Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей
Советы практиков

Инновации и проверенные технологии: кейсы внедрения в металлургии

  • Какие особенные отличия кольцевой печи от других методических печей?
  • Как бороться с выбросами металлургических предприятий и предприятий газо-нефтедобывающей промышленности?
  • Можно ли металлообрабатывающему предприятию обойтись без нанотестера?

Последний долгосрочный прогноз социально-экономического развития Российской Федерации до 2030 года был опубликован в марте 2013 года. При этом в 2007 году была утверждена стратегия развития металлургической промышленности на период до 2020 года, разработанная с целью обеспечения промышленных производств страны качественным металлом в необходимых объемах и номенклатуре. Одно из направлений данной стратегии — поставка металла в страны СНГ и на мировой рынок.

Для достижения поставленных целей необходимо реализовать ускоренную инновационную модернизацию отрасли.

Наиболее перспективным в плане инновационного развития отрасли является совершенствование энерго-сырьевого сектора, а также высоко- и средне-технологичных направлений производства.

С целью реализации данной стратегии правительство страны создает условия для финансово-экономической поддержки предприятий-потребителей продукции металлургических предприятий, при которых будет выгодно осуществлять инновационное развитие металлургических предприятий. Кроме того, значительную роль будет играть наличие государственного заказа. Такие условия позволят развиваться новым производствам с высокотехнологичными видами продукции.

И Н Ф О Р М А Ц И Я
По данным прогноза развития металлургической отрасли России к 2030 году прирост потребления готового проката на внутреннем рынке, по сравнению с 2013 годом, может составить 16–24 млн тонн (до 52–73 млн тонн). При этом вследствие опережающих темпов роста производства продукции с высокой добавленной стоимостью потребление готового проката в металлургическом комплексе вырастет примерно в 1,7 раза, а доля готового проката, потребляемого металлургическим переделом, достигнет 54–55 %, по сравнению с 47 % в 2013 году.

Выросший за последние годы производственно-технический потенциал металлургической промышленности, а также инвестиционные возможности предприятий обеспечивают базу для инновационного обновления и повышения конкурентоспособности отрасли. Первоочередными целями в построении инновационной политики являются решения по выпуску новых конкурентоспособных видов продукции, продукции прокатных станов из цветных металлов и сплавов, новых сталей и сплавов для производства электродов, инструмента, полупроводников. Инновационная политика призвана совершенствовать технологию производства, улучшать экологическую обстановку на территории предприятий и за ее пределами, снижать потребление всех видов ресурсов. Также большое значение имеет совершенствование парка металлургического оборудования, создание экономически более выгодных и экологически более чистых технологий, включая формирование отраслей по выпуску перспективных материалов.
Ввиду этого рассмотрим модернизацию старых технологий и внедрение инноваций на металлургическом предприятии.

Кольцевая печь как проверенная временем технология

Кольцевая печь — методическая печь, перемещение заготовок в которой происходит за счет вращения кольцевого пода. В связи с этим очень часто кольцевую печь называют карусельной. Какими преимуществами обладает эта печь перед остальными методическими печами, рассмотрим на схеме 1.

Схема 1.
Преимущества кольцевой печи

Процесс проведения термообработки заготовок

1. При помощи наружных толкающих устройств металлические заготовки загружаются в печь через загрузочное окно.

2. За счет вращающегося с медленной скоростью пода печи с уложенными на нем заготовками происходит постепенный их нагрев. Заготовки проходят все зоны нагрева согласно разработанному технологическому режиму.

3. По завершению термической операции заготовки выгружаются через окно выгрузки, а также с помощью внешних механизмов. Скорость вращения подины может изменяться в зависимости от размеров заготовок и марки стали. Печь отапливается газообразным топливом через горелки, расположенные в наружной и внутренней боковых стенах. Боковое расположение горелок, по аналогии со сводовым, позволяет достаточно просто организовать многозонный режим нагрева заготовок. Продукты горения от сжигания топлива двигаются навстречу нагреваемому металлу (вращению пода) и проходят три условные зоны (схема 2).

Схема 2.
Условные зоны, которые  проходят продукты горения

В конце методической зоны дым с температурой 700–900 °С удаляется через дымоход и направляется в металлический рекуператор (радиационный щелевой или трубчатый). Пропускная способность газов подины и стен рационально обеспечивается применением песочных или водяных (гидравлических) затворов.

В отличие от других методических печей, кольцевая может нагревать металл, как в методическом, так и в камерном режиме. С этой целью в методической зоне расположены горелки, а между методической и сварочной зонами предусмотрен дополнительный дымоотбор.

При камерном режиме нагрева заготовок работают горелки в методической зоне печи и открыт шибер промежуточного дымоотбора. Для поддержания определенных температурных и гидравлических условий в печи используются подвесные перегородки. Между подом и перегородкой остается зазор, необходимый для свободного перемещения заготовок.

Обычно в печи от 1 до 4 перегородок.

Перегородки печи выполняют роль отсекателя окна загрузки и выгрузки, а также экранируют высокотемпературные зоны от низкотемпературных. С помощью перегородок создается необходимое гидравлическое сопротивление, направляющее продукты горения по большей дуге круга навстречу вращению подины.

Мембранные установки — метод более качественной очистки сточных вод

Последние годы ученые многих стран занимаются вопросами очистки сточных вод, имеющих в своем составе плохо окисляющиеся и разлагающиеся, биологически стойкие вещества, которые загрязняют водные природные бассейны и оказывают негативное влияние на состояние природы. В результате найдены методы успешной борьбы с такими техногенными явлениями, как выбросы металлургических предприятий и предприятий газо-нефтедобывающей промышленности.

Очистку стоков от этих загрязнителей успешно осуществляют с использованием мембранных методов. Мембранные технологии относятся к категории ресурсосберегающих технологий, применение которых позволяет повысить качество сбрасываемых сточных вод, снизить количественный сброс загрязняющих веществ в водоемы и минимизировать объем потребления природных вод за счет возможности повторного использования очищенных сточных вод в замкнутых системах водоснабжения.

Многие организации, занимающиеся очисткой промышленных сточных вод, используют наиболее продуктивный и перспективный гибридный метод очистки с использованием каталитического окисления и мембранной сепарации в установках нового поколения. Этот метод обеспечивает образование простых, менее токсичных химических соединений, что положительно влияет на окружающую среду.
С помощью мембранной технологии очистки, применяемой на предприятиях химии и нефтехимии, осуществляют следующие виды работ (схема 3).  

Схема 3.
Мембранная технология очистки

Метод мембранной технологии очистки сточных вод выгодно отличается от альтернативной, старой технологи аэрации (флотации).

При мембранном методе осаждение отфильтрованного вещества происходит на поверхности мембраны, а не в полезном объеме фильтра, с последующим его засорением и выходом из строя. Также при методе мембранной очистки площадь, занимаемая оборудованием, очень мала. Поэтому для расположения очистного оборудования нет необходимости строить отдельные здания с большой площадью, а можно использовать имеющиеся подсобные помещения.

Печи Ванюкова как вспомогательное оборудование

На предприятиях металлургической отрасли введены в эксплуатацию печи Ванюкова для переплавки отходов металлургического производства в цветной металлургии. Аналогичная печь Ромелт работает на предприятиях черной металлургии. Эта печь может работать на низкосортном угле, а также с ее помощью (в отличие от доменной) можно перерабатывать шлаки. Металлургические комбинаты используют данные печи и для переработки отходов собственного производства.

Плавка в печи Ванюкова происходит в жидкой шлако-штейновой ванне, в которую интенсивно подается кислородно-воздушная смесь.

Эта технология предложена советским металлургом — Андреем Владимировичем Ванюковым. Для этой печи не требуется значительное измельчение руды, а производительность ее превышает в десятки раз производительность отражательной печи.

Промышленные печи конструкции Ванюкова применяют для плавки и переработки следующих типов сырья: сульфидных никелевых руд, медных, никелевых и свинцовых концентратов. Стены рабочего пространства печи охлаждаются водой. Конструкции змеевиков, по которым подается вода для охлаждения, смонтированы в медных кессонах, из которых выполнены стены печи. При активном охлаждении стен печи во время плавки на поверхности внутренних стен образуется гарнисаж — твердый защитный слой из тугоплавких расплавляемых материалов, который надежно защищает стены печи от воздействия высоких температур и эрозии.

В настоящее время подобные печи успешно эксплуатируются на следующих предприятиях: две печи на горно-металлургическом комбинате в городе Балхаше (Республика Казахстан); три печи в городе Норильске (Россия); две печи в городе Ревда (Россия); одна печь двузонной конструкции в городе Орске (Россия).

Использование новых материалов для рафинирования

В металлургическом производстве при плавке чугуна и стали расплав необходимо подвергать рафинированию. Этот процесс улучшает распределение серы и кислорода в составе расплава, а также активизирует процесс растворения, связывания образующихся оксидов и отделение их от других продуктов плавки.

С этой целью в последнее время применяют инновационный легкоплавкий комплексный синтетический флюс. Он состоит из углерода и соединений фтора и кальция. Флюс содержит 30–60 % углерода, 5–30 % оксида кальция, 25–65 % фторидов натрия, алюминия, кальция и магния, 0,5–5 % примесей, в том числе оксиды алюминия, железа, кремния.

Набор компонентов состава флюса обеспечивает оптимальный тепловой баланс, при котором поддерживаются необходимая температура в расплаве как самого металла, так и температурные условия процессов плавления, содержащихся во флюсе фтористых соединений натрия, алюминия, кальция и магния. Также флюс необходим для придания максимальной текучести и рафинируемости металлургических шлаков.

Переработка отходов металлургического производства

На Челябинском цинковом заводе внедряется инновационная технология по получению серебра из кеков цинкового производства. При помощи этой технологии можно получить до 70 кг серебра из 100 кг сульфидного флотоконцентрата. Эта передовая технология использует методы обогащения полезных ископаемых при переработке кислых кеков — осадков при выщелачивании концентратов и очистке раствора сульфата цинка от примесей, получаемых в процессе цинкового производства.

Кислые кеки содержат цинка 14,54 %, серебра 320 г/т.

Эти цинковые концентраты поступают на металлургический передел с обогатительных фабрик после процесса расшихтовки. При металлургической обработке их подвергают окислительному отжигу, а затем проводят процесс выщелачивания в серной кислоте. При выщелачивании основное количество цинка переходит в раствор, который направляется в термическое производство для проведения электролиза. Кек, содержащий 200–400 г/т серебра, после процесса выщелачивания направляется на вельц-процесс (подсушка) во вращающихся наклонных печах. Серебро при этом переходит в клинкер — твердый спеченный остаток, который направляется в плавильное производство металлургического комбината, где подвергается плавке совместно с медными концентратами.

Применение нанотестера

Универсальный динамический нанотестер — прибор, служащий для проведения комплексного исследования физико-механических характеристик материалов, частей и слоев заготовок и готовых деталей. При этом подвергаются исследованию биологические материалы, материалы, используемые в научном, машиностроительном и строительном комплексах, вплоть до твердых сплавов и керамик.

С помощью нанотестера можно проводить следующие виды испытаний (схема 4).

Схема 4.
Испытания, которые проводятся  с помощью нанотестера

Экспресс-исследование

Исследовательский аппаратный комплекс приборов и устройств для проведения экспресс-исследований и быстрого определения свойств и характеристик сыпучих наноматериалов на разных этапах производства состоит из измерительной головки, контроллера для управления и сбора первичной информации об объекте исследования и программного обеспечения, которое обеспечивает высокую степень автоматизации исследований.

Объектами для проведения исследований с помощью данного комплекса служат нанотрубки из различных материалов, металлические порошки, лекарственные препараты, тонкодисперсные материалы и различные по составу жидкости.

ВАЖНО!
Поскольку инновационные технологии, аппараты и материалы экономят время и средства на выпуск качественного металла, то, несомненно, вложенные в эти разработки средства быстро окупятся.

Совершенствуя инновационные технологии в металлургии, создаются новые производства, продукция которых с каждым годом находит все больше и больше потребителей. Но наряду с этим в металлургии еще достаточно много продукции производится на привычном и надежном оборудовании по проверенным технологиям, дающим на сегодняшний момент максимальный экономический эффект.

Автор: Дмитрий Юрьевич Чернобровкин, инженер-конструктор металлургической и обрабатывающей промышленности.

Источник: «Журнал главного инженера», №5, 2019 (статья в полном объеме).

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

Подписаться на рассылку