Анализ сложившейся в
настоящее время в странах СНГ ситуации с производством вторичных
алюминиевых сплавов показывает существенное отставание от
западноевропейских заводов по переплавке алюминиевого лома и отходов.
На фоне
складывающейся в России неблагоприятной ситуации с заготовкой лома и
отходов алюминия, а также следование сложившейся за долгие годы привычке
крупных литейных предприятий использовать сплавы, приготовленные из
первичных металлов, для производителей вторичных алюминиевых сплавов
наступают нелёгкие времена(1).
Между тем,
производство вторичного алюминия в силу меньших энергетических затрат и
существенно меньших чем при производстве первичного металла выбросов
вредных веществ в окружающую природную среду, будет возрастать. По
прогнозам доля вторичного алюминия в общем потреблении к 2030 году может
возрасти до 22 - 24 млн. т. в год(2).
В связи с этим,
сегодня вновь становятся актуальными следующие направления в развитии
производства вторичных алюминиевых сплавов:
Использование рациональной для каждого предприятия схемы обращения с алюминиевыми шлаками.
Совершенствование технологии подготовки алюминиевого лома к плавке.
Снижение затрат на
рафинирование от магния при производстве сплавов с Mg < 0,1 % с
одновременным решением вопросов снижения выбросов солей в окружающую
среду.
Совершенствование технологии переработки ломов на высококачественные сплавы.
Снижение потерь металла со шлаками определяются причинами шлакообразования при плавке алюминиевого лома:
наличием загрязнений на амортизационном ломе, его влажностью и степенью коррозии, скорость нагрева лома в печи во время плавки;
теплопередачей в слой шихты в пространстве печи;
наличием в составе шихты фрагментов лома с повышенным содержанием магния.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ И ПЛАВКЕ ЛОМОВ
Снижение выхода
шлака и потерь металла с ними предопределяют следующие мероприятия по
подготовке шихты к плавке, а также и по проведению самого процесса
плавления лома в печи.
К ним относятся в первую очередь применение технологии дробления, сепарации (пневматической и магнитной) позволяющей:
во-первых, очистить лом от механических загрязнений и окислов
во-вторых, высушить лом за счёт тепла выделяемого при дроблении лома.
Реализация этих рекомендаций позволит сократить объём шлаков за счёт
удаления засора (балласта) перед плавкой, и, как следствие, сократить
потери металла с ним.
Из практики
известно, что плавка предварительно очищенного лома позволяет сократить
потери металла как минимум на половину величины удалённого при дроблении
механического засора и окислов от коррозии лома.
Проведённые в начале
80-х годов промышленные исследования по плавке дроблённого лома на
дробилке фирмы « Линдеман» (Подольский ВЦМ) показали, что извлечение
металла повышается на 1,5 % при плавке в отражательных печах, а плавка
лома с использованием флюсов позволяет повысить извлечение металла в
сплавы ещё на 2% (3).
Расчёты показывают,
что при производительности завода ~ 2000т. в месяц, плавка дроблёного
лома позволит получить дополнительно, по меньшей мере, 35 тонн
алюминиевых сплавов на сумму (35x1200 $ = 42000 $ США), а использование
предварительно высушенных флюсов при плавке (расход 5-7% от веса сплава)
позволит получить дополнительно ещё такое же количество металла на
такую же сумму - 42000$ США.
Для реализации
вышеописанных предложений необходимо, как минимум, приобретение
установки дробления и сепарации алюминиевого лома с последующим её
использованием вкупе с ручной предварительной сортировкой ломов по
группам сплавов на сортировочном конвейере с барабанным грохотом.
ПЕРЕРАБОТКА ШЛАКОВ
В настоящее время на
заводах использующих пламенную отражательную плавку образуется порядка
14-16% от веса перерабатываемого лома шлаков и выгребов. На практике в
шлаках, после ручной выборки корольков содержание алюминия составляет не
более 20%. При относительно малых объёмах шлакообразования (500 - 3000
тонн в год), приобретение установки глубокой переработки шлаков
стоимостью 300 - 400 тыс. $ вряд ли будет экономически оправданным.
Для условий малых и
средних предприятий оптимально использование установок горячего
выдавливания металла из шлака, которые позволит извлекать из шлаков до
60 % содержащегося в них жидкого алюминия и решит вопрос выгорания
металла в процессе его остывания, существенно снизит «пыление» шлака при
хранении и транспортировке (3).
Например,
использование горячего прессования шлаков для объёма образования -3000
т/год, позволит получить дополнительно: 3000 х 0,25 х 0,6 х 0,95 х 1200 =
513000 $ в год,
где:
0,25 - содержание металла в шлаке;
0,6 - извлечение при прессовании;
0,95 - извлечение при переплаве выжимка.
Остальное количество
металла может быть реализовано заводам, специализирующимся на
переработке алюминиевых шлаков по цене 30 $ за тонну по брутто,
что даст:
(3000-450) х 30 = 76500 $ в год.
Срок окупаемости установки прессования составит: 150000/(513000+76500)=3 месяца,
где: 150000-инвестиции, в $ США.
Оценка эффективности
переработки шлака произведена без учёта эксплуатационных затрат. Можно
только предположить, что использование горячего прессования шлаков
позволит, сократить ручной труд и снизить потери металла при остывании
шлаков в шлаковницах и на складе.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ РАФИНИРОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Одним из направлений
повышения рентабельности производства вторичных алюминиевых сплавов
является расширение номенклатуры и выпуск высокомарочных сплавов по
мировым стандартам. В условиях значительного повышения цен на
амортизационный лом и всё возрастающих цен на энергоносители - это
единственный способ удержаться на мировом рынке металлов.
В настоящее время на
производство сплавов для удаления избыточного магния используется, в
основном, рафинирующие флюсы на основе хлоридов и фторидов калия, натрия
и алюминия. Затраты на приобретение флюсов на некоторых, производящих
высокомарочные литейные сплавы предприятиях, существенны. В связи с этим
повышение эффективности их использования актуальна, как с точки зрения
снижения себестоимости сплавов, так и снижения вредных выбросов в
окружающую среду. На практике, при существующих технологиях флюсования,
расход активного флюса (смесь криолита, фтористого алюминия и
сильвинита) обычно составляет 7-10 кг на 1 кг магния, что в 2-3 раза
больше теоретически необходимого. Повышенный расход флюсов увеличивает
выход шлаков рафинирования, и, как следствие, потери металла с ним. Так,
например, на заводе, использующем до 30 т/мес. флюса «ЭКОРАФ 3» из-за
двойного его перерасхода образуется порядка 50 т. шлака дополнительно. В
этот шлак будет увлечено: 50 х 40% = 20 т алюминия, а потеряно в связи с
неполнотой извлечения и окисления порядка 8 т. металла на сумму 9600
$/мес.
Приведенные данные
показывают насколько важен вопрос оптимизации технологии рафинирования
как с точки зрения сокращения расхода флюсов до теоретически
необходимого, так и связанного с этим снижения выбросов хлоридов и
фторидов в окружающую среду.
Наиболее приемлемым
вариантом в этом случае был бы вариант поиска более дешевого флюса с
наименьшим (близким к стехеометрическому) расходом.
Кроме того,
технология должна предусматривать минимизацию затрат времени
рафинирования, которое в настоящее время составляет 45-90 минут, и при
более глубоком рафинировании от магния (до 0,1%), может существенно
возрасти.
В настоящее время
имеются технологии плавки и рафинирования вторичного алюминия
позволяющий сократить потери со шлаками, снизить расход флюсов и времени
рафинирования, снизить выбросы галогенов в окружающую среду, в т.ч. и
их залповые выбросы. Вопрос заключается в правильном их применении на
основе известных представлений в области теории металлургических
процессов и теории печей.
Для доведения
качества сплавов до уровней мировых стандартов на заводах необходимо
внедрить систему рафинирования металла в процессе его разлива на
конвейер, включающий продувку расплава азотом с последующей фильтрацией
через стеклосетку или пенокерамический фильтр. Инвестиции на создание и
освоение такой установки составят прядка 10 тыс. $, эксплуатационные
затраты - около 1,2 $ на тонну сплава. Такая установка с положительным
эффектом прошла широкомасштабные промышленные испытания на Ташкентском и
Харьковском заводах Вторцветмет ещё в 80 - х годах.
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПЛАВКИ АЛЮМИНИЕВОГО ЛОМА В ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ ЗАВОДА (в порядке обсуждения)
Анализ условий
теплопередачи, реализуемой в топливных печах отражательного типа
показывает, что теплопередача в них осуществляется, в основном, за счёт
лучистого теплообмена (радиацией) и зависит от нескольких факторов:
коэффициента лучеиспускания от газа и кладки на материал (шихта, ванна
расплава), разности температур между теплоотдающими и
тепловоспринимающими поверхностями в четвертой степени, величине этих
поверхностей и времени воздействия. Поскольку все эти величины, за
исключением температуры теплоотдающих поверхностей, практически
постоянны, то существенно повысить теплоотдачу можно только повышением
температуры в печном пространстве. Повышение теплоотдачи естественно
приведет к повышению скорости плавки шихты. При плавке алюминия скорость
нагрева шихты во многом определяет и количество окислившегося в
процессе плавки металла(3).
При переходе с
установившейся на заводах технологии плавки на плавку с «горячим ходом»,
(до 1200 град. С под сводом плавильной печи) извлечения можно повысить
ещё как минимум на 1,5% (для завода с производительностью 2000 т/мес.
прибыль составит 42000$ /месяц).
Однако в
существующих на заводах отражательных печах с горелками отечественного
производства, работающими на холодном или подогретом до 200 град. С
воздухе достижение такой температуры в плавильном пространстве потребует
повышение расхода топлива, как минимум на 25-30%, что повлечёт за собой
увеличение объёма дымовых газов и их температуры. Существующие системы
дымоотвода и газоочистки вряд ли справятся с новыми параметрами
отходящих газов.
В сложившейся
ситуации единственным выходом является применение системы регенерации
тепла дымовых газов с использованием горелок работающих на подогретом до
900 град.С воздухе.
Система позволяет сократить на 25-30% расход топлива и снизить температуры отходящих дымовых газов до 200 - 260 град.С.
Последний факт
существенно облегчит работу системы пылеулавливания и значительно
сократит выбросы вредных веществ в окружающую среду.
Ориентировочная
стоимость системы регенерации состоящей регенераторов и шести горелок
составит 150 тыс. евро (стоимость всего контракта), а срок окупаемости
инвестиций для завода с производительностью 2000 т/мес. составит около
4-х месяцев.
ВЫВОДЫ
В условиях всё
возрастающего дефицита сырья для выплавки высококачественных вторичных
алюминиевых сплавов внедрение рациональных схем подготовки и
металлургической переработки лома алюминия, повышающей извлечение и
качество металла является актуальной задачей.
К наиболее приемлемым, с точки зрения минимизации инвестиций, являются следующие мероприятия:
Использование
рациональных схем переработки алюминиевых шлаков, позволяющих возвращать
в производство увлеченный при выгребе шлака из печи металл и
сокращающих окисление металла при хранении шлаков на складе.
Приобретение установок дробления и сепарации алюминиевого лома.
Внедрение передовых
технологий рафинирования алюминиевых сплавов с цель сокращения расходов
активных флюсов и повышения качества металлов по содержанию
неметаллических включений и водорода.
Применение
современных систем регенерации тепла отходящих газов с цель подогрева
воздуха поступающего на горение до 900 град. С с одновременным снижением
температуры отходящих газов до 200 - 260 град. С.
Список литературы
1. По материалам семинара «РЕЦИКЛИНГ АЛЮМИНИЯ» опубл. В журнале «Металле снабжение и сбыт» №4, с.88 - 91
2. В. Фёдоров. Вторичный алюминий важное сырьё XXI века! Журнал Вторичные ресурсы № 4-5, с.58-59
3. Ю.П.Купряков. Шахтная плавка вторичного сырья цветных металлов, Москва. ЦНИИцветметэкономики и информации. 1995 г.
|
