По оценкам российских экспертов, сегодня на долю предприятий черной металлургии приходится до 50% общих загрязнений атмосферы – более 10,3 млн тонн вредных веществ в год. Это обусловлено тем, что при таких видах металлургического производства, как доменное, сталеплавильное и ферросплавное, одной из основных операций является загрузка сыпучих материалов (шихты) в печь.
При загрузке шихты запорное механическое устройство открыто, а химические реакции в печи протекают под давлением выше атмосферного, что приводит к выхлопу агрессивных газов через само загрузочное устройство наружу. Чаще всего в выхлопах присутствуют оксиды азота, серы и углерода, в том числе угарный газ.
Кроме того, как рассказали ученые, газы уносят с собой мелкие частички самой шихты, которая зачастую содержит тяжелые металлы, например, свинец, проникающий не только в окружающую среду (почву, водоемы, воздух), но и в организм работника, участвующего в загрузке шихты в реактор печи.
Для того, чтобы минимизировать риски для экологии и человека, ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разработали пневматическое запорное устройство вихревого типа, которое предотвращает выхлоп агрессивных газов противотоком газа под давлением при открытии механического затвора.
«Мы оставили в конструкции промышленной печи механический затвор, но разместили вокруг канала загрузки сыпучих материалов направляющий аппарат, который содержит неподвижные лопасти, расположенные под углом», – сообщила доцент кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы» ЮУрГУ Дарья Хабарова.
Специалист отметила, что сыпучий материал поступает в полость реактора тем же способом, но в это время сама зона канала загрузки по всей своей площади заперта вихрем, из-за чего предотвращается выброс вредоносного газа в рабочее пространство человека.
Исследователи подсчитали, что при засыпании шихты в печь из механического затвора происходит выхлоп агрессивных газов наружу, который может быть существенным при больших объемах производства.
«Применение пневматического запорного устройства вихревого типа вместе с механическим позволит практически полностью исключить выбросы пыли и агрессивных газов в цех и в 50 раз уменьшить количество общих выхлопов из реактора в атмосферу», – отметила Дарья Хабарова.
При этом она добавила, что незначительная часть газов (2%) неминуемо утекает через зазоры из механизма в процессе работы печи, когда канал загрузки заперт механическим затвором и пневматическое устройство отключено.
В пресс-службе университета сообщили, что лабораторные опыты с прототипом показали верность теоретического расчета и подтвердили эффективность такого затвора.
«Отпадает необходимость в автономной системе газоочистки, увеличивается срок службы засыпного аппарата. Кроме того, новое устройство позволяет облегчить и ускорить процесс загрузки сыпучего материала в печь, поскольку компонента скорости поступающего в реактор воздуха/газа увлекает шихту за собой», – отметила эксперт.
Она подчеркнула, что отечественная разработка имеет простую конструкцию и выполняется из жаростойкой керамики без подвижных элементов, что делает ее безопасной, долговечной и способной к безостановочной работе.
«Уникальность разработки в том, что мировой металлургии до сих пор не были известны запорные устройства, основанные на пневматическом принципе», – добавила она. Сложность представленной разработки, по ее словам, заключается в отсутствии инженерной методики расчета и профилирования данных устройств.
Сегодня это пневматическое устройство для запирания реактора печи уже используется на одном из крупных металлургических комбинатов на территории России.
