Оценка уровня потребления топливно-энергетических ресурсов и пути их снижения при производстве сплавов цветных металлов из вторичного сырья
Попов В.А. - зав. лаб. ресурсов и нормативов вторичных черных и цветных металлов, к.т.н., т.: +38 (062) 345-25-58
Мушик Е.Е. - ст. начный струдник лаборатории ресурсов, т.: +38 (062) 382-63-93
Дуиб Е.Н. - ст. начный струдник лаборатории ресурсов, т.: +38 (062) 382-63-93
Царенко Л.М., ведущий инженер лаборатории ресурсов, т.: +38 (062) 382-63-93
ДонНИПИЦМ, г. Донецк (Украина)
Производство сплавов цветных металлов из лома и отходов является одним из самых энергоемких на тонну готовой продукции. Это обусловлено теплофизическими свойствами перерабатываемых материалов. Прежде всего, высокой удельной теплоемкостью в твердом и жидком состоянии и теплотой плавления.
Приготовление сплавов цветных металлов из лома и отходов на заводах "Вторцветмет" отличается специфической особенностью от их производства с использованием первичного алюминия и чистых оборотных отходов на машиностроительных предприятиях. Это обусловлено широким диапазоном составляющих алюминиевого сырья, как по химическому составу, удельной поверхности, так и по наличию сложных узлов с железными приделками или тяжелыми цветными металлами, большим количеством засоренности. Многообразие лома и отходов алюминиевых сплавов предо-пределяет использование для их переработки большого набора плавильных агрегатов: пламенные отражательные, шахтные, барабанные вращающиеся печи, индукционные тигельные и канальные, а также отражательные электропечи сопротивления.
Таблица 1. Варианты состава шихты при производстве вторичных алюминиевых сплавов
|
Виды лома и отходов |
Варианты состава % |
|
I |
II |
III |
|
1. Компактный лом и отходы |
50 |
20 |
10 |
|
2. Легковесный смешанный лом |
50 |
25 |
20 |
|
3. Стружка |
- |
30 |
40 |
|
4. Съемы, шлаки |
- |
15 |
30 |
|
Итого |
100 |
100 |
100 |
В табл. 1 приведены наиболее часто используемые варианты набора шихты при производстве алюминиевых сплавов из лома и отходов. Как правило, состав шихты определяется с учетом соблюдения оптимального сочетания следующих факторов: стоимость используемого металла, потери металла при плавке, расход энергетических ресурсов, затраты на переработку и утилизацию образующихся отходов производства, расход флюсов, затраты на очистку и утилизацию газообразных выбросов, пыли (эмиссий).
На эффективно работающих предприятиях набор шихтовых материалов производится, исходя из наличия их на складе, с использованием компьютерных программ для получения оптимальной прибыли.
Основным типом плавильного агрегата в Украине является пламенная отражательная печь, имеющая несколько разновидностей.
В нашей стране для плавки лома и отходов алюминия широкое применение получили пламенные двухкамерные подовые печи. Двухкамерная печь позволяет компоновать в одном агрегате плавильную камеру и миксер, в также дает возможность переплавлять сырье с железными приделками, которые после слива металла выгребаются с пода печи.
Эти печи имеют следующие недостатки:
-
низкий термический коэффициент (18 - 30%), обусловленный недостаточным использованием тепла отходящих газов и малым коэффициентом черноты шихты (до 0,2);
-
низкая степень механизации технологических операций, большая доля ручного труда;
-
высокие безвозвратные потери металла (угар), достигающие 3-9% от садки;
-
образование больших объемов отходящих газов и сложность их полной эвакуации без выбросов в атмосферу цеха;
-
большая трудоемкость по загрузке шихты ручным способом;
-
образование больших объемов отвальных шлаков, трудоемкость их удаления из печи, дальнейшей транспортировки из цеха и утилизации;
-
высокие затраты на пылегазоочистку отходящих газов;
-
периодичность ведения процесса плавления;
-
технологические сложности организации рафинирования сплавов от металлических и газовых включений.
В Украине изготовлена (разработка ДонНИПИЦМ) и эксплуатируется вращающаяся барабанная печь, которая имеет ряд существенных преимуществ перед стационарными отражательными печами:
-
эффективная переработка низкосортных отходов, включая сильно корродированные измельченные с развитой поверхностью и большим процентом засоренности;
-
очищение расплава от газовых и неметаллических включений в результате непрерывного контакта его с жидким флюсом;
-
обеспечение удаления магния из расплава в результате реакций с составляющими флюса;
-
снижение потерь металлов на окисление за счет защитного действия флюсов и интенсивного вмешивания шихтовых материалов в солевой раствор;
-
интенсификация тепло- и массообмена между факелом и ванной вследствие увеличения контактирующей поверхности;
-
увеличение КПД до 40% за счет отражающегося от факела и свода тепла и от тепла, поступающего от разогретой подины, непрерывно меняющейся со сводом в процессе вращения;
-
полная механизация операций загрузки шихтовых материалов, температурного режима плавки, выдачи расплавленного металла и удаления из печи жидкого шлака;
-
практически полное исключение настылеобразования на футеровке печи, так как она непрерывно очищается перемешиваемым расплавленным металлом и флюсом;
-
герметичность рабочего пространства печи исключает выбивание газов в помещение цеха;
-
полное улавливание, эвакуация и очистка печных газов;
-
расход топлива на 1 тонну готовой продукции (210 кут/т сплава) с учетом использования тепла отходящих газов для подогрева воздуха.
Одним из главных преимуществ вращающихся барабанных печей перед отражательными стационарными индукционными тигельными печами является обеспечение идеальных условий для формирования шлаков как с точки зрения уменьшения потерь металлов, так и создания оптимальных их физико-химических свойств.
На зарубежных фирмах применяются отражательные печи с открытым металлоприемником (фирмы "Реметал") емкостью 45 т, оборудованные газовыми горелками и автоматической системой регулирования температуры. Наличие выносного кармана (металлоприемника) позволяет плавить тонкие листы, чистую стружку и лом без их контакта с горячими газами, что позволяет снизить окисление алюминия и уменьшить расход флюсов. По данным зарубежной фирмы, такие печи имеют низкий расход топлива (120 кут/т). Однако в этих печах нерационально плавить стружку, шлак, нельзя осуществлять частую смену сплавов различного химсостава.
Нашли применение шахтные печи. Конструкция печи предусматривает подогрев шихты за счет тепла отходящих газов, благодаря чему расход энергоресурсов низкий. Недостатком печи является отсутствие возможности плавить в ней стружку и шлак и обеспечить механизированное удаление шлаков.
Обобщенные данные по технико-экономическим характеристикам печей для плавки лома и отходов алюминиевых сплавов, применяемых в зарубежных странах (Западной Европе), представлены в табл. 2. Из них следует, что удельный расход топлива зависит от вида агрегата, но в большей степени - от состава переплавляемой шихты, и колеблется в широких пределах - от 120 до 320 кут/т.
Таблица 2. - Оценочные технико-экономические показатели топливных агрегатов
|
Печные агрегаты |
Вариант |
Удельный расход топлива кут/т |
Потери металлов % |
Примечание |
|
Общие |
в том числе |
|
от окисления (угар) |
в шлаках |
|
1. Для плавки алюминиевого лома и отходов
Вращающиеся барабанные печи вместимостью 17 т |
I |
180 |
3,0 |
1,0 |
2,0 |
Расход флюсов <100 кг/т |
|
II |
240 |
7,0 |
2,9 |
4,1 |
- |
|
III |
320 |
9,5 |
3,2 |
6,3 |
Расход флюсов >600 кг/т |
|
Отражательная двухкамерная подовая вместимостью камер 20 и 25 т |
I |
160 |
5,0 |
1,5 |
3,5 |
Расход флюсов <100 кг/т |
|
II |
230 |
9,0 |
4,5 |
5,5 |
- |
|
III |
290 |
12,8 |
5,5 |
7,3 |
Расход флюсов >500 кг/т |
|
Отражательная однокамерная подовая 10 т |
I |
150 |
5,5 |
1,8 |
3,7 |
- |
|
II |
не приспособлена |
- |
|
III |
не приспособлена |
Без флюсов невозможно |
|
Отражательная с открытым металлоприемником |
I |
130 |
2,8 |
0,8 |
2,0 |
- |
|
II |
не приспособлена |
- |
|
III |
не приспособлена |
- |
|
Шахтные печи |
I |
120 |
2,6 |
0,8 |
1,8 |
- |
|
II |
не приспособлена |
- |
|
III |
не приспособлена |
- |
|
2. Для плавки бронз
Отражательная однокамерная вместимостью 25т. |
- |
220-280 |
3,0 |
- |
Для плавки вторичных бронз и латуней применяют отражательные печи с рециркуляцией газов. Факел в этих печах распространяется вдоль свода печи, затем разворачивается и направляется в дымоход (обратный ход).
Печи для плавки бронз имеют меньшие, чем для плавки алюминия размеры ванны и соответственно общие габариты. Печи работают с переходной ванной. Продолжительность плавки от 3 до 5 ч, удельный расход топлива от 200 до 340 кут/т. Термический к.п.д. рециркуляционных печей не превышает 18% в связи с большой потерей тепла из-за химического и механического недожога (до 6%).
Опытные плавки, проведенные в заводских условиях, показали большие потери тепла с выбивающимися через рабочие окна газами (до 7,5%); очень высоки (до 58%) потери тепла с отходящими газами.
В настоящее время многими предприятиями Украины эти показатели ухудшены, что объясняется низким техническим уровнем используемых плавильных агрегатов.
В Украине действует более 100 металлургических предприятий по переработке лома и отходов на основе алюминия, меди и свинца. Основные мощности сосредоточены в Донбассе, Днепропетровской, Одесской, Херсонской и Киевской областях.
Планируемые объемы переработки лома и отходов цветных металлов составляют, тыс. т/год: алюминия - 104, меди - 70, свинца ~ 50.
С учетом достигнутых удельных расходов на переработку этих объемов потребуется топливо, млн. кут/т: для алюминия - 25, меди - 17, свинца и прочих - приблизительно 15. Таким образом, общее потребление в 2006-2007 гг. составит ~ 57 млн. кут/год. От общей намечаемой поставки газа из России в 2006 г. это составит весомую долю ~ 0,11%.
При выборе плавильного агрегата руководствуются экономической выгодой, т.е. меньшими затратами на производство готовой продукции при прочих равных условиях, и в первую очередь это касается расхода шихтовых материалов и топлива на тонну выплавляемой продукции. Следует иметь в виду, что экономия металлов, т.е. уменьшение расхода металла на 1 тонну готовой продукции, на 1% составляет 10 кг/т и при цене 2000 долл. США за 1 тонну потери соответственно составят 20 долл. США. В тоже время, экономия 20% топлива (газа) на 1 тонну готовой продукции в объеме 40 Нм3 при стоимости газа 250 долл. США за 1000 Нм3 составит только 10 долл. США. Таким образом, уменьшение потерь одного процента металла равнозначно экономии более 80 Нм3 или около 40% удельного расхода топлива. В связи с этим необходимо отметить, что лом и отходы алюминиевых сплавов обладают высшей энергоемкостью по сравнению с другими металлами и топливом. При этом решающий вклад вносит внутреннее энергосодержание, а затраты энергии на подготовку их к плавке невелики. Поэтому выбор агрегатов для приготовления сплавов производится с учетом этих двух определяющих себестоимость продукции статей затрат.
Технологические плавильные агрегаты на многих металлургических перерабатывающих предприятиях не отвечают современным требованиям по экономному расходу ТЭР, очистке выбросов от пылей и газов до норм ЕС. В стране создан избыток мощностей. Промышленные печи загружены на 20-50%. Велики простои печного оборудования в разогретом состоянии вследствие отсутствия подачи шихты и приготовления неполновесных плавок. В среднем при переработке, например, компактной шихты расход ТЭР на отечественных предприятиях на 30-80% выше, чем в европейских странах.
Основными резервами повышения эффективности использования пламенных печей могут быть:
-
улучшение качества шихтовых материалов (удаление засоренности, приведение их к нормальным габаритам, размерам, сушка и др.);
-
сокращение времени загрузки и технологических простоев;
-
увеличение тепловой мощности;
-
выравнивание температуры металла на поверхности и по объему ванны;
-
использование тепла отходящих газов для подогрева дутьевого воздуха и газа (уменьшает потребление топлива ~ на 20%);
-
применение горелок, работающих на природном газе и кислороде (для крупных потребителей), позволит сократить потребление топлива на 15-20%;
-
использование комбинированных горелок с предварительным смешением и др.
За многие годы поисков по совершенствованию плавильных агрегатов мировая практика выработала близкие к оптимальным технологические процессы и эффективную технику. Хотя нет предела совершенству, на сегодняшний день необходимо использовать эти достижения.
Например, в Германии невозможно найти предприятия, которые использовали бы отражательные стационарные топливные печи для переработки комплексного вторичного алюминиевого сырья, а в Украине эти печи широко распространены.
| |
|
Рис. 2. Аппаратурно-технологическая схема производства латуней и бронз
1 - автопогрузчик;
2 - транспортный желоб;
3 - индукционная тигельная электропечь повышенной частоты для плавки латуни и бронз;
4 - устройство подъемно-опрокидывающее;
5 - ковш;
6 - установка горизонтального непрерывного литья слитков;
7 - конвейер разливочный;
8 - устройство штабелирующее и обвязочное;
9 - весы;
10 - ковшеопрокид. |
Для плавки бронз и латуней наиболее эффективно использовать электрические индукционные печи (рис. 2), а для плавки лома свинца и его сплавов - вращающиеся барабанные печи (рис. 3) или сочетание шахтной плавки с короткобарабанной вращающейся печью, эффективно используемое на ОАО "Укрсплав", г. Днепропетровск.
| |
|
Рис. 3. Аппаратурно-технологическая схема производства свинцовых сплавов из лома и отходов
1 - погрузчик;
2 - дозирующие бункеры;
3 - конвейер;
4 - вращающаяся печь;
5 - камера дожигания;
6 - охладители;
7 - фильтры;
8 - дымовая труба;
9 - котел для удаления меди;
10 - котел для другого свинцового лома;
11 - котлы для рафинирования;
12 - разливочный стол;
13 - штабелеукладчик;
14 - электрокара.
|
Для переработки лома и отходов алюминиевых сплавов широко применяется цепь аппаратов (рис. 4), используемых на СП "Интерсплав" (г. Свердловск Луганской обл.), которые обеспечивают выпуск высококачественных сплавов.
| |
|
Рис. 4. Аппаратурно-технологическая схема производства алюминиевых литейных сплавов из лома и отходов
1 - загрузочный конвейер;
2 - шарнирная загрузочная машина;
3 - короткобарабанная роторная печь;
4 - миксер поворотный;
5 - рафинирующее устройство;
6 - казливочное колесо;
7 - конвейер разливочный;
8 - камера охлаждения чушек;
9, 10 - роботоукладчик чушек. |
Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины" №3(67) 2006 г.
Дата публикации: 20.03. 2006 г.
