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.
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.
