gazului residual

Cerintele pentru apa redusa in racirea gazelor de evacuare

Constructia sistemelor de recuperare a pulberilor pentru rate volumice de gaze evacuate mai mici

Posibilitatea utilizarii gazelor evacuate Reducerea gazului evacuate din

conditiile de topire efeverscenta a capacelor de etansare de diferite tipuri de constructie

Tehnologia complexa a echipamentului

referitoare la standardele de siguranta Necesarul de componente aditionale Masuri aditionale de siguranta in

proiectare

Tabelul 8.1 : Avantajele si dezavantajele arderii suprimate, considerand in special utilizarea gazului BOF – [EUROFER BOF, 1997]

Compoziţia gazului de convertizor, în cazul combustiei suprimate, este arătată în tabelul 8.5. Dacă se aplică combustia completă conţinutul de CO este mult mai scăzut iar conţinutul de CO2 este corespunzător mai ridicat. Principalele căi de economisire a energiei: În tabelul 8.11 sunt date exemple în cazul generării aburului în cazane recuperatoare la oţelării cu convertizor de la Thyssen Stahl AG, Germania

Chapter 8

Production of Iron and Steel 251

Gradul de recuperare a energiei dintr-un sistem cu combustie completă echipat cu cazan recuperator este de 80% din căldura totală produsă. Dacă se aplică combustia suprimată, în cazanul recuperator se recuperează doar 10 – 30% (0,1 – 0,3 GJ/t oţel lichid) din energia totală produsă [Joksch, 1995]. Când gazul de convertizor este recuperat, alte 50 – 90% sunt recuperate sub formă de energie chimică (CO) conţinută în gazul de convertizor, în funcţie de factorul de introducere a aerului. Dacă se arde gazul ca flacără de veghe această energie se pierde. Gradul de recuperare a energiei la aplicarea combustiei suprimate, gradul de recuperare a gazului de convertizor şi un cazan recuperator pentru utilizarea căldurii sensibile pot fi nu mai mici de 90% [Arimitsu, 1995;Joksch, 1995]. Când gazul de convertizor este recuperat economiile de energie se ridică la 0,6 – 1,0 GJ/t oţel lichid, în comparaţie cu arderea ca flacără de veghe. Sistemul OG fără scurgeri, care a fost dezvoltat de Nippon Steel Corporation, duce la o economie de energie de 0,98 – 1,08 GJ/t oţel lichid şi o producţie mărită de oţel lichid de 0,4%, în comparaţie cu arderea ca flacără de veghe. Aplicabilitate: La instalaţii noi şi existente se poate aplica atât recuperarea căldurii cât şi recuperarea gazului. Efecte colaterale: recuperarea gazului de convertizor necesită epurarea adecvată a gazului brut în scopul îndeplinirii cerinţelor de gaz de consum. La aplicarea compbustiei complete se emit gaze arse în atmosferă. Cerinţele pentru emisii atmosferice sunt de regulă mai puţin stricte decât cerinţele pentru gazul de consum. Totalul emisiilor atmosferice se reduc în cazul aplicării combustiei suprimate. În plus, debitul de gaze arse (mult) mai mare din combustia completă implică o reţinere a particulelor mai scumpă şi relativ mai puţin eficientă. Recuperarea energiei poate avea drept rezultat economii la sursele nerecuperabile de energie. Recuperarea gazului de convertizor este potenţial periculoasă şi necesită precauţii mai stricte privind securitatea muncii (explozii, scurgeri de monoxid de carbon). Instalaţii de referinţă: Recuperarea energiei cu ajutorul sistemelor de combustie completă sau suprimată are aplicabilitate largă la oţelăriile cu convertizor de pe tot globul. Există o tendinţă către sistemele cu combustie suprimată, în principal din cauza avantajelor logistice în comparaţie cu sistemele de combustie completă. Date de exploatare: nu se dispune Informaţii economice: Investiţiile estimate pentru ssitemele cu combustie suprimată erau între 5 şi 25 Ecu (1996)/GJ. Perioada de amortizare poate fi de un an în funcţie de circumstanţele locale. Literatură de referinţă: [Arimitsu, 1995;Joksch, 1995;InfoMil, 1997]

Chapter 8

252 Production of Iron and Steel

PI.2 Scăderea conţinutului de zinc din fierul vechi Descriere: un conţinut ridicat de zinc în furnal are un efect nefavorabil asupra funcţionării corecte. Prin urmare, reciclarea de material cu conţinut ridicat de zinc este restrânsă. Prafurile şi nămolurile colectate de la dispozitivul de desprăfuire a gazului de convertizor conţin cantităţi relaiv ridicate de metale grele, în special zinc (Zn) (vezi tabelul 8.9). Acest zinc provine în principal din fierul vechi încărcat în convertizor. Emisiile de zinc pot fluctua puternic de la şarjă la şarjă, în funcţie de tipul de fier vechi încărcat şi de condiţiile de insuflare. Aceeaşi problemă, dar într-o măsură mai mică, se întâlneşte la plumb (Pb) şi cadmiu (Cd). Pentru a satisface cerinţele de reciclare a prafului se poate utiliza fier vechi cu conţinut scăzut de Zn. Acest lucru exclude utilizarea fierului vechi care conţine produse galvanizate. Principalele căi de reducere a emsiilor: La unele instalaţii se practică o politică strictă la utilizarea de fier vechi cu conţinut de Zn. Nămolul de la desprăfuirea gazului de convertizor are un conţinut de Zn de aproximativ 0,1 – 0,3% care permite o reciclare de 100% a parafului în aglomerator. Aplicabilitate: Aplicarea este posibilă atât la instalaţii noi cât şi la cele existente. Totuşi, această măsură depinde puternic de disponibilitatea fierului vechi care este sărac în Zn, Pb şi Cd şi mecanismul economic al utilizării acestui tip de fier vechi. De aceea nu este aplicabilă în toate cazurile. Efecte colaterale: Această soluţie ar trebui să considerată drept soluţie locală. Efectul global este probabil zero, pentru că în toată lumea se produc mari cantităţi de oţel galvanizat care vor duce la generarea de nămoluri cu un conţinut relativ ridicat de Zn când oţelul va deveni diponibil ca fier vechi în procesul de elaborare a oţelului. La majoritatea convertizoarelor zincul este în principal emis de la convertizor în primele minute de insuflare a oxigenului. Instalaţii de referinţă: Hoogovens Ijmuiden, NL-Ijmuiden şi British Steel, UK-Scunthorpe, Sidmar, B-Gent. Date de exploatare: funcţionează fără probleme Informaţii economice: Fierul vechi cu conţinut scăzut de Zn este mai scump şi sporeşte preţul pe tona de oţel lichid produs. Se preconizează că fierul vechi cu conţinut scăzut de Zn va deveni din ce în ce mai greu de obţinut. Pe de altă parte, utilizarea de fier vechi cu conţinut scăzut de Zn permite reciclarea şlamurilor şi prafurilor de la epurarea gazului de convertizor. Literatură de referinţă: [Deckers, 1995; Pazdej, 1995; InfoMil, 1997]

Chapter 8

Production of Iron and Steel 253

PI.3 Prelevarea continuă a probelor şi analiza oţelului Descriere: Elaborarea oţelului în convertizor este un proces discontinuu. Fiecare încărcătură de fontă lichidă trebuie să fie rafinată până când se atinge calitatea dorită a oţelului. Pentru a monitoriza evoluţia sunt prelevate probe din baia de oţel pentru analize. Rezultatul analizelor este folosit pentru a determina timpul suplimentar de insuflare a oxigenului necesar pentru atingerea calităţii dorite a oţelul. Ultimele sisteme de modelare a dinamicii şi monitorizare ating o precizie care face nenecesară luarea de probe în timpul insuflării. În timpul perioadei de turnare se ia o probă de control. Această tehnică reduce la zero emisiile din timpul prelevării probelor. Se obişnuia să fie nevoie ca insuflarea oxigenului să fie întreruptă şi să se basculeze convertizorul în scopul luării de probe. Acesta era un proces consumator de timp şi sporea emisiile de la convertizor. Într-o instalaţie modernă probele sunt luate continuu în cursul insuflării oxigenului cu ajutorul unei lănci submersibile. Acest lucru face ca procesul de rafinare să poată continua în timp ce sunt analizate probele. Astfel se scurtează cicli de producţie şi sporeşte productivitatea. Emisiile sunt mai scăzute în comparaţie cu metoda anterioară de luare a probelor şi în acelaşi timp poziţia convertizorului rămâne neschimbată. Principalele realizări: Timpul de producţie per şarjă este redus, aşa că productivitatea este mărită. Emisiile atmosferice sunt reduse întrucât nu este nevoie să se basculeze convertizorul. Aplicabilitate: se poate aplica la toate instalaţiile noi. Instalaţiile existente necesită o reechipare pentru instalarea acestui sistem de prelevat probe. Efecte colaterale: nu se cunosc Instalaţii de referinţă: Instalaţiile moderne aplică luarea continuă a probelor; modelarea dinamică se aplică la Sidmar, B-Gent. Date de exploatare: nu se dispune Informaţii economice: costurile sunt probabil reduse ca rezultat al productivităţii mai ridicate Literatură de referinţă: [InfoMil, 1997]

Chapter 8

254 Production of Iron and Steel

EP.1 Desprăfuirea primară Descriere: În cursul insuflării oxigenului, se generează gaz de convertizor. Acest gaz este încărcat cu o mare cantitate de particule. Când acest gaz este recuperat pentru utilizare drept combustibil (vezi PI.1), gazul trebuie să îndeplinească anumite cerinţe. Când gazul de convertizor este ars în conducta de evacuare a gazelor arse, sunt emise gaze arse şi trebuie să îndeplinească cerinţele locale privind emisiile. În zilele noastre majoritatea instalaţiilor recuperează gazul de convertizor ca şi combustibil. Sistemele cu combustie completă introduc aer ambiental în sistemul primar de ventilaţie pentru arderea gazului de convertizor. Aceasta duce la un debit mare de gaze arse (2000 – 3000 Nm3/t oţel lichid); sistemele cu combustie suprimată generează doar gaz de convertizor (50 – 100 Nm3/t oţel lichid) (vezi tabelul 8.5). Acest lucru are ca rezultat diferenţe semnficative în dimensiunile instalaţiilor primare dedesprăfuire. Debitul redus de gaz rezidual care carecterizează metoda de combustie suprimată are ca rezultat o concentraţie masică de gaz brut mai mare, astfel că eficienţa sistemului de recuperare a prafului trebuie să fie mai mare pentru o încărcătură cu praf identică a gazului epurat. Din punct de vedere al recuperării prafului, prin urmare, principiul de combustie suprimată permite utilizarea sistemelor de desprăfuire destinate pentru debite volumetrice mai reduse care cu toate acestea trebuie să atingă grade de recuperare a prafului mai mari. Desprăfuirea primară este de regulă efectuată cu scrubere venturi (aprox. 90% din instalaţii) sau filtre elctrostatice uscate. Înainte de venturi sau filtru electrostatic, particulele grosiere sunt de regulă îndepărtate cu ajutorul unui deflector, etc. Ar trebui să se acorde o atenţie deosebită emisiei de particule prin orificiul lancei de oxigen. Emisiile de la acest orificiu pot fi nu mai mici de 50g/t oţel lichid. Emisiile pot fi reţinute prin intermediul unei „pietre de moară” mobile care acoperă orificiul în timpul insuflării oxigenului şi/sau insuflării de gaz inert (N2/CO2) sau abur în orificiul lăncii pentru disiparea particulelor. Alte modele de sisteme de etanşare a orificiului lăncii sunt de asemenea eficiente combinate cu dispozitive de curăţare a lăncii. Principalele căi de reducere a emisiilor: Desprăfuirea uscată şi combustia suprimată: prin aplicarea electrofiltrelor concentraţiile de praf rezidual în gazul de convertizor pot fi reduse chiar până la 10 mg/Nm3 (echivalent cu 0,5 – 1,0 g/t oţel lichid), la orice concentraţie sub 50 mg/Nm3. Înainte de tratarea gazului de convertizor praful grosier este îndepărtat într-o zonă de deflecţie iar gazul este condiţionat într-un răcitor-evaporator. Desprăfuirea uscată şi combustia deschisă: nu au parvenit date de exploatare Spălarea în scrubere şi combustia suprimată: Prin aplicarea unui sistem umed, mai întâi sunt îndepărtate particulele grosiere într-un separator umed, apoi particulele fine sunt îndepărtate cu scrubere venturi. Concentraţia de particule din gazul de convertizor după spălare se situează de obicei între 15 şi 50 mg/Nm3, dar poate fi şi sub 10 mg/Nm3. Spălarea cu scrubere şi combustie deschisă: Când gazul de convertizor este ars în condiucta de evacuare a gazelor arse şi este epurat cu scrubere venturi, conţinutul de praf rezidual este între 10 şi 50 mg/Nm3. Aplicabilitate: Poate fi aplicat atât la instalaţii noi cât şi la instalaţii existente. Un număr din ce în ce mai mare aplică electrofiltre uscate. De exemplu, Voest-Alpine Stahl A-Linz, oţelăria a fost reechipată cu un sistem de desptrăfuire uscată care să îl înlocuiască pe cel umed existent. Efecte colaterale: Prafurile şi şlamurile extrase pot conţine concentraţii ridicate de zinc, împiedicând astfel reutilizarea acestora. Folosirea de fier vechi lipsit de Zn poate permite reciclarea şlamului/prafului de convertizor în aglomerator (vezi PI.2). Istalaţiile care folosesc

Chapter 8

Production of Iron and Steel 255

electrofiltre uscate pot bricheta la cald deşeurile solide şi recicla brichetele direct în procesul de elaborare a oţelului (vezi EP.4). În afară de acest lucru, desprăfuirea umedă presupune generarea unui curent de apă uzată contaminată (vezi 8.2.2.3.1). Exploatarea unui dispozitiv de desprăfuire consumă energie. Într-un sistem cu combustie suprimată aceasta ar corespunde cu 0,001 - 0,005 GJ/t oţel pentru un scruber venturi şi < 0,001 GJ/t oţel pentru un electrofiltru uscat. Într-un sistem cu combustie deschisă, aceasta ar corespunde la 0,04 - 0,15 GJ/t fontă brută pentru un scruber venturi şi < 0,005 GJ/t oţel pentru un electrofiltru uscat. Instalaţii de referinţă: Electrofiltru uscat şi combustie suprimată: Thyssen Stahl AG, D-Duisburg; Turnătoria LD nr.3, Voest Alpine Stahl AG, A-Linz; Electrofiltru uscat şi combustie deschisă: nu se ştie nimic; Spălare cu scrubere şi combustie suprimată: Oţelăria nr.2; Hoogovens IJmuiden, NL-Ijmuiden; Spălare cu scrubere şi combustie deschisă: Oţelăria nr.1; Hoogovens IJmuiden, NL-Ijmuiden. Aspecte economice: Investiţii: 24 - 40 milioane Ecu (1996) pentru o oţelărie de 1 mil. Tone /an Capital de lucru: 2 - 4 Ecu (1996)/t oţel lichid Forţa motrice pentru implementare: În scopul recuperării gazului de convertizor este nevoie de o purificare de mare randament. În cazul nerecuperării gazului de convertizor acesta trebuie să fie tratat pentru a îndeplini valorile-limită existente pentru emisii. Literatură de referinţă: [Joksch, 1995; Köller, 1995; EC BOF, 1995; InfoMil, 1997].

Chapter 8

256 Production of Iron and Steel

EP.2 Reducerea particulelor la pretratarea fontei brute Descriere: În timpul celor trei trepte de pretratare a fontei brute (desulfurare, separarea zgurii şi transferul şi cântărirea fontei lichide) apar emisii de particule. Factorul specific de emisie de praf (înainte de reţinerea particulelor) variază între 110 şi 830 g/t oţel lichid [EUROFER BOF, 1997]. Aceste emisii sunt captate (figura 8.16) şi sunt de regulă tratate cu filtre textile. Posturile de desulfurare sunt în majoritatea cazurilor de tip capsulat. Printre măsurile importante de recuperare a prafului se află utilizarea de capace de oală , introducerea controlată a agenţilor de desulfurare, operaţia integrată de dezgurificare, folosirea unei anexe cu sistemul de extracţie şi instalarea unui mecanism de rulare a uşii în proces (figura 8.16).

Figura 8.16 : Evacuarea pulberilor la nivelul desulfurarii metalelor fierbinti – [EUROFER BOF, 1997]

Gazele extrase sunt încărcate cu până la 10000 mg/Nm3 de praf. În unele cazuri se aplică electrofiltre. O caracteristică importantă este eficienţa evacuării sistemului de ventilare. Poziţia hotelor de aspiraţie trebuie să fie optimizată pentru realizarea unei bun eficienţe de extracţie. Debitul de gaz ars se situează în domeniul 30000 – 40000 Nm3/h. Principalele căi de reducere a emisiilor: Când particulele sunt extrase eficient şi apoi trecute printr-un filtru textil (electrofiltru), se pot atinge nivele de emisii de mai puţin de 10 mg/Nm3 (în jur de 1 g/t oţel lichid) (vezi şi tabelul 8.3). Aplicabilitate: se poate aplica atât la instalaţii noi cât şi la cele existente Efecte colaterale: Pompele de aspiraţie consumă energie. În plus, sunt generate deşeuri solide. Acestea pot fi reciclate în procesul de aglomerare (conţinut ridicat de Fe). Compoziţia prafului de la unitatea de desulfurare a fontei brute depinde puternic de agentul de desulfurare folosit.

dezgurificare

Colectare pulberi

Lance pentru desulfurare

Usa mobila

Chapter 8

Production of Iron and Steel 257

Instalaţii de referinţă: reţinerea particulelor în cursul pretratării fontei brute este practicată în multe instalaţii de pe glob. Date de exploatare: Atât filtrele textile cât şi electrofiltrele sunt exploatate fără probleme Aspecte economice: Investiţii: aprox. 10 milioane Ecu (1996) Forţa motrice pentru implementare: Principala forţă motrice a fost valorile limită pentru emisii sau alte cerinţe legale. Literatură de referinţă: [InfoMil, 1997; EC BOF, 1995]

Chapter 8

258 Production of Iron and Steel

EP.3 Desprăfuirea gazelor arse secundare Descriere: Până la începutul anilor 70 oţelăriile cu convertizor erau construite fără echipament de colectare a prafului secundar. Ca rezultat majoritatea instalaţiilor actuale de colectare a prafului din surse secundare şi primare reprezintă reechipări. Eficienţa unor asemenea sisteme depinde puternic de condiţiile locale. Acestea joacă un rol deosebit de important când este vorba de tipul şi modelul sistemului de recuperare (anexe, hote, etc.). Determinarea debitelor de gaze reziduale depinde adesea de condiţiile locale şi de spaţiul disponibil pentru instalarea de conducte, împreună cu dimensiunea posibilă pentru secţiunea transversală a conductelor. Atât pentru instalaţii noi cât şi pentru cele existente este practic imposibil să se determine din timp eficienţa de recuperare cu vreun grad de certitudine. Orice încercare de evaluare este complicată şi de dificultatea extremă în măsurarea rezultatelor. Eficienţele de recuperare realizabile prezentate în figura 8.17 provin din teste de exploatare şi pe modele, calcule şi observaţii empirice şi pot varia potrivit sursei de emisii luate în considerare şi tehnologiei specifice de prelucrare. Chiar o concepţie optimă şi debite ridicate de gaze reziduale pentru o colectare tehnic completă a gazelor reziduale nu vor garanta faptul că se poate atinge un grad de recuperare de 100% consecvent pe o perioadă îndelungată pe tot parcursul procesului de elaborare a oţelului. Condiţiile de exploatare schimbătoare sau atipice şi factorii de mediu de lucru, cum ar fi curenţii de aer anormali din halele uzinale, pot duce la eliberarea de curenţi de praf irecuprabili care vor scăpa sub formă de emisii secundare inevitabile prin ferestrele din tavan.

Figura 8.17 : Grad realizabil de colectare a pulberilor din gazele evacuate secundare in instalatii bazice pe oxygen – [EUROFER BOF, 1997]

Realizabil in general Realizabil la maxim

Statie reincarcare oale

Tratare metale fierbinti

convertori

Incarcare fier

Incarcare metale fierbinti

Insuflare

Evacuare priza

Gradul de colectare in %

Gradul maxim de colectare a pulberilor sunt realizabile doar in circumstante tehnice favorabile incepand cu echipamentul construit in ansamblu100% grad de colectare reprezinta “realizabil tehnic”

Chapter 8

Production of Iron and Steel 259

Gazele evacuate secundare rezulta din urmatoarele operatii - Incarcarea oalelor si dezgurificarea metalelor grele - Incarcarea BOF - Evacuarea prin priza a otelului lichid si zgurei din convertorii BOF si oalele de turnare - Metalurgia secundara si operatiile de evacuare prin priza - Manipularea aditivilor - Turnarea continua

Estimările asupra cantităţii de emisii secundare variază în limite largi între 100 şi 2000 g/t oţel lichid; încărcarea convertizorului şi operaţiile de turnare contribuie cel mai mult la aceste emisii de praf (130 – 1230 g/t oţel lichid) [EUROFER BOF, 1997]. O explicaţie pentru acest domeniu larg poate fi găsită în faptul că emisiile secundare sunt adesea inadecvat cunoscute. Acest lucru are drept rezultat o zonă gri de suprapunere între datele asupra substanţelor eliberate şi datele asupra emisiilor reale ca urmare a implementării trpetelor adecvate de recuperare şi epurare a gazelor reziduale.

Încărcarea şi turnarea În timpul încărcării fontei lichide şi fierului vechi şi turnării convertizorului, pot apare emisii de particule nereţinute (vezi figura de mai sus). Faptul că convertizorul este basculat înseamnă că aceste emisii nu pot fi captate eficient de către sistemul primar de ventilaţie. Prin urmare, în majoritatea cazurilor se instalează un al doilea sistem de ventilaţie care evacuează emisiile generate în timpul încărcării şi turnării. Ventilaţia secundară constă de obicei dintr-o hotă „copertină” situată imediat deasupra gurii convertizorului în poziţie basculată şi o cuşcă în jurul celorlalte ¾ rămase din convertizor (figura 8.18). Hota „copertină” este plasată de preferinţă cât mai aproape posibil de convertizor. În unele instalaţii vechi construcţia nu permite apropierea unei hote de convertizor. În acest caz hota poate fi instalată aproape de tavan, ceea ce are ca rezultat o eficienţă mai redusă, în funcţie de mărimea hotei şi volumul extras.

Chapter 8

260 Production of Iron and Steel

Figure 8.18 : Colectarea emisiilor secundare in timpul incarcarii metelelor fierbinti la BOF – [EUROFER BOF, 1997]; acelasi sistem este utilizat pentru incarcarea fierului vechi

Fluxul de gaz ars de la deprăfuirea secundară se situează în domeniul 400000 – 1300000 Nm3/h [InfoMil, 1997] şi epurarea este de obicei realizată prin intermediul unui filtru textil, deşi se folosesc şi electrofiltre. În tabelul 8.12 sunt sumarizate câteva exemple de date de proiectare pentru sisteme de desprăfuire secundară. Aceste exemple prezintă debite între 650000 şi 1000000 Nm3/h.

Chapter 8

Production of Iron and Steel 261

Instalatia Capacitatea vasului [t]

Numar BOF

Timpul de sarjare a metalului fierbinte [s]

Temperatura gazului residual [°C]

Gaz rezidual Volum [m³/h]

OX 1 200 2 - 120 680000 OX 2 350 3 240 90 1000000 OX 3 300 2 40 950000 OX 4 200 2 120 200 1020000 OX 5 220 2 - 130 750000 OX 6 300 2 300 90 870000 OX 7 230 2 40 135 960000 OX 8 275 31) 90 150 650000 OX 9 210 3 240 150 800000

1) operatia in doua convertoare Tabelul 8.12 : Datele de la sistemele de desprafuire pentru emisiile secundare de la incarcare si evacuare prin priza BOF – [EUROFER BOF, 1997]

Transferul metalului lichid Transferul metalului lichid din oala torpedo in oalele de incarcare are loc in incinte inchise (Figura 8.19). O camera integrata de control permite monitorizarea directa a procesului de transfer. Oala cu metal lichid este deplasata cu ajutorul unui dispozitiv de transport (vagonet). Acesta dispune de paravan de etansare frontal care etanseaza bolta cuptorului in dreptul punctului de turnare a metalului realizand astfel o incinta inchisa. Acolo unde aceasta incinta complet inchisa nu se poate realiza se poate monta o hota pentru gaze deasupra oalei (Figura 8.20).

Figura 8.19 : Colectarea pulberilor de la incarcarea oalelor (oale torpedo la incarcare) cu metal fierbinte - [EUROFER BOF, 1997]

Instalatie evacuare pulberi

Fereastra observare de la cabina

Oala torpedo

Oala de incarcare cu metal fierbinte

Chapter 8

262 Production of Iron and Steel

Figura 8.20: Colectarea prafului la statia de transfer a metalului lichid - [EUROFER BOF , 1997]

O tehnica noua de controlare a emisiilor de praf rezultate in urma transferului metalului lichid din oala torpedo (sau amestecatorul de metal lichid) in oala de incarcare o constituie crearea unei atmosfere inerte prin turnarea de dioxid de carbon solid in sala receptoare pentru a limita formarea oxidului praf. Prin vaporizarea “zapezii carbonice” apare eliberarea continua de gaz CO2. Deoarece acesta este mai greu decat aerul, la suprafata baii de metal se creeaza o zona (sau patura) fara oxigen care previne oxidarea fierului. Deoarece dioxidul de carbon se incalzeste acesta se ridica prin efectul termic si acopera fierul lichid turnat (UNEP, 1997, klein, 1993).

Figura 8.21 prezinta operatia de transfer realizata cu si fara eliminarea gazelor/prafului.

Chapter 8

Production of Iron and Steel 263

Figura 8.21: Transferarea metalului lichid din oala torpedo in oala de incarcare , operatie realizata si fara eliminarea prafului si gazelor utilizand gaz inert(CO2) [UNEP,1977]

Chapter 8

264 Production of Iron and Steel

Procedura optima de realizare a unei atmosfere inerte la statia de transfer a metalului lichid este urmatoarea : • Crearea unei atmosfere inerte in oala goala prin injectarea timp de circa 30 secunde a unei cantitati maxime de CO2. • Mentinerea conditiilor de atmosfera inerta in timpul transferului metalului lichid utilizand un debit minim de CO2. Desi CO2 nu este un gaz toxic, o atmosfera saturata cu CO2 constituie o zona de lucru periculoasa deoarece se pot produce asfixieri. Pentru a se elimina aceste riscuri s-au stabilit concentratiile maxim admisibile de CO2 la locurile de munca si au fost prevazute sisteme de monitorizare si ventilatie adecvate (UNEP, 1977). Pentru un consum specific de CO2 de 2,4 Kg./t , s-au obtinut urmatoarele rezultate : • Reducerea emisiilor de praf cu 87% ; • Nu s-au depasit concentratiile limita de CO si CO2 la locurile de munca

Dezgurificarea metalului lichid Dezgurificarea metalului lichid In procesul de dezgurificare, oala de transport este inclinata in pozitia de dezgurificare fiind sustinuta de o macara sau un dispozitiv de basculare. Sectiunea transversala libera a hotelor este restrictionata din interior pentru a se realiza viteze de absorbtie mari. Hotele pot fi de tip mobil astfel incat sa poata functiona pentru diverse pozitii de dezgurificare Standurile de dezgurificare sunt in mod normal separate prin pereti despartitori care asigura exact spatiul necesar acestei operatii.. Deschiderile sunt acoperite prin paravane de etansare atasate pe vagonet. Figura 8.22 prezinta sistemul de captare al prafului la un stand de dezgurificare cu desulfurizare..

Chapter 8

Production of Iron and Steel 265

Figura 8.22: Captarea prafului la o statie de dezgurifizare - [EUROFER BOF , 1997]

Principalul nivel de emisie realizat: Emisiile sunt influentate in special de eficienta cu car sunt evacuate particulelel materiale produse in timpul incarcarii si golirii furnalului. Nivelul emisiilor poate fi sub 10 mg/Nm3 atunci cand gazele extrase sunt tratate utilizand filtre cu umplutura textila. Conform datelor prezentate in Tabelul 8.3, pot fi realizate valori ale emisiilor sub 5 g/t LS pentru fiecare tip de emisie mentionata. Performanta unui ESP (filtru electrostatic) va fi probabil ceva mai scazuta dar trebuie privita corelatia cu eficienta de captare a particulelor la hotele secundare. In anumite instalatii (Japonia), tot acoperisul este inchis si vidat, atingandu-se un randament total de 100% Aplicabilitate: Desprafuirea secundara se poate aplica atat la instalatiile noi cat si la cele existente. La instalatiile existente, modul in care au fost proiectate poate restrictiona posibilitatile de a realiza o evacuare corespunzatoare. Efecte asociate : Desprafuirea secundara are ca efect producerea unor deseuri solide (pana la 1 Kg/t LS). Reutilizarea acestor deseuri solide bogate in fier depinde foarte mult de continutul de zinc. Anumite instalatii sunt capabile sa le reutilizeze iar pentru altele constituie deseuri neutilizabile. Functionarea instalatiilor de ventilare si separare a particulelor solide necesita energie electrica. Ventilatia secundara necesita o capacitate de evacuare de circa 400.000-1.300.000 Nm3/h. In cazul utilizarii filtrelor cu umplutura textila aceasta ar corespunde unui consum energetic

Chapter 8

266 Production of Iron and Steel

cuprins `n gama 0,72-7,2 MJ/1000 Nm3 tratati. Consumul de energie depinde in principal de diferenta de presiune si de capacitatea ventilatorului asociat. Consumul energetic specific pentru desprafuirea secundara este relativ ridicat in comparatie cu alte operatii de desprafuire (Figura 8.23).

Figura 8.23: Consumul specific de energie pentru operatiile de eliminare a pulberilor in combinatele siderurgice

Desprafuire la turnare in cadrul operatiei din furnal

Desprafuirea secundara a BOS

Desprafuirea gazului rezidual la furnalul cu vatra deschisa

Instalatii de sinterizare

Masini

Desprafuirea furnalului electric

Epurarea gazului de furnal

Inpu

t ene

rget

ic in

Pu

lber

i

Inputul de energie specific indepartarii prafului in instalatiile de siderurgie

Chapter 8

Production of Iron and Steel 267

Instalatii de referinta : Pe plan mondial multe instalatii aplica desprafuirea secundara. Date de functionare: Atat filtrele cu umplutura textila pot fi exploatate fara probleme. Cel mai dificil aspect al desprafuirii suplimentare il reprezinta randamentul de evacuare si reciclarea deseurilor solide obtinute. Aspecte economice : Investitii : 12-20 milioane ECU 1996 Exploatare : 0,8 – 4 ECU 1996/t LS Aspecte implementare : Principala forta motrice au constituit-o valorile limita ale emisiilor sau alte cerinte legale. Literatura de referinta : (Info Mil., 1997; EUROFER BOF, 1997; EC BOF, 1995).

Chapter 8

268 Production of Iron and Steel

E.P.4 Brichetarea firbinte a pulberilor si reciclarea acestora cu recuperarea granulelor cu concentratie ridicata de zinc pentru reutilizarea externa.

Descriere : Utilizarea filtrarii electrostatice uscate ca metoda de purificare a gazului de furnal rezultat din insuflarea de oxigen conduce la producerea de pulberi solide. Aceste pulberi au un continut ridicat de fier (40-65%) si pot fi utilizate ca o materie prima valoroasa atunci cand pulberile sunt transformate in brichete prin presare. Cu toate ca particulele grosiere si cele fine sunt brichetate in aceleasi instalatii, ele sunt incarcate separat in functie de proprietatile lor diferite (vezi Tabelul 8.9). Brichetele obtinute din particulele grosiere contin circa 70% fier metalic si pot fi folosite ca inlocuitor al fierului vechi in furnale BOF. Brichetele obtinute din pulberile fine contin circa 7% fier metalic si pot fi folosite ca supliment pentru minereul de racire (Auth, 1988). Brichetarea la cald se realizeaza intr-o instalatie de brichetare la cald (Figura 8.24). In prima faza pulberile sunt incalzite pana la 7500C intr-un reactor cu pat mobil utilizandu-se aerul fierbinte si prin reactii exoterme. In a doua faza sunt obtinute brichetele intr-o presa cilindrica

Figura 8.24: Instalatie pentru brichetarea pulberilor provenite de la otelarii dotate cu convertizoare cu oxigen

Reciclarea progresiva a pulberilor imbogateste concentratia de zinc. In momentul in care brichetele au atins un continut mediu de zinc de minim 17% din greutatea lor sunt transportate la instalatii externe pentru reprocesare in vederea recuperarii zincului. Deoarece in acest sistem inchis zincul este distribuit foarte neuniform, pulberile cu continut de zinc de peste 17% din greutate patrund si ele in ciclul prezentat aici. Aceasta conduce la aparitia unor cantitati apreciabile de zinc care sunt angrenate fara a fi necesar in acest ciclu si care in mod repetat sunt reduse, vaporizate, oxidate si brichetate de fiecare data.

De la cazanul cu cedare de caldura

De la electrofiltru

Unitatea de separare a pulberilorReactorul cu pat fluidizat

Arzatoare

Pulberi fine

Pulberi grosiere

Pat brichetare

Apa de racire

Aer

Schimbator de caldura

Aer

Gazul rezidual spre desprafuirea secundara

Chapter 8

Production of Iron and Steel 269

Acest model tip “dinte de fierastrau” de imbogatire si eliminare a pulberilor conduce la o variatie mare a incarcarii cu brichete a furnalului BOF. Procesul nu influenteaza numai activitatea metalurgica (zgurificare, depuneri de pulberi pe traseul de gaze reziduale) ci are si un impact semnificativ asupra bilantului termic (metal lichid/fier vechi). Pentru a evita modificarea calitatii otelului si a zgurii obtinute datorita cresterii nedorite a continutului de Zn este necesar un control analitic al procesului. In scopul optimizarii procesului a fost realizata a tehnica on-line pentru determinarea in timp real a continutului de Zn. Aceasta tehnologie este de tip LISB (spectroscopie pe baza de fascicul laser). Dispozitivul realizeaza masurarea continua a continutului de Zn al prafului de pe banda transportoare. Cunoscandu-se continutul de Zn al pulberii se poate realiza o selectie - cand este cazul - pentru a fi separata, granulata si transportata in instalatia de reprocesare. Figura 8.25 face o prezentare generala schematica a unui ciclu optimizat al pulberilor intr-un combinat siderurgic echipat cu convertizoare cu oxigen.

Figura 8.25: Prezentare generala schematica a masurilor de optimizare a reciclarii pulberilor provenite de la furnale BOF [HEISS,1997]

Granularea pulberii fine este necesara deoarece este nu pot fi brichetate nici prin utilizarea liantilor. In plus, granulele se preteaza mai bine la cerintele clientilor in ceea ce priveste analizele stabilitatea la depozitare, lipsa prafului, transportabilitatea si usurinta in manipulare. Mai mult decat atat granulele pot fi optimizate in vederea procesarii ulterioare prin adaugarea de agenti de reducere, alti aditivi, etc. Principalele niveluri de emisie realizate : Este eliminata trimiterea pulberilor in depozite de deseuri si se realizeaza economisirea unor materii prime valoaroase. Cantitatea de pulberi procesata este de aproximativ 10-20 Kg pe tona de otel lichid produsa. Se obtine o crestere

Cos facla Cos racire Recuperare caldura

ElectrofiltruSuflanta Comutare

Racire gaz

Opritor gaz Pulberi grobiere Pulberi fine

Brichetare fierbinte

Siloz pulberi Siloz pulberi Scruber vapori reziduali

UscarePeletizare Recuperare zinc

Chapter 8

270 Production of Iron and Steel

totala a gradului de recuperarea fierului de circa 1%. Este posibila realizarea unei reciclari a pulberilor in preparate de 100%. Aplicabilitate : Aceasta metoda este aplicabila numai in cazul purificarii gazului de furnal prin utilizarea filtrelor electrostatice in regim uscat. In viitor ar putea deveni posibila si tratarea slamurilor de la epuratoarele de aer venturi insa operatia ar necesita un plus de energie pentru evaporarea apei. Efecte colaterale : Instalatiile de brichetare la cald necesita energie suplimentara in schimb asigura economie de materii prime. Instalatii de referinta: Combinatul siderurgic LD3, Voest-Alpine Stahl AG, A-Linz, (la aceasta instalatie se practica recuperarea zincul;ui sub forma de granule pentru reutilizare externa). Uzinele siderurgice kwang yang, Compania siderurgica POSCO, Republica Coreea; Combinatul siderurgic Baoshan, R.P.Chineza Combinatul metalurgic Dneprovky (DMK), Ucraina Otelariile LD1, LD2 Thyssen Krupp Stahl AG,D-Duisburg BHP, Newcastle, Australia. Date de exploatare : nu sunt disponibile Date economice : nu sunt disponibile Aspecte implementare : Principalele forte motrice de implementare le reprezinta costurile ridicate si posibilitatile reduse de eliminare a pulberilor reziduale. Literatura de referinta: (Auth, 1988; UN-ECE, 1996, Rentz, 1996; Heiss, 1997).

Chapter 8

Production of Iron and Steel 271

EP5 Epurarea apelor uzate provenite de la desprafuirea in regim umed. Descriere: In majoritatea otelariilor avand convertizoare cu oxigen sunt utilizate epuratoare de aer (scrubere) pentru reducerea emisiilor din aerul primar (gazul de furnal BOF) (vezi PI 1). Acestea transfera poluarea din aer in apa si apele uzate rezultate sunt epurate si reciclate inainte de evacuar. Aceste ape uzate contin in special suspensii solide iar zincul si plumbul sunt principalele metale grele continute. O mare parte a suspensiilor solide din apa uzata provenbita de la scrubere pot fi inlaturate prin hidrociclonare si/sau precipitare. Dupa corectara PH-ului apa poate fi reciclata in mare parte (vezi si 8.2.2.3.1.) Apa de purjare poate fi tratata prin precipitare si/sau filtrare inainte de a fi descarcata (evacuata). Principalele nivele de emisie realizate : In tabelul 8.13 sunt prezentate exemple privind emisiile specifice in apa provenita de la desprafuirea in regim umed a instalatiilor de producere a otelului in convertizoare cu oxigen.

Parametrul Sisteme de ardere inchise Sisteme de ardere deschise

Hoogovens Oxigen Hpogovens Otelaria nr.2*

Stelco LEW, Canada

LTU Stec Uzinele Cleveland USA

Hoogovens Otelaria nr.1*

Debitul evacuat

M3/t otel lichid

0.52 1.1 0.002 0.65

Suspensii solide

g/t otel lichid

20 5.5 0.0083 9.4

Zinc (Zn) mg/t otel lichid

73 210 0.36 252

Plumb (Pb

Mg/t otel lichid

31 110 0.057 <74

*emissions at Hoogovens relate to 1994 values.

Tabelul 8.13 : Exemple de emisii specifice in apa de la instalatiile de desprafuire in regim umed in otelarii cu convertizoare oxigen - (Info Mill, 1997)

Cele mai eficiente masuri de reducere a descarcarii de ape uzate sunt : 1. Marirea gradului de recirculare a apei in seruber

Un grad ridicat de recirculare se poate realiza prin introducerea sedimentarii in doua trepte cu injectarea de CO2, inainte de treapta a doua de sedimentare pentru

a stimula precipitarea carbonatilor. 2. Epurarea apei de purjare :

Desi se poate realiza o recirculatie eficienta, este necesara realizarea drenajului (purjarii) pentru a se evita acumularea anumitor minerale/saruri. Apa de purjare contine suspensii solide, (inclusiv Zn si Pb, etc.) acestea fiind poluanti cei mai importanti. Apa de purjare este tratata prin sedimentare si filtrare. Aplicabilitate : Atat la instalatiile noi cat si la cele existente se pot aplica sisteme de recirculare cu randament ridicat precum si epurarea ulterioara.

Chapter 8

272 Production of Iron and Steel

Efecte colaterale: Slamul rezulta din operatiile de tratare in hidrociclonare si de sedimentare a suspensiilor solide din apa provenita de la scrubere. Acest slam poate fi reciclat in proportie de 100% in procesul de producere a fierului si otelului. Totusi aceasta reciclare este posibila daca aportul de zinc prin intermediul fierului vechi este strict limitat. La multe combninate siderurgice din lume slamul provenit din instalatiile de producere a otelului nu poate fi utilizat si este stocat sau trimis in depozite de deseuri. (vezi si P1.2 si EP4) Instalatii de referinta : Grad ridicat de recirculatie si epurare a apei de purjare. Sidmer, B-Gent, Thyssen AG, D-Duisburg; Uzinele LTV Steel Cliveland, USA. Date de exploatare si date economice : nu sunt disponibile. Literatura de referinta : (Theobald, 1997; Info Mil, 1997)

Chapter 8

Production of Iron and Steel 273

EP6 : Tratarea apelor uzate provenite de la turnarea continua Descriere: In cazul turnarii continue apa este utilizata pentru racirea directa a bramelor, taglelor si lingourilor. In urma acestui proces rezulta un debit de apa contaminata. In multe cazuri aceasta apa este epurata in acelasi timp cu alte tipuri de apa uzata provenite de la laminoare. Dupa epurare apa este recirculata. Lingotierele si partile interne ale rolelor sunt racite in mod uzual cu apa dintr-un circuit inchis, apa la care nu se face referire aici. Principalii poluanti sunt suspensiile solide si uleiul. Principalele masuri aplicate pentru a reduce descarcarea acestora in apa sunt recircularea in procent ridicat precum si sedimentarea si/sau filtrarea apei de purjare. Pentru indepartarea uleiului pot fi utilizate bazinele de turnare cu opritor de spuma. Principalele niveluri de emisie realizate : In Tabelul 8.14 sunt prezentate exemple referitoare la emisiile specifice din apa provenita de la turnarea continua.

Parametrul Hoogovens Masina de turnare continua OSF 1

Hoogovens Masina de turnare continua OSF 2*

Stelco-Uzinele Lake-Erie Onterio Canada

Inland Steel Uzinele Indiana Harbour,IN USA

Flux evacuare [m3/t otel turnat]

0.08 0.04 1.4 0.076

Rata recirculare [%] ? 98 78 99 Suspensii solide [g/t otel turnat] 0.8 - 10.7 0.11 26 1.4 Zinc (Zn) [mg/t otel

turnat] - 2.0 - 8.0

Plumb (Pb) [mg/t otel turnat]

- 5.7 - 8.7

Ulei [mg/t otel turnat]

30 - 365 41 2000 160

Tabelul 8.14 : Prezentare generala a emisiilor specifice in apa de la sistemele de racire directa pentru turnarea continua – (Info Mil, 1997)

Aplicabilitate : Atat pentru instalatiile noi cat si pentru cele existente se pot aplica recircularea in grad ridicat si epurarea apei de purjare. Efecte colaterale : Etapele de sedimentare produc un slam contaminat cu fier care poate fi reciclat intr-o instalatie de sinterizare. Instalatii de referinta : Inland Steel, Uzinele Indiana Harbour, Indiana, USA. Hoogovens/ Jmuiden, NL- /Jmuiden Sidmar, B-Gent Date de exploatare si date economice : nu sunt disponibile. Literatura de referinta: ( Info Mil, 1997)

Chapter 8

274 Production of Iron and Steel

8.4 Concluzii Pentru intelegerea continutului acestui capitol se orienteaza atentia cititorului la prefata acestui document si in special la partea a cincea din prefata : “ Cum trebuie utilizat si inteles acest document ?” Tehnicile prezentate si emisiile asociate si/sau gradele de consum, sau gamele de nivele afost evaluate printr-un proces iterativ care implica urmatoarele etape: • Identificarea factorilor cheie de mediu pentru sectorul respectiv ; pentru producerea otelului

in convertizoare cu oxigen si turnarea acestuia ; acestia sunt colectarea si epurarea gazelor, recuperarea si tratarea gazului de furnal (BOF) si a zincului din pulberile colectate.

• Examinarea tehnicilor cele mai relevante care trateaza acesti factori cheie. • Identificarea celor mai bune nivele de performanta pe baza datelor disponibile in UE si la

nivel mondial. • Examinarea conditiilor in care au fost atinse aceste nivele de performanta : costuri, efecte

asociate, principalele forte motrice angrenate in implementarea acestor tehnici. • Alegerea celor mai bune tehnici disponibile (BAT) cu emisiile asociate si/sau nivelele de

consumuri pentru acest sector si in sens general in conformitate cu Articolul 2(19) si Anexa IV a Directivei.

Un rol cheie in ceea ce priveste fiecare din aceste etape si in modul in care informatia a fost prezentata aici l-au avut biroul european IPPC si Grupul Tehnic de Lucru (TWG). Pe baza acestei evaluari, in acest capitol sunt prezentate tehnicile si pe c$t posibil nivelele de emisii si de consum considerate relevante pentru acest sector si care in multe din cazuri reflecta performantele actuale ale unor instalatii. Acolo unde nivelele de emisie sau de consum sunt prezentate in asociere cu “cele mai bune tehnici disponibile” trebuie sa se inteleaga ca acele nivele reprezinta performantele de mediu care pot fi anticipate ca fiind un rezultat al aplicarii in acest sector al tehnicilor descrise avand in minte un echilibru intre costurile si avantajele inerente. Totusi, acolo unde nu exista valori nici pentru emisii si nici pentru limite de consum situatia nu trebuie inteleasa ca atare. In anumite cazuri din punct de vedere tehnic ar putea fi posibil sa se realizeze valori mai bune ale emisiilor sau consumurilor dar datorita costurilor implicate sau datorita efectelor asociate nu pot fi considerate ca masuri adecvate pentru sectorul respectiv in ansamblu. Totusi aceste nivele pot fi justificabile in cazuri particulare in care exista forte motrice speciale. Nivelele de emisie si de consum asociate cu utilizarea BAT trebuie privite impreuna cu orice conditii de referinta specifice (ex.perioade medii). Conceptul de “nivele asociate cu BAT” descris mai sus trebuie sa fie separat de termenul “nivel care poate fi realizat” in alta parte in acest document. Acolo unde un nivel este descris ca “ posibil sa fie realizat” prin utilizarea unei tehnici sau a unei combinatii de tehnici trebuie sa se inteleaga faptul ca se asteapta atingerea acestui nivel de-a lungul unei perioade substantiale de timp intr-o instalatie bine intretinuta si exploatata sau intr-un proces prin utilizarea acestor tehnici. Au fost oferite si datele disponibile privind costuril odata cu descrierea tehnicilor prezentate in capitolul anterior. Aceasta poate oferi o apreciere orientativa despre marimea costurilor implicate. Totusi, costul actual aplicarii unei tehnologii va depinde foarte mult de situatiile particulare referitoare la, de exemplu taxe, impozite si caracteristicile tehnice ale instalatiei respective.

Chapter 8

Production of Iron and Steel 275

In acest document nu este posibila realizarea unei evaluari complete a unor asemenea factori specifici. In lipsa datelor rferitoare la costuri concluziile privind viabilitatea economica a tehnicilor respective s-au tras din observatiile privind instalatiile existente. Se mentioneaza ca BAT din acest capitol sa poata fi utilizate pentru analizarea performantelor actuale ale unei instalatii existente sau pentru analizarea propunerilor de n oi instalatii si sa ajute la determinarea BAT corespunzatoare pentru acea instalatie. Se prevede ca noile instalatii ar putea fi proiectate sa atinga si chiar sa depaseasca “BAT” prezentate aici. Se considera de asemenea ca in timp, multe din instalatiile existente ar putea sa atinga sau chiar sa depaseasca BAT. Intrucat BREF nu stabilesc standardele locale conexe, acestea au rolul de a oferi indrumari industriei, statelor Membre si publicului in ceea ce priveste emisiile si consumurile care pot fi realizate prin utilizarea tehnicilor specifice. Valorile limita corespunzatoare pentru fiecare caz in parte vor trebui sa fie determinate tinandu-se seama de Directivele IPPC si de conditiile locale. Urmatoarele tehnici sau combinatii de tehnici sunt considerate BAT pentru pretratarea metalului lichid, pentru producerea otelului in convertizoare cu oxigen si pentru turnarea continua. Ordinea prioritatilor si alegerea tehnicilor va fi diferita in functie de conditiile locale. Pot fi luate in considerare orice alte tehnici sau combinatii de tehnici care conduc la obtinerea unor performante si randamente similare sau superioare : asemenea tehnici sunt fie in curs de realizare, fie in curs de aparitie, fie sunt deja disponibile dar nu au fost mentionate/descrise in acest document. 1. Reducerea emisiilor de particole solide rezultate in urma pre-tratarii metalului lichid (inclusiv procesele de transfer ale metalului lichid, desulfurizare si dezgurificare) prin :

- evacuare eficienta ; - epurarea ulterioara prin utilizarea filtrelor cu umplutura textila sau filtrelor

electrostatice pot fi obtinute concentratii ale emisiilor de 5-15 mg/Nm3 prin utilizarea filtrelor electrostatice. 2. Recuperarea gazului de furnal (BOF) si desprafuirea primara prin aplicarea

- arderii in sistem inchis si - precipitarea electrostatica in regim uscat (pentru instalatiile noi sau existente) sau - filtrarea (pentru instalatiile existente)

Gazul de furnal colectat este purificat si depozitat in vederea utilizarii ulterioare drept combustibil. In unele cazuri s-ar putea ca, din punct de vedere economic sau din punct de vedere al administrarii eficiente a energiei recuperarea gazului de furnal BOF sa nu fie fezabila. In aceste cazuri, gazul de furnal BOF poate fi ars pentru producerea aburului. Tipul arderii (ardere inchisa sau deschisa) depinde de conditiile locale de administrare eficienta a energiei. Pulberile si/sau slamurile colectate trebuie reciclate in proportie cat mai mare. De remarcat continutul mare de zinc al pulberii/ slamurilor. O atentie deosebita trebuie acordata emisiilor de particule din orificiul de Iance. Acest orificiu trebuie acoperit in timpul suflarii de oxigen si daca este necesar trebuie injectat gaz inert in orificiu pentru a imprastia particulele. 4. Desprafuirea secundara, prin : - Evacuarea eficienta in timpul incarcarii si descarcarii urmate de purificarea prin utilizarea filtrelor cu umplutura textila sau a electrofiltrelor sau a altor tehnici cu acelasi randament. Pot fi obtinute randamente de captare de circa 90%. Continutul de pulberi reziduale care se poate realiza este de 5-15 mg/Nm3 in cazul filtrelor saci si de 20-30 mg/Nm3 in cazul electrofiltrelor. De remarcat continutul ridicat de zinc aflat in mod normal in aceste pulberi. - Evacuarea eficienta in timpul operatiei de transfer (transvazare) a metalului lichid, de dezgurificare a metalului lichid si a operatiilor secundare urmata de purificarea prin utilizarea filtrelor cu umplutura textila sau a oricaror alte tehnici avand acelasi randament de purificare. Pentru aceste operatii se pot realiza factori de emisie sub 5g/t LS (otel lichid).

Chapter 8

276 Production of Iron and Steel

- Eliminarea vaporilor de metal prin utilizarea gazului inert in timpul transvazarii metalului lichid din oala torpedo (sau amestecatorul de metal lichid) in oala de incarcare pentru a reduce producerea de pulberi/vapori de metal. 4. Minimizarea/ Reducerea emisiilor in apa provenita de la desprafuirea primara in regim umed a gazului de furnal BOF prin aplicarea urmatoarelor masuri: - aplicarea purificarii uscate a gazului de furnal BOF acolo unde spatiul permite aceasta ; - reciclarea pe cat posibil a apei provenite de la serubere (de exemplu prin injectarea de CO2 in cazul sistemelor cu ardere inchisa) ; - coagularea si sedimentarea suspensiilor solide; se pot ontine concentratii de 20 mg/l. 5. Reducerea emisiilor in apa provenita de la racirea directa a masinilor de turnare continua prin: - reciclarea pe cat mai mult posibil a apei de racire si de proces ; - coagularea si sedimentarea suspensiilor solide ; - indepartarea uleiului prin utilizarea rezervoarelor de spumare sau a altor dispozitive. 6. Minimizarea rezidurilor solide. Pentru producerea deseurilor solide, urmatoarele tehnici sunt considerate BAT in ordinea descrescatoare a prioritatii : - minimizarea producerii de reziduri ; - utilizarea eficienta (reciclare sau reutilizare) a deseurilor solide/produse secundare ; in special reciclarea slamului BOF si a pulberilor grosiere si fine de la tratarea gazului BOF ; - depozitarea controlata a rezidurilor In principiu, tehnicile prezentate la punctele 1-6 pot fi aplicate atat la instalatiile noi cat si la cele existente (daca nu exista alte indicatii si sunt indeplinite conditiile mentionate).

Chapter 8

Production of Iron and Steel 277

8.5 Tehnici noi aparute si dezvoltari de viitor Tehnicile urmatoare au fost identificate ca fiind tehnici in curs de aparitie : - turnarea in retea si turnarea orizontala - prelucrarea slamului/pulberilor cu continut ridicat de zinc - noi reactivi in procesul de desulfurizare - aplicarea tehnicilor de spumare in pretratarea fontei brute si rafinarea otelului - inlocuirea aerului de deasupra metalului lichid cu gaze inerte (CO2, N2) Turnarea in retea si turnarea orizontala Descriere : turnarea continua cunoaste o continua dezvoltare. Turnarea in retea si turnarea orizontala constituie procedee atractive pentru aplicatiile comerciale. Aceste procedeee se pot conecta direct cu procesul de laminare la cald si prezinta anumite avantaje fata de turnarea continua conventionala a foilor si lingourilor de otel. Stadiul : Este deja aplicat pe scara comerciala in cateva instalatii pe plan mondial. In consecinta aceasta tehnica trebuie tratata in viitoarele documente ca o tehnica disponibila (existenta). Principalele realizari : Aceste tipuri moderne de turnare continua vor incuraja micile investitii, procesele de fabricatie mai simple, consumurile energetice reduse si economiile de forta de munca. In plus, turnarea orizontala nu are nevoie de constructiile inalte care sunt necesare procesului de turnare continua . Literatura de referinta : (UBA Comments, 1997)

Prelucrarea slamurilor/pulberilor cu continut ridicat de Zn Descriere : Slamurile si pulberile cu continut ridicat de Zn sunt produse in urma purificarii gazelor de furnal. Totusi, continutul lor de Zn nu este suficient pentru ca reutilizarea lor sa fie economica. Pot fi reciclate numai o parte din aceste slamuri si pulberi si ca urmare aproape toate combinatele siderurgice au depozite mari de slamuri bogate in Zn si alte reziduri. In EP4 este descris procesul de brichetare la cald si de producere a granulelor cu continut ridicat de Zn in vederea reutilizarii. Din punct de vedere tehnic este posibila extragerea metalelor neferoase din aceste slamuri si pulberi dupa care materialele solide purificate cu continut de fier pot fi reintroduse in procesul tehnologic. Materialele neferoase extrase pot fi ulterior procesate de catre metalurgia neferoasa. Motivul pentru care nici una din metode nu a fost aplicata pe scara comerciala il constituie costul ridicat al procesarii slamului/pulberilor. Pot fi aplicate urmatoarele metode (in diferite stadii de dezvoltare) :

- Procesele cu cuptoare relative (Inmetco) - Procese in pat fluidizat (Thyssen) - Reactor cu circulatie in pat fluidizat - Proces de amestec prin turbionare - Procese cu plasma (Siromelt, Plasmelt)

Stadiul : Procese externe pentru planuri/ pulberi cu continut ridicat de zinc exista la scara comerciala – (UBA Gmments 1997) Literatura de referinta : Koler, 1995; UN-ECE, 1996 ; Rentz 1996 ; EUROFER BOF, 1997)

Chapter 8

278 Production of Iron and Steel

Noi reactivi in procesul de desulfurare Descriere : Utilizarea de noi reactivi in procesul de desulfurizare poate conduce la o reducere a misiilor de particule solide si o compozitie diferita (mai utila) a pulberilor obntinute. Stadiul : in curs de dezvoltare Literatura de referinta : (EC BOF, 1995) Aplicarea proceselor de spumare la pre-tratarea fontei brute si rafinarea otelului Descriere: Utilizarea procedeelor de spumare este preferata la pre-tratarea fontei brute deoarece spuma absoarbe particulele rezultate din procesarea metalului lichid. Stadiul : Exista cateva tehnici de spumare deja disponibile. Literatura de specialitate : (EC BOF, 1995) Inlocuirea aerului de deasupra metalului lichid cu gaze inerte (CO2, N2) Descriere : Reducerea concentratiei de O2 de deasupra metalului lichid in procesele de pre-tratare a fontei brute reduce producerea de oxizi si ca urmare producerea de particule. Oxigenul poate fi imprastiat prin utilizarea unui gaz inert ca CO2 sau N2. Stadiul : S-au efectuat teste la scala industriala pentru folosirea CO2 ca gaz inert in timpul golirii fontei brute din oala torpedo in oala de otel (Luxemburg) si in timpul incarcarii fontei brute in BOF (Franta) in Germania s-au efectuat teste de utilizare a N2 ca gaz inert. Efecte colaterale : Utilizarea N2 poate produce emisii de NOx Literatura de referinta: (EC BOF, 1995)

Chapter 9

Production of Iron and Steel 279

9 PRODUCEREA SI TURNAREA OTELULUI UTILIZAND CUPTOARE ELECTRICE

9.1 Procese si tehnici aplicate Topirea directa a materialelor care contin fier, cum ar fi fierul vechi, se realizeaza in mod uzual in furnale cu arc electric (EAF), care joaca un rol din ce in ce mai important in conceptele siderurgice moderne (vezi figura 1.2). Astazi, procentul de otel obtinut in EAF reprezinta 35,3% din totalul productiei de otel a UE (Stat Stahl, 1997). In Italia si Spania productia de otel in EAF este mult mai mare cea in sistem clasic (nu s-au luat in considerare statele in care productia de otel se realizeaza numai in EAF). Cea mai mare parte a materiei prime pentru EAF o constituie deseurile feroase, care pot consta din fier vechi provenit din combinatele siderurgice (de exemplu resturi), deseuri de la fabricantii de produse din otel, (de exemplu constructorii de masini) si fier vechi declasat (de exemplu produse la care durata normata de viata a expirat). Fierul obtinut prin reducere directa (DRI) este de asemenea folosit ca materie prima in cantitati din ce in ce mai mari atat datorita continutului sau redus de steril cat si datorita preturilor variabile ale fierului vechi. Figura 9.1. prezinta o instalatie cu furnale cu arc electric. In cazul de fata constructia care contine doua EAF este inchisa pentru a reduce emisiil de pulberi, zgomot si de gaze.

Figura 9.1: Instalatii furnal cu arc electric

In figura 9.2 se poate vedea un furnal electric cu 3 electrozi si o cuva pentru incarcarea fierului vechi.

Chapter 9

280 Production of Iron and Steel

Figura 9.2 Furnal cu arc electri cu trei electrizi si (in prim plan) o cuva pentru fier vechi

O prezentare generala a procesului tehnologic de producere a otelului in furnale cu arc electric este prezentata in figura 9.3.

Chapter 9

Production of Iron and Steel 281

Figura 9.3: Prezentare generala a proceselor de producere a otelului in cuptoare cu arc electric (D.Rentz , 1997)

In ceea ce priveste produsele finale, trebuie facuta distinctia intre produsul normal asa numitul otel carbon si otelul slab aliat si otelele inalt aliate sau otelurile inoxidabile. In cazul UE, circa 85% din productia de otel este reprezentata de otelurile carbon sau otelurile slab aliate (EC Study, 1996). In vederea producerii de otel carbon si oteluri slab aliate se realizeaza urmatoarele operatii de baza :

• manipularea si depozitarea materiilor prime ; • incarcarea furnalului cu/fara preincalzirea fierului vechi ; • topirea fierului vechi in EAP ; • evacuarea otelului si a zgurii ; • tratamente aplicate calei furnalului pentru obtinerea calitatii ; • manevrarea zgurii ; • turnarea continua.

Pentru otelurile aliate si speciale succesiunea operatiilor este mai complexa si este determinata de produsele finale. In afara de operatiile mentionate pentru producerea otelului carbon se mai realizeaza si alte operatii de tratare asupra oalei de turnare ( metalurgie secundara) cum ar fi :

• desulfurizarea • degazarea pentru eliminarea gazelor dezolvate ca azotul si hidrogenul • decarburarea (AOD=Decarburare – Argon – Oxigen sau VOD= decarburare Vid-

Oxigen).

9.1.1 Manevrarea si depozitarea materiilor prime De obicei zonele principale de depozitare a fierului vechi sunt zone exterioare, intinse, nepavate si neacoperite care pot produce poluarea solului. Exista insa si instalatii care au depozite de fier vechi acoperite si pavate. In functie de conditiile meteo pot apare emisii de compusi volatili organici si anorganici. In prezent controlul radioactivitatii fierului vechi a devenit un aspect foarte important dar aceasta problema nu este tratata in acest document.

Manipularea inputurilor, pregatirea furnalului In

carc

are

Topi

re

Oxi

dare

Priz

a Deoxidare Metalurgia secundara Turnare continua

Fier vechi, energie, combustibili, gaze, fluxuri, auxiliare

Tratarea oalelor Tratarea in vacuum Sistem de turnare

continua

Chapter 9

282 Production of Iron and Steel

Pentru reducerea riscului de contaminare cu materiale periculoase se realizeaza o sortare a unor tipuri de fier vechi. Fierul vechi poate fi taiat la dimensiuni care sa usureze manevrarea prin taiere cu oxigen. Fierul vechi poate fi incarcat in cosuri de incarcare la depozitul de fier vechi sau poate fi transferat in depozitele temporare de fier vechi din topitorie. In unele cazuri fierul vechi este preincalzit intr-o cuva sau pe un sistem cu banda transportoare (vezi preincalzirea fierului vechi). Alte materii prime care constau in fondanti bulgari sau pulbere, pudra de var si de carbon, aditivi de aliere, deoxidanti si produse refractare sunt depozitate de obicei in spatii acoperite. Dupa livrare, manevrarea lor se limiteaza la maximum si acolo unde este cazul se utilizeaza echipamente pentru captarea pulberilor. Materialele sub forma de pulbere sunt pastrate in silozuri etanse (varul trebuie pastrat uscat) si sunt expediate cu un sistem pneumatic sau pastrate si manevrate in saci etansi..

9.1.2 Preincalzirea fierului vechi In ultimii an, atat EAF-urile noi cat si cele existente au fost echipate cu sisteme de preincalzire a fierului vechi prin utilizarea gazului rezidual in scopul recuperarii energiei. Astazi asa numitul procedeu in cuva si Consteel Process sunt doua sisteme verificate care au fost puse in practica cu succes (Haissig, 1997). Tehnologia in cuva a fost dezvoltata etapizat (Voss-Spilker, 1996). Cu un singur cuptor cu cuva in mod normal poate fi preincalzita doar circa jumatate din cantitatea de fier vechi incarcata in timp ce un cuptor cu cuva prevazut cu sistem de retinere a fierului vechi se poate preincalzi fierul vechi in proportie de 100%. P:rimul cos este preincalzit utilizand caldura de la afanarea celui dinainte iar al doilea in timp ce primul este topit. O modificare ulterioara o constituie furnalul cu cuva dubla care consta din doua furnale cu cuva identice (sistem duplex) care sunt amplasate unul langa celalalt si sunt deservite de un singur set de brate portelectrod. Fierul vechi este preincalzit in parte de gazele reziduale si in parte de arzatoarele laterale. In prezent (Octombrie 1998) sunt in exploatare peste 20 de furnale cu cuva din care 8 in Europa. Preincalzirea fierului vechi poate conduce la emisii mai mari de compusi aromatici organo-halogenati cum ar fi PCDD/F, PCB, PAH si alte produse de ardere partiala provenite de la fierul vechi care este contaminat cu vopsele, materiale plastice, lubrefianti si alti compusi organici. Formarea acestora poate fi redusa prin post-ardere in interiorul furnalului utilizandu-se arzatoare suplimentare cu oxigen. Acestea au fost realizate pentru a realiza (post) arderea CO (si hidrocarbonatilor). Energia termo-chimica rezultata din arderea acestora poate fi utilizata si pentru pre-incalzirea fierului vechi (Knapp, 1996). O astfel de post-ardere este diferita de post –arderea de dupa EAF pentru reducerea emisiilor de compusi organici ca PCDD/F, etc. Asemenea post-ardere necesita o cantitate considerabila de energie.

9.1.3 Incarcarea In mod obisnuit, fierul vechi este incarcat in cosuri impreuna cu varul sau varul dolomitic care este utilizat ca flux pentru formarea zgurii. In anumite instalatii se incarca si bulgari de carbune in urma caruia rezulta emisii de benzen (precum si toluen si xilen). Electrozii furnalului sunt ridicati in pozitia superioara si capacul furnalului este rotit pentru a se realiza incarcarea. In mod normal, cu primul cos se incarca circa 50-60% din cantitatea de fier vechi initiala; se inchide capacul si electrozii sunt coborati in fierul vechi. La circa 20-30 mm deasupra fierului vechi

Chapter 9

Production of Iron and Steel 283

apare arcul electric. Dupa ce prima sarja s-a topit se adauga restul de fier vechi din al doilea si al treilea cos. Un alt sistem disponibil este acela al unui furnal cu cuva care permite preincalzirea fierului vechi prin incarcarea lui intr-o cuva verticala integrata in capacul furnalului (vezi preincalzirea fierului vechi) (Vass-Spilker, 1996). A aparut un alt sistem de incarcare. La procesul Consteel fierul vechi este incarcat in mod continuu printr-o banda transportatoare orizontala (Vallomy, 1992).Cu toate acestea acest sistem nu este considerat a fi o tehnica demonstrata. 9.1.4 Topirea si rafinarea cu arc electric In perioada initiala de topire, energia electrica aplicata are valori reduse pentru a se evita deteriorarea peretilor si capacului furnalului de catre radiatiile produse in timp ce electrozii sunt imersati in fierul vechi. In momentul in care arcul electric este ecranat de fierul vechi din jurul electrozilor se poate mari puterea pentru a se finaliza proceul de topire. Arzatoarele cu oxigen si/sau arzatoarele cu oxicombustibil sunt utilizate din ce in ce mai mult pentru a sprijini fazele premergatoare topirii. Combustibilii sunt gaze naturale sau pacura. Mai mult, oxigenul poate fi injectat in otelul lichid prin duze speciale aflate in peretii laterali sau in partea de jos a EAF. In ultimii 30 de ani oxigenul a capatat tot mai mare utilizare in siderurgia electrica nu numai din motive tehnologice ci si pentru crestera cerintelor tehnologice. Astazi cresterea utilizarii oxigenului se datoreaza disponibilitatii oxigenului lichid si instalatiilor d oxigen existente in combinatele siderurgice. Oxigenul este utilizat pentru decarburarea topiturii si eliminarea altor elemente nedeorite cum ar fi fosforul, magneziul, siliconul si sulful. Mai mult el reactioneaza cu hidrocarburile producand reactii exoterme. Rezultatul injectiei de oxigen il constituie producerea de gaze si gaze reziduale in furnal. Iau nastere CO si CO2 gazos, particule extrem de fine de oxid de fier si alte produse gazoase. In cazul utilizarii postcombustiei continutul de CO este sub 0,5% volum. Argonul si alte gaze inerte sunt injectate in topitura pentru a asigura agitarea baii si pentru echilibrarea temperaturii. Aceasta tehnica imbunatateste si echilibrul zgura – metal..

9.1.5 Evacuarea otelului si a zgurii In instalatiile care nu dispun de facilitati metalurgice secundare, elementele de aliere si ceilalti aditivi sunt adesea adaugati in oala cu otel inainte sau in cursul evacuarii. Aceste adausuri pot mari sensibil cantitatea de gaze produsa in timpul evacuarii. Este posibil sa fie necesara indepartarea zgurii in timpul incalzirii si realizarea oxidarii la sfarsitul incalzirii inainte de evacuare. Furnalul este inclinat in spate spre usa pentru zgura iar zgura curge sau este trasa intr-o oala aflata pe sol in spatele furnalului, operatia avand ca rezultat producerea de gaze si pulbere. In prezent otelul este evacuat printr-un sistem aflat in partea de jos a furnalului, sistem care permite doar unei cantitati reduse de zgura sa patrunda in oala de turnare.

9.1.6 Metalurgie secundara Metalurgia secundara care are loc in oala de turnare cuprinde procesele de tratare a otelului topit dupa evacuarea din furnal spre punctul de turnare. Acestea au loc de obicei in statiile de tratare. Aceste statii sunt amplasate de obicei in combinatele siderurgice langa generatorul de vid sau

Chapter 9

284 Production of Iron and Steel

langa instalatia de incalzire cu arc. Alte statii mici au echipamente pe baza de injectie de gaz inert sau de pulberi. Procesele respective sunt prezentate schematic in figura 9.4

Moltensteel

Ladledustfumeslag

additions:microalloysferroalloysslags/fluxes

inert gas

dust/fume

slag

oxygeninert gasalloysflux

Rinsing

Reladling

Vacuumrefining

Degassing

VOD

Non vacuumrefining

inert gasoxygenfluxesCaCalloys for carbon steel:

alloys for stainless steel:

2

FeSi,FeMn,FeV,FeNb,FeTi,SiCa,Pb

FeCr,FeNi,CrMo,FeW,FeTi,FeCo,B,etc

2

NHCOCOdustslag

22

2

Ladlefurnace

AOD

CAS

CAS/OB

Desulphurisation

COCOdustslag

2(heavy metals)

VAD

Legenda: VOD = Decarbonificare in vacuum cu oxigen; VAD = degazificare cu are in vacuum; AOD = Decarbonificare cu argon si

oxygen; CAS = Reglaj compositional prin turbionare izolata cu argon; CAS/OB = CAS plus insuflare oxigen

Figura 9.4: Metalurgie secundara /tratamente in oala [UK EAF – 1994]

In cazul otelului cu continut de plumb, gazele uzate cu continut de plumb trebuie sa urmeze un tratament special ( vezi capitolul 8.1.4. si 8.2.2.1.1.3.)

9.1.7 Manipularea zgurii In afara de operatia de scurgere a zgurii apar gaze si pulberi si la extragerea acesteia in stare calda cu excavatoare. In afara halei furnalelor zgura poate fi racita prin stropire cu apa inainte de a fi sparta si sortata pentru a permite recupearrea metalului. In cazul zgurii fara var pot apare emisii alcaline. De asemenea la spargerea zgurii (in unele cazuri se taie cu jetul de oxigen) si recuperarea metalului se pot produce emisii de pulberi.

9.1.8 Turnarea continua In mod normal metalul lichid este turnat continuu. Se foloseste de asemenea si turnarea in lingouri. Turnarea continua este un proces care da posibilitatea turnarii unei oale de otel lichid in flux continuu in blocuri, tagle, foi, etc.Otelul este turnat din oala intr-o forma din care este distribuit in procent controlat in forme de turnare pe dimensiuni corespunzatoare racite cu apa. Pentru a preveni lipirea carcasei solidificate forma penduleaza in directia de turnare cu viteza mai mare decat viteza de turnare si in forma de turnare se adauga un lubrefiant de topire sub forma de pulbere sau ulei vegetal. Firul este redus continuu si este racit cu jeturi de apa. In momentul in care solidificarea este completa firul este taiat la lungimea dorita cu ajutorul unor dispozitive de taiere oxi-gaz automate. In cazul taierii oxi-gaz sau taierii hidraulice a otelului inoxidabil este utilizata injectia de pulbere de fier

Otelul topit

Oala Pulbere Fum Zgomot

Suplimentar: Micro-aliaje Fero-aliaje Zgure/fluxuri

Gaz inert

Pulbere/fum

Incarcare

Spalare

Zgura

Separare vacuum

Gaz inert Oxigen Flux

Separare fara vacuum

Aliaje pentru otel-carbonAliaje pentru otel inoxidabil

degazificare

Oala furnal

Desulfurare

Pulberi (metale grele) zgura Pulberi

zgura

Oxigen Gaz inert Aliaje Flux

Chapter 9

Production of Iron and Steel 285

9.2 Consumul actual si nivelele de emisie

9.2.1 Prezentarea tendintelor – datele furnizarii/productiei Fig. 9.5. descrie o prezentare generala (rezumat) a alimentarii si producerii cuptoarelor cu arc electric. Acest rezumat poate fi folosit in scopul strangerii de date in cazul furnalului cu arc electric.

Electric Arc furnace andsecondary metallurgy

Energy

Water

Auxiliaries

Kind and quantity [t/a] - alloying metals - graphite electrodes - lining - inert gas

- annual consumption [m3/a]- own wells/supply [%]- demineralised water [m3/a]

- oxygen [t/a]- coal [t/a]- gas [m3/a]- electricity [kWh/a]

Wastewater

Solid waste/by product

Off gas/fume

Sources and quant. [conc. and t/a] of dust, org.C, VOC,HF, HCl, CO, heavy metals, PCDD/F, PCB, HCB, PAH,benzene (if applicable separate sheet)

Kind and quantities [t/a]- slag (composition on sep. sheet) - dust

- Quantity (not cooling water) [m3/a]

- Direct discharge [yes/no] - Cooling water [m3/a] - temperature [°C] - average - max

Raw materials Products

- capacity of the plant [t/a] - age of the plant [a] - no. of employees - operation time[h/a] - annual turnover [ECU/a]

Kind and quantities [t/a] - scrap - lime - coal - iron sponge

Electric arc furnace - mass stream overview

Kind and quant. [t/a]- steel melt

Heat recov. - steam product. [t/a]

General information

- liquid fuel oil [t/a]

- Composition (separate sheet)

- refractory materials

Figure 9.5 : Debitul masic intr-un furnal cu arc electric

Factorii specifici de alimentare, la fel ca si factorii de emisie specifici, pot fi calculati. Asemenea factori sunt prezentati in Tabelul 9.1. Informatiile provin din sursele in notele de subsol.

Chapter 9

286 Production of Iron and Steel

. Intrare Iesire Materii prime Produse Deseu (fier vechi) kg/t 1080 – 1130 Otel lichefiat (LS) kg 1000,0 Var kg/t 30 – 80 Emisii*3 Carbune kg/t 13 – 15 Pulberi g/t 1-780 *4 Electrozi de grafit kg/t 1,5 – 4,5 Hg mg/t 6-4470 *5

Captuseala kg/t 1,9 – 25,1 (medie de 8,1)

Pb mg/t 16-3600 *6

Metal lichid, fierbinte kg/t Cr mg/t 8-2500 *7 DRI*1 kg/t Ni mg/t 1-1400 *8 Bare de fier*2 kg/t Zn mg/t 280-45600 *9 Cd mg/t <1-72 *10 Cu mg/t <1-460 *11 Energie HF mg/t <700-4000 *12 Energie totala MJ/t 2300-2700 HCl mg/t 800-9600 *12 Electricitate MJ/t 1250-1800 SO2 g/t 24-130 *12 Oxigen m3/t 24-47 NOx g/t 120-240 *13 CO g/t 740-3900 *12 Apa Inclusa in

circuitul de racire TOC gC/t 16-130 *14

Benzen mg/t 170-4400 *12,15 Clorbenzen mg/t 3-37 *16 PAH*17 mg/t 3,5-71 *18 PCB *19 mg/t 1,5-45 *20 PCDD/F g I-TEQ/t 0,07-9 *21 Deseuri solide Zgura de furnal kg/t 100-150 Zgura din

cuptorul oala kg/t 10-30

Praf kg/t 10-20 Caramizi refractare kg/t 2-8 Zgomot dB (A) 90-125 Legenda : LS – otel lichid *1 Metalul fierbinte este utilizat in cazuri foarte speciale (pana la 275 kg/t LS), cand cantitatea de fier vechi este

redusa *2 DRI – fier deja redus – si barele de fier sunt folosite doar in cazuri speciale *3 Avand disponibile doar date despre concentratie, factorii de emisie sunt calculati pentru 8000 Nmc/t LS [TWG,

1998]; in practica, debitul specific de gaze poate varia considerabil, de la 6000 la 16000 Nmc/t LS *4 Conform studiilor din CE [EC Study, 1996 ], valoarea medie si deviatia standard pentru emisia de pulberi

(primara si secundara) pentru 38 instalatii este de 124±166 g/t; la instalatiile dotate cu filtre cu saci se obtin factori de emisie pentru pulberi < 20 g pulbere/t LS [Theobald, 1995; UBA – BSW, 1996]; in primul rand emisiile de metale grele sunt direct corelate cu continutul rezidual de particule de pulberi in gazele emise (cu exceptia metalelor in stare gazoasa – Hg)

*5 Emisia de Hg variaza puternic de la o sarja la alta. Conform cu [ Theobald, 1995; UBA – BSW, 1996], datele de la : 4 instalatii germane indica o medie de 370 mg Hg / t LS; o instalatie daneza – medie de 150 mg Hg/t LS [DK EAF, 1997]; datele dupa [Lindblad, 1998] , respectiv 16 masuratori intre 1994 – 1996, indica o medie de 6 mg Hg/t LS.

*6 Date de la 4 instalatii germane [Theobald, 1995; UBA – BSW, 1996] – medie de 450 mg Pb/t LS; date de la o instalatie daneza [DK EAF, 1997] – medie de 700 mg Pb/t LS.

*7 Date de la 4 instalatii germane [Theobald, 1995; UBA – BSW, 1996] – medie de 400 mg Cr/t LS *8 Date de la 4 instalatii germane [Theobald, 1995; UBA – BSW, 1996] – medie de 140 mg Ni/t LS; date de la o

instalatie daneza [DK EAF, 1997] – medie de 280 mg Ni/t LS. *9 Date de la 4 instalatii germane [Theobald, 1995; UBA – BSW, 1996] – medie de 11400 mg Zn/t LS; date de la

o instalatie daneza [DK EAF, 1997] – medie de 5550 mg Zn/t LS.

*10 Date dupa [Theobald, 1995] - < 1- 72 mg Cd/t LS, medie de 16 mg Cd/t LS; date dupa [UBA – BSW, 1996] – 8 masuratori cu 4 – 37 mg Cd/t LS, medie de 25 mg Cd/t LS, o valoare extrema de 180 mg Cd/t LS nu a fost luata in considerare; date de la o instalatie daneza [DK EAF, 1997] – medie de 40 mg Cd/t LS.

*11 Media de la 4 instalatii germane [Theobald, 1995; UBA – BSW, 1996] –este de 80 mg Cu/t LS.

*12 Date de la o instalatie germana [UBA – BSW, 1996] – 9 masuratori.

*13 Date de la o instalatie germana [UBA – BSW, 1996] – 9 masuratori, date din Suedia [Lindblad, 1998] de la cateva EAF –uri (17 masuratori intre 1885 – 1993, valori intre 22 –680 g NO2 /t LS).

*14 TOC – carbon organic total , date dupa [Werner, 1997; Theobald, 1995].

Chapter 9

Production of Iron and Steel 287

*15 9 masuratori (medie de 1920 mg benzen/t LS), benzenul poate proveni de la degasifierea carbunelui, cand este folosit (combustibil aditional).

*16 Date dupa [Lindblad, 1992] – 20 masuratori la 9 instalatii (medie de 22 mg/t LS), incluzand toti clorbenzenii, cu exceptia monoclorbenzenului.

*17 Suma dupa EPA 16

*18 Date dupa [Werner, 1997] – 9 masuratori cu valori de 3,5 – 71 mg PAH/t LS (medie de 35 mg PAH/t LS), dupa [Lindblad, 1992] – 13 masuratori la 7 instalatii (valori: 8/23/84/120/180/240/920 mg PAH/t LS)

*19 PCB ca total PCB, calculata cu (∑PCB 28+52+101+153+138+180) x 5 (dupa [UN – ECE, 1997])

*20 Date dupa [UBA – BSW, 1996] – 9 masuratori cu 1,5 – 16 mg PCB/t LS (medie de 7,8 mg PCB/t LS) ; date dupa [Werner, 1997] – 9 masuratori cu 2 – 45 mg PCB/t LS (medie de 17 mg PCB/t LS)

*21 Date de la 8 instalatii suedeze: 0,2 – 9 g I-TEQ/t LS [Lindblad, 1992]; date de la 4 instalatii germane: 0,07 – 1,8 g I-TEQ/t LS [Theobald, 1995]; date dupa [LUA NRW, 1997]: 0,3 – 5,7 g I-TEQ/t LS ; date de la o instalatie daneza EAF – o medie inregistrata de 1,7 g I-TEQ/t LS [EC EAF, 1997].

Tabelul 9.1 : intrare/iesire – date pentru cuptoare electrice cu arc pentru producere otel – carbon, compilatie a datelor din sursele indicate in subsolul tabelului

Chapter 9

288 Production of Iron and Steel

9.2.2 Informatii despre prezentarea generala a emisiei singulare ca si despre emisia de zgomot si cererea de energie Urmatoarele emisii de gaze, pierderi solide/ pe produse si apauzata pt fi recunoscute in procesul de fabricare a otelului, in furnalul cu arc electric. 9.2.2.1 Emisii de gaze 0 Epurarea primara a gazelor 9.2.2.1.1.1. Epurarea gazelor colectate direct din EAF 9.2.2.1.1.1.2. Epurarea gazelor colectate direct in procesul metalurgic secundar 9.2.2.1.2. Epurarea secundara a gazelor provenite din manevrarea si incarcarea deseurilor, deschiderea de otel, metalurgia secundara cu deschiderea operatiilor si din turnarea continua. 9.2.2.1.3. Fum provenit din procesul de producere a zgurei. 9.2.2.2. Pierderi solide/ pe produse 9.2.2.2.1. Zgura din productia otel-carbonului/otelului slab aliat/otelurilor aliate 9.2.2.2.2. Prafuri rezultate din operatia de epurare a gazelor 9.2.2.2.3. Caramizi refractare 9.2.2.3. Emisiile din apa uzata 9.2.2.3.1. Apa de canalizare din spatiul de depozitare a deseurilor 9.2.2.3.2. Epurarea gazului prin fiecare (exceptional) 9.2.2.3.3. Turnare continua 9.2.2.4. Infestarea solului 9.2.2.5. Emisii de zgomot

Chapter 9

Production of Iron and Steel 289

9.2.2.1 Epurarea emisiilor de gaz

9.2.2.1.1 Epurarea primara a gazelor

9.2.2.1.1.1 Epurarea gazelor direct colectate din EAF Epurarea primara a gazelor reprezinta aproximativ 95 % din totalul emisiilor din EAF (EC EAF, 1994). Majoritatea uzinelor existente extrag emisiile primare prin cea de-a patra “poarta” (in cazul existentei a 3 electrozi), or prin cea de-a doua “porta” (gaura) – in cazul unui singur electrod. (Figura 9.6.). Astfel, 85-90 % din totalul emisiilor in timpul unui ciclu complet pot fi colectate (EC EAF, 1994). Exista inca foarte putine uzine care nu au a patra “porta”, ci numai o casa a cuptorului (EC Study, 1996). Mai mult de 50 % din EAF, in cadrul U.E, ca adaugat la a 4-a poarta, un sistem pentru evacuarea din atmosfera halei, special acoperit (Fig.9.6)

EAF with 4th hole and hood for dedusting of the building atmosphere

Dog-house of an EAF

Figura 9.1 : Sistemul de colectare a pulberilor [D. Rentz, 1997]

EAF with 4th hole and hood for dedusting of the building atmosphere – EAF cu a 4-a poarta pentru indepartarea pulberilor din atmosfera Dog-house of an EAF – carcasa unui EAF. In acest fel, cele mai multe dintre emisiile secundare provenite din incarcare si deschidere pot fi clectate ca si in cazul scurgerilor EAF in timpul topirii. Foarte des, tratarea emisiilor primare si secundare este realizata in aceeasi instalatie, mai mult filtrele cu saci. Tabelul 9.2. sintetizeaza performantele calitative ale colectarii emisiilor in cadrul principalelor operatii de producere a otelului efectuate de cuptorul cu arc electric. Tabel 9.2 : Sisteme pentru colectarea emisiilor din uzinele EAF [EC EAF, 1994 Surse de emisie Sistem de colectare

Manipulare fier vechi si priza *1

Topire (in EAF) Metalurgie secundara*2

Incarcare Turnare continua*1

A 4-a poarta

Nu Da Da, daca este

echipat

Nu Nu

Acoperis Da, partial Da Da, daca este

Da, partial Da, partial

EAF cu cea de-a patrea poarta si hota pentru desprafuire a aerului din cladire

carcasa unui EAF

Chapter 9

290 Production of Iron and Steel

echipat Carcasa Nu Da Da, daca

este echipat

Numai daca este inchis*3

Nu

Instalatie totala de evacuare

Da Da Da Da Da

*1daca este localizat in aceeasi incapere *2daca metalurgia secundara este realizata in instalatii separate *3de obicei carcasele nu sunt inchise in timpul incarcarii Figura 9.7 arata procentajul celor patru sisteme de colectare ale emisiilor existente in UE, indicand faptul ca o treime a instalatiilor au doar o a patra poarta pentru colectarea emisiilor primare.

(8 plan ts) 4 th hole and dog-house

13%

(35 plants) 4 th hole and e vacuation of

the bu i lding atm osphe re

53%

(4 plan ts) dog-house on ly

3%

(20 plan ts) 4 th hole on ly

31%

Legenda: 4th poarta = poarta aditionala in acoperisul unui EAF pentru a extrage gazul rezidual; in cazul unui singur electrod (de obicei sunt trei) aceasta poarta aditionala este numita a 2-a poarta; carcasa = incapsularea EAF;

Figura 9.7 : Procentajul sistemelor existente de colectare a pulberilor in 67 EAF in UE – [EC Study, 1996]

Gazele primare contin 14-20 Kg pulbere 1 t, carbon/otel lichid sau otel slab aliat si 6-15 Kg pulbere/t in cazul otelului inalt aliat (EC EAFc1994). Compozitia pulberilor poate fi vazuta din analizele pulberilor separate de gaze in filtre sau precipitatii electrostatici (ESP) (a se vedea Tabelul 9.6.). Metalele grele, in special mercurul, prezent in faza gazoasa, nu apartin pulberilor. De aceea, ele nu pot fi eliminate prin filtrare sau ESP (filtrare electrostatica). Oricum, majoritatea metalelor grele sunt combinate, in principal, cu pulberile si eliminate din gazul rezidual prin separarea pulberilor . Domeniul factorilor de emisie a pulberilor dupa reducere poate fi vazut in Tabelul 9.1. Domeniul ( 1-780 g/t LS), este destul de mare indicand o diferenta mare in colectare si eficienta reducerii. Referitor la concentratia emisiilor, cele mai multe dintre uzine sunt in jurul sau sub 10 mg pulbere/NM3, dar exista si uzine cu 50 mg/NM3 EC Study, 1996. In mod normal acesti factori de emisie sau concentratiile de emisie cuprind emisii de pulbere sescundare, deoarece emisiile primare si secundare sunt des tratate au acelasi echipament.

(4 instalatii) doar carcasa

(20 instalatii) a 4-a poarta doar

(35 instalatii) a patra poarta si evacuarea aerului din cladire

(8 instalatii) a patra poarta si carcasa

Chapter 9

Production of Iron and Steel 291

Metale grele Anumite emisii arata, de asemenea, intervale mari de variatie (vezi Tabelul 9.1.)Valorile mai mari pot fi de o mare releventa in ceea ce priveste mediul. Zincul este metalul cu cea mai mare emisie de factori. Emisiile de Mercur pot varia puternic de la incarcare la incarcare, in functie de compozitia/calitatea deseurilor Theobald, 1995: UBA-BSW, 1996). Emisiile S02 depind, in principal, de cantitatea de zgura si uleiuri furnizata, dar nu sunt de mare relevanta. Emisiile NOX, de asemenea, nu prezinta o importanta deosebita. VOC Emisiile VOC, in special benzenul, pot avea valori inalte si corespund folosirii carbunelui care se degazeaza inainte de a fi ars, in special cand este adaugata ca un “cuib” pe bena de fier vechi. Se poate astepta ca emisiile de benzen impreuna cu cele de toluen, xilena si alte hidrocarburi sa rezulte din degazarea carbunelui. In anii 90, a crescut importanta poluantilor organici. Rezultatele analitice sunt valabile numai pentru un numar limitat de compusi analizati. Au fost masurati compusii organoclorici, precum clorobenzenul, PCB si PEDD/F. Clorbenzenul Clorbenzenul a fost determinat intr-un EAF Suedez (1-37 mg/t LS – vezi Tabelul 9.1.). Dintr-o instalatie germana se stie ca hexaclorbenzenul este prezent in emisia de gaz (UBA-BSW,1996). Bifenili policlorinati Emisiile PCB masurate variaza considerabil (15-45 mg/t LS – vezi Tabel 9.1.). Ele au o relevanta in privinta mediului. Nu se cunoaste inca daca PCB poate fi format din nou in timpul procesului si/sau inlauntrul instalatiei de epurare a gazului (asa cum este cazul instalatiilor de sinterizare – vezi 4.2.2.4.10 si Blaha, 1995, Seholz, 1997. PCB se gaseste in alimentarea cu resturi (deseuri metalice), care ar putea fi sursa majoritara pentru emisiile masurate Schiemann, 1995. In special PCB din condensatoarele mici in cateva dispozitive tehnice ca masini de spalat, uscatoare (de par), aparatura de gatit, arzatoare pe ulei, lampi fluorescente etc, reprezinta principala alimentare cu PCB (Schiemann, 1995). Asa zisa fractiune luminoasa (daca se foloseste ca alimentare) poate continua peste 140 ppm PCB (suma tuturor PCB), simultan generate. O investigatie arata ca emisiile PCB au ramas neschimbate inainte si dupa un filtru care realizeaza concentratii scazute de pulberi reziduale (< 5 mg/Nm3), ca valoare medie zilnica Werner, 1997. Dibenzo-p-dioxine si furane policlorurate (PCDD/F) Referitor la PCDD/F exista multe masuratori ce arata factorii de emisie dintre 0.07 – 9 µg I-TEQ/t LS (vezi Tabelul 9.1). Figura 9.8 prezinta un exemplu de distribuire a PCDD/F omoloage in gazul brut si epurat din EAF.

Figura 9.8 : Distribuirea PCDD/F in gazul evacuate din EAF cu preincalzirea fierului vechi, inainte si dupa reducere – [Werner, 1997]

Gaz brut Gaz epurat

Chapter 9

292 Production of Iron and Steel

Domina PCDD/F omoloagecu patru sau cinci atomi de clor. Nu exista informatii credibile referitoare cine cauzeaza in principal emisiile de PCDD/F: la inputul de PCDD/F sau sinteza. Luand in considerare emisiile PCDD/F absolute, exista o corelare pozitiva intre temperatura gazului evacuat (figura 9.9) si continutul de pulberi (9.10)

Figure 9.9 : Corelarea emisiilor de PCDD/F si temperaturile gazului evacuate (dupa reducerea din filtru sac) in cadrul gazului evacuate din EAF – [Werner, 1997]

Figura 9.9 indica faptul ca atata timp cat temperatura gazului epurat este sub 75 °C , emisiile de PCDD/F vor fi sub 1 ng I-TEQ/ Nm3. Explicatia fizica a acestui aspect tine de reducerea volatilitatii PCDD/F o data cu reducerea temperaturii [Spencer, 1992]. La temperaturi mai joase PCDD/F tind sa fie absorbite de filtru de praf.

Figura 9.10 : Corelarea continutului de pulberi reziduale si a concentratiilor PCDD/F (dupa eliminarea prin filtru sac) din gazul evacuat de EAF la temperaturi mai mici de 85°C – [EC EAF, 1997; Pedersen, 1996]

Chapter 9

Production of Iron and Steel 293

Observatia ca acolo se afla o conexiune apropiata intre emisiile de praf si PCDD/F trebuie sa fie raportate la temperatura gazului emis. Continutul de pulberi poate depinde de dimensiunea si calitatea filtrului sac insa si de o umiditate relativa a gazului evacuata, care poate fi mare in cazul spalarii gazului evacuat sau localizarii in apropiere de o mare (figura 9.11)

Figura 9.11 : corelarea vaporilor de apa si a continutului de pulberi (dupa reducerea prin filtru sac) in gazul emis de EAF – [EC EAF, 1997; Pedersen, 1996]

Hidrocarburile policiclice aromatice (PAH) Factorii de emisie pentru PAH sunt de asemenea relativ mari (3.5 – 71 mg/t LS – vezi tabelul 9.1) insa nu sunt raportate multe masuratori. PAH sunt de asemenea deja prezenti in inputul de fier vechi [Schiemann, 1995] insa pot fi formati de asemenea in timpul procesului. Preconizarile asupra absorbirii PAH de catre filtru de pulberi la un grad ridicat (depinzand de asemenea de temperature gazului emis) nu au putut fi confirmate prin cercetarile de la Luxembourg, emisiile de PAG ramanand neschimbate inainte si dupa reducerea din filtru sac, atingand continut redus de pulberi (< 5 mg/Nm3) ca valoare medie zilnica [Werner, 1997].

9.2.2.1.1.2 Gazul evacuat colectat direct din procesele secundare metalurgice Informatiile referitoare la emisiile din metalurgia secundara (in principal emisiile de pulberi) este foarte limitata. [EC Study, 1996] raporteaza factori de emisie de pulberi inainte de reducere de la sapte AOD/VOD instalatii de separare, intre 6-15 kg pulberi/t LS si o singura valoare redusa de 1.35 kg pulberi/t LS. Aceste sapte instalatii au instalatii de desprafuire independente de desprafuirea EAF. Factorii de emisie si concentratiile de dupa reducere nu au fost raportati.

Chapter 9

294 Production of Iron and Steel

9.2.1.1.2 Epurarea secundara a gazelor in cazul manevrarii incarcarii deseurilor, evacuarea otelului, metalurgia secundara cu operatiile de evacuare si turnarea continua

Emisiile secundare reprezinta, in principal, emisiile pulberi, exceptand pierderile de aburi din EAF, care pot contine toti poluantii descrisi in cazul emisiilor primare. Informatiile asupra emisiilor secundare sunt, de asemenea, limitate. Pentru incarcarea EAF – de obicei 0,3 – 1 Kg pulbere/t LS si de la evacuare – 0,2 – 0,3 Kg pulbere / t LS sunt emise (emisii inainte de micsorare) EC EAF, 1994. Pentru pierderile de abur in timpul operatiilor EAF, sunt semnalati factori de emisie a pulberilor intre 0,5-2 Kg pulbere/t LS EC Study, 1996. Factorii de emisie, ca suma a celor 3 surse mentionate (incarcare, evacuare, pierderi de abur) au valori intre 1,4 – 3 Kg pulbere/t LS (EC Study, 1996. Aceasta poate fi considerata ca o confirmare a faptului ca emisiile primare au valori de zece ori mai mari decat emisiile secundare. Informatiile referitoare la cantitatile de emisii pulbere rezultate din manevrarea deseurilor, ca si din procesul de turnare continua nu sunt disponibile. De obicei, gazele secundare epurate sunt tratate impreuna cu cele primare. Filtrele cu sac sunt foarte des folosite (aproximativ 90 % din instalatii (EC Study,1996), dar in cateva cazuri se folosesc ESP si epuratoarele cu apa. Luandu-se in considerare micropoluantii, precum compusii organoclorici, indeosebi PCDD/F, contaminarea cu gaze secundare (in principal pierderile din EAF) isi aduce contributia la emisiile globale. Atunci cand valorile limita de emisie < 0,5 mg I-TEQ/Nm3 trebuie respectate, vor trebui luate in considerare emisiile secundare Werner,1997; Gerlafingen,1998.

9.2.1.1.3 Aburi proveniti din prelucrarea zgurei Prelucrarea zgurei cuprinde asezarea (sedimentarea) zgurei prin pulverizarea apei, rezultand aburi. Acesti aburi pot fi puternic alcalini daca zgura cuprinde CaO liber (vezi tabelul 9.4.). Acesta este un caz foarte des intalnit. Depunerile alcaline din aburi pot genera probleme cartierelor invecinate.

9.2.2.2 Pierderile solide/produse Diferitele deseuri solide/ produse secundare din procesul de prelucrare a otelului in EAF sunt asociate cantitatilor lor specifice in Tabelul 9.3. Deseurile solide/produsele secundare Cantitatea specifica

(intervalul) [kg/t LS]

Zgura din productia de otel-carbon/ de otel putin aliat

• Zgura de la EAF 100 – 150 • Zgura de la oala 10 – 30 Zgura de la productia de otel foarte aliat • Zgura de la EAF 100 – 135 • Zgura din oala 30 – 40 • Zgura AOD ca. 160 Pulberile de la productia de otel-carbon/

otelul putin aliat 10 – 20

Caramizi refractare 2 – 8 Legenda: LS = otel lichid

Tabelul 9.3: Tipurile si cantitatile specifice ale deseurilor solide/produse in cadrul producerii otelului in EAF.

Chapter 9

Production of Iron and Steel 295

9.2.2.2.1 Zgura rezultata din productia otel-carbonului/otelului slab/ aliat otelurilor puternic aliate Compozitia zgurei din procesul de producere a otel-carbonului si otelului slab aliat poate fi observata in Tabelul 9.4. Acest tabel contine compozitia zgurei din procesul de producere a otelului inoxidabil si din metalurgia secundara (AOD si VOD). Sunt mentionate si alte elemente decat cele amintite, precum Pb, As, Sb, Hg, CC, F si clor hexavalent, de asemenea prezent.

Productia de otel-carbon/

otel usor aliat Productia de otel foarte aliat

Metalurgia secundara

Component [wt.-%]

Zgura de la EAF Zgura de la oala Zgura de la EAF

*2 Zgura de la AOD Zgura de la VOD

Fetot 10 – 32 ≤ 2 – 5 ≤ 2 ≤ 1 – 2 max. 2 CaO 25 – 45 30 – 50 45 35 - 50 35 – 50

CaOfree ≤ 4 ≤ 10 ≤ 10 5 – max. 10 max. 5 SiO2 10 – 18 10 – 20 30 25 – 35 20 – 30 Al2O3 3 – 8 3 – 12 5 1 – 10 1 – 10 MgO 4 – 13 7 - 18 7 4 - 7 5 – 15 MnO 4 – 12 ≤ 1 – 5 2 1 n/a Cr2O3 1 – 2 ≤ 0.5 3 1 - 5 1 – 5 TiO2 0.3 n/a n/a n/a n/a P2O5 0.01 – 0.6 n/a n/a n/a n/a Na2O 0.46*1 n/a n/a n/a n/a K2O 0.11*1 n/a n/a n/a n/a V2O5 0.11 – 0.25 n/a n/a n/a n/a ZnO 0.02*1 n/a n/a n/a n/a CuO 0.03*1 n/a n/a n/a n/a NiO 0.01 – 0.4 n/a n/a n/a n/a

S 0.02*1 n/a n/a n/a n/a C 0.33*1 n/a n/a n/a n/a

*1 date disponibile doar de la o instalatie; *2 date doare de la o instalatie; n/a = indisponibile

Tabel 9.4 : Compozitia chimica a zgurei din EAF in cadrul proceselor de producere a otelurilor carbon / slab aliate /puternic aliate [Geiseler, 1991; Plockinger, 1979; D Rentz, 1997; Heinen, 1997]

In EU, majoritatea zgurei din carbon si otel slab aliat este inca depozitata permanent in gropi ecologice (tabelul 9.5), procentajul de zgura reutilizata pentru procesul de productie a otelurilor aliate este semnificativ mai mare. Dar, totusi, o treime este depozitata permanent. Tipul de otel

Cantitatea totala de zgura

Reciclarea in instalatie

Utilizare externa

Vanduta catre terti

Depozitata permanent si tinuta in depozite

[kt/a] [kt/a] [%] [kt/a] [%] [kt/a] [%] [kt/a] [%] Otel carbon 1796 45.1 2.5 494.8 27.6 13.7 0.8 1242 69.2 Oteluri putin aliate 444 - - 61.6 13.9 108.0 24.4 261 58.9 Oteluri foarte aliate 461 81.4 17.7 68.0 14.8 160.0 34.7 156 33.9 Total 2700 126.5 4.7 624.4 23.1 281.7 10.4 1659 61.4

Tabel 9.5 : Destinatia zgurii din EAF in EU (reutilizare sau depozitare permanenta); date din 57 de otelarii , productie de 2,7 milioane tone /an de zgura (133 kg/t LS) – (Studiu UE, 1996)

Chapter 9

296 Production of Iron and Steel

Marea majoritate a zgurelor rezultate din tratarea in oala de turnare si din metalurgia secundara (zgura AOD si VOD, de asemenea) este depozitata permanent in concordanta cu EU in procent de 80 % EC Study,1996. Rata de reutilizare variaza in diferitele State Membre, in functie de cerintele legale, disponibilitatea taxelor, situatiei pietei, costurilor si posibilitatilor de refolosire a zgurelor prelucrate.

9.2.2.2.2 Pulberi din tratarea gazelor epurate Asa cum deja s-a mentionat, tratarea gazelor epurate (majoritatea gazelor primare epurate impreuna cu cele secundare epurate) se realizeaza de obicei in filtre cu saci. Compozitia de pulberi din producerea carbonului, otelului slab aliat si inalt aliat se poate observa in Tabelul 9.6.

Componenta

Pulberile din otelul slab aliat/ productia de otel carbon

[greutate-%]

Pulberile de la otelul foarte aliat/ otelul inoxidabil

[greutate-%] Fetot 25 – 50 30 – 40 SiO2 1.5 – 5 7 – 10 CaO 4 – 15 5 – 17 Al2O3 0.3 – 0.7 1 – 4 MgO 1 – 5 2 – 5 P2O5 0.2 – 0.6 0.01 – 0.1 MnO 2.5 – 5.5 3 – 6 Cr2O3 0.2 – 1 10 – 20 Na2O 1.5 – 1.9 n/a K2O 1.2 – 1.5 n/a Zn 10 – 35 2 – 10 Pb 0.8 – 6 0.5 – 2 Cd 0.02 – 0.1 0.01 – 0.08 Cu 0.15 – 0.4 0.01 – 0.3 Ni 0.02 – 0.04 2 – 4 V 0.02 – 0.05 0.1 – 0.3 Co 0.001 – 0.002 n/a As 0.003 – 0.08 n/a Hg 0.0001 – 0.001 n/a Cl 1.5 – 4 n/a F 0.02 – 0.9 0.01 – 0.05 S 0.5 – 1 0.1 – 0.3 C 0.5 – 2 0.5 – 1 Basicitate 2.0 – 6.5 n/a Umezeala 6 – 16 n/a

Tabel 9.6 – compozitia chimica a pulberilor in EAF in cazul producerii otelului carbon/slab aliat/puternic aliat – [Eurofer EAF , 1997; Hoffman, 1997; Strohmeier, 1996]

In UE, aproximativ 2/3 din pulberi sunt depozitate in halda de zgura. (figura 9.12)

Chapter 9

Production of Iron and Steel 297

stored5%

recycled4%

external use24%

sold3%

landfilled64%

Figura 9.12: Destinatia pulberilor colectate in cadrul epurarii primare si secundare a gazelor in cadrul EAF; date obtinute de la 67 uzine [EC Study, 1996]

In Statele Membre procentajele de pulbere, care este refolosita, respectiv cerintele legale, de disponibilitatea haldei de zgura, de taxe si de alte aspecte ale costurilor. Tabelul 9.7. indica faptul ca in Austria, Germania si Statele Beneluxului, pulberea refolosita a atins cote inalte, in timp ce in Europa de Sud si in UK – cote slabe. Aceasta inseamna ca informatiile oferite de EC Study (vezi Fig.9.12) nu mai sunt reprezentative pentru situatia actuala Statele Cantitatea totala de

pulberi [t/a] Cantitatea de pulberi procesate in procesul Waelz [t/a]

Procentaj [%]

Destinatia cantitatilor de pulberi reziduale

Austria si Elvetia 30000 25000 83 Groapa ecologica Benelux 65000 55000 85 Groapa ecologica Denmarca 12000 - 100 - Franta 90000 30000 33 Groapa ecologica Germania 150000 105000 70 Groapa ecologica,

umplerea minelor Italia 180000 80000 44 Groapa ecologica si

reutilizarea in instalatia din I-

Enirisorse Scandinavia 30000 10000 33 Groapa ecologica si

depozitarea pentru reciclarea in viitor

Spania si Portugalia 120000 25000 20 Groapa ecologica UK 65000 0 0 Groapa ecologica Total 730000 330000 45

Tabel 9.7: Procentajele de pulbere din instalatiile de filtrare (din producerea otelului carbon si slab aliat) tratata in procesul Waeltz pentru recuperarea Zn, respectiv depozitata in halda de zgura in cazul statelor membre UE [Hoffmann, 1997]

Chapter 9

298 Production of Iron and Steel

Haldele de zgura sunt prevazute cu diferite sisteme de izollare. In EC Study,1996 sunt prezentate procentajele diferitelor sisteme (fig. 9.13).

13%

38%

7%11%

31%

Figura 9.13: Procentele sistemelor de izolare aplicate pentru haldele de depozitare a pulberilor din instalatiile de filtrare din EAF in cadrul UE.

Pulberile de filtru din 14 amplasamente de productie din UE in cadrul procesului de productie a otelurilor inalt aliate si otelurilor inoxidabile sunt reciclate in cantitati mai mari pentru a recupera Nichel si/sau Cr si/sau molibden. Aproximativ 1/3 este inca depozitata in banele de zgura EC Study,1996, dar procentajul supus reciclarii sporeste in mod constant [Kola, 1996].

9.2.2.2.3 Caramizi refractare In cele mai multe dintre cazuri, caramizile sunt depozitate pe halda [EC Study, 1996].

9.2.2.3 Emisiile de apa uzata

9.2.2.3.1 Apele de scurgere din iazul decantor Majoritatea materiilor prime din EAF, diferitele tipuri de resturi sunt adesea depozitate pe terenuri nepavate pentru fier vechi. Apele de scurgere pot fi infestate, in special in cazul existentei uleiurilor/emulsiilor, continand deseuri de retur. Nu exista informatii disponibile despre cantitatile si poluarea apelor de scurgere. De obicei, este cel putin tratatarea intr-un separator de ulei inainte de a fi evacuata.

9.2.2.3.2 Apa uzata din spalarea gazului evacuat In UE in unele cazuri, gazele evacuate sunt tratate in scruberul umed. Nu exista informatii disponibile asupra tehnicilor aplicate de tratare si a cantitatilor evacuate si a poluarii. 9.2.2.3.3 Apa uzata din turnarea continua Apa uzata rezulta din racirea directa de la turnarea continua. Apa uzata contine resturi (1–3 g/l) si ulei. De obicei apa uzata este tratata impreuna cu celelalte fluxuri de la morile rotative.

Chapter 9

Production of Iron and Steel 299

9.2.2.4 Contaminarea solului In multe cazuri, iazul decantor nu este pavat si acoperit. Contaminarea cu pamant poate apare din acumularea resturilor infestate cu uleiuri minerale/emulsii sau alti compusi. Nu avem informatii despre extinderea si impactul unei asemenea contaminari (cu pamant). Daca locul de depozitare in cazul prelucrarii zgurei nu este pavat si zgura nearsa contine Ca0 liber, apa alcalina poate patrunde in sol.

9.2.2.5 Emisiile de zgomot In cazul prelucrarii otelului in EAF, sunt dominante urmatoarele surse de zgomot :

• camera de topire, inclusiv EAF • locul de depozitare a deseurilor • desprafuirea primara • curatarea prafului de pe acoperisul halei • instalatii de gospodarire a apelor

EAF conventional prezinta nivele de sunet medii (topirea si tratarea) de LWA = 118 – 133 dB(A) pentru cuptoare > 10 t si LWA = 108 – 115 dB(A) pentru cuptoare < 10 t; puterea specifica de transformare determina nivelul emulsiilor de zgomot. In cadrul prelucrarii electrice a otelului, pot aparea nivele de sunet de peste LWA = 127 dB(A) (masuratorile incluzand topirea si tratarea). Principala distribuire a contributiei emusiilor de zgomot: la camera de topire, inclusiv EAF-ul, locul de depozitare a deseurilor si desprafuirea primara

Chapter 9

300 Production of Iron and Steel

9.3 Tehnici de luat in considerare in determinarea BAT Masurile procesului integrat PI.1. Optimizarea procesului EAF PI.2. Preincalzirea deseurilor PI.3. Sistemul inchis → al circuitului apei de racire Tehnici la finalul procesului tehnologic EP.1. Sisteme performante de colectare a emisiilor EP.2. Arderea ulterioara eficienta in combinatie cu tratarea moderna a gazelor epurate EP.3. Injectia cu pulbere de cocs pentru tratarea gazelor epurate EP.4. Reciclarea zgurei din EAF EP.5. Reciclarea pulberilor din cuptoarele cu arc electric

Chapter 9

Production of Iron and Steel 301

PI.1. Optimizarea procesului EAF Descrierea: Procesul EAF a fost imbunatatit incontinuu pentru a optimiza si creste productivitatea, corelata la reducerea consumului energetic specific. Figura 9.14 indica unele dintre cele mai importante masuri/tehnici descrise pe scurt in cele ce urmeaza. Acestea sunt: • Opereare (Ultra) energetica (UHP), • Pereti laterali si tavane racite cu apa, • Arzatoare cu combustibil pe baza de oxigen si dozare de oxigen, • Sistem de evacuare pe la baza, • Operarea cu zgura pumanta, • Metalurgie cu oale sau secundara, • Automatizare.

oxy-fuelburner

water cooledroof

oxygenlancing

eccentricbottomtappingrefractory

material

tuyere

hearth

UHP

water cooledside panels

Figura 9.14 : Prezentarea schematica a unui EAF cu indicarea tehnicilor de optimizare – [D Rentz, 1996]

Functionare (Ultra) energetica: Eforturile de reducere a intervalelor de timp dintre evacuarile la priza au condos la instalarea unor transformatoare mult mai puternice la furnale. Aspectele decisive pentru furnalele (ultra) energetice sunt fost instalate pentru o furnizare de energie specifica aparenta, cu eficienta medie (≥0.7), si transformatoare eficiente ca timp (≥0.7). Operatiile UHP pot avea ca rezultat

Chapter 9

302 Production of Iron and Steel

productivitatea ridicata, consumul redus al electrozilor specifici si volumul redus specific al gazului residual, insa si la cresterea puternia ca captuselii furnalului [Heinen, 1997]. Peretii laterali si acoperisurile racite cu apa: In ultimele doua decade, peretii furnalului si tavanul au fost imbracati in elemente racite cu apa, oferind ocazia de a economisi materialu refractar, de a utiliza tehnologie ultra energetica in furnal si de asemenea de a reutiliza caldura reziduala prin a aplicarea masurilor de recuperare a energiei. Oricum, trebuie verificat in instalatie daca recuperaerae energiei este viabila dpdv economic. In principiu se face deosebirea intre doua sisteme de racire. Asa numitele sistemele de racire calda sau rece prin cresterea temperaturii apei de racire prin conducte. Racirea evaporarii se manifesta prin evaporarea apei de racire prin eliminarea caldurii radiate de procesul cu arc electric. Pentru a proteja elementele racite cu apa de cantitatea de caldura, in special atunci cand nu e posibil procesul zgurei spumante (vezi mai jos), un reglaj automat computerizat al procesului de topire ajuta in prevenirea rupturilor in elemente cauzate de tensiunea mecanica, salvand totodata materialul refractar [Knoop, 1997]. Arzatoarele cu combustibil pe baz de oxigen si dozarea oxigenului: Arzatoarele cu combustibil pe baza de oxygen determina o topire uniforma a fierului vechi. Partial echilibreaza si solicitarile maxime raportate la alimentarea cu curent electric. De obicei, inputul aditional de energie, prin intermediul arzatoarelor cu oxigen sau a duzelor de oxigen, duce la o reducere a intregului input necesar de energie. Sistemul de evacuare la baza: Practica evacuarii la baza este astazi foarte raspandita, deoarece face posibila reducerea cantitatii de zgura oxidica (evacuata) in oala in timpul evacuarii. De asemenea face posibila economisirea costurilor prin reducerea cantitatii de material refractar necesar, pentru o evacuare mult mai rapida si pentru reducerea pierderilor energetice. Si mai mult, simplifica captarea gazelor de ardere. In timp ce unele furnale mai vechi sunt dotate in continuare cu conducte de evacuare, majoritatea furnalelor noi cu arc electric sunt echipate cu sisteme de evacuare la baza prin priza. Zgura spumanta: Producand o zgura spumanta in cadrul furnalului, se imbunatateste transferal de caldura la inputurile incarcate si de asemenea se protejeaza materialul refractar in cadrul furnalului. Datorita stabilitatii mai bune a arcului si a efectorilor mai reduse de radiere, procesarea zgurei spumante conduce la reducerea consumului energetic, consumului de electrozi, nivelului de zgomot si o crestere in productivitate. De asemenea cauzeaza efectele pozitive ale mai multor reactii metalurgice (de ex. intre zgura si topitura). Densitatea zgurei spumante este mai putin decat zgura ce contine FeO din EAF (1.15-1.5 t/m3 in comparatie cu 2.3 t/m3). Din acest motiv volumul de zgura aparut in productia de otel creste si poate necesita niste vagonete mai mari pentru zgura. Dupa evacuarea prin priza, zgura este gazificata partial din nou. Nu au aparut informatii referitoare la efectele adverse a zgurei spumante referitoare la posibilitatea utilizarii zgurei. S-a remarcat ca utilizarea zgurei spumante de multe ori nu este posibila pentru productia de otel superior. Oalele sau metalurgia secundara: Unele etape de productie nu trebuie sa fie realizate in furnalul cu arc electric ci pot fi realizate eficient in alte recipiente (precum desulfurarea, aliajele, temperature si omogenizarea chimica). Aceste procese au fost transmise astazi de la cuptoarele cu arc electric la oale, cuptoarele cu oale sau alte recipiente [EPRI, 1992; Heinen, 1997]. Beneficiile raportate din aceste dezvoltari sunt economisirea energetica (economia neta de 10-30 kWh/t), o reducere a timpilor dintre evacuarile prin prize cu aprox. 5-20 minute, cresterea productivitatii, un control mai bun al temperaturii otelului din caldura furnizata de turnarea continua, o reducere posibila a consumlui de electrozi (pana la 0.1-0.74 kg/t), economisirea aliajelor si o reducere a emisiilor de la cuptorul cu arc electric [EPRI, 1992]. O posibila diminuare a utilizarii oalelor sau altor recipiente, referitor la controlul poluarii, este data de cresterea numarului de surse de emisie, ce

Chapter 9

Production of Iron and Steel 303

solicita investitii mari pentru echipamentul de control al poluarii atmosferice, fiind necesare dispozitive suplimentare precum hotele pentru capturarea pulberilor din gazele de ardere. Automatizarea: Controlul computerizar al cuptoarelor cu arc electric a devenit necesar in ultimii ani, deoarece capacitatile mari solicita sisteme de control eficiente pentru gospodarirea materialelor si a fluxurilor reiesite din selectarea materiei prime, EAF, oalele de la cuptor si turnarea continua. Sistemele de control eficiente permit o crestere a productivitatii, o reducere a consumului energetic si de asemenea o reducere a emisiilor de pulberi [Linninger, 1995]. Nivelurile principale realizate de emisii: mai sus mentionate (descrierea) Aplicabilitate: Tehnicile descrise sunt aplicate pentru instalatiile noi si existente, insa trebuie controlate de la instalatie la instalatie. Efectele colaterale: Arzatoarele cu combustibil de oxigen creste fluxul de gaz evacuat insa reduse necesarul energetic in ansamblu. Peretii latelerali si acoperisurile racite cu apa necesita consum suplimentar de energie de aprox. 10-20 kWh/t insa poate fi compensate prin avantajele disponibilitatii si intretinerii instalatiei. Peretii laterali si acoperisurile racite cu apa au oferit oportunitatea de a furniza tehnologie moderna precum HP sau UHP furnalelor. Instalatii de referinta: Multe instalatii din UE sunt echipate cu tehnicile descrise si sunt operate in conditii optimizate. Tabelul 9.8 sintetizeaza datele provenite de la noua EAF germane ce functioneaza in conditii optimizate. EAF 1 EAF 2 EAF 3 EAF 4 EAF 5

In functionare din 1979 1968/1976 1995 1994 1995

Tipul furnalului AC UHP

AC UHP

DC

Furnal UHP

DC

Furnal UHP

DC

Furnal UHP

Clasa de otel produs Otel carbon Otel carbon Otel carbon Otel carbon Otel carbon

Cantitatea evacuate prin priza [t]

135 85 fiecare 100 125 120

Puterea nominala aparenta a transformatorului de curent [kVA/t]

711 800 fiecare 140 130 120

Materii prime Fier vechi Fier vechi Fier vechi Fier vechi Fier vechi

Sisteme de racire Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Sisteme de evacuare priza

EBT OBT EBT EBT EBT

Capacitatea [t/a] 600000 600000 each 750000 600000 600000

Arzatoare suplimentare

Duze cu oxigen (pereti laterali)

Arzatoare de combustibili (pereti laterali si usa)

Arzatoare pe gaz Arzatoare cu oxigen

Arzatoare cu oxygen sau gaz natural (7)

Combustibili aditionali

- - carbune carbune carbune

Colectarea emisiilor

Masuri

Extragere directa (4

-poarta), hota Extragere directa (4

-poarta), hota Poartea a 2-a, hota Poartea a 2-a, hota Poartea a 2-a,

desprafuirea oalei la furnal, inchiderea furnalului

Sistemul de epurare a gazelor evacuate

Post-ardere,

ESP uscat

Camera de post ardere, spalare, filtru textil

Camera de post ardere cu arzatoare suplimentare

Spalare (aer)

Camera post ardere cu arzatoare suplimentara

Spalare (apa)

Post-ardere,

Filtru textil

Chapter 9

304 Production of Iron and Steel

Filtru textil Filtru textil

Aspecte energetice Recuperarea caldurii cedate de cuptor si gazul rezidual (generarea de aburi)

n/a recuperare

caldura gazului reziual

recuperare

caldura gazului reziual

Conducte racite cu apa

Metalurgia secundara Oala cuptorului

desulfurarea

Oala cuptorului

Oala cuptorului

vacuum degassing

Oala cuptorului

vacuum degassing

Oala cuptorului

Legenda: n/a = indisponibil; ETB = evacuare excentrica prin priza la baza; OBT = priza ovala la baza; ESP = precipitator electrostatic

Tabelul 9.8 : Datele de la 9 instalatii germane ce opereaza in EAF optimizate – [D Rentz, 1997]

Continuarea tabelului 9.8: EAF 6 EAF 7 EAF 8 EAF 9

In functionare din 1978 1981 1995 1982

Tipul furnalului AC UHP

Furnal AC Furnal AC AC

UHP

Clasa de otel produs Otel-carbon Otel foarte aliat Otel foarte aliat Otel foarte aliat

Cantitatea evacuate prin priza [t]

115 110 100 145

Puterea nominala aparenta a transformatorului de curent [kVA/t]

910 682 570 724

Materii prime Fier vechi, DRI Fier vechi Fier vechi Fier vechi

Sisteme de racire Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Pereti laterali si acoperisuri racite cu apa

Sisteme de evacuare priza EBT EBT EBT tapping into runner

Capacitatea [t/a] 950000 550000 each 400000 600000

Arzatoare suplimentare Dozare oxygen si carbon, arzatoare pe gaz

Arzatoare pe combustibil (pereti laterali si usa)

Dozare oxigen (usa) Dozarea oxigen (pereti laterali)

Combustibili aditionali - - - -

Colectarea emisiilor

Masuri

Extractie directa (a 4th poarta), hota

Extractie directa (a 4th poarta), hota

Extractie directa (a 4th poarta), hota

Extractie directa (a 4th poarta), carcasa

Sistemul de epurare a gazelor evacuate

Camera post ardere, filtru textile

ESP-uscat Filtru textil Post ardere,

Filtre textile pentru emisii

Aspecte energetice n/a n/a n/a Recuperarea caldurii din gazul de cuptor sic el rezidual (generarea de aburi)

Metalurgia secundara Cuptor cu oala

Cuptor cu oala

Degazificare in vid

Cuptor cu oala

Degazificare in vid

Cuptor cu oala

Aspectele implementarii: Competitia mare de pe piata si necearul de crestere a productivitatii / reducere a cheltuielilor au dat curs introducerii tehnicilor descrise. Date operationale si economice: Datele operationele pot fi vazute in tabelul 9.8. Datele economice nu sunt disponibile. Literatura de referinta: [Rentz, 1997]

Chapter 9

Production of Iron and Steel 305

P.I.2. Preincalzirea fierului vechi Descrierea: Recuperarea caldurii cedate de gazele reziduale reprezinta o abordare foarte bine cunoscuta. In anii saptezeci aproximativ douazeci de instalatii au fost construite pentru a pre-inacalzi fierul vechi intr-un recipient inainte de descarcarea lui in furnal. Toate aceste sisteme insa au fost scoase din functiune datorita problemelor tehnice si cele provenite de la emisii. Conceptele noi ale furnalelor au integrat preincalzirea fierului vechi. Printr-o singura coloana de furnal pot fi preincalzite cel putin 50% din fierul vechi [Smith, 1992], iar coloanele noi cu degete din cadrul cuptorului (figura 9.15) permit preincalzirea cantitatii totale de fier vechi [Voss-Spilker, 1996].

Figura 9.15 : Prezentarea schematica a EAF cu o coloana dotata cu “degete” pentru a retine fierul vechi (furnal cu coloana prevazuta cu degete) pentru preincalzire – [Voss-Spilker, 1996]

Cu EAF cu coloana cu degete, intervalele de timp dintre eliminarile prin priza sunt de aprox. 35 minute, fiind cu aprox. 10-15 minute mai mici comparativ cu EAF fara preincalzirea eficienta a fierului vechi. Alt proces disponibil pentru preincalzirea fierului vechi este procesul Consteel [McManus, 1995] (figura 9.16), insa acest sistem nu este considerat in general o tehnica recunoscuta.

Chapter 9

306 Production of Iron and Steel

Figura 9.16 : Schema procesului Consteel – [Vallomy, 1992]

Principalele niveluri realizate a emisiilor: Cu un singur cuptor cu coloana poate fi economisita energie electrica de peste 70 Kwh/t LS. Calculate pe baza energiei primare, economiile sunt aprox. de 3 ori mai mari datorita slabei eficiente a surselor de energie. In plus, preincalzirea deseurilor de fier reduce semnificativ timpul de evacuare prin priza ceea ce inseamna o crestere considerabila a productivitatii.. Cuptorul cu coloana prevazut cu mai multe falange permite economisiri de energie de peste 100 Kwh/t LS, ceea ce reprezinta 25 % din alimentarea totala cu energie. In combinatie cu tratarea avansata a gazelor epurate (vezi EP.2), preincalzirea deseurilor de fier poate juca un rol important in optimizarea procesului de producere a otelului in EAF, nu numai in ceea ce priveste productivitatea, dar si minimizarea emisiilor. Un efect secundar al preincalzirii consta in reducerea emisiilor de pulbere cu aprox. 20 %, datorita gazelor epurate care traverseaza deseurile ce actioneaza ca un filtru. Aceasta reducere este corelata cu o crestere a continutului de Zn in pulberea care este reciclata. Aplicabilitate : Ambele sunt amplicabile uzinelor noi si celor deja existente. In cazul existentei instalatiilor, circumstantele la fata locului, precum disponibilitatea spatiului sau predarea proiectului cuptorului trebuie sa fie verificate de la uzina la uzina. Efectele colaterale: Preincalzirea deseurilor, intr-o coloana, poate duce la o crestere a micropoluantilor organici si a mirosului, precum PCDD/F, fara realizarea tratamentului termic adecvat al gazelor epurate. Tratarea aditionala a gazelor epurate poate fi necesara, ceea ce solicita insa energie suplimentara. Referitor insa la economisirea energiei prin preincalzirea fierului vechi , pot fi acceptate consumuri suplimentare de energie , in special daca curentul electric din energia primara se produce cu o rata de utilizare de 35% si este utilizat pentru post-arderea cu gaz natural. Instalatii de referinta: EAF o singura coloana : Co-Steel Sheerness, UK-Sherness; Cuptoare Twin-shell cu preincalzire integrate intr-o coloana: ARES, L-Schifflange; ASW, F-Montereau; Nervacero, Spain.

Chapter 9

Production of Iron and Steel 307

Aspectele implementarii : Stimulul implementarii consta in cresterea productivitatii. In anumite cazuri, preincalzirea deseurilor cu ajutorul cuptorului o coloana a fost instituita in combinatie cu tratarea avansata a gazelor epurate. Aspecte operationale si economice: nu sunt disponibile. Literatura de referinta : Voss-Spilker,1996; Haissing,1997; Smith,1992; MeManus,1995

Chapter 9

308 Production of Iron and Steel

PI.3. Sistemul circuitului inchis al apei de racire Descriere: In general, apa este folosita, numai in procesul de fabricare a otelului in EAF in legatura cu racitorul si daca sunt folosite tehnicele de epurare cu apa pentru epurarea gazelor. Deoarece epuratorul cu apa este aplicat numai in cateva cazuri, aceasta chestiune nu mai este abordata mai departe. Cea mai relevanta utilizare a apei, luata aici in considerare, este apa folosita pentru racirea elementelor cuptorului. In mod suplimentar, o anumita cantitate de apa poate fi folosita pentru racirea gazului rezidual sau in cadrul proceselor metalurgiei secundare. Apa necesara racirii anumitor elemente din cuptor cantareste 5-12 m3/(m2h). Uzinele moderne folosesc sisteme inchise de racire in EAF si cu sectiunile metalurgiei. Principalele niveluri realizate ale emisiilor : Nu se evacueaza apa reziduala. Aplicabilitate : Ambele se aplica uzinele noi si celor deja existente. Efecte colaterale : Sistemul cu circuit inchis solicita energie suplimentara pentru pomparea apei si racirea din nou a acesteia. Instalatiile de referinta: Preussag Stabil AG, D-Peine; BSW, D-Kehl si mai multe alte uzine in cadrul U.E. Aspecte de implementare : Cerintele legale si disponibilitatea limitata a apei de racire. Aspecte operationale si economice : Nu sunt disponibile. Literatura de referinta : D Reutz,1997.

Chapter 9

Production of Iron and Steel 309

E.P.1. Echipamente de colectare a emisiilor Descriere: Emisiile primare si secundare in aer sunt foarte relevante (vezi 9.2.2.1). Tehnicilor disponibile de reducere a emisiilor ar trebui sa li se trimeata cat de complet posibil emisiile brute rezultate in procese. De aceea colectarea emisiilor este importanta. Combinatia dintre gura a patra (in cazul cand sunt trei electrozi) respective a gurii a doua (in cazul unui singur electrod) cu sisteme tip hota (sau incapsulari deschise) sau cu aspirarea intregii cladirii, reprezinta cele mai favorizate sisteme. A patra, sau a doua gaura (vezi Fig. 9.6) vor colecta practic, din punct de vedere cantitativ emisile generate pe parcursul topirii sau prelucrarii. Acesta tehnologie de extragere si colectare a emisiilor primare este considerata stadiul tehnicii in EAF producerea otelului. Se poate aplica de asemenea la convertizoarele secundare. Intr-un sistem acoperit cu hota (vezi figura 9.6), unul sau mai multe acoperisuri tip hota, plasate deasupra cuptorului colecteaza fumul rezultat de la cuptor pe parcursul incarcarii, topirii, evacuarea zgurii si parcurgerea etapelor de evacuare (peste 90% din emisiile primare si de asemenea emisiile secundare [EC EAF, 1994]). Ca o caracteristica a sistemelor hota este utilizarea cuptoarelor cu arc electric in industria otelului. Combinand acestea cu sistemele de extragere, captarea eficienta a emisiilor primare si de asemenea a emisiilor secundare creste pana la 98%. Acoperisurile -hota sunt instalate si in scopul colectarii emisiilor aparute la a doua oala de turnare, la palnii si la benzi transportoare. Inchiderile aferente cuptorului, denumite si carcasa (vezi Fig. 9.6) de obicei au rolul de a cuprinde cuptorul, ca si hotele mobile lasand insa un spatiu de lucru in fata usii cuptorului. In mod normal, gazele reziduale sunt extrase in apropierea partii superioare a peretilor de inchidere, si prin procesul de compensare care se realizeaza ca urmare a patrunderii aerului prin golurile de operare lasate in pardoseala [EPRI, 1992]. Nu se aplica etape complexe in cadrul acestui proces tehnologic deoarece ar conduce la intarzieri in timp si la costuri de investitii ridicate (ex. cerinte privind mecanisme si tehnologii noi suplimentare de deschidere si inchidere ale usii in scopul descarcarii si golirii furnalului). Viteza de colectare prin golurile carcasei (dog houses) este similara cu cea obtinuta prin hotele (acoperisurile) complementare combinate cu gauri, respectiv se produce relativ incet. Un efect benefic al utilizarii cuptoarelor inchise, prevazute cu hote de evacuare, este reducerea nivelului noxelor, daca ele sunt construite in mod corespunzator. Abaterea de la nivelul admis de echipamentul EAF prin utilizarea protectiei la sunet oferita de echipamentul de acoperire poate reduce media nivelului presiunii sonore, intre limitele a 10-20 dB (A) [Kuhner, 1996]. Inchiderile cuptorului se pot aplica si in cazul proceselor metalurgice secundare [EC EAF, 1994] dar se cere a se aplica un tratament special peretilor in scopul eliminarii reverberatiilor. Un alt mod de a colecta emisiile secundare de la cuptoare, atat in procesul de fabricatie cat si in etapele urmatoare, este asigurarea inchiderii tuturor echipamentelor printr-o constructie inchisa. Se poate vorbi de o amplasare a cuptorului intr-un spatiu inchis suficient de mare, care sa permita si cuprinderea altor pasi din procesul de productie. Ridicarea unor asemenea constructii si completarea cu instalatiile cerute de mari dimensiuni, cum sunt cele de desprafuire in scopul asigurarii unei desprafuiri complete impune costuri considerabile din partea operatorului. Din acest motiv, costurile si beneficiile trebuie cantarite cu grija, pentru fiecare echipament inainte de a lua o hotarare. Un efect benefic al acestei masuri este reducerea nivelului noxelor eliminate in afara. In mod normal, presiunea in cladirile inchise este compatibila cu presiunea atmosferica evitand scaparile de fum prin deschiderile ocazionale ale usii.

Chapter 9

310 Production of Iron and Steel

Principalele niveluri ale emisiilor: Combinatia dintre sistemul de extragere directa a fumului si sistemul acoperit cu hota al cuptoarelor este o metoda adesea utilizata. Aceasta combinatie asigura o colectare in jur de 98% a emisiilor primare. Suplimentar o parte semnificativa a emisiilor rezultate de la incarcarea cuptoarelor si din etapele procesului de prelucrare (secundare) se pot colecta deasemenea prin numarul si tipul hotelor [EC EAF, 1994]. Combinatia dintre instalatia de extarctie directa si inchiderea cuptorului in incinte sigur duce la asigurarea unei proportii de colectare a prafului de peste 97% si pana la 100% [Heinen,1997]. Prin echipamentul de evacure al cladirilor se asigura practic o colectare de 100% a emisiilor. Aplicabilitate: Se poate aplica atat echipamentelor noi cat si celor existente. Efectele colaterale: Sistemele de captare a emisiilor solicita consum energetic, mai ales pentru functionarea ventilatoarelor. Instalatii de referinta: Multe utilaje din Europa lucreaza combinand extractia directa a gazului si hote. Urmatoarele isntalatii din Germania sunt echipate numai cu sistem de inchidere dog-house (carcasa) sau cu o combinatie de sistem carcasa si extragere directa prin gura de evacuare: Benteler AG, D-Lingen; Krupp Thyssen Nirosta, D-Bochum; Krupp Thyssen Nirosta, D-Krefeld; Mannesmannrohr GmbH, D-Bous/Saar; Moselsahlwerk, D-trier; Stahlweke Thuringen GmbH, D-Unterwellenborn Cladiri cu evacuare totala: ARES, L-Schifflange; ProfilARBED, L-Differdange si L-Belval. Aspecte de implementare: Principalii stimuli de implementare sunt cerinte legale.

Aspecte operationale si economice: nu este cazul Literatura de referinta: [Heinen, 1997; EC EAF, 1994; D Rentz, 1997]

Chapter 9

Production of Iron and Steel 311

EP. 2. Post-combustie eficienta combinata cu tratarea gazului ars degajat Descriere: Optimizarea operatiilor EAF (vezi PI.1), in special cresterea utilizarii oxigenului si a combustibilului a crescut valoarea energiei chimice in gazul primar degajat (respectiv continutul in CO si H2)[Evenson, 1996].Utilizarea acestei energii rezultata din procesul post-combustie in cuptoarele cu arc electric de procesare a otelului a inceput pe la mijlocul anilor ‘80 si s-au facut progrese semnificative. Post-combustia in cuptoare s-a dezvoltat pentru a utiliza la maxim energia chimica rezultata din CO in interiorul cuptorului si pentru a mari echilibrul energetic. Deoarece CO si H2 nu se oxideaza complet este necesara post combustia. Post combustia din camera de ardere conduce in primul rand la o combustie completa a CO si H2 ramse in gazul neasr cu scopul de a impiedica reactiile necontrolate din echipamentul de curatare al gazului. In al doilea rand, aceasta post combustie, atunci cand este bine optimizat, reduce si emisia de componente organice. Caldura produsa prin acest proces de ardere nu se reutilizeaza, in general, numai daca exista posibiltatea de a o utiliza la racirea apei. Astazi optimizarea camerei de post combustie poate reduce si poluantii organici, astfel PCB sau PCDD/F. Fig. 9.17 prezinta un astfel de echipament asigurat cu camere de post combustie. Din cauza produsului de novo-sinteza din PCDD/F, schimbatorul de caldura se inlocuieste prin turnul de racire prin spalare in scopul racirii rapide a gazului ars.

Imaginea 9.17 : Schema tratarii gazelor evacuate primare din cuptorul cu arc electric twin shell EAF – [Werner, 1997];

Datorita novo-sintezei PCDD/F intr-un schimbator de caldura tubular, acest dispozitiv a fost inlocuit printr-un turn de spalare pentru racirea rapida a gazului evacuat. Post-arderea cu scopul de a reduce micropoluantii organici necesita timp de stationare, turbulenta si temperatura (3 T`s). Daca nu se poate introduce o camera de ardere separate, post-arderea adecvata poate de asemenea sa se realizeze in gazul evacuate prin conducta (figura 9.18).

Chapter 9

312 Production of Iron and Steel

suction hood

postcombustion

chamber

settling chamber(coarse grain)

dust separator

raw gas duct

bag filterhouse

stack

fan(s)precipitated dust to pelletizing plant

evaporation coolingsystem

.

EAF

ladle/ladle furnace

e_gaseaf.ds4

Figura 9.18 : Post-arderea gazului primar evacuat in cadrul sistemului de conducte de la EAF prin racirea rapida ulterioara [D-Rentz, 1997]

Ultimele evolutii de proces au separat camerele de post-ardere cu arzatoare suplimentare pentru a atinge temperatura necesara “3 T`s). Pentru a evita novo-sintezele cu PCDD/F, este necesar a avea o racire rapida a fumului inainte de filtrarea prin filtrul sac. In unele cazuri acestea se obtin prin diluarea circuitului secundar; in alte cazuri, asa cum se prezinta in figura 9.17, prin racirea rapida cu apa. Niveluri realizate de emisie: Cu o post-ardere adecvata urmata de o racire rapida (prin diluare sau spalare cu apa) se poate obtine o concentratie a emisiilor mai mici de PCDD/F decat 0.5 ng I-TEQ/Nm3 (Tabelul 9.9).

Chapter 9

Production of Iron and Steel 313

Instalatia EAF 1 EAF 2 EAF 3 EAF 4 Caracteristici:

Greutatea evacuarii prin priza [t]

105 138 85/85 140

Furnizare energie [MVA]

105 96 57/68 105

Colectarea emisiilor 4th hole hood

4th hole hood

4th hole hood

4th hole furnace encapsulation

Post-arderea (PC) PC camera (aer) PC in conducta PC camera(aer)

PC in conducta

Racirea gazelor reziduale

Injectarea apei Conditionarea apei gazului evacuat

Sistemul de racire prin pulverizare (spalare)

Racire prin schimbator de caldura

Sistemul de epurare a gazelor evacuate

Filtru sac Electrofiltru Filtru sac (1 pentru ambele)

Doua filter sac pentru desprafuirea secundara si

primara

Concentratiile gazului: * M 1 ** M 2 M 1 M 2 M 3 M 1 M 2 M 1 M 2 M 3 M 4

Pulberi in gazul brut (p) 3398 14246 4200 12500 3600 - - - - -

Pulberi in gazul brut (s) 148 273 p si s impreuna - - - - - -

Pulberi in gazul brut (p) 0.76 1.05 15 15 18 1.45 1.1 <1 <1 <1 <1

Pulberi in gazul brut (s) media ° - - - media ° <1 7 3 <1

PCDD/F (p) - - - - - - - 0.252 0.201 0.240 0.810

PCDD/F (s) - - - - - - - 0.027 0.010 0.023 0.057

PCDD/F(Mix, p si s) 0.016 0.021 0.01 0.02 0.01 0.13 0.1 0.087 0.061 0.081 0.259

*: concentratiile de pulberi din gazul brut si epurat in mg/Nm3, PCDD/F concentratia in ng I-TEQ/Nm3 **: M #: Numarul de masuratori in instalatie (p): concentratiile dupa instalatia de desprafuire pentru gazele evacuate primare (s): concentratiile de dupa dispozitivul de desprafuire pentru gazelle evacuate secundare °: media pentru cele doua puncte de masurare, -: informatii nerelevante sau indisponibile Tabelul 9.9 : Rezultatele de functionare a post-arderilor gazelor reziduale la patru otelarii EAF germane – [D Rentz, 1997, Theobald, 1995]

In camere diferite de post combustie cu arzatoare suplimentare PCDD/F nivelul concentratiei emisiilor de <0.1 ng I-TEQ/Nm3 este indeplinit dar sunt cerinte practice pentru a ne situa constant in aceasta limita. Reducerea PCDD/F poate fi ca un parametru indicat. Astfel se poate astepta ca si particule organice micropuluante sa fie distruse. Dar se noteaza ca emisiile PCDD/F de la gazele secundare evacuate (care nu sunt arse dar sunt amestecate cu gazul primar – vezi Figura 9.18) s-ar putea sa creasca concentratia de PCDD/F. [Gerlafingen,1998] Aplicabilitate: In principiu post combustia se poate aplica atat la echipamentele noi cat si la cele existente dar in cazul celor existente se pune problema daca exista spatiu pentru amplasarea sistemului de canale de evcuare a gazului, etc. La instalatiile existente trebuie sa se verifice in fiecare caz in parte conditiile locale si posibilitatile de amplasare (precum spatiu disponibil, sistem de evacuare a gazului de ardere etc.) Efecte colaterale: Post combustia cu arzatoare suplimentare conduce la consumuri de energie considerabile (de ordinul a 30kWh/t) sau conduce la recuperarea caldurii (vezi Fig. 9.17). Aplicarea metodei de post-combustie in combinatie cu un process de preincalzire a deseurilor de

Chapter 9

314 Production of Iron and Steel

fier (vezi PI.2) poate conduce la o solutie echilibrata privind economia de energie cat si a consumurilor. Instalatii de referinta : ProfilARBED, L-Differdange; BSW, D-Kehl; Gerlafingen Stahl AG, CH-Gerlafingen Aspecte de implementare: Principalul stimul de implementare a post-arderii sunt valorile de emisie stricte solicitate pentru PCDD/F ; limite ale emisiilor <0.5 ng I-TEQ/Nm3. Aspecte operationale si economice: Post-arderea la ProfilARBED, L-Differdange si BSW, D-Kehl se desfasoara fara probleme semnificante. Costurile de investitie pentru turnul de spalare este de aprox. 1.2 milioane Ecu1997. Mai multe date economice nu sunt disponibile. Literatura de referinta: [Karcher, 1996; Werner, 1997, Knapp, 1996]

Chapter 9

Production of Iron and Steel 315

E.P.3 Tratrea gazului evacuat prin injectie cu pulbere de lignit cocsificat Descriere: In scopul reducerii micropoluantilor organici din gazul total (din emisiile primare si secundare), in special a PCDD/F se dozeaza pulberea de lignit cocsificat in canalinainte de filtrele saci. Cantitatea necesara este de 100mg pulbere de lignit/Nm3 de gaz evacuat (vezi si EP 3 in 4.3). Pulberea este separata in faza de gaz in filtrii saci. Atentie se va acorda producerii de scantei sau incendii. Riscul de explozie se apreciaza a fi scazut. Nivelurile atinse de emisii : Concentratia emisiilor in PCDD/F este <0.5 ng I-TEQ/Nm3 ; unele masuratori arata valori <0.1 ng I-TEQ/Nm3 . Aplicabilitatea : Atat la instalatiile vechi cat si la cele noi si la cele existente. Efecte colaterale: Consumul energetic pentru dozajul pulberii de lignit nu este semnificativ. Praful din filtru contine pulbere de lignit si chiar are o valoare crescuta a PCDD/F dar aceasta nu interfereaza cu praful care se recicleaza. Se va lua in considerare o crestere a cantitatii de carbon in praful care revine de la saci de filtrare care este in medie de 3% cu posibile concentrari locale mai mari de 5% ce pot fi inflamabile. Echipamente de referinta : ARES, L-Schifflange ; Gerlafingen Stahl AG, CH-Gerlafingen (dozatorul de pulbere de lignit cocsificat pus in functiune in Sept. 1998 suplimentar echipamentului depost combustie). Aspectele implementarii : Principalul stimul il constituie respectarea limitelor drastice impuse in privinta emisiilor cu continut de PCDD/F si anume <0.5ng I-TEQ/Nm3. Informatii operationale si economice : Investitiile pentru tratarea fluxului total de gaz (gazul rezidual primar si secundar) de la utilajele de productie tip EAF este in jur de 300.000 Ecu(1997)/ 1Mt otel. Literatura de referinta : Nu este cazul.

Chapter 9

316 Production of Iron and Steel

\EP.4 Reciclarea zgurei din productia de otel din cuptor cu arc electric Descriere : In cuptorul EAF cantitatea de zgura este in jur de 100-150 kg per tona de otel produs (vezi Tabel 9.1). Zgura din EAF se poate privi ca o roca artificiala, similara cu o roca natural, avand in compozitie oxid de fier (FeO), oxid de calciu (CaO), dioxid de siliciu ((SiO2) si alti oxizi (de magneziu, de aluminiu, de mangan) (vezi Tabelul 9.4). Tipurile de zgura rezultata de la EAF se caracterizeaza prin duritate mare, rezistenta la intemperii si rezistenta la polizare. Acestea au si caracteristici care le fac sa fie utilizabile in domeniul hidraulic [Heinen, 1997]. O caracteristica importanta care conduce la utilizarea acestor tipuri de zgura in diferite domenii este faptul ca-si pastreza volumul, lucru determinat de prezenta in stare libera a oxidului de calciu. Majoritatea tipurilor de zgura provenite din oteluri de grade inferioare sunt relativ sarace in continutul de oxid de calciu (vezi Tabelul 9.4) si sunt corespunzatoare in diferite activitati cum ar fi constructii de drumuri, material de umplutura, constructii hidrotehnice. Factorii decisivi in determinarea domeniului de utilizare sunt cei care depind de factorii de mediu si de respectarea conditiilor structurale. Daca sunt intrunite conditiile legale cerute zgura provenita de la cuptoarele EAF se macina, si se sorteaza la dimensiunile de utilizare. Componentele feroase sunt separate prin intermediul separatorului magnetic. Zgura tratata este utilizata in scopuri privind constructiile, acest lucru depinzand de dimensiunile granulelor. In Fig. 9.19 se prezinta a schema de procesare pentru un echipament nemtesc de preparare a zurii. In 1994, in jur de 90% din zgura provenita de la cuptoarele EAF in urma procesului de producere a otelului ne-aliat si mediu aliat din anumite cuptoare tip EAF a fost utilizata [Heinen, 1997]. Zgura rezultata ca urmare a producerii otelului de grad superior este utilizata deocamdata numai in domenii restranse. Ca posibilitati de utilizare ar fi constructiile de drumuri dupa un tratament prealabil

screen overflow

biplane sreeningmachine

magnetic separator

separated scrap

separated scrap

crushing plant (2)

crushing plant (1)

iron separating plant

intermediate fraction

fraction0 to x

Figura 9.19 : Schema de proces pentru instalatia de pregatier a zgurei – [D Rentz, 1997)

Sunt limitate optiunile de a utiliza intr-un domeniu mai larg tipurile de zgura. Dimensiunea granulelor si volumul constant al materialului sunt factorii care decid in utilizarea tipurilor de zgura metalurgica. Acestea pot fi folosite in domeniul constructiilor. Dar o parte insemnata din zgura rezultata este material de umplutara, desi exista optiuni pentru prevenirea si reducerea sau utilizarea acestui lucru. .

Chapter 9

Production of Iron and Steel 317

Niveluri principale de emisie realizate: Zgura de la cuptoarele EAF, care produc otel carbon sau oteluri aliate se poate considera ca o subcomponenta in constructia de drumuri. Aplicabilitate : Procedeul se poate aplica atat la echipamente existente cat si la cele noi. Efecte colaterale : Tratarea zgurii necesita consum de energie. Se atentioneaza ca in proces pot aparea emisii de gaze alcaline atunci cand zgura contine oxid de calciu in stare libera. Instalatii de referinta: BSW, D-Kehl (Tratarea zgurii cu valorificarea finala in constructii); Georgsmarienhütte GmbH, D-Georgsmarienhütte (Vanzarea zgurei pentru pregatirea externa cu valorificarea in constructia de strazi) – Zgura din cuptorul electric si zgura din cuptorul secundar sunt amestecate); Preussag Stahl AG, D-Peine (Tratarea si valorificarea in constructii) ARES, ProfilARBED, L-Differdange; ProfilARBED, L-Belval (utilizarea in straturile de asphalt, in constructiile din apa si pentru alte domenii). Aspectele implementarii principalii stimuli de introducere a acestei tehnici sunt spatiul limitat disponibil pentru depozitarea pe halde si costurile in cadrul impozitelor referitoare la depozitarea permanenta a deseurilor. Aspecte economice si operationale : nu sunt disponibile. Literatura de referinta : [D. Rentz, 1997]

Chapter 9

318 Production of Iron and Steel

EP.5 Reciclarea prafului provenit de la EAF Descriere : In functie de tipul de otel produs, din gazul evacuat, se poate separa o cantitate de praf de cca. 10-20 kg/t de otel (vezi Tabel 9.1). In cazul in care calitatea deseurilor este slaba se ajunge pana la 25 kg. de praf /t de otel produs. Pulberile separate prin instalatiile de desprafuire a gazului emis, contin de obicei cantitati importante de metale grele (vezi tabelul 9.6). Aceste metale grele sunt toxice si se pot depune. De aceea sunt necesare masuri de prevenire pentru prelucrarea in continuare si pentru depozitarea pulberilor. In general sunt unele optiuni in prelucrarea prafului provenit de la cuptoarele EAF, care se pot clasifica in trei tipuri [Kemeny, 1994]

• Stabilizarea chimica sau vitrificarea ( nu se considera potrivita deoarece exista alt optiuni mai rezonabile)

• Reciclarea prafului prin reintoarcerea in cuptorul EAF • Procese de productie din domeniul hidrometalurgic si pirometalurgic pentru recuperarea

zincului si recuperarea sau indepartarea altor metale grele. Aceste optiuni se fac in mod diferit conform potentialului de a atinge scopul de protectie a mediului si evitarea poluarii. Utilizarea continutului de metale grele din praf este de preferat in comparatie cu depozitarea in halde. Reciclarea prafurilor precipitate Prin reciclarea prafurilor precipitate pentru imbogatirea in continut cu zinc prin returnarea in cuptoarele EAF are un efect sigur in procesul de fabricatie al otelului. Pe de o parte, reduce din punct de vedere al volumului cantitatea de praf si ii creste continutul in zinc (pana la 30-40%) si deasemenea se intoarce in cuptor pentru prelucrare. Pe de alta parte procedeul de reciclare a prafului reduce eficienta in fabricatie a cuptorului si creste consumul de energie electrica ( cu 20-30 kWh/t). Din punct de vedere tehnic, recuperarea prafurilor se limiteaza la o parte din totalul de praf rezultat din procesul de productie in functie de disponibilitatile oferite de metoda aleasa. Deasemenea metoda de adaugare a prefului in cuptor conduce la diminuarea performantelor cuptorului. Pentru a creste calitatea procesului unele metode de pretratare in scopul cresterii gradului de aglomerare al prafului cum ar fi compimarea sub forma de tablete sau brichete este de cele mai multe ori benefica, cu ata mai mult cu cat se reduce si cantitatea de praf eliminata in aer prin furnal. Conform statisticilor din domeniu, continutul de zinc din praf si incarcarea cu praf a filtrului poate varia, la fiecare eliminare in aer, intre limite de 27-32%[Kemeny,1994]. De exemplu, un utilaj electric pentru producerea otelului de tip german recicleaza 75% din praful provenit de la cuptoarele EAF prin procesul primar la 20-22kg/t si se ajung in final la 50% din preaf cu o medie in continutul de zinc de 35%. In general praful este adaugat la inceputul fiecarea etape de topire. In principal, fezabilitatea cuptoarelor EAF in procesul de reciclare al prafului depinde de mai multi factori, care sunt diferiti in functie de tipul de echipament utilizat. Recuperarea zincului si indepartarea metalelor grele Procesul tehnologic pentru recuperarea zincului si recuperarea sau indepartarea altor metale grele depinde in functie de varianta ceruta de tipul resurselor, pe care le-am extras si tratat cel putin intr-o prima etapa. Optiunea pentru metoda pirometalurgica sau hidrometalurgica exista in cazul recuperarii zincului, in principiu.Pentru prafurile rezultate din producerea otelului cabon sau slab aliat, exista diferite tehnici si sunt verificate prin procedeul Waeltz (care este unul din cele mai importante), procedul ESINEX si altele (Hoffmann, 1997 ; Rentz, 1996). Pentru prafurile rezultate din fabricatia otelurilor inalt aliate exista procedee de reciclare (Scan Dust plasma process, BUS process [Helgeson, 1995 ; Kola 1996]). Emisii realizate importante: Este posibila o valorificare completa a pulberilor.

Chapter 9

Production of Iron and Steel 319

Aplicabilitate :Se poate aplica atat instalatiilor deja existente cat si instalatiilor noi. Efecte colaterale: Se utilizeaza energie pentru transport si reciclare a prafului. In cazul prelucrarii prafului sub forma de tablete sau brichete se consuma energie si in aceste procese pe langa cele de transport si reciclare si mai mult decat atat pot aparea emisii suplimentare di procesul de prelucrare. Instalatii de referinta : Utilajele de reciclare ale prafului la cuptoarele EAF : Georgsmarienhute GmbH, D- Georgsmarienhute. Instalatiile ce valorifica pulberile in instalatii externe: multe instalatii din UE. Aspecte de implementare: Cei mai importanti stimuli de implementare a tehnicii constau in faptul ca spatiile de depozitare sunt limitate si cerintele de mediu in privinta depozitelor de zgura sunt foarte stricte, precum si nivelul taxelor in cazul in care se creeaza un depozit de zgura. Datele de operationale si economice: nu sunt disponibile Literatura de referinta: [D. Renz, 1997 ; Kemeny, 1994]

Chapter 9

320 Production of Iron and Steel

9.4 Concluzii Pentru intlegerea acestui capitol si a continutului, atentia cititorului se va indrepta catre prefata acestui document si in mod deosebit asupra sectiunii a cincea din prefata « Cum sa intelegem si sa utilizam acest document ». Tehnicile si nivelurile emisiilor asociate consumurilor, sau sau gradele, prezentate in acest capitol se bazeaza pe procese iterative care includ urmatorii pasi :

• Identificarea cerintelor cheie ale conditiilor de protectie mediu pentru sectorul respectiv ; in cazul cuptoarelor de producere ale otelului electrice acestea sunt legate de praf, componente organoclorurate, eficienta energetica si recilcularea reziduurilor solide ;

• Examinarea tehnicilor relevante care rezova aceste probleme si cerinte ale protectiei mediului ;

• Identificarea celor mai bune rezultate obtinute din punct de vedere al protectiei mediului, pe baza informatiilor de care se dispune de la Uniunea Europeana si la nivel modial ;

• Examinarea conditiilor prin care se indeplinesc aceste cerinte, cum ar fi costuri, efecte asupra celor implicati, si fortele care concura la indeplinirea scopului urmarit prin implementarea acestor tehnici ;

• Selectarea celor mai bune tehnici disponibile (BAT) si respectarea relatiei emisie si/sau nivel de consumuri pentru acest sector in sensul general al intelegerii Articolului 2(11) si Anexa IV a Directivei IPPC.

Opinia exprimata de expertii de la Biroul European IPPC si relevate de Grupul Tehnic de Lucru (TWG) a jucat un rol hotarator in acesti pasi si in modul in care sunt prezentate aici. Pe baza acestei aprecieri, tehnicile, si pe cat posibil emisiile si nivelurile consumurilor asociate acestora, utilizand cela mai bune tehnici aflate la dispozitie (BAT), sunt prezentate in acest capitol care este considerat a fi potrivit ca un capitol compact si care in multe cazuri reflecta performantele curente ale unor instalatii din cadrul sistemului. Unde nivelurile emisiilor sau ale consumurilor asociate acestora in raport cu cele mai bune tehnici sunt prezentate, se intelege acest lucru ca asigurand respectarea parametrilor de protectie ai mediului in urma aplicarii acestor tehnici, in domeniu, a tehnologiilor descrise, punand in balanta costurile si avanatajele inerente prin BAT. Oricum, valori limita pentru nivelul emissilor si nici al consumurilor si ar trebui ca lucrurile sa se inteleaga in acest mod. In unele cazuri ar putea fi posibil din punct de vedere tehnic sa se indeplineasca nivelul optim in ceea ce privesc atat consumurile cat si emisiile dar se cer costuri ridicate sau acordul media, ceea ce nu este potrivit in cazul BAT din domeniu. Oricum nivelul se considera justificat in multe cazuri unde exista motivatii speciale. Atat emisiile cat si consumurile asociate cu utilizarea tehnicilor considerate cele mai bune in vigoare trebuie analizate impreuna cu oricare din conditiile specificate la care se face referire. Conceptul « nivelul asociat cu BAT » descris mai sus trebuie inteles in mod diferit de notiunea « nivelul atins » pe care o intalnim oriunde in acest document. Acolo unde se voebeste despre nivelul atins prin utilizarea unor tenici aparte sau tehnici combinate, se intelege ca fiind nivelul asteptat dupa trecerea unei perioade de timp in cazul in care inst. Si echipamentele sunt bine intretinute si functioneaza ca umare a acestor tehnici. Acolo unde se poate, informatiile privind costurile se vor da impreuna cu descrierea tehnicilor prezentate in cap. Anterioare. Acestea dau o informatie aproximativa asupra costurilor implicate in proces. Oricum, de fapt costurile pentru aplicarea unei tehnologii depind foarte serios de specificul situatiei privind taxe, impozite si caracteristici tehnice ale instalatiei care urmeaza a se monta. Nu este posibil sa se evalueze niste caracteristici locale si care sunt atat de specifice fiecarei situatii in parte. In absenta informatiilor privind costurile concluziile asupra eficientei economice a tehnicii implicate se pot realiza numai din observatii directe asupra instalatiei in lucru. Se intentioneaza ca BAT(cele mai bune tehnici) din acest capitol sa poata fi utilizate prin analiza performantelor echipamentelor si inst. Existente sau ca urmare a analizei asupra unei noi inst. si sa se ia o hotarare in ceea ce priveste cea mai potrivita tehnologie BAT in baza conditiilor acestei inst. Se poate presupune ca noile inst. ar putea fi proiectate pentru a indeplini

Chapter 9

Production of Iron and Steel 321

sau chiar mai mult decat atat (imbunatati) nivelurile prezentate aici ca urmare a introducerii BAT. Se ia in considerare si faptul ca multe din inst. existente lucreaza in limitele impuse urmare BAT sau chiar mai bine decat aceste limite. In timp ce BREF nu ofera un set de standarde , se propun solutii care sa ghideze industria, Statele Membre si publicul asupra emisiilor admisibile si nivelul consumurilor atunci cand se utilizeaza tehnici specifice. Valorile limitelor cele mai potrivite pentru fiecare caz in parte vor trebui determinate tinand cont de obiectivele Directivei IPPC si de considerentele specificului local. Pentru cuptoarele cu arc electric, urmatoarele tehnocicombinate sunt considerate ca fiind BAT. Tipul prioritatilor si modul in care se face sectia depind de conditiile locale. Orice alta tehnica sau tehnici combinate, care conduc la aceleasi rezultate d.p.d.v. al eficientei, se cor lua in consideratie : unele tehnici sunt inca in faza de cercetare sau implementare acesta fiind motivul pentru care nu au fost prinse in acest proiect.

1. Colectarea eficienta a prafului : - prin combinrea procedeului de colectare directa a gazului evacuat (a 4a sau a 2

a hota) si sisteme de hote, sau - inchiderea cuptoarelor in anexe si sisteme de hote sau - sisteme de evacuare complete.

Se poate ajunge la o colectare a emisiilor primare si secundare de cca.98% sau chiar mai mult de la cuptoarele de tip EAF.

2. Desprafuirea gazelor reziduale prin : - filtru textil bine proiectat care realizeaza mai putin de 5mg praf/Nm3(in cazul

inst. noi) si mai putin de 15mg. praf/Nm3 ( pentru inst. existente), ambele valori fiind determinate ca valori zilnice.

Diminuarea continutului de praf este corelata cu diminuarea continutului in metale grele din emisii, exceptie facand metalele grele prezente in faza gazoasa cum ar fi mercurul.

3. Diminuarea componentelor organico-clorurate in special PCDD/F si PC prin mijloace ca :

- post combustia si includerea si includerea unui sistem unui sistem cu camera de post combustie si turn de racire , dupa caz cu scopul indepartarii novo-sintezei si/sau

- injectia cu pulbere de lignit in canalul de evacuare inainte de zona filtrare. Se ajunge la un nivel al concentratiei de PCDD/F 0.1-0.5 ng I-TEQ/Nm3. 4. Preincalzirea deseurilor (in combinatie cu metodele de la pct.3) in scopul refacerii temperaturii de la gazul primar primar evacuat

- prin preincalzirea deseurilor partial la 60kWh/t se economiseste cam 100kWh/t de otel lichid.

Aplicabilitatea preincalzirii deseurilor depinde de circumstantele locale si se furnizeaza prin utilajul principal. Cand se plica preincalzirea deseurilor se ia in seama posibilitatea cresterii emisiilor de poluanti organici. 5. Minimizand (micsoarand) raportul reziduu/ produs Pentru deseurile solide, urmatoarele tehnici sunt considerate BAT :

- micsorarea producerii deseurilor - micsorarea cantitatii de produs prin reciclarea zgurii de la EAF si filtrele de

praf ; in functie de conditiile locale praful filtrat poate fi reciclat la cuptoarele cu arc electric in scopul ajungerii la o imbogatire cu zinc de pana la 30%. Praful filtrat cu continut de zinc mai mare de 20% se poate utiliza in industria metalelor neferoase.

- Prafurile filtrate de la producerea otelurilor inalt aliate se pot trata pentru a imbunatati metalele aliate

- Pentru deseurile solide, care nu sunt disponibile reciclarii, cantitatea produsa ar trebui redusa. Daca toate posibilitatile de reducere /reutilizare s-au epuizat se recomanda o depozitare controlata a acestor deseuri.

6. Emisiile de apa uzata

Chapter 9

322 Production of Iron and Steel

- se inchide accesul apelor reziduale din procesul de racire in sistemul de apa rece potabila, prin realizarea unui circuit in inel inchis al apei de racire

- Apa reziduala din procesele de turnare continua : Reciclarea apei reci ata cat este posibil ;

Precipitarea/sedimentarea suspensiilor solide Curatirea de substante grase prin intermediul instalatiilor speciale.

In principal tehnicile prezentate de la 1-6 sunt aplicabile atat noilor instalatii si utilaje cat si celor existente tinand seama de cerintele mentionate in prefata.

Chapter 9

Production of Iron and Steel 323

9.5 Tehnici aparute si dezvoltari de viitor In acest paragraf, un numar de tehnici sunt mentionate care nu au fost inca aplicate la scara industriala. Sortarea deseurilor de fier Emisia de componente organoclorine, in special PCB poate sa se reduca semnificativ prin acest procedeu. PCB sunt in principal continute in micii condensatori ai unor utilaje ca masini de spalat, uscatoare de par, lampi fluorescente. Inlocuirea condensatorilor este o sarcina pentru operatorii care desfac utilajele. Cu toate acestea posibilitatea este importanta pentru Emisiile de la EAF. Cel mai important motiv pentru care nu se face indepartarea/inlocuirea condensatorilor este acela al costului ridicat al operatiuni. Concepte noi in proiectarea cuptoarelor In ultimii ani au fost introduce mai multe tipuri de furnale, ce s-ar putea introduce la scara industriala. Aceste furnale sunt prezentate in cele ce urmeaza.

• Cuptorul Comelt Cuptorul Comelt este un cuptor de tip EAF pe o baza DC cu electrozi furnizati de VAI (Berger, 1995). In cele mai multe cazuri furnalul este prezentat cu 4 electrozi inclinati, conducand la transmiterea energiei prin arc electric. Alte prezentari constau in aceea a conceptului integrat cu inst de preincalzir, colectare completa a gazelor reziduale in fiecare faza de operare si diminuarea nivelului de zgomot. Avantajele esentiale conform procesului de fabricatie sunt :

• Inalta productivitate (timpii intre evacuarile prin priza sunt mai mici de 45 min) • Reducerea consumului total de energie prin introducerea inst. de preincalzire (cca

360Mj/t in comparatie cu EAF clasic) • Reducerea consumului de electrozi (cca. 30%) • Colectarea completa a gazelor evacuate in fiecare etapa de productie si reducerea

astfel a volumului de gaz evacuat pana la 70% • Reducerea costurilor de intretinere prin realizarea unor proiecte simple • Reducerea nivelului de zgomot pana la 15dB(A)

Situatia dezvoltarii/realizarii: Un cuptor pilot cu arc electric utilizand principiul Comelt de topire s-a implementat si urmarit prin reutilizarea a 50t de plasma primara topita intr-un cuptor vechi LD in Linz (Berger, 1995).

• Contiarc Contiarc este un cuptor cu functionare continua cu un electrod central DC, care poate fi incalzit prin curent alternativ (Reichelt, 1996). Putul consta intr-o oala exterioara si una interioara de turnare, care se incarca in mod continuu cu deseuri. Prin acest procedeu, deseurile se preincalzesc prin ascensiunea gazelor fierbinti din cuptor. Acest concept in flux continuu pe parcursul operatie de topire imbogateste puterea in timp 100%. Ca urmare avantajele sunt :

• Reducerea pirderilor de energieie (720MJ/t mai putin decat in sistemul conventional) • Reducerea considerabila a volumului de gaze reziduale si a volumului de praf (gaze

reziduale 150000 t m3(STP) fata de 900000 t m3(STP) ; Continutul in praf cu peste 40% mai mic pentru 100t/h necesitand a cantitate mai mica de gaz de curatare a sistemului si deasemenea consum mai mic de energie electrica (82.3 MJ/t)

• Izolarea prin inchiderea in hale anexe si colectarea emisiilor primare precum si aproape toate emisiile secundare

• Avantaje privind pretul de productie

Chapter 9

324 Production of Iron and Steel

• Reducerea consumurilor de electrozi (la cuptoarele DC : 0,8kg/t mai putin ca la cuptoarele AC)

Un cuptor pilot cu arc electric a fost introdus si analizat la laboratorul RWTH Aachen ; ca pas urmator este planificata o demonstratie la fata locului (Reichelt, 1996)

Chapter 9

Production of Iron and Steel 325

10 NOI/ALTERNATIVE ALE TEHNICILOR DE PRODUCERE A FIERULUI

10.1 Introducere Fonta s-a produs in cuptoare de mai bine de 500 ani.In aceasta perioada, cuptoarele de topit au evoluat catre reactoarele mult mai eficiente. Oricum, altele sunt tehnicile la dispozitie in ceea ce priveste competitia intre tipurile de cuptoare din industria metalurgica. Cuptoarele de topit au nevoie de cocs, si cocseriile sunt costisitoare si pun multe probleme privind protectia mediului inconjurator. Astfel se ajunge la concluzia ca ar fi benefic sa se poata produce metalul fara ajutorul cocsului. In zilele noastre toate cuptoarele de topitorie isi reduc consumul de cocs semnificativ prin mijloace diverse. Oricum niciodata nu se va inlocui, in totalitate consumul de cocs in cuptoarele de topire din cauza costurilor impovaratoare. Cea mai mica valoare a consumului este de aproximativ 200 kg/t fonta bruta. In scopul asigurarii unei operari eficiente din punct de vedere al consumului energetic si econolmic, sunt necesar cuptoare de topire de dimensiuni mari. Aceste cuptoare au un randament mare si in genral constant. Astfel, costurile de capital sunt la nivel inalt si flexibilitatea este ridicata. Astazi, exista cerinte mari privind productia flexibila in unitati de productie mici, in scopul indeplinirii solicitarilor clientilor. Exista o crestere in productia de otel de la cuptoarele cu arc electric EAF. Productia de otel din fier vechi(deseuri) consuma mai putina energie decat cea din minereuri de fier. Problemele cu calitatea fierului vechi introduc anumite restrictii si conduc la reducerea directa DRI, din punct de vedere al stocurilor de fier vechi asigurand astfel posibilitatea de a lucra cu cuptoarele EAF. Pe scurt, urmatoarele aspecte sunt presante in procesul de producere al otelului in topitorii :

- Aspectele privind protectia mediului d.p.d.v. al utilajelor de sinterizare - Aspectele privind protectia mediului si aspectele economice privind cocseriile - Inflexibilitatea si scara la care se produce fonta bruta - Cresterea competitivitatii prin utilizarea deseurilor de fier vechi si reducerea directa in

procesul direct de producere al otelului.

Dar avantajele caii de producere a BF in ceea ce priveste reciclarea si costurile de investitie se cer recunoscute. Acesta este punctul de plecare in activitatea de imbunatatirire conditiilor de mediu si costurilor economice ale procesului de fabricatie in cuptoarele de topire precum si dezvoltarea unor cai alternative pentru fabricarea otelului. Doua tipuri principale ale producerii alternative a otelului se pot considera a fi cele care definesc procedeele alternative ale producerii otelului :

1. Reducerea directa(DR) Reducerea directa implica producerea fierului solid primar pornind de la minereu de fier si un agent de reducere (gazul natural). Produsul solid este numit Fier Redus Direct (DRI) si se utilizeza in principal ca materie prima in cuptoarele cu arc electric. Procesul de reducere directa se foloseste din 1970 si s-au dezvoltat o serie de procese care au imbunatatit procesul initial. 2. Reducere prin topire (SR)

Chapter 9

326 Production of Iron and Steel

Aceasta implica procesul de combinare a minereului de fier cu topirea (in cuptoare de topire) intr-un reactor fara a mai utiliza cocsul. Produsul este fonta bruta in stare lichida, care se poate trata si rafina in acelasi mod ca si fonta bruta de la furnalele cu aer. Astazi, numai o varianta a reducerii prin topire in acelasi mod dovedita pe piata, dar un numar de variante sunt utilizate in statele avansate economic.

Urmare a dezvoltarii procesului de producere a fierului, exista o tendinta in sensul proceselor de turnare continua in locul celor de turnare prin incarcare. Schimbarea de la turnarea in lingouri la turnarea continua din 1980 este un exemplu reprezentativ. In viitor, turnarea prezinta tendinta de a deveni un proces de turnare continua, prin inlocuirea altor procedee de turanre cu turnarea continua. In fig. 10.1. se prezinta o vedere de ansamblu asupra cailor presente si viitoare in procesele de producere a fierului si a otelului.

Chapter 9

Production of Iron and Steel 327

Sinter plant

Pellet plant

Coke ovenplant

Sinter plant

Pellet plant

Coke ovenplant

Previous Primary iron- and Steelmaking

Current Primary iron- and Steelmaking

Future Primary iron- and Steelmaking

Small blastfurnace

Open hearthsteelmaking Ingot casting

Large blastfurnace

Oxygensteelmaking

Advanced ladleand

vacuum refining

Continuouscasting

Scrap

Briquettes (in process recycling)

Smeltingreductionprocess

Continuousoxygen

steelmaking

Advanced ladleand

vacuum refining

Near-net-shapecasting

Direct reductionprocess

Electric arcfurnace

Advanced ladleand

vacuum refining

Near-net-shapecasting

Scrap

and/or

CoalOre

Ore

Natural gas

Figura 10.1: Procesele anteriare, actuale si alternative de producere a fontei si otelului in lume- dupa

[Fuhan, 1993]

Chapter 10

328 Production of Iron and Steel

10.2 Reducerea directa (DR)

10.2.1 Generalitati Conceptul de reducere directa a fierului dureaza de mai bine de 45 de ani, dar primele utilaje comerciale au fost construite in 1960. Din cauza ca procesul de reducere directa necesita sursa ieftina de gaze naturale, majoritatea acestor combinate fiind situate in apropierea centurii de gaze naturale si produse petroliere. Azi, reducerea directa nu a inregistrat a patrundere segnificanta pe piata prodecerii fierului si a otelului. In 1996/1997, cam 36,5 milioane de tone s-au produs prin reducerea directa a fierului. Acesta inseamna 4,4% din productia de fonta bruta. Reducerea directa implica reducerea minereului de fier in stare solida. Astfel temperatura procesului este mai mica de 10000C. Produsul solid obtinut este denumit fier redus direct. DRI are o rata a metalizarii mai mare de 925 si un continut de carbon mai mic de 2%. Procesul de reducere directa este utilizat in mod normal ca un proces de rezerva in cazul cuptoarelor cu arc electric. Un dezavantaj al acestui proces este riscul de incendiu. Astfel fierul obtinut prin procesul DRI se poate transforma in brichete, denumite HBI cand produsul urmeaza a se depozita sau a se transforma la o anumita distanta..

10.2.2 Procese care se pot intalni in practica Unele metode au fost utilizate de peste 50 de ani pentru producere fierului redus direct. In practica, trei sunt procesele principale cu care se operaza : MIDREX, HyL(I,II si III) si FIOR. Numai recent cinci noi tehnici s-au dezvoltat : FASTMET, IRON CARBID, CIRCORED, INMETCO si FINMET. Aproximativ 92% a procesele DRI sunt produse utilizand gaze naturale refolosite drept combustibil. Intr-un numar limitat de locuri, carbunele este utilizat drept combustibil. Ca rezerva in depozit, minereul de fier sub forma de granule, si minereul sub forma de bucati este utilizat in proces de productie al cuptoarelor cu cuva (MIDREX, HyL) si sub forma de pulberi fine concentrate se utilizeaza ca suport fuidizant (CIRCORED, FINMET, IRON CARBIDE) sau cuptoare rotative (FASTMET, INMETCO). Cuptoarele cu cos s-au dezvoltat in tip ca reactor de reductie pentru procesele basate pe combustibil gazos. Doua procese majore sunt operant : MIDREX(22.9 Mt/a in 1997) si HyL(6.9 Mt/a). Mica unitate de productie din Venezuela FIOR (0.4 Mt/a) utilizeaza un suport de fluidizare pentru reducerea minereului de fier. HyL I si HyL II utilizeaza doua reactoare cu palnie pentru reducerea minereului de fier, dar aceste procese in mod sigur se vor inlocui cu HyL III in timp ca urmare a evolutiei proceselor de producere. In 1995, a fost construit un echipament pilot(Nagai, 1995). Doua echipamente FINMET avand fiecare capacitatea de 2Mt/a sunt in constructie in Australia si venezuela. Un utilaj CICORED cu o capacitate de 0.5 Mt/a este in constructie in Trinidad. O alternativa la producerea directa este procedeul fier-carbid (Fe3C). Fir-carbid-ul es produce in principal prin reducere directa, dar in acest caz produsul contine cca. 90wt.% Fe3C. Continutul de carbon este relativ ridicat : 6wt.% care produce suficienta energie pentru a reduce consumul de energie in cuptoarele cu arc electric. Fierul carbid se poate utiliza in aceleasi aplicatii ca si reducerea directa a fierului. Primul utilaj fier carbid cu o capacitate de 300000 tome metru pe an s-a pus in functiune in 1995 at Trinidad (productia reala in 1998 este 150000 t/a).

Chapter 10

Production of Iron and Steel 329

In Tabelul 10.1 se prezinta caracteristicile tipurilor disponibile pe piata de producere directa a fierului.

Proces MIDREX HyL III Fier Carbid FASTMET/ INMETCO

FINMET CIRCORED

Status Industrial Industrial Industrial Industrial Industrial*1 Industrial*1

Tipul reactorului Coloana Coloana Pat fluidizat Gratar rotativ Pat fluidizat

Pat fluidizat

Sursa de fier Peleti/ minereu

Peleti/ minereu

Particule: 0.1-1 mm

Particule/ Concentrate

Particule 0.1-12 mm

Particule 0.1-1.0 mm

Tiul combustibilului Gaz natural Gaz natural Gaz natural Carbune/gaz natural

Gaz natural Gaz natural

Utilitati - Aburi Aburi - Aburi Aburi

Dispozitive periferice Reformer Reformer Indepartare CO2

Reformer - Reformer Indepartare CO2

Reformer Indepartare CO2

Capacitatea tipica a instalatiei (kt/a)

1000 1000 320 450 500 500

Input energie (GJ/t produs) 10.5 11.3 12.6 12.6 12.5 14

Produs DRI/HBI DRI Fe3C-pulbere DRI/HBI HBl HBl

Metalizarea produsului (%) >92 >92 Fe3C >90% >92 >92 >92

Continutul C al produsului (%)

1-2 1-2 <6.0 <0.2 0.5-1.5 0

*1 In constructie la sfarsitul anului 1998 Tabel 10.1 Caracteristici ale proceselor directe de reducere de baza (Nagai, 1995)

Utilizarea DRI este indicata in urmatoarele situatii :

- Cand calitatea fierului vechi lasa de dorit, si astfel calitatea produselor are probleme si necesita adaugarea procesului de reducere a fierului in scopul cresterii calitatii materialului necorespunzator calitativ

- In uzine mici construite in regiuni unde sursele de furnizare a fierului cum ar fi cele de fier vechi au probleme sau construirea unui combinat de producere cu cuptoare cu aer nu este necesara dpdv al cantitatii cerute pe piata, caz in care fierului redus se poate utiliza ca materie prima (Nagai, 1995)

In cuptoare cu aer unde se cere cresterea capacitatii randamentului materialului.

10.2.3 Aspecte de protectie a mediului urmare DRI Principalul beneficiu al capacitatilor de productie care utilizeaza metoda reducerii directe in comparatie cu producerea otelului in cuptoare cu aer este acela ca in pprocesul de reducere directa se utilizeaza drept combustibil fie carbunele fie gazul natura. Astfel, o cocserie nu este necesara, reducand in acest mod emisiile in atmosfera. Impactul asupra mediului a uzinelor care utilizeaza procedeul reducerii directe este foarte limitat. Exista emisii de praf in cantitati mici, care se pot colecta usor. Cantitatea de apa necesara este mica si aceasta poate fi reciclata in mare masura. Ca urmare o uzina care utilizeaza reducerea directa folosind metanul drept combustibil produce cu mult mai putin CO2 decat o uzina care utilizeaza carbunele. Oricum DRI contine anumite procente de steril (3-6%) si aceasta conduce la o crestere a puterii consumate a cuptorului cu arc electric cu cresterea DRI puterii de absorbtie.(Ngai, 1995)> Oricum, nu sunt disponibile informatii detaliate privind emisiile

Chapter 10

330 Production of Iron and Steel

10.3 Reducerea topirii (SR)

10.3.1 Generalitati In procesul de topire, produsul este este fonta bruta lichida sau (in unele cazuri) metalul lichid. Mai mult decat procesul de reducere directa, topirea directa se poate trata ca un proces competitiv in cadrul proceselor ce se desfasoara in cuptoarele cu aer. Procesul de reducerea a topirii are unele avantaje in comparatie cu procesele de productie din cuptoarele cu aer, care in viitor pot conduce la adoptarea procedeului de reducere a topirii ca proces principal pentru producerea fontei brute. Urmatoarele avantaje pot mentionate :

- unitatile de productie au dimensiuni mici si mare flexibilitate a productiei - putine restrictii privind materiile prime utilizate - utilizeaza carbune si sunt evitate operatiile di cocserii - costuri de capital scazute.

Dezavantajele sunt : - SR utilizeaza minereuri fine - Cerintele energetice si emisiile de CO2 sunt mai mari decat pe cale cuptoarelor

cu aer - Din punct de vedere economic sunt dependente de utilizarea de energie.

Oricum, economic si dpdv al posibilitatilor sunt inca multe probleme necunoscute iar in mod curent numai unul din procesele de reducere prin topire este dovedit dpdv comercial. Anumite procese de topire redusa sunt in dezvoltare si numai unul este in mod curent operational si anume Corea. Procesul este diferit in functie de numarul de reactoare, puterea calorica a gazului, minereul aprovizionat (granule, bucati sau pulbere). Variantele procesului care sunt relativ bine puse la punct se vor trata mai amanuntit in acest capitol : Corex, Hismelt, DIOS, AISI-DOE/CCF si ROMELT.

10.3.2 Corex Descriere : Procesul Corex are doua etape de procesar : in prima etapa, minereul de fier se reduce la faza de fier redus intr-un cuptor cu cos prin aceasta intelegand reducerea gazului. In a doua etapa, fierul redus este topit in oala de topire (cu carburator ?). Reducand gazul(CO si H2) care se utilizeaza in cosul de reducere se obtine gazificarea carbunelui in principal cu ajutorul oxigenului., rezultand un support de fixare fluid in topitor. Combustia partiala a carbunelui in topitor genereaza caldura necesara topirii fierului redus. Fierul lichid si zgura sunt descarcate la final prin operatii similare celor din procesele de fabricatie cu cuptoare cu injectie de aer. Deoarece separarea fierului redus si a fierului topit/carbune gazeificat are doua etape se asigura o mare flexibilitate in posibilitati de a utiliza diferite tipuri de carbune drept combustibil. Procesul este proiectat pentru a asigura presiuni ridicate de pana la 5 bar. Descarcarea carbunelui si a minereului de fier se asigura printr-un sistem de guri de descarcare/incarcare. Gazul redus contine cam 65-70% CO, 20-25% H2 si 2-4% CO2. Dupa iesirea din topitorul gazifiant, gazul fierbinte este amestecat cu gaz rece in scopul aducerii temperaturii la cca. 8500C. Gazul este apoi supus unui proces de curatire in cicloane si va aproviziona cuptoarele cu cuva ca gaz de reducere. Cand gazul paraseste cuptorul cu cuva, el are inca o temperatura ridicata si se poate utiliza ca sursa de incalzire acolo unde sunt posibilitati. Ca valoare a nivelului de incalzire aceasta se apreciaza la 7.5 MJ/Nm3 in cazul utilizarii unui anumit tip de carbune (28,5% materii volatile) dar cu un alt tip de carbune pot rezulta valori ale incalzirii la nivelul la care se pot asigura utilizarea gazului si la alti consumatori (valori de export).

Chapter 10

Production of Iron and Steel 331

Utilaje de referinta : Corex este numai o dovada comercaila a producerii topirii reduse. Corex este proiectat si construit de compania australiana Voest-Alpine Industrieangenbau (VAI), A-Linz. S-au construit urmatoarele echipamente :

- 1989 ISCOR Pretoria , 300000 tone metru pe an - 1996 POSCO Pohag, Corea 750000 tone metru pe an.

Urmatoarele echipamente sunt in prezent in constructie - SALDANIA, Africa de Sud 600000 tone metru pe an - JINDAL, India 2x800000 tone metru pe an - HANBO, Corea 2x750000 tone metru pe an Informatii operationale: La sfarsitul anului 1989 primul echipament comercial Corex a inceput producerea de fier la Pretoria. Urmare a situatiei economice ISCOR a decis sa inchida la sfarsitul anului 1997 Laminorul de la Pretoria ai a pastrat echipamentul ca un echipament standard de furnizare a fontei brute catre piata internationala si cea locala. Recent utilajele Corex sunt inchise temporar ca urmare a schimbarilor economice din plan localsi a influentei crisei asiatice. La sfarsitul anului 1995 al doilea echipament Corex a inceput productia la POSCO in Corea. Acest utilaj are o capacitate nominala de 700000 tone pe an. In mod curent utilajul functioneaza cu mixtura de minereu in bucati si granule de minereu. Anual productia este peste limita capacitatii nominale. Nivelul realizat al emisiilor: In procesul de fabricatie din corea se utilizeaza carbunele ca sursa de energie. Ca urmare nu existe emiisii datorate consumului de cocs. Toate fractiunile inalte ale hidrocarburilor care sunt eliberate de la carbune Se cracheaza in Co si H2 in topitor. Ca urmare nu sunt produse substante ca fenolii, BTX, PAH, etc. Sulfurile incarcate cu carbune in cadrul procesului sunt raspandite in cazul cuptoarelor cu cuva prin DRI precum si aditivii de calcinare ca si subsecvente care caonstituie apoi masa de aprovizionare pentru topitor. Aici multe din sulfuri sunt tarnsformate in zgura lichida cum se intampla in cuptoarele BF si apoi eliberate in atmosfera nu au nici un impact negativ asupra protectiei mediului. Cantitatea de sulfuri rezultata din procesul Corex prin gaz si apa (2-3% din totalul de sulf admis) este mult mai mica decat cea din procesul de productie traditional cu cocserii/ sinterizatoare/ cuptoare cu aer (20-30%). Gazul eliminat contine 10-70 ppmv H2S asta depinzand de carbunele utilizat si conditiile de lucru. Necesarul de oxigen de adaus conduce la unele cresteri ale costurilor de productie. Emisiile de praf de la Corex sunt semnificativ mai mici decat de la utilajele traditionale. Toata cantitatea de praf de cocserie este eliminata. Praful continut de gaxele evacuate este mai putin de 5mg/Nm3. Majoritatea cantitatii de praf este colectata in utilajele de curatare ale sistemului si reciclata in proces. Unele performante ale utilajelor ISCOR sunt prezentate in Tabelul 10.2.

Chapter 10

332 Production of Iron and Steel

Unitate Utilizarea minereului Utilizarea peletilor

Capaicitatea de topire t HM*/hour 45 53

Capacitatea de topire specifica

t HM/m3 per day 3.0 3.4

Consumul de carbune kg/t HM 1080 1000

Consumul Cfix kg/t HM 615 570

Consumul O2 Nm3/t HM 540 500

Cantitatea de zgura kg/t HM 450 300

Compozitia metalului fierbinte Carbon Silicon Sulf Fosfor

% % % %

4.5 0.3 0.05 0.15

4.5 0.3 0.05 0.15

Export gaz Cantitate Valoarea neta calorica Compozitia CO CO2 H2 Pulberile

Nm3/t HM MJ/t HM % % % mg/Nm3

1750 7.5 45 32 16 <5

1710 7.5 45 32 16 <5

Emisiile Pulberile SO2 NOx

g/t HM g/t HM g/t HM

39-139 26-333 21-33

39-139 26-333 21-33

Consumul energetic GJ/t HM 17 17

* HM=metal laminat

Tabelul 10.2: Date relevante de performanta a instalatiei Corex la Iscor's Pretoria Works, South Africa – bazat in [Kreulitsch, 1994; Lemperle, 1993]

Efectele colaterale: Gazul redus de la topitor se curata in cicloane. Praful de la aceste cicloane poate fi reciclat catre topitor. Gazul de la cuptoarele cu cuva si gazul rece (necesar racirii gazului fierbinte) sunt curatate in epuratoare de gaze si in acest fel rezulta zgura. Zgura poate fi in mod repetat reciclata in topitor dupa granulare sau se poate livra industriei cimentului. O mica parte (ne cuanficata) se arunca. Procesul Corex are un consum ridicat de carbune si relativ un debit mare de gaz dar consumul de energie calorica este mediu. Utilizarea acestui gaz ca o susa de energie este ceea ce determina de fapt eficienta energetica a acestui proces. Apa rece este furnizata in circuit inchis Aspecte economice : Costurile de capital raportate sunt 195 ECU1996/t m de metal laminat. Literatura de referinta : Freuhan, 1994 ; Kreulitch, 1994 ; Lemperle, 1993

10.3.3 Procese in dezvoltare Urmatoarele procese de topire sunt in diferite stadii avansate de dezvoltare si sunt descrise pe scurt in acest paragraf :

- Hismelt - DIOS - AISI-DOE/CCF

Chapter 10

Production of Iron and Steel 333

ROMELT Tabelul 10.3 caracterizeaza aceste procese pe scurt. O descriere scurta a proceselor in mod individual se va oferi in paginile urmatoare.

Proces HIsmelt (Australia) DIOS (Japonia) AISI-DOE/CCF (USA/Netherlands)

ROMELT (Russia)

Componente principale Topire verticala Reducere

- Pre-red. Pat fluidizat - furnal reformare gaz - furnal topire red. - instalatie oxigen

- Ciclon de convert furn. - recipient de topire in baie - instalatie oxigen

- Topire

Stoc alimentare Particule Particule Particule Particule/oxizi uzati

Combustibil Pulverised coal Pulberi carbune/carbune granule

Pulberi carbune Pulberi carbune

Produs metal Fonta lichida Fonta lichida Fonta lichida Fonta lichida

Consum oxigen (Nm3/t HM)

Purjare fierbinte 500 430-680 750-850

Consum carbune (kg/t HM)

630-700 950 700-750 900-1200

Gaz evacuat Cantitate (Nm3/t HM) Val. Cal. (MJ/Nm3)

1850 1.44

2080 3.74

n/a n/a

n/a n/a

Energie neta (GJ/t HM) n/a n/a n/a n/a

Output energie (GJ/t HM)

2.7 7.8 4.0 n/a

Status Pilot Pilot Pilot Pilot

Legend: HM = metal fierbinte

Tabelul 10.3: Caracteristicle proceselor de reducere in topire aflate in dezvoltare – in [Freuhan, 1994; Nagai, 1995]

HIsmelt Descriere : minereul este granular, cu granule mari se preincalzeste inainte de injectarea in reductoarele oalei de topire verticale. In oala de topire, minereul de fier pre-redus este redus si topit. Fata de multe altele din procesele de topire directa , Hismelt nu cere o sursa de oxigen, dar utilizeaza un jet de aer puternic(imbogatit cu oxigen). Praful si carbunele sunt injectate prin partea de jos. Status : 14t pe ora in laminoarele pilot care s-au construit in australia de Hismelt sub conducerea CRA(Australia) Implicatiile in protectia mediului: Comparativ cu cuptoarele cu aer consumul de combustibil se reduce cu 10%. Cu atat mai mult cu cat nu necesita nici o cocserie proprie. In contrast cu alte procedee de reducere a topirii se cere sursa de aer cald. Aceasta ar putea influenta emisia de NOx a acestui proces in sens negativ dpdv al consecintelor asupra protectiei mediului.. Literatura de referinta: -

Chapter 10

334 Production of Iron and Steel

DIOS Descriere:: Procesul de topire directa a minereului de fier (DIOS) consta in 3 subprocese: O pre-reducere a minereului de fier intr-un cuptor cu pat fluidizat de pre-reducere, o amestecare a pulberii de carbune cu gazul intr-un cuptor de reformare a gazului si o topire si reducere a minereului de fier intr-un cuptor de reducere si topire. Oxigenul este injectat din varful SRF. CO rezultat este utilizat pentu a micsora Fe brut in PRF. Nitrogenul este injectat prin partea inferioara a SRF pentru a agita zgura in cuptor. Stare: la NKK Keihin Works, Japonia, o instalatie pilot este operationala din 1994, producand aproximativ 500 tone de Fe pe zi. Implicatii asupra mediului: Este de asteptat ca si consumul de energie al DIOS va fi cu 5-10% mai mic fata de furnalul de purjare cu aer fierbinte. Mai mult, instalatia de pre-tratare a Fe (instalatie de peletat, instalatie de sinterizat) si instalatia de cocsificare nu mai sunt necesare. Literatura de specialitate: [Kreulitsch, 1994] AISI-DOE/CCF Descriere: Proiectul AISI-DOE si proiectul CCF au inceput ca doua proiecte separate. Proiectul AISI-DOE a fost un proiect de cooperare R&D pentru producerea de fier intre cateva universitati si companii americane si canadiene de producere a otelului. Proiectul a fost coordonat de Institutul American pentru Fier si Otel si sponsorizat de Departamentul de Energie al US. Scopul proiectului este de a produce otel din minereu de Fe pre redus si carbune intr-o topitor vertical. Dezvoltarea topitorului vertical a consituit partea principala a proiectului. Proiectul CCF ( instalatie de desprafuire) este o initiativa comuna a Hoogovers (NL) si Ilva (I). Cea mai importanta parte a proiectului este dezvoltarea (extinderea) reactorului de desprafuire. In instalatia de desprafuire minereul de fier este preredus si topit. Mixtura topita cade in cade in partea inferioara a oalei unde reducerea este completa. Combustibilul consta in carbune granulat care este injectat impreuna cu oxigenul in partea inferioara a oalei. Temperatura inalta din instalatia de desprafuire si faptul ca el poate prelucra-trata la un nivel inalt al materialului antrenat in baia de fier face posibila conectarea directa la fazele de pre-reducere si reducere finala.Combinand cele doua faze inseamna ca eficienta transferului de caldura nu este critica din moment ce nu exista racire intre faze. Faptul ca amandoua atat prereducerea si reducerea finala au loc intr-un vas marcheaza o diferenta importanta intre CCF si alte unitati existente pentru procesul de topire. Proiectul CCF se concentreaza in principal asupra dezvoltarii instalatiei de desprafuire. In 1995 ambele parti au recunoscut posibilitatea de a combina tehnologiile lor. Cu aceste tehnici combinate, poate fi realizata o instalatie pilot de reducere a topirii. Stare: Proiectul AISI – DOE (...) A functionat in o serie de experimente, dar nu s-a realizat o statie – pilot. Proiectul CCF a functionat intr-o statie pilot, cu o capacitate de 20 tone/ora. Cu o capacitate proiectata de 700 000 tone pe an este proiectata la Ijmuiden. Aspecte de mediu: Din moment ce nu este necesara o cocserie, sinterizator sau instalatie de granulat, o reducere a emisiilor poate fi atinsa. Consumul de energie specific (pe tona de otel) va fi astfel mai redus. Mai mult, se poate obtine putere (energie) din gazele ce se evacueaza la o temp. de 18000 C. Literatura de referinta. [Freuhan, 1993; Kreulitsch, 1994; InfoMil, 1997]

Chapter 10

Production of Iron and Steel 335

ROMELT Descriere: Procesul ROMELT se dezvolta in Rusia de 10 ani. El este similar altor procese ale baii de topire, dar nu utilizeaza prereducerea. Procesul foloseste minereu sau oxizi reziduali. Consumul de carbune este de 900 – 1200 Kg/tona metrica. Stare: O instalatie pilot cu 500 – 1000 tm/zi din Novolipetsk, Rusia produce peste 350 000 tm/an. Planurile detaliate pentru 350 000 tm/an sunt executate. Aspecte de mediu: deoarece nu exista cocserie, sinterizator sau instalatie de pelete, este asteptata o reducere semnificativa a emisiilor comparata cu producerea primara conventionala a fierului. Energia consumata /tona de otel va fi de asemenea mai mica. Literatura de referinta. [Freuhan, 1994; InfoMil, 1997]

Chapter 10

336 Production of Iron and Steel

10.4 Comparatie intre calea conventionala din cuptorul cu reducere directa si calea reducerii topirii

Exista doua tipuri cunoscute de variante a producerii fierului – reducerea directa (DR) ex. MIDREX si Reducerea Topirii (SR) ex. COREX. Principalul beneficiu pentru mediu este ca aceste procese pot functiona fara cocs sau sinter. Acest prospect poate evita necesitatea pentru instalatiile de cocs si de sinterizat care au un impact ridicat asupra mediului. Procesele Fe redus direct (DRI) au o capacitate mare au o capacitate activa instalata in jur de 33 milioane t/a in lumea intreaga, totusi aceasta contribuie mai putin de 5% din productia de otel brut (1996). Aceasta in comparatie cu productia curenta a EU in combinate metalurgice de 155 milioane t/a in 1995. Procesele DRI lucreaza cu cantitati relativ mici, comparativ cu cuptoarele si au fost in general instalate pentru a beneficia de avantajele factorilor locali. Ex. Costul foarte mic al energiei si/sau al alimentarii cu minereu de Fe. Dispensarea de cocserii elimina emisiile de praf si componentele organice volatile (VOC) in aer provenite din cuptoare si a varietatii de substante chimice organice emise in aer si apa provenite din instalatiile cu camera. De asemenea vor fi eliminate emisiile din procesele de rafinare de uleiuri reziduale din producerea cocsului si gudronul din cuptoare.Mai mult, o mare cantitate de apa folosita in proces va fi economisita. Indepartarea /inlaturarea sinterizatoarelor reduce emisiile de praf metalic/nemetalic si gazele poluante cum ar fi dioxid de sulf in atmosfera.Majoritatea cuptoarelor au acum instalate in hala de turnare si sisteme de opritor de fum si incarcare cu clopot si performantele lor in ce priveste mediul vor fi comparabile cu cele ale instalatiilor de reducere cu sisteme echivalente. Este important de reamintit ca procesul traditional de producere a Fe presupune multe cicluri si oportunitati pentru evacuarea produselor feruginoase, turte de filtrare si uleiuri din producerea otelului care nu pot fi disponibile in multe procese de reducere. Calea traditionala are de asemenea capacitatea de a utiliza o gama larga de materii prime si agenti reducatori de diferite calitati. In scopul ca noua tehnologie sa realizeze o performanta echivalenta cu a circuitului total al prelucrarii otelului, insemnand tratarea minereurilor de foarte buna calitate, in zona trebuiesc executate si alte facilitati. Emisiile din instalatiile de reducere sunt in general mici, cu particule eliberate in aer dupa risipirea fumului de ordinul a 10 mg/Nm3. Aceste reduceri tind sa se bazeze pe conducerea tehnologiei umede spre abur saturat recuperat, desi acesta poate fi capabil sa fie adresat circuitului apei sau curatirii uscate. Daca procesele DR sau SR folosesc tablete de fier sau sinter, atunci emisiile asociate cu procesarea acestor materiale trebuie sa fie luata in considerare cand comparam influenta asupra mediului data de modurile diferite de producere a Fe. Deoarece DR nu produce schimbari fizice ale starii sau separarea impuritatilor chimice, calitatea productiei este in totalitate dependenta de calitatea materiilor prime. Produsul DRI nu poate fi echivalent calitativ cu cel al fierului din cuptor daca se utilizeaza materii prime slabe calitativ.Pentru a contabiliza influentele asupra mediului, DRI are nevoie sa fie in forma lichida ca sa fie comparabil direct cu Fe din cuptorul cu suflu de aer. Este nevoie sa fie luate in considerare energia suplimentara si emisiile legate de aceasta schimbare de stare fizica. Considerand procesele de reducere, un volum de gaze este produs de COREX si eficienta energetica va fi slaba daca gazele nu sunt utilizate pentru generarea energiei sau pentru producerea in special a fierului spongios. Consumurile de carbune si oxigen sunt mai mari decat in modul BF si emisiile de CO2 sunt semnificativ mai mari. Oxizii de azot din reformarea gazului trebuie luate in considerare in ambele operatii SR si DR.

Chapter 10

Production of Iron and Steel 337

Procesele SR nu sunt inca destul de mature si COREX este singurul proces comercial disponibil in prezent. Nici DR si SR nu-si dovedesc capabilitatea la cerintele de capacitate a cuptoarelor cu aer injectat moderne. Fierul produs prin aceste metode nu este direct competitiv cu fierul produs de cuptoarele cu aer injectat, desi costurile de capital scazute le face atractive in special in zonele in care tehnologia BF nu s-a stabilit, dar are furnizori de energie ieftini. Tendintele actuale de a reintroduce cocsul si sinterul in instalatiile DRI in scopul optimizarii procesului pot influenta negativ multe dintre beneficiile de mediu cerute initial pentru aceste tehnici noi aparute. In tabelul 10.4 se face o comparatie intre traseul in cuptoarele cu aer injectat si reducere directa si reducerea topirii. .

Chapter 10

338 Production of Iron and Steel

CARACTERISTICI Modul traditional BF*1 Reducerea directa (MIDREX)*2 Reducerea topirii (COREX)*2

Eficient in consumurile de energie si resurse in instalatii cu cant. de materiale depasind 2 Mt/a. Este inca principalul mod de producere a Fe, insemnand 95% din productia mondiala.

Procese bazate pe gaze. Astfel de procese au in mod curent o unitate de instalatie cu capacitatea 1,3 Mt/a. DRI ca produs este normal utilizat ca inlocuitor pentru fier vechi in furnalul cu arc electric pt. producerea otelului.

SR este inca o tehnologie emergenta. Numai procesul COREX este comercializat. In mod obisnuit exista (in doua locuri) unitati avand capacitatea instalata de cca 1 Mt/a. Cea mai recenta si mai mare unitate SR in functiune are o capacitate de 700 000 t/a.

Materii prime

Carbune. Carbune cocsificabil pentru producerea cocsului. Praf de cocs si antracit (unde se utilizeaza) pt. instalatii de sinterizare carbune pt. injectia BF (poate sa aiba specificatii de carbune necocsificabil) Injectii BF. Pe langa carbune, ulei (ulei uzat) se injecteaza in BF gaz natural si materiale plastice. Materiale metalice. Poate fi folosita o gama larga de materii prime de diferite calitati si specificatii.

Carbune. (unde se foloseste). O gama larga de combustibili solizi de la antracit la lignit, inclusiv mangal (cuptoare rotative). Gaz. Continutul de sulfura in gaz trebuie sa fie mic pentru a evita degradarea instalatiei de reformare catalitica si afectarea calitatii productiei. Materiale metalice. Deoarece nu are loc nici o schimbare de stare in timpul procesului, se cere o cantitate ridicata a tabletelor si minereului in bulgari

Carbune. Carbune necocsificabil (cerinte mai flexibile decat in cazul BF). Materiale metalice. Minereu bulgari sau sinter sau granule (tablete) Minereuri superioare nu pot fi folosite direct (inca). Oxigen. Procesul COREX necesita cantitati mari de oxigen (cu implicatii energetice asociate).

Cerinte energetice Aprox. 17, 18 GJ/t de Fe lichid (mai putine resurse de gaz, abur si caldura de la continutul de carbon din fier).

In general 10,5 – 14,5 GJ/t de DRI solid (bazat pe gaz) presupunand 100% minereu bulgari (necesita energie suplimentara pentru topire si tabletare/granulare daca se utilizeaza)

Dificil de cuantificat deoarece eficienta procesului de topire depinde de pentru energia exportata sau producerea de mai mult DRI din procesul DR bazat pe gaz.

Calitatea produsului Stabil/durabil si de o calitate garantata. Productie inclinata catre reoxidare daca s-a pasivizat (sau brichetat) Identic cu Fe din BF.

*1 cocserie, sinterizator si furnal cu injectie de aer. *2 DR si Sr sunt tehnici emergente si nu sunt disponibile date complete privind efectele asupra mediului. Tabelul 10.4 : Comparatia caii traditionale a furnalului de purja cu reducerea directa si caile de topire pentru producerea fierului

Continuarea tabelului 10.4

Chapter 10

Production of Iron and Steel 339

CARACTERISTICI Modul traditional BF*1 Reducerea directa (MIDREX)*2 Reducerea topirii (COREX)*2

Performante de mediu

Eliberarile pentru mediu includ praf, VOC, PAH si substante chimice organice variate din cocserii. Sinterizatoarele elibereaza SO2, NOx, praf, VOC, PCB, PCDD,) F si PAH (vezi tabelul 4.1.) in timp ce BF emana praf si SO2 din hala de turnare. (vezi tabelul 6.1.) Procedeul foloseste cantitati mari de apa. Totusi, procesul duce la reciclarea unor cantitati mari de pierderi solide/pe produse secundare, care nu vor fi disponibile in multe dintre procesele DRI. Capacitatea de desulfurare a furnalului cu injectie de aer (de asemenea) permite folosirea intr-o maniera „prietenoasa” pentru mediu a combustibilului cu continut ridicat de sulf. Zgura din BF poate fi folosita la constructia drumurilor iar zgura granulata la producerea cimentului de zgura. Ambele produse auxiliare au avantaj in ceea ce priveste mediul deoarece ele reduc cererea de agregate primare.

Deoarece cele mai multe procese DR utilizeaza fier granulat, impactul asupra mediului dat de emisiile din procesul de tabletare /granulare trebuiesc luate in considerare. Procesul DRI contine 2-4% steril necesitand energie suplimentara pentru procesare si emisiile asupra mediului trebuie luate in considerare. Praful eliberat este similar cu cel din BF deoarece materialul brut superior este selectat inainte de procesare. Exista necesitatea de a asigura conditiile de protectie a mediului daca DR urmeaza sa inlocuiasca producerea traditionala a fierului. NOx este emis in faza de gaze de reformare.Cele mai performante procese DR folosesc gaz natural desi carbunele ramane cea mai mare sursa de energie disponibila pentru om. In conditiile dezvoltarii durabile acest gaz trebuie pastrat pentru producerea unor produse de inalta calitate.

In cateva procese SR este necesar sa se utilizeze cantitati mari de gaze de ardere. De asemenea, cerintele de energie pentru COREX si emisiile de CO2 sunt mai mari decat in cazul BF. Exista necesitatea de a asigura conditiile de protectie a mediului daca SR urmeaza sa inlocuiasca producerea traditionala a Fe.

Costurile instalatiei (informative)

1150 milioane Euro pentru capacitatea de 3,5 Mt/a incluzand costul sinterizatorului si a cocseriei

210 mil.Euro pentru capacitatea de 1,36 Mt/a (presupunand disponibilitatea tabletelor potrivite sau minereului in bulgări)

240 mil.Euro pentru 600 Kt/a (inclusiv costul pentru instalatia de oxigen si procesarea minereului in bulgări).

*1 cuptor de cocs, instalatie de sinterizare si furnal de purja; *2 DR si SR sunt tehnici noi aparute si nu sunt disponibile inca datele complete referitoare la efectele asupra mediului

Chapter 10

340 Production of Iron and Steel

Chapter 11

Production of Iron and Steel 341

11 Concluzii si recomandari Concluziile si recomandarile privesc aspectele: timpi de lucru, surse de informare, cele mai bune tehnica disponibile, nivelul intelegerii, activitati viitoare, sursele de informatii. Timpi de lucru Conceperea acestui BREF a durat aproape doi ani. Principalele intalniri au fost: Prima intalnire TWG (kick-off meeting) 22 – 23 May 1997 Prima runda de consultatii Sep/Oct 1997 A doua runda de consultatii Aug/Sep 1998 A doua intalnire a TWG 18 – 20 Nov 1998 Versiunea finala si a treia runda de consultatii Ian/Feb 1999 Discutii asupra versiunii finale in cadrul intalnirii IEF

18 – 19 Feb 1999

Concluziile IEF asupra rezumatului executiv 29 – 30 Sep 1999 Surse de informare 93 de rapoarte au fost trimise catre EIPPCB. Aceste rapoarte sunt foarte diferite in ceea ce priveste tipul informatiilor (date statistice, descrierea anumitor tehnica de reducere a masei de abur de intrare sau a emisiilor din procesele de prelucrare sau tehnica “end-of-pipe”). Ele au fost intocmite din diferite motive: unele se concentreaza pe aspecte singulare, numai cateva acopera toate aspectele de mediu. Ca urmare a evaluarii serioase, verificarea datelor trimise a fost de neevitat. 2 rapoarte s-au evidentiat: “Observatii olandeze asupra BAT pentru producerea primara a fierului si otelului in combinatele metalurgice”, si intr-o masura mai mica, raportl german “Raport asupra BAT in industria producerii otelului pe baze electrice privind producerea otelului in cuptorul cu arc electric. Datorita calitatii ridicate a acestor rapoarte, ele sunt folosite intr-o mare masura in aceasta lucrare. Accesul la stfel de documente la inceputul lucrarii asupra BREF este esentiala pentru calitatea lucrarii. Totusi, recomandarea expresa a “Statelor Membre si a ONG-urilor industriale/de mediu, este de a pregati astfel de documente mai devreme. Cele mai bune tehnica disponibile Pentru fiecare etapa de productie si instalatie din combinatul metalurgic, au fost trase concluzii:

- instalatii de sinterizat (capitolul 4.4) - instalatii de peletat (cap. 5.4) - cocserii (cap.6.4) - furnale de purjare (cap.7.4) - producerea si turnarea otelului cu ajutorul oxigenului (cap. 8.4)

Pentru producerea otelului in furnale cu arc electric, concluziile BAT sunt in cap. 9.4. Sumarul executiv include aceste concluzii. Nivele de intelegere Acset BREF se bucura de o atentie deosebita. In timpul discutiilor cu TWG si IEF nu au fost observate pareri contrare. Exista un accord larg pentru acest material. Toti partenerii din

Chapter 11

342 Production of Iron and Steel

procesul schimbului de informatii il considera un rezultat accptabil. Totusi sunt necesare imbunatatiri pentru viitor . Trebuie pus un accent deosebita, in special pe definirea datelor prezentate. In acest context, esate necesar sa se defineasca datele astfel: “Daca nu se specifica altfel, nivelele emisiilor prezente ‘asociate cu utilizarea BAT’ in capitolele BAT sunt intelese ca valori medii zilnice atat in cazul emisiilor in aer cat si a celor in apa.” Aceasta recomandare este facuta in legatura cu afirmatia ca nivelele si valorile date se potrivesc aproximativ cu definirea “valori medii zilnice”. Totusi, sursele de date disponibile nu contin o astfel de definire si atunci, dupa proba, o astfel de concluzie nu poate fi disponibila. Recomandari pentru viitor In general TWG si IEF reprezentand Statele Membre si NGO –uri evalueaza acest BREF ca fiind un document de inalta valoare, bine intocmit. Totusi, sunt necesare imbunatatiri ulterioare, mai ales in urmatoarele directii:

- dezvoltarea metodologiei de selectie a tehnicilor considerate determinate in BAT

- dezvoltarea metodologiei de selectie a tehnicilor considerate determinante in BAT

- dezvoltare metodologiei pentru concluzii - imbunatatirea accesului IPPC - imbunatatirea definirii emisiilor prezente si a coosumurilor (metode de

selectie, metode de analiza, intervale de timp, metode de monitorizare, conditii de referinta)

- prezentarea mai detaliata a informatiilor privind energia, zgomot, manipularea materialelor, transportul si depozitarea (poluarea solului), sanatatea si securitatea muncii.

Imbunatatirea definirii datelor pare sa fie prioritatea esentiala si ar trebui sa inceapa cat mai curand posibil. Se constata ca, compatibilitatea datelor colectate peste tot in UE (si in lume) nu poate fi garantata datorita metodei de selectie, metodelor de analiza, intervalelor de timp, metode de monitorizare si conditiilor de refrinta. In consecinta, este imperativa si urgenta nevoia de armonizare. Se recomanda ca pana in anul 2005 sa fie depusa o versiune revizuita a intregului document.

References

Production of Iron and Steel 343

GLOSAR [Arimitsu, 1995] Arimitsu,Y. Energy Saving in the Japoniaese Steel Industry In: European Symposium on Environmental Control in Steel Industry, Praha (1995) 105-136 [Auth, 1988] Auth, R.; Höffken, E.; Phlipsen, D; Seidelmann, L. Die Entwicklung des Thyssen-Heißbrikettier-Verfahrens und die betriebliche Anwendung (The Development of the Thyssen-Hot-Briquetting Process and its Practical Application) Proceedings of “Dritte Duisburger Recycling-Tage” (1988) [Blaha, 1995] Blaha, J. Untersuchungen zur thermischen Bildung von polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen und Dibenzofuranen (Investigations on the Thermal Formation of Polychlorinated Dibenzo-p-dioxins and Dibenzofurans) Dissertation, Universitaet D-Tuebingen (1995) [Beer 1, 1991] Beer, H.; Kersting, K.; Müller, H. Auswirkungen unterschiedlicher Koksgruskoernungen bei der Eisenerzsinterung (Impacts of Different Coke Breeze Grain Size Distribution on the Sintering Process) Stahl und Eisen 111 (1991), No. 8, 57-64 [Beer 2, 1991] Beer, H.; Beier, W.; Buckel, M.; Gerstenberg, B.; Kersting, K.; Kropla, H.-W.; Lüngen, H.B.; Müller, H.; Rinne, K.; Schierloh, U. Verfahrenstechnische und metallurgische Maßnahmen zur Verminderung des Energieeinsatzes in Sinteranlagen (Process-integrated and Metallurgical Measures to Reduce Energy Consumption of Sinter Plants) Stahl und Eisen 111 (1991), No. 11, 25-37 [Berger, 1995] Berger, H.; Mittag, P. The Comelt Electric Arc Furnace with Side Electrodes MPT International (1995), No. 4, 64-71 [Bothe, 1993] Bothe, R. Umweltproblematik bei der Eisenerzsinterung (Environmental Problems of the Iron Ores Sintering Process) Dissertation, RWTH D-Aachen (1993) [Broeker, 1993] Broeker, G.; Bruckmann, P.; Gliwa, H. Systematic Monitoring of PCDD and PCDF Emissions of Industrial Installations Organohalogen Compounds 11 (1993) 303-306

References

344 Production of Iron and Steel

[BS PCDD/F, 1998] Fisher, R.; Anderson, D.R.; Fray, T.A.T. Investigation of the Formation of Dioxins in the Sintering Process 2nd International Congress on the Science and Technology of Ironmaking Conjunction with the 57th Ironmaking Conference of Iron and Steel Society, C-Toronto, on March 22-25 (1998) [Bussmann, 1995] Bussmann, B.; Hofherr, K.; Philipp, J.; Reinitzhuber, F. Coke Dry-Cooling Facility of the August Thyssen Coking Plant – Environmental Protection, Energy Recovery, Product Improvement Metallurgical Plant and Technology (1985), No. 2, 22-34 [Campell, 1992] Campell, D.A.; Flietman, G.; Malgarini, G.; Smith, R.B. Oxy-coal Injection at Cleveland Iron Works Ironmaking and Steelmaking 19 (1992), No.2, 120-125 [CBNS, 1995] Commoner, B.; Cohen, M.; Bartlett, P.W.; Dickar, A.; Eisl, H.; Hill, C.; Rosenthal, J. Economically Constructive Conversion of the Sources Contributing to the Chemical Pollution of the Great Lakes - Iron Sintering Center of the Biology of Natural Systems, draft (1995) [Deckers, 1995] Deckers, B.; Josis, C. Development of Environmental Control Technologies In: European Symposium on Environmental Control in Steel Industry, Praha (1995) 35-50 [Dietrich, 1961] Dietrich, G. Reaktionskinetische Betrachtungen des Sintervorganges und Moeglichkeiten zur Leistungssteigerung (About the Reaction Kinetics of the Sintering Process and Possibilities for Productivity Increase) Dissertation, RWTH D-Aachen (1961) [DK EAF, 1997] Danish Environmental Protection Agency personal communications (1997) [D Rentz, 1997] Rentz, O. Report on Best Available Techniques in the Electric Steelmaking Industry French-German Institute for Environmental Research, D-Karlsruhe (1997) [Dropsch, 1997] Dropsch, H.; Harp, G.; Kersting, K. Dioxine im Sinterabgas (PCDD/F in the Off-gas from Sinter Plants) Umwelt 27 (1997), No. 11/12, 44-46

References

Production of Iron and Steel 345

[EC Air, 1996] Council Directive 96/62/EC of 27.09.1996 on Ambient Air Quality Assesment and Management Official Journal of the European Communities (1996), No. L 296/55 [EC BOF, 1995] European Commission Technical Note on the Best Available Techniques to Reduce Emissions of Pollutants into the Air from the Basic Oxygen Steel Making DG XI.E.1 (1995) [EC Coke, 1993] European Commission (DG XI/A/3) Technical Note on the Best Available Technologies to Reduce Emissions of Pollutants into Air from Coking Plants 5. draft, prepared by Cambridge Decision Analyst Ltd., UK-Cambridge (1993) report has never been finalised [EC Coke, 1996] European Commission Study on the Technical and Economical Aspects of Measures to Reduce (on the Basis of the Best Available Technologies) the Pollution (of Water and Other Environmental Areas) from the Industrial Emissions of Cokeries Final report prepared by Oranjewoud International B.V., NL-Heerenveen in 1992 but published in (1996) [EC EAF, 1994] European Commission Technical Note on the Best Available Technologies to Reduce Emissions of Pollutants into the Air from Electric Arc Steel Production Plants DG XI A3 (1994) [EC EAF, 1997] European Commission Pederse, J. Optimisation of Environment and Related Energy Utilisation in Scrap-based Steelmaking (Phase I) DG II - EUR 16662 EN (1997) [EC Haskoning, 1993] European Commission Techno-economic Study on the Reduction Measures, Based on Best Available Technologies, of Water Discharges and Waste Generation from the Primary and Secondary Iron & Steel Industry Final report prepared by Haskoning, NL-Nijmegen (1993) [EC LECES, 1991] Laboratoire d’Étude et de Controle de l’Environment Sidérurgique (LECES) Etude de la Réduction par Filtration á Manches des Pollutants Particulaires et Gazeux des Fumées de l’Agglomération de Minerai de Fer, Phase A (Investigation on the Reduction of Dust and Gaseous Pollutants from Sinter Plants) Final Report DG ‘Social Affairs’ CECA No. 7261-01/432/03 (1991)

References

346 Production of Iron and Steel

[EC LV, 1998] European Commission Proposal for a Council Directive to Limit Values for SO2, NOx, Particulate Matter and Lead in Ambient Air ENV 298 PRO-COOP 103, 06.07.1998 – 9687/98 (1998) [EC Panorama, 1997] European Commission Iron and Steel Panorama of EU Industry 97, Vol .1(1997) 10-8 - 10-14 [ECSC Treaty, 1951] Treaty on the Foundation of the European Union for Coal and Steel on April 18th (1951) [EC Sinter/BF, 1995] European Commission (DG XI.E.1) Technical Note on Best Available Techniques to Reduce Emissions of Pollutants into the Air from Sinter Plants, Pelletisation and Blast Furnaces Final report, prepared by Environmental Resources Management (1995) [EC Study, 1996] Roederer, C.; Gourtsoyannis, L. Coordinated Study 'Steel-Environment' DG XII - EUR 16955 EN (1996) [EEA, 1997] Berge, E.; Beck, J.; Larssen, S.; Moussiopoulos, N.; Pulles, T. Air Pollution in Europe 1997 European Environment Agency (1997) [Eickelpasch, 1972] Eickelpasch, D.; Kahnwald, H.; Tichy, H. Der Einfluss des Prozessgeschehens auf Emissionen und Folgerungen zu deren Verminderung (The Influence of Process Operation on Emissions and Conclusions for its Minimisation) Stahl und Eisen 92 (1972), No. 12, 575-581 [Eisenhut, 1988] Eisenhut, W.; Orywal, F.; Meyer-Wulf, C.; Reinke, M. New Findings and Developments in Environmental Protection and Health Safety at Work on Coke Oven Plants Bergbau-Forschung GmbH, D-Essen; Ironmaking Conference Proceedings (1988) 183-190 [Eisenhut, 1990] Eisenhut, W. Coking Plant Environment in West-Germania (unpublished tables) Coke Making International, Vol. 1 (1990) 74-77 [Eisenhut, 1992] Eisenhut, W.; Nashan, G.; Schönau, H. Non-Recovery Coke Plant – A Challenge for Cokemaking Technology Cokemaking International 4 (1992), No. 1, 51-56 [EPRI, 1992] EPRI Center for Materials Production Proceedings of the CMP Electric Arc Furnace Dust Treatment Symposium CMP Report No. 92-4 (1992)

References

Production of Iron and Steel 347

[EUROFER, 1997] European Confederation of Iron and Steel Industries (EUROFER) Annual report 1996 (1997) [EUROFER BOF, 1997] European Confederation of Iron and Steel Industries – Environmental Committee – Task Group Oxygen Steelmaking Document on “Oxygen Steelmaking and Casting” (1997) [EUROFER EAF, 1997] European Confederation of Iron and Steel Industries – Environmental Committee – Task Group Electric Arc Furnace Steelmaking Document on “Electric Arc Furnace Steelmaking” (1997) [Eurostat, 1993] Eurostat Iron and Steel - the Iron and Steelworks Plants in the European Union (1993) [Evenson, 1996] Evenson, E.J.; Goodfellow, H.D. Post-combustion and Fume System Optimisation Steel Times International (1996), No. 6, 44-45 [Fisher, 1988] Fisher, F.S. Recovering Energy from a Blast Furnace through a Top Gas Turbine Steel Times International 216 (1988), No. 10, 552-554 [Freuhan, 1993] Freuhan, R.J. Challenges and Opportunities in the Steel Industry Iron and Steel Magazine (1993), No. 3, 59-64 [Freuhan, 1994] Freuhan, R.J. Effect of Emerging Technologies on Competitiveness in the Steel Industry Iron and Steel Magazine (1994), No. 2, 17-22 [Gebert, 1995] Gebert, W. Abgasreinigungssysteme fuer Sinteranlagen (Off Gas Purification Systems for Sinter Plants) Dissertation Universitaet Kaiserslautern, D-Kaiserslautern (1995) [Geiseler, 1991] Geiseler, J. Verwertung der Stahlwerksschlacken (Reuse of Slags from Basic Oxygen Steelmaking) Stahl und Eisen 111 (1991), No. 1, 133-138 [Geiseler, 1992] Geiseler, J. Verwertung von Hochofen- und Stahlwerksschlacken (Reuse of Blast Furnace and BOF Slag) In FehS: Eisenhuettenschlacken – Eigenschaften und Verwertung Schriftenreihe der Forschungsgemeinschaft Eisenhuettenschlacken, Heft 1 (1992) 1-32

References

348 Production of Iron and Steel

[Gerlafingen, 1998] Stahl Gerlafingen AG, CH-Gerlafingen – Personal Communication Minimisation of PCDD/F and of other Micropollutants in a Post-combustion Chamber with Subsequent Quenching (1998) [Goverde, 1995] Goverde, P.; Gulicky, R. Milieuvoorzieningen bij Hoogovens Ijmuiden Wetenschapswinkel Technische Universiteit Delft, i.o.v. Milieufederatie Noord-Holland (June 1995) [Grützmacher, 1991] Grützmacher, K.; de Haas, H.; Mohnkern, H.; Ulrich, K.; Kahnwald, H. Staubunterdrueckung in Hochofengießhallen (Dust Supression in Cast Houses) Eisen und Stahl 111 (1991), No. 3, 51-56 [Gudenau, 1992] Gudenau, H.W.; Schlebusch, D.; Cappel, F.; Magedanz, N. EOS – Emission-Optimised Sintering: Ein neues Verfahren zur Verbesserung des Umweltschutzes beim Sintern von Eisenerzen (EOS – Emission-Optimised Sintering: A New Technique for the Improvement of Environmental Protection in the Sintering of Iron Ores) Proceedings Umwelttage der Fakultaet fuer Bergbau, Huettenwesen und Geowissenschaften der RWTH Aachen, 26./27. 11.1992 [de Haas, 1997] de Haas, H.; Grützmacher, K. Vermeidung der Staubbildung in Hochofengießhallen (Dust Supression in Blast Furnace Cast Houses) Final Report No. 50441-10/9 of a Research and Development Project sponsored by Umweltbundesamt, D-Berlin (1997) [Hagenmaier, 1996] Hagenmaier, H.; Krauss, P.; Lindig, C. Herkunft und Verbleib von Dioxinen, Furanen und PCB in Baden-Wuerttemberg (Origin and Fate of PCDD/F and PCB in the German Federal State Baden-Wuerttemberg) Report for the State Ministry of the Environment Baden-Wuerttemberg (1996) [Haissig, 1997] Haissig, M. 21st Century Electric Steelmaking: The Integrated Meltshop Iron & Steel Society´s 25th Advanced Technology Symposium in St. Petersburg Beach, USA-Florida on May 11-14 (1997) 1-10

References

Production of Iron and Steel 349

[Harp, 1990] Harp, G.; Klima, R.; Steffen, R. Untersuchung und Bewertung der Einsatzmoeglichkeiten verschiedener Verfahren zur Aufbereitung von Huettenwerksrest- und -abfallstoffen (Investigation and Assessment of the Applicability of Different Techniques to Treat Residues and By-products from Integrated Steelworks) Betirebsforschungsinstitut (BFI) des Vereins Deutscher Eisenhuettenleute, D-Duesseldorf (1990) [Hein, 1996] Hein, M.; Stoppa, H.; Wuch, G. Environmental Protection and Occupational Health and Safety for Next-Century Coke-oven Plants Conference “Steel and the Environment in the 21st Century” on April 2-3, 1996 Conference Pre-prints (1996) 23-30 [Heinen, 1997] Heinen, K.-H. Elektrostahl-Erzeugung, 4. Aufl. (Electric Arc Furnace Steel Production, 4. ed.) Verlag Stahleisen GmbH, D-Duesseldorf (1997) [Heiss, 1997] Heiss, J.; Fritz, B.; Kohl, B.; Weber, T. Optimising the Dust Cycle in LD III Proceedings of 2nd European Oxygen Steelmaking Congress in I-Taranto on October 13-15 (1997) [Helgeson, 1995] Helgeson, U.; Gustafsson, S. Unique Technology for Dust Processing at ScanDust Nordic Steel & Mining Review (1995) 85-86 [Hille, 1997] Hille, H.; Lanzer,W.; Luengen, H.B., Sieger, R. Wirtschaftliche Betrachtungen zur Entwicklung der Hochofenkapazitaeten in der Welt (Economical Considerations of the Development of Blast Furnace Production Capacities in the World) Eisen und Stahl 117 (1997), No. 3, 93-101 [Hodges, 1995] Hodges, D. Pollution Prevention and the Sinter Plant In: European Symposium on Environmental Control in Steel Industry, Praha (1995) 275-287 [Hoffmann, 1997] Hoffmann, M. Die Rueckgewinnung von Zink und Blei aus Staeuben der Elektrostahlerzeugung (The Recovery of Zinc and Lead from Dusts from Electric Arc Furnace Steelmaking) Manuscipt of B.U.S. Bercelius Umwelt Service AG, D-Dusiburg (1997)

References

350 Production of Iron and Steel

[Huang, 1996] Huang, H.; Buekens, A. De Novo Synthesis of Polychlorinated Dibenzo-p-dioxins and Dibenzofurans The Science of the Total Environment 193 (1996) 121-141 [IISI, 1987] International Iron and Steel Institute (IISI) The Management of Steel Industry By-products and Wastes IISI-Committee on Environmental Affairs, Brussels (1985) 42 [InfoMil, 1997] Information Centre for Environmental Licensing (InfoMil) Dutch Notes on BAT for the Production of Primary Iron and Steel Final report, prepared for the Ministry of Housing, Spatial Planning and the Environment, Directorate for Air and Energy, Department of Industry (1997) [Joksch, 1995] Joksch, H. Development of Energy Conservation Technology at Thyssen Stahl AG in Germania In: European Symposium on Environmental Control in Steel Industry, Praha (1995) 137-168 [Joksch, 1998] Energy Management of an Integrated Steel Plant In: UN-ECE Seminar on Economic Aspects of Clean Technologies, Energy and Waste Management in the Steel Industry Proceedings of the Seminar in A-Linz on April 22 – 24 (1998) [Karcher, 1996] Karcher, A.; Weiss, D. Ermittlung und Verminderung der Emissionen von Dioxinen und Furanen aus thermischen Prozessen: Untersuchung der Zusammenhaenge der Dioxin-/Furanemissionen in Abhaengigkeit von Einsatzstoffen und Minderungstechniken bei Elektrolichtbogenoefen (Investigation and Reduction of PCDD/F Emissions from Thermal Processes: Investigation of Connections of PCDD/F Emissions Depending on Input and Minimisation Techniques at Electric Arc Furnaces) Final Report No. 10403365/17 of a Research and Development Project sponsored by Umweltbundesamt, D-Berlin (1996) [Kemeny, 1994] Kemeny, F.L. Technical Look at EAF Dust Treatment Proceedings of the CMP Electric Arc Furnace Dust Treatment Symposium CMP Report No. 94-2 (1994) [Kersting, 1997] Kersting, K.; Josis, C. Countermeasures for Organic Emissions from Sinter Plants in: International Iron and Steel Institute ENCOSTEEL – Steel for Sustainable Development Conference on June 16-17, 1997 in S-Stockholm Conference Papers (1997) 224-232

References

Production of Iron and Steel 351

[Kim, 1998] Kim, J.-R.; Lee, K.-J.; Hur, N.-S. Improvement of Sinter Plant Stack Emissions at Kwangyang Works, Posco 2nd International Congress on the Science and Technology of Ironmaking Conjunction with the 57th Ironmaking Conference of Iron and Steel Society, C-Toronto on March 22-25 (1998) 1195-2000 [Klein, 1993] Klein, H.; Engel, R.; Wampach, M.; Diderich, G. Control of Dust Emissions from Metallurgical Operations by Treating the Ambient Atmosphere with Solid Carbon Dioxide Proceedings of the UN-ECE Seminar on Metallurgy and Ecology in F-Nancy on May 10 – 14 (1993) [Knapp, 1996] Knapp, H. Quality and Improvements of the Shaft Furnace with Post-combustion Proceedings of the Monterrey Symposium (1996) [Knoerzer, 1991] Knoerzer, J.J.; Ellis, C.E.; Pruitt, C.W. The Design and Operation of Jewell´s New Nonrecovery Coke Oven Batteries Iron & Steel Society; Paper presented at the 50th Ironmaking Conference in USA-Washington on April 14-17 (1991) [Knoop, 1997] Knoop, M.; Lichterbeck , R.; Köhle, R.; Siig, J. Steuerung des Einschmelzens im Drehstrom-Lichtbogenofen zum Schutz der Wandkuehlelemente (Control of Melting in the Three-Phase-Current Arc Furnace to Protect the Water-cooled Side Walls) Stahl und Eisen 117 (1997), No. 2, 91-96 [Koeller, 1995] Koeller, O. Environmental Protection - A Challenge to Management in the Austrian Steel Industry In: European Symposium on Environmental Control in Steel Industry, Praha (1995) 77-96 [Kola, 1996] Kola, R.; Hake, A.; Kaune, A. New Treatment-Process for Residues from Stainless-Steel Production and Processing by Recycling the High-grade Ferro Alloys Stahl und Eisen 116 (1996), No. 6, 265-267 [Kreulitsch, 1994] Kreulitsch, H.; Egger, W.; Wiesinger, H.; Eberle, A. Iron and Steelmaking of the Future Iron and Steelmaking International (1994) 4-8 [Kuhner, 1996] Kuhner, D.; Ploner, P.P.; Bleimann, K.R. Noise Abatement for Electric Arc Furnaces Iron and Steel Engineer 73 (1996), No. 4, 83-86

References

352 Production of Iron and Steel

[Lahl, 1994] Lahl, U. Sintering Plants of Steel Industry - PCDD/F Emissions Status and Perspectives Chemosphere 29 (1994) 1939-1945 [LAI, 1995] Report from the Working Group of the Subcommittee Air/Technology of the State Committee for Emission Protection Determination of Requirements to Limit Emissions of Dioxins and Furans Umweltbundesamt, UBA-Texte 58/95 (1995) [Lemperle, 1993] Lemperle, M.; Maschlanka, W. Corex Today and Tomorrow Metallurgical Plant and Technology International (1993), No. 4 [Lindblad, 1992] Lindblad, B.; Burström, E. A Scandinavian View on (Coated) Scrap and the Environment Proceedings of the 1992 Steelmaking Conference in USA (1992) [Lindblad, 1993] Lindblad, B. Studies of Emissions from Electric Arc Furnaces Proceedings of the UN Seminar on Metallurgy and Ecology in F-Nancy on May 10-14 (1993) [Lindblad, 1998] Lindblad, B. Jernkontoret, S-Stockholm (Lindblad, B.) personal communications (1998) [Linninger, 1995] Linninger, A.; Patuzzi, A. Modernes Technologie- und Informationsmanagement am Beispiel der Auslegung von Elektrolichtbogenoefen (Modern Technology and Information Management by Hand of the Design of Electric Arc Furnaces) Stahl und Eisen 115 (1995), No. 3, 93-101 [Linz, 1996] City of Linz – Office for Environmental Protection Medinger, W.; Utri, G. Bilanz der Quecksilbermissionen aus Quellen im Linzer Stadtgebiet (Balancing the emissions of mercury in the area of the city of Linz) Report No. 1/96 (1996) [Löhr, 1996] Löhr, V.; Neubert, G.; Thomas, C.; Bamelis, G. State of the Art in Biological Wastewater Treatment in European Coking Plants Conference Proceedings, B-Gent (1996) [Löhr, 1997] Löhr, V.; Glattkowski, S. Process for Wastewater Treatment of Coking Plants Cokemaking International (1997), No. 1, 54-60

References

Production of Iron and Steel 353

[LUA NRW, 1997] Quass, U.; Fermann, M. Identification of Relevant Industrial Sources of Dioxins and Furans in Europe (The European Dioxin Inventory) Materialien No. 43 North Rhine-Westphalia State Environment Agency (LUA NRW) (1997) [Lüngen, 1995] Lüngen, H.B.; Theobald, W. Umweltschutz an europaeischen Sinteranlagen und Hochoefen (Environmental Protection for European Sinter Plants and Blast Furnaces) Stahl und Eisen 111 (1991), No. 12, 97-104 [Lüngen, 1995] Lüngen, H.B. Roheisenerzeugung im Jahr 2000 (Pig Iron Production in 2000) Stahl und Eisen 115 (1995) 45-55 [Matzke, 1987] Matzke, U.-D. Blei-, Zink- und Alkalientfernung beim Sintern von Reicherzmischungen (Lead, Zinc and Alkali Removal During Sintering of Rich Ore Mixtures) Dissertation, RWTH D-Aachen (1987) [Mc Manus, 1995] Mc Manus, G.J. Scrap Preheating: A Trend Gains Momentum Iron and Steel Engineer (1995), No. 8, 60-61 [Mertins, 1986] Mertins, E. Die Aufbereitung von Hochofengichtgasschlaemmen – ein Beitrag zur Entsorgung eines Abfallstoffes (The Treatment of Blast Furnace Top Gas Sludges – A Contribution for the Disposal of a Solid Waste) VCH, Verlag Erzmetal 39 (1986), No. 7/8, 399-404 [Meyer-Wulf, 1987] Meyer-Wulf, C.; Wieschenkaemper, F. Bericht Nr. ESG 13A/87 ueber die Abschaetzung der Emissionen von Staub, CO, SO2, H2S, HCN, CH4, sonstigen Aliphaten, BTX und PAH aus den Ofentueren der Kokerei 2 von Hoogovens Ijmuiden (Report No. ESG 13A/87 about the Estimation of Emissions of Dust, CO, SO2, H2S, HCN, CH4, other Aliphatics, BTX and PAH from Coke Oven Doors of the Coke Oven Plant 2 Hoogovens IJmuiden) Bergbau-Forschung GmbH, Kokereitechnischer Dienst, D-Essen (1987) [Murphy, 1991] Murphy, A.D.; Carr, J.H. High Pressure Water Jet Coke-oven Door Cleaning and Mass-flow Charging of Ovens Iron and Steel Engineer (1991), No. 3, 23-30

References

354 Production of Iron and Steel

[Nagai, 1995] Nagai, C. Sources of Iron Beyond 2000 Steel Times International (1995), No. 5, EAF Supplement [Nashan, 1997] Nashan, G. The Future Coke Supply – Market and Technology/Analysis and Perspectives Proceedings of the Conference in USA-Charlotte “Coping with the Tightening Coke Supply: Is a crises Looming?”on March 5-7 (1997) [Nathaus, 1997] Kiro-Nathaus GmbH, D-Luedinghausen Wet Quenching Towers with De-dusting Equipment – Brochure and Reference List (1997) [Neuschütz, 1996] Neuschütz, D.; Spencer, Ph.; Weiss, W.; Janz, J. Comparison on Thermochemically Calculated and Measured Dioxin Contents in the Off-gas of a Sinter Plant - Part 1 Proceedings of the 9th Japonia-Germania Seminar on Fundamentals of Iron and Steelmaking on September 8-9 (1996) 113-117 [NL RIZA, 1991] RIZA Best Available Technology (BAT) for the Reduction of Emissions to the Environment from Primary Iron and Steel Industry Final Report of the Task Force for Elaboration of BAT for Primary Iron and Steel Industry RIZA Report 91.048, NL-Lelystad (1991) [OECD, 1988] Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) Environmental Implications of Energy Use in Industry Environment Monograph No. 13 (1988) [Panne, 1997] te Lindert, M.; van der Panne, A.L.J. Demonstation Plant for Sintering with Reduced Volume of Flue Gases Final Report about a Project Sponsored By ECSC Steel/Demonstration Programme Contract No. 7215/AA/602 (1997) [Pazdej, 1995] Pazdej, R.; Vogler, R. Treatment of BF and BOF Dust and Sludges In: European Symposium on Environmental Control in Steel Industry, CZ-Praha (1995) 207-228 [Pedersen, 1996] Pedersen, J.O.; Jensen, J.T.; Reichelt, W.; Doerken, H.-P. Environmental Aspects of Steel Mill Gas Cleaning Pre-prints of the Conference “Steel and the Environment in the 21st Century” in UK-London on April 2-3 (1996) 65-77

References

Production of Iron and Steel 355

[Peters, 1994] Peters, K.H.; Reinitzhuber, F. Energiewirtschaftliche Auswirkungen einer optimierten Roheisenerzeugung (Optimised Production of Pig Iron and its Impact on Energy Consumption and Costs) Stahl und Eisen 114 (1994), No. 8, 61-68 [Philipp, 1987] Philipp, J.; Görgen, R.; Henkel, S.; Hoffmann, G.W.; Johann, H.P.; Pöttken, H.G.; Seeger, M.; Theobald, W.; Trappe, K.; van Ackeren, P.; Erve, S.; Feierabend, K.; Jansen, B.; Maas, H.; Nagels, G.; Pietrowski, H. Umweltschutz in der Stahlindustrie – Entwicklungsstand – Anforderungen – Grenzen (Environmental Protection in the Steel Industry - State of Developments – Requirements – Limits) Stahl und Eisen 107 (1987), No. 11, 507-514 [Philipp, 1998] Philipp, J. Minderung der Dioxin-Emissionen von Sinteranlagen (Reduction of Dioxin Emissions from Sinter Plants) Umwelt (1998), No. 5-6, 48-49 [Ponghis, 1993] Ponghis, N.; Dufresne, P.; Vidal, R.; Poos, A. Blast Furnace Injection of Massive Quantities of Coal with Enriched Air or Pure Oxygen Ironmaking Confrence proceedings, March 28-31 in USA-Dallas (1993) [Poth, 1985] Poth, G. Die Schlackengranulation des Hochofens Schwelgern mit einer OCP-Entwaesserung (The Slag Granulation of the Blast Furnace Schwelgern with OCP De-watering) Stahl und Eisen 105 (1985) 386-389 [Pütz, 1997] Pütz, R. Uebersicht ueber Dioxinemissionsquellen der Stahlindustrie unter besonderer Beruecksichtigung ihrer Sinteranlagen (Survey about the PCDD/F Sources in the Steel Industry with Special Consideration of Sinter Plants) 12. Aachener Stahlkolloquium (19./20.06.97); Conference proceedings (1997) V5-1 - V5-12 [Radoux, 1982] Radoux, H.; Bernard, G.; Wagner, R. INBA – das neue System zur Herstellung von granulierter Schlacke mit kontinuierlicher Filterung und Foerderung (INBA – The New System for the Production of Granulated Slag with Continuous Filtration and Transport) Fachberichte Huettenpraxis Metallweiterverarbeitung 20 (1982) 744-746 [Reiche, 1990] Reiche, F. Collection of High Resistivity Dust and Fume: Overcoming the Efficiency Problem Proceedings of the JUPPA-Conference on Air Pollution on October 22-26 (1990), Vol. 2

References

356 Production of Iron and Steel

[Reichelt, 1996 ] Reichelt, W.; Hofmann, W. Contiarc – A New Scrap Melting Technology MPT International (1996), No. 2, 56-60 [Rentz, 1996] Rentz, O.; Püchert, H.; Penkuhn, T.; Spengler, T. Stoffstrommanagement in der Eisen- und Stahlindustrie (Material Flow Management in the Iron and Steel Industry) E. Schmidt Verlag, Berlin (1996) [Ritamaeki, 1996] Ritamaeki, O. Environmentally Feasible Coke Dry Quenching Technology at Rautarruukki Ltd, Raahe Steel Steel World (1996), No. 1, 21-27 [Rothery, 1987] Rothery, E. Desulphurisation of Coke Oven Gas by HSR Process Steel Times International (1987), No. 6 [Sakuragi, 1994] Sakuragi, J.; Kubo, S.; Terada, J.; Mochida, J. Operation Results of the Exhaust Gas Recirculation System in Tobata No. 3 Sinter Plant In: La Revue de Métallurgie – CIT. (June 1995) [Schiemann, 1995] Schiemann, J. Untersuchungen des Sammelschrotts auf PCB-Quelen und Entwicklung geeigneter Vorbehandlungsmaßnahmen (Investigations of Collected Scrap on PCB Sources and Development of an Appropriate Pretreatment) Final report No. 10310201 about a Research and Development Project Sponsored by the Federal Agency of Environmental Protection of Germania, D-Berlin (1995) [Schönmuth, 1994] Schönmuth, F.; Stoppa, H. Inbetriebnahme und erste Betriebsergebnisse der neuen Kokerei Kaiserstuhl (Starting up and First Operation Results of the New Coke Oven Plant Kaiserstuhl) Stahl und Eisen 114 (1994), No. 8, 107-112 [Scholz, 1998] Scholz, M.; Stieglitz, L.; Willi, R.; Zwick, G. The Formation of PCB on Fly Ash and Conversion to PCDD/PCDF Organohalogen Compounds 31 (1997) 538-541 [SHI, 1987] Sumitomo Heavy Industries (SHI) A System for Waste Heat Recovery in Sintering Plant In: Transactions of the Iron and Steel Institute of Japonia 27 (1987), No. 7, 602 [Shoup, 1991] Shoup, S.P.; Hepp, D.L. Non-recovery Coke-Making: Its Time Has Come Presentation at the 84th Annual Meeting & Exhibition in Vancouver on June 16-21 (1991)

References

Production of Iron and Steel 357

[Smith, 1992] Smith, T. New Concept in EAF Energy Saving Commissioned at Sheerness Steel I&SM (1992), No. 10, 57-59 [Spencer, 1992] Spencer, D.J.; Neuschütz, D. Chem. and Eng. Technology 15 (1992) 119 [Stahl, 1995] Verein Deutscher Eisenhuettenleute Jahrbuch Stahl 1996 (Yearbook Steel 1996) Verlag Stahleisen GmbH, D-Duesseldorf (1996) 239 [Stahl, 1996] Verein Deutscher Eisenhuettenleute Jahrbuch Stahl 1997 (Yearbook Steel 1997) Verlag Stahleisen GmbH, D-Duesseldorf (1996) [Stalherm, 1990] Stalherm, D.; Tietze, J. Design and Start-up of the Third Wide Chamber Coke-oven Battery at Prosper, West-Germania Iron and Steel Engineer (1990), No. 9, 9-15 [Stalherm, 1995] Stalherm, D.; Piduch, H.-G.; Schüphaus, K.; Worberg, R. Cokemaking and the Environment Steel Times International (1995), No. 5, 19-22 [Stat. Stahl, 1997] Wirtschaftsvereinigung Stahl (Hrsg.) Statistisches Jahrbuch der Stahlindustrie 1996 (1996) (Statistical Yearbook of the Steel Industry 1996) [Steeghs, 1994] Steeghs, A.G.S.; Schoone, E.E.; Toxopeus, H.L. High Injection Rates of Coal into the Blast Furnace Metallurgical Plant and Technology (1994), No. 3 [Stieglitz, 1997] Stieglitz, L.; Bautz, H.; Roth, W.; Zwick, G. Investigation of Precursors Reaction in the De-Novo Synthesis of PCDD/PCDF on Fly Ash Chemosphere 34 (1997) 1083-1090 [Strohmeier, 1996] Strohmeier, G.; Bonestell, J.E. Steelworks Residues and the Waelz Kiln Treatment of Electric Arc Furnace Dust Iron and Steel Engineer (1996), No. 4, 87-90

References

358 Production of Iron and Steel

[TA Luft, 1986] Anonymous Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft – TA Luft vom 27.02.1986 (Technical Instructions on Air Quality Control) GMBL (1986) 95 ff [Theobald, 1988] Theobald, W. Kreislauffuehrung von Hochofenwaschwasser (Recycling of Blast Furnace Gas Scrubbing Water) Unpublished Report of VDEh-Unterausschuss fuer Gewaesserschutz und Abwasserbehandlung (1988) [Theobald, 1995] Theobald, W. Ermittlung und Verminderung der Emissionen von halogenierten Dioxinen und Furanen aus thermischen Prozessen (Study of the Emissions of Polychlorinated Dibenzodioxins and -furans and Heavy Metals from Iron and Steel Plants) Final report No. 104 03 365/01 of a research project in charge of the Federal Agency for Environmental Protection, D-Berlin (1995) [Theobald, 1997] Theobald, W. Hintergrundpapier zum Anhang 24 (Anforderungen an die Eisen- und Stahlindustrie) zur Rahmen-Abwasserverordnung nach § 7a Wasserhaushaltsgesetz (Background Paper for the Requirements in annex 24 (Requirements for Iron and Steel Industry) of the Wastewater Rule According to Section 7a of the German Water Management Act ) Draft (1997) [Thyssen, 1997] Thyssen Stahl AG personal communications (1997) [TNO Report, 1997] Berdowski, J.J.M.; Baas, J.; Bloos, J.P.J.; Visschedijk, A.J.H.; Zandveld, P.Y.J. The European Atmospheric Emission Inventory of Heavy Metals and Persistent Organic Pollutants for 1990 TNO Institute of Environmental Sciences, Energy Research and Process Innovation, NL-Apeldoorn (1997) [TWG, 1998] Technical Working Group (TWG) for the BREF “Iron and Steel Industry” Conclusions of the meeting in E-Seville on November 18-20 (1998) [Trenkler, 1996] Trenkler, H. Energiesparender Gleichstrom-Doppel-Lichtbogenofen fuer Schrott minderer Qualitaet (Energy Saving Direct Current Twin Electric Arc Furnace for Scrap of Minor Quality) ABB Technik (1996), No. 9/10, 18-27

References

Production of Iron and Steel 359

[UA-OÖ, 1998] Umweltanwaltschaft Oberöstereich Quecksilberemissionen aus Sinteranlagen (Mercury Emissions from a Sinter Plant) Press release and personal communication about the results of a very detailed study on the investigation of the environmental impact of an integrated steelworks, 17.03.1998 [UBA-BSW, 1996] Weiss, D.; Karcher, A. Ermittlung und Verminderung der Emissionen von Dioxinen und Furanen aus thermischen Prozessen; Untersuchung der Zusammenhaenge der Dioxin-/Furanemissionen in Abhaengigkeit von Einsatzstoffen und Minderungstechniken bei Elektro-Lichtbogenoefen (Determination and Minimisation of PCDD/F Emissions from Thermal Processes, Investigation of the Effect of Electric Arc Furnace Input and Emission Control Techniques on the Formation of PCDD/F Emissions) Final report about a research project (No. 104 03 365/17) sponsored by the Federal Environmental Protection Agency of Germania, D-Berlin (1996) [UBA Comments, 1997] Environmental Protection Agency of Germania (UBA), Berlin Comments on the draft ‘Dutch Notes on Best Available Techniques for Pollution Prevention and Control in the Production of Primary Iron and Steel’ (1997) (the final report of [InfoMil, 1997] took these comments into account) [UK I&S, 1994] Her Majesty’s Inspectorate of Pollution, United Kingdom Chief Inspector’s Guidance to Inspectors - Process Guidance Note IPR 2/1 Iron and Steel Making Processes - Integrated Iron and Steel Works (1994) [UK EAF, 1994] Her Majesty’s Inspectorate of Pollution, United Kingdom Chief Inspector’s Guidance to Inspectors - Process Guidance Note IPR 2/3 Processes for Electric Arc Steelmaking, Secondary Steelmaking and Special Alloy Production (1994) [UK Coke, 1995] Her Majesty’s Inspectorate of Pollution, United Kingdom Chief Inspector’s Guidance Note, Series 2 (S2) - Processes Subject to Integrated Pollution Control Carbonisation Processes: Coke Manufacture (1995) [UK HMIP, 1993] WS Atkins Consultants Ltd., UK-Epsom Pollution Control for Integrated Iron & Steel Processes Report, prepared for HMIP (DOE Report No: DoE/HMIP/RR/93/022 (1993) [UK HMIP, 1996] Entec, Cremer and Werner Review of Best Available Techniques for the Control of Pollution from Carbonisation Processes Report, prepared for HMIP (DOE Report No: DoE/HMIP/RR/95/023 (1996)

References

360 Production of Iron and Steel

[Ullmann’s, 1989] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry , 5. edition Iron VCH Verlagsgesellschaft , Weinheim Vol. A 14 (1991) 461-590 [Ullmann’s, 1994] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry , 5. edition Steel VCH Verlagsgesellschaft , Weinheim Vol. A 25 (1994) 63-307 [UN-ECE, 1990] Steel Section of the ECE Industry and Technology Division The Recuperation and Economic Utilization of By-products of the Iron and Steel Industry United Nations, Economic Commission for Europe, CH-Geneve (1990) [UN-ECE, 1996] UN-ECE Task Force “By-Product Utilization from Stationary Installations” – Status Report Austrian Federal Ministry of the Environment, A-Vienna (1996) [UN-ECE Pops, 1997] United Nations/Economic Commission for Europe Long-range Transboundary Air Pollution Proposed Annexes to a Draft Protocol on Persistent Organic Pollutants, draft 07.11.1997 [UN-ECE Lead, 1998] COWI (in charge on the Danish Environmental Protection Agency) The UN-ECE Task Force on the Phaseout of Lead in Petrol in Europe draft main report (March 1998) [UNEP, 1997] United Nations Environment Programme - Industry and Environment Steel Industry and the Environment Technical and Management Issues UNEP Technical Report No. 38 (1997) [US PM-10, 1994] U.S. Environmental Protection Agency Alternative Control Techniques Document PM-10 Emissions for Selected Processes at Coke Ovens and Integrated Iron and Steel Mills (1994) [VAI, 1997] Pammer, O.; Kinzel, J.; Gebert, W.; Trimmel, W.; Zellner, H. Successful Application of the Top-layer-sintering Process for Recycling of Ferrous Residuals Contaminated with Organic Substances Proceedings of the 56th Ironmaking Conference in US-Chicago on April 13-16 (1997) [Vallomy, 1992] Vallomy, J.A.; Fuse, T.; Nakamura, S. Consteel Process Successful in USA – a 120 Mt/hr Unit Started up in Japonia Proceedings of the 4th European Electric Steel Congress in E-Madrid on November 3-6 (1992)

References

Production of Iron and Steel 361

[Vos, 1995] Vos, D. Environmental Control at Hoogovens IJmuiden Coke Oven Plant In: European Symposium on Environmental Control in Steel Industry, Praha (1995) 242-254 [Voss-Spilker, 1997] Voss-Spilker, P.; Ehle, J.; Rummler, K. Emission Prevention and Energy Saving in Electric Arc Furnaces by the Fuchs Shaft Furnace Technology Pre-prints of the Conference “Steel and the Environment in the 21st Century” in UK-London on April 2-3 (1996) 43-54 [Weigel, 1998] Weigel Information on Wastewater Composition from Blast Furnaces; submitted in November 1998 (1998) [Weiss, 1996] Weiss, W. Minderung der PCDD/PCDF-Emissionen an einer Eisenerzsinteranlage (Reduction of PCDD/F Emissions from a Iron Ore Sinter Plant) VDI-Colloquium “Dioxins – Occurrence, Reduction, Monitoring” in D-Fulda on October 29-30 (1996) Manuscript [Weiss, 1998] Weiss, W. (Stahlwerke Bremen, D-Bremen) Comments dated of 07.09.1998 on the Experience of Operating a Bag Filter Subsequent to an ESP for Treatment of Waste Gas from a Sinter Strand [Wenecki, 1996] Wenecki, T.; Warzecha, A. Production Technology for Dry-quenched Coke Steel Technology International (1996) 47-52 [Werner, 1997] Werner, C. Control of Organic Micropollutants from the EAF in: International Iron and Steel Institute ENCOSTEEL – Steel for Sustainable Development Conference on June 16-17, 1997 in S-Stockholm Conference Papers (1997) 247-255 [WV Stahl, 1997] Wirtschaftsvereinigung Stahl (Hrsg.) personal communication (1997)

Glossary

362 Production of Iron and Steel

GLOSAR General AISI American Iron and Steel Institute Institutul American pentru Fonta si

Otel AS Activated Sludge Namolul activ BF Blast Furnace Furnalul de purja BFG Blast Furnace Gas Gaz de furnal BOD Biochemical Oxygen Demand Necesaul de oxigen biologic BOF Basic Oxygen Furnace Furnalul bazic de oxigen BOFgas Basic Oxygen Furnace gas Gazul de furnal basic pe oxigen BTX Benzene, Toluene, Xylene Benzenul, toluene, xilen CCM Continuous Casting Machine Masina de turnare continua CDQ Coke Dry Quenching Spalare uscata cu cocs COD Chemical Oxygen Demand Necesarul de oxigen chimic COG Coke Oven Gas Gazul din cuptorul de carbune DCI Direct Carbon Injection Injectarea directa de carbon DIOS Direct Iron Ore Smelting Reduction Fier redus direct DRI Direct Reduced Iron Unitatea Monetara Europeana EURO European Currency Unit Sinterizare optimizata la emisii EOS Emission Optimized Sintering ESP Electrostatic Precipitator Electrofiltru ETP Electrostatic Tar Precipitator FB Fluidized Bed Pat fludizat FF Fabric Filter Filtru textil HBI Hot Briquetted Iron Fier brichetat fierbinte MEEP Moving Electrode Electrostatic

Precipitator Electrofiltru cu electrod mobil MLSS Mixed Liquor Suspended Solids Suspensii solide amestecate PAH Polyaromatic Hydrocarbons Hidrocarburi poliaromate PCDD/F PolychlorinatedDibenzo-p-

Dioxins/Furans Dibenzofurane policlorinate pre-DN/N Pre-denitrification/nitrification pre-denitrificaer PCI Pulverized Coal Injection Injectare de carbune pulverizat RAC Regenerative Activated Cokes Cocs active regenerativ SS Suspended solids Substante solide suspendate

VOC compusi organici volatili Units bar bar Bq Bequerel °C degree Celcius EURO European currency g gram J Joule hr hour I-TEQ PCDD/F toxicity equivalent kWh kiloWatthour l liter m metre m2 square metre m3 cubic metre (water) Nm3 Normalized m3 (273K, 1013 mbar) ppm parts per million ppmv parts per million, based on volume s second t ton (1⋅106 gram) vol% Percentage of the volume W Watt y year Ω Ohm K Kelvin a annum (year) Prefixes n nano 1⋅10-9 µ micro 1⋅10-6 m milli 1⋅10-3 c centi 1⋅10-2 k kilo 1⋅103 M Mega 1⋅106 G Giga 1⋅109 P Pèta 1⋅1012 T Tera 1⋅1015 Conversions 2.05 mg NO2/Nm3 = 1 ppmv NO2 2.85 mg SO2/Nm3 = 1 ppmv SO2 1 Watt = 1 J/s Elements Al Aluminium As Arsenicum Ba Barium Be Beryllium Ca Calcium Cd Cadmium Cl Clor Co Cobalt Cr Crom Cu Cupru Fe Fier F Fluo Hg Mercur K Potassium Mg Magnesium Mn Manganese Na Sodium Ni Nickel Pb Plumb Po Pollonium

Glossary

Production of Iron and Steel 363

Sb Antimony antimoniu Se Selenium Sn Tin Ti Titanium V Vanadium W Wolfram Zn Zinc

Compusi CH4 Metan CN- Cianuri CO Monoxid de carbon CO2 Dioxid de carbon CO3

2- Carbonate CxHy Hidrocarburi H2 Hidrogen molecular HCN Acid cianhidric HCO3

- Bicarbonat HCl Acid clorhidric HF Acid fluorhidric H2O Apa H2S Hidrogen sulfuros N2 azot molecular NH3 Amoniac NH4

+ Amoniu Nkj Kjeldahl-Nitrogen NO2

- Nitrite NO3

- Nitrate NOx Nitrogen Oxides O2 Molecular Oxygen S0 Elemental Sulphur SCN- Thiocyanate SO2 Dioxid de sulf SO3 Trioxid de sulf SO3

2- Sulfit SO4

2- Sulfat Indicatii asupra emisiilor: 1. Emisiile in aer

• Masa de substante emise raportata la volumul gazului rezidual in conditii normale (273K, 1013 mbar), dupa scaderea continutului vaporilor de apa, exprimata in unitatike [g/Nm3], [mg/Nm3], [µg/ Nm3] or [ng/Nm3];

• Masa substantelor emise raportate la timp, exprimata in unitati [kg/h], [g/h] sau [mg/h];

• Rata masei de substante emise raportata la masa produselor generate sau produse (consumul sau factorii de emisie), exprimata in unitati [kg/t], [g/t], [mg/t] or [µg/t];

2. Emisiile in apa

• Masa substantelor emise raportata la volumul apei uzate, exprimate in unitati [g/m3], [g/l], [mg/l] or [µg/l].