IV Международная научно-техническая конференция ферросплавщиков

20 - 21 апреля 2011 г. в г. Киеве (Украина) состоялась ежегодная IV Международная научно-техническая конференция "Ключевые вопросы развития электрометаллургической отрасли". Мероприятие проводила Украинская ассоциация производителей ферросплавов и другой электрометаллургической продукции (УкрФА) при поддержке консалтинговой компании ООО "В.С.К. Групп". Среди более чем 50 участников конференции были руководители и сотрудники компаний и организаций Украины, России, Казахстана и ЕС. Со вступительным словом к участникам конференции обратился руководитель УкрФА, генеральный директор Запорожского завода ферросплавов П. А. Кравченко.

Тематику представленных устных и стендовых докладов условно можно разделить на несколько групп: тенденции развития ферросплавной промышленности, проектирование предприятий и оборудования, обогащение и подготовка к электроплавке ферросплавного сырья, совершенствование технологических и электрических режимов плавки, производство новой продукции, переработка и утилизация отходов производства, экология и энергосбережение.

Обстоятельный доклад о тенденциях в мировом ферросплавном производстве по результатам работы XII Международного ферросплавного конгресса INFACON-2010 (5-9 июня 2010 г.) сделал С. Г. Грищенко (Украинская ассоциация предприятий черной металлургии). Конгресс проходил в г.Хельсинки (Финляндия) под эгидой Международного комитета по ферросплавам (International Committee on Ferro Alloys - ICFA). Всего в работе INFACON-2010 приняло участие около 360 делегатов из 35 стран; программным комитетом было отобрано 120 докладов из 22 стран (около 80 докладов было представлено авторами непосредственно; остальные доклады были оформлены как стендовые). Работа конгресса велась в параллельных тематических секциях: инженерные вопросы; моделирование и расчеты; производство марганцевых, кремнистых и хромовых сплавов; прикладные вопросы, связанные с применением и использованием ферросплавов; вопросы безопасности и утилизации шлаков, пыли и шламов; экология и защита окружающей среды; ферросплавные рудовосстановительные электропечи и другое оборудование1.

Резюмируя, докладчик отметил, что основные направления совершенствования техники и технологии на предприятиях мировой ферросплавной промышленности в основном реализуются и на украинских ферросплавных заводах. Это в первую очередь решение вопросов охраны окружающей среды, сокращения промышленных выбросов при рудоподготовке (окусковании) ферросплавного сырья и выплавке ферросплавов, расширение сырьевой базы (в том числе за счет использования промышленных отходов других отраслей - например, ванадийсодержащих отходов ТЭС), эффективного использования энергоресурсов, комплексной утилизации отходов производства - пыли, шламов, шлаков, мелких фракций от дробления ферросплавов. Над решением подобных вопросов системно работают практически все мировые производители, такие как финские компании "Оутотек" и "Оутокумпу", норвежская компания "Элкем", австралийская компания "ВНР". Однако можно отметить, что ферросплавные заводы России и Украины отстают от зарубежных предприятий, в том числе от предприятий Казахстана, по оснащению плавильным оборудованием, и в первую очередь печами постоянного тока. Это может сказаться в ближайшие годы на конкурентоспособности украинской ферросплавной продукции в мире.

Оценивая научно-практическую часть докладов на ИНФАКОНе, С. Г. Грищенко особо остановился на научном инструментарии зарубежных ученых. Для научных исследований любого профиля сегодня обязательным является компьютерная обработка их результатов с получением математических моделей, в том числе многомерных. Зарубежные ученые располагают современным исследовательским оборудованием, например высокотемпературными микроскопами с лазерными зондами, позволяющими глубоко проникать в сущность протекания процессов на наноуровне. Усовершенствовано традиционное, давно используемое лабораторное оборудование для дифференциального термического анализа и термогравиметрии при изучении кинетики окислительно-восстановительных реакций с оперативной компьютерной обработкой измеряемых параметров по специальным программам.

Широко используются в исследовательской практике методы "замораживания" печей — как лабораторных, так и промышленных мощностью до 10 МВт — для детального изучения и описания строения рабочего пространства. Создано специальное оборудование для определение размеров зашихтованной части электродов, отбора проб в разных точках шахты печей, вплоть до подэлектродного пространства, и т. п.

Подводя итоги, докладчик отметил высокий научный уровень и практическую значимость докладов и сообщений, сделанных на состоявшемся ферросплавном конгрессе ИНФАКОН-2010, и целесообразность более углубленной проработки связанных с ним аналитических материалов. На заседании ICFA было принято решение о проведении следующего, XIII конгресса INFACON в июне 2013 г. в г. Алматы (Казахстан).

Генеральный секретарь Euroalliages I. van Lierde в своем выступлении остановилась на европейских программах поддержки предприятий в свете работы Euroalliages (Европейская ферросплавная ассоциация). Ныне в ЕС финансируется более 430 программ, участие в которых осуществляется по достаточно формальным процедурам. Страны — не члены ЕС могут принять участие в таких программах, имея партнерами не менее двух участников из двух стран ЕС. Было отмечено, что основным финансовым инструментом ЕС для поддержки международного сотрудничества в научно-исследовательской деятельности практически во всех научных областях является европейская седьмая рамочная программа (FP7). Общий бюджет FP7 составляет 53 млрд евро. Программа FP7 стартовала в 2007 г. и будет завершена в 2013 г. Основной задачей программы является укрепление международного научно-технического сотрудничества стран Европы, расширение сфер и объемов исследований, повышение их конкурентоспособности и практического использования научных разработок для промышленного производства. Кроме того, для выявления принципиально новых и перспективных идей, которые могут быть реализованы в научно-технических проектах в рамках FP7, был создан Европейский научный совет (European Research Council), цель которого осуществление финансовой поддержки для отдельных научных коллективов, обладающих принципиально новыми и перспективными идеями. Структура Седьмой рамочной программы базируется на четырех программах, отвечающих основным направлениям политики ЕС в области науки: Сотрудничество (Кооперация), Идеи, Люди, Возможности (Ресурсы).

Об общих направлениях деятельности Европейской ферросплавной ассоциации, а также о потреблении энергетических ресурсов ферросплавными предприятиями проинформировал слушателей D. Vandermeersch (Euroalliages). Окружающая среда, здоровье и безопасность — вот основные позиции, которые являются предметом внимания европейских ферросплавщиков. По мнению докладчиков от Euroalliages, разработки украинских специалистов в этой области и опыт украинских предприятий может быть полезен их европейским коллегам, что предполагается обсудить в ходе предстоящей встречи руководителей этой организации и УкрФА.
Такие же проблемы стоят и перед украинскими ферросплавщиками, отметил академик НАН Украины
М. И. Гасик (НМетАУ, г. Днепропетровск, Украина).
Обратив внимание на проблемы полноты переработки отходов ферросплавного производства, энергосбережения и совершенствования технологических процессов, докладчик подробнее остановился на получении высококачественного термоантрацита в электрокальцинаторах ИЭТ-10-УХЛ4. В результате комплексных теоретических и экспериментальных исследований футеровки электрокальцинатора при различных технологических режимах прокаливания донецкого антрацита был разработан проект и выполнена перефутеровка электрокальцинатора №6 ОАО "Укрграфит". Промышленная эксплуатация подтвердила целесообразность замены и дальнейшего использования для футеровки электрокальцинаторов огнеупора марки МКС-85. Показана целесообразность изменения и разработана усовершенствованная конструкция свода и системы отвода газов электрокальцинатора. Рекомендовано электросопротивление слоя 0,21 — 0,25 мОм применять в режиме советчика мастеру-технологу для управления скоростью выгрузки термоантрацита из электрокальцинатора, которая при одностадийной прокалке может составлять 700 — 800 кг термоантрацита в час при удельном расходе электроэнергии ниже, чем по действующей двухстадийной прокалке.

Как показано в докладе Н. В. Новикова (ООО "ПФК", Кировоградская обл., Украина), совершенствование технологии производства ферроникеля в условиях ООО "Побужский ферроникелевый комбинат" (ПФК) направлено на оптимизацию качества ферроникеля в зависимости от состава руды. В последние годы в условиях предприятия реализованы отдельные разработки, позволившие существенно улучшить технико- экономические показатели производства. В частности, постоянно совершенствуются контроль и управление процессом обжига шихты в ТВП. Автоматическая система управления загрузкой "Программатор" обеспечивает загрузку огарка в заданном режиме. Выполнен комплекс работ по обоснованию и выбору футеровки с заменой керамических элементов подины на углеродистую футеровку. С учетом опыта работы ведущих предприятий в условиях ПФК проводятся также исследования с целью оптимизации электрического, температурного, шлакового и газового режимов процесса выплавки чернового ферроникеля. Общая концепция этих исследований предполагает совершенствование технологии в первую очередь за счет более полного контроля и управления электрическим режимом. Применение при производстве марганцевых сплавов импортной руды иного химического состава, чем у отечественной руды требует оптимизации технико-экономических показателей технологических процессов.

Рассматривая рудно-термическую электропечь как многофакторную систему, в которой взаимосвязано протекают физико-химические, электрические и термические процессы, провели корреляционный анализ массива данных по выплавке ферросиликомарганца в условиях ПАО "Никопольский ЗФ" (В. А. Гладких и др., НМетАУ, г. Днепропетровск, Украина). В качестве основных технико-экономических показателей в исследованиях были выбраны производительность электропечи (Пп), удельный расход электроэнергии (Qуд) и эффективность использования марганецсодержащего сырья, т. е. коэффициент извлечения марганца в сплав (?мп)- Результаты корреляционного анализа включали исследование влияния контролируемых в процессе рудовосстановительной плавки электрических характеристик: тока фазы (IЭ), напряжения электрода (UЭ), общего электрического сопротивления рабочего конца электрода и подэлектродного пространства (RЭ), сопротивления шунта(Rш), дуги (Rд), расплава (Rp), общего сопротивления дуга — шунт (Лд-ш), активной мощности печи (Ра), электрода (Рэ), шунта (Рш), дуги (Рд), расплава (Jp) и величины (Рд_ш) на конечные показатели рудовосстановительной плавки. В результате на основании обработки массива данных промышленных плавок ферросиликомарганца установлены зависимости влияния сопротивления электрода (R3), дуга — шунт (Лд_ш) и расплава (Rp) на производительность печи (Пп), удельный расход электрической энергии (2уд) и коэффициент извлечения марганца в сплав (г|Мп). Определено, что активная мощность, выделяемая под электродом, аддитивно определяется величиной тока, напряжения, сопротивлением рабочего конца электрода и подэлектродного пространства. При увеличении указанных электрических характеристик возрастает и активная мощность электрода. Такая же связь характерна для производительности печи при увеличении активной мощности электрода и, соответственно, печи. Рабочие значения электрических характеристик всецело определяются физи- ко-химическими свойствами шихты и рудно-шлако- вого расплава, формирующегося в рабочем пространстве ванны ферросплавной печи. Эти взаимосвязи будут рассмотрены в дальнейших исследованиях.

Во многих докладах отмечалось, что конкуренция на мировом рынке ферросплавов диктует необходимость как строительства новых, так и модернизации существующих производств. При этом они должны обладать более высокими технико-экономическими показателями, экологической безопасностью и безот- ходностью, автоматизацией технологических процессов и малым энергопотреблением. По этой причине большой блок докладов конференции был посвящен именно новым проектным и конструкторско-техноло- гическим разработкам.

Наиболее перспективными решениями создания безотходных процессов при производстве ферросплавов (В. Ф. Шевченко, ООО НПВФ "Топаз ЛТД" г. Харьков, Украина) являются:
- окатывание шламов и пыли по способу ООО НПВФ "ТОПАЗ ЛТД" (патент Украины № 76854);
- переработка шлака с извлечением корольков металла с применением модулей кусковой сортировки (МКС) ООО НПП "Промтехнология", г. Кривой Рог;
- горячее брикетирование металлических отходов мелочи фракции 0 — 5,0 мм с применением передовых технологий фирмы "KOPPERN", Германия;
- использование мелких фракций для подготовки при производстве стандартных марок ферросплавов;
- переплав мелочи сплавов в индукционных печах или в печах постоянного тока с верхним токоподводом.

До некоторых пор считалось нецелесообразным использование вторичного тепла отходящих газов с температурой до 450 °С. Однако компанией ООО "ТОПАЗ ЛТД" совместно с ООО "Котлоэнергопром" (г. Харьков) разработаны и испытаны оборудование по утилизации этого тепла и специальная схема цепей и аппаратов, позволяющая получать до 6 МВт электроэнергии при утилизации тепла 140000 нм3/ч газов. В варианте утилизации тепла отходящих газов с температурой 300 °С от трубчатых вращающихся печей при подаче в котел-утилизатор для сжигания очищенного ферросплавного газа (10000 нм3/ч) получают перегретый пар с температурой 440 °С и давлением 4 МПа, а также до 12,5 МВт электроэнергии.

ООО "ТОПАЗ ЛТД" на одном из заводов была проработана схема электроснабжения двух сталеплавильных электропечей с трансформатором по 160 MB•А каждый с ликвидацией промежуточных трансформаторов 154/35 кВ, с вводом высокого напряжения 154,0 кВ непосредственно к печному трансформатору. Расчеты показали, что ликвидация промежуточных трансформаторов только в этом случае дает экономию до 7 млн долл. США в год за счет сокращения потерь в питающих линиях и в понижающем трансформаторе.

Свои новые разработки представило на конференции проектно-производственное предприятие ЗАО "Электротерм" (В. Г. Конохов, ЗАО "Электротерм", г. Новосибирск, Россия), специализирующееся в области электропечей ферросплавного производства и их технологического оборудования. Исходя из обеспечения ресурсо- и энергосбережения, повышения надежности и эффективности работы электропечного оборудования предприятием были разработаны и внедрены прогрессивные конструктивные решения и новые технологии, многие из которых защищены патентами. Среди них медные контактные щеки с электроизоляционным напылением "огневой" (нижней) части щеки; медные нажимные кольца сегментного типа; гидравлические нажимные элементы; станции гидравлического прижима контактных щек; гидроприводы перемещения и перепуска электрода для рудно-терми- ческих печей.

Компанией с использованием ЗБ-модели для одного из ферросплавных заводов была решена проблема достижения наилучших условий коксования электродной массы путем оптимизации конструкции короткой сети, узла электрододержателя (или токопод- вода) и системы обдува электрода электропечи. Заказчику (согласно заданию) были предложены мероприятия по реализации трех вариантов оптимизации конструкции электродного узла и системы обдува электродов. В настоящее время ЗАО "Электротерм" прорабатывает новый способ и технологию разливки ферросплавов.

Одно из крупнейших в России предприятий по производству электротермического оборудования, в том числе ферросплавных и других рудно-термических электропечей, ОАО "Сибэлектротерм" презентовало гамму рудно-термических и рудовосстановительных электропечей мощностью от 1,2 до 80 MB • А (В. С. Чередниченко и др., ОАО "Сибэлектротерм", г. Новосибирск, Россия).

Докладчик остановился на новых конструктивных особенностях таких элементов рудно-термических электропечей, как электродные свечи, устройство перепуска электрода, гидроподъемник, токоподвод и гидропривод системы гидроприжима контактных щек.

За последние пять лет предприятием изготовлены и поставлены в Индию три электропечи для производства марганцевых ферросплавов мощностью по 27,6 MB • А, проведена реконструкция четырех печей мощностью по 33 MB • А и поставлены две новые электропечи по 10,5 MB • А, проведена модернизация четырех рудовосстановительных электропечей в ОАО "Кузнецкие ферросплавы". Заключен контракт на поставку двух электропечей мощностью по 25 М В • А для производства ферросиликоалюминия в Республику Казахстан. В настоящее время находятся в изготовлении две электропечи для производства титанистых шлаков мощностью по 16,5 MB • А. Осуществляется проектирование и подготовка производства четырех рудовосстановительных печей мощностью по 33 MB • А для ООО "Братский завод ферросплавов". Мероприятия по реконструкции этого производства будут осуществляться в течение 2011 — 2012 гг. После их завершения производственная мощность ООО БЗФ возрастет на 30 %, а расход электроэнергии сократится на 10 — 13 %. В 2009 г. разработан специализированный плазмотрон для шахтной ферросплавной электропечи мощностью 1500 кВт, эксплуатация которой осуществляется на одном из заводов в г. Новокузнецке.

Одним из основных направлений деятельности УкрГНТЦ "Энергосталь" является генеральное проектирование (от выбора площадки под строительство до ввода объекта в эксплуатацию), в том числе в сегментах ферросплавного производства и строительства металлургических мини-заводов (Е. В. Рассохин, ГНТЦ "Энергосталь", г. Харьков, Украина). В Украине Центр решал проблемы в ОАО "Стахановский ЗФ" (перепрофилирование электропечей на выплавку марганцевых ферросплавов производительностью 35 тыс. т/год и строительство новых газоочисток), ЗАО "Ферротрей- динг" (строительство цеха малотоннажного производства различных ферросплавов в электропечах постоянного тока), ПАО "Никопольский ЗФ" (реконструкция цеха № 9, реконструкция аспирационных систем В-3, В-5 агломерационного цеха, склад горячего металла № 2 ЦПФ), ОАО "Запорожский завод ферросплавов" (реконструкция цеха № 4). В настоящее время "Энергосталь" ведет проектирование Енисейского завода ферросплавов в г. Красноярске.

В сегменте металлургических мини-заводов введен в эксплуатацию электросталеплавильный миниметаллургический завод в составе ДСП-50, установки "ковш-печь" и трехручьевой МНЛЗ производительностью 280 тыс. т в год в ООО "Электросталь" (г. Курахово), комплекс по производству непрерывнолитой заготовки мощностью 1,0 млн т/год в АО "ДЭМЗ", а также "Энергосталь" ведет проектирование Белоцер- ковского сталепрокатного мини-завода (Киевская область) в составе ЭСПЦ и прокатного цеха суммарной мощностью по жидкой стали до 1,8 млн т в год.

Проектно-технологическое обеспечение малотоннажного производства ферросплавов и лигатур на основе редких тугоплавких металлов было освещено Т. В. Фоменко (ООО "УкрНИИэлектротерм", г. Запорожье, Украина). "УкрНИИэлектротерм", имеющий опыт разработки проектов малотоннажных производств ферросплавов и лигатур редких тугоплавких металлов, а также поставки технологического оборудования для данных производств, осуществил ряд проектов в Украине и России. В частности, в ООО "Алмет" и ООО "Спецсплав" (г. Днепродзержинск) внедрены производство алюминиевой крупки и производство ферротитана алюмотермическим методом на базе получаемой алюминиевой крупки. В ОАО "Уралредмет" (г. Верхняя Пышма, Свердловской обл.) запущен участок производства ферротитана электротермическим методом производительностью 2,0 — 3,0 тыс. т/год. ООО "УкрНИИэлектротерм" для ОАО "Уралредмет" выполнило рабочий проект участка, разработку комплекта РКД на нестандартизированное технологическое оборудование участка, поставку и работы по внедрению дуговой электропечи постоянного тока ДТПТ-1,0-И2, электропечи для прокалки шихты СДО-13.40.0,1/6-И2, барабана-смесителя шихты, самоходных футерованных тележек для перевозки расплавов ферротитана и шлака. В 2008 г. компанией была проработана технологическая планировка, проведен выбор технологического оборудования и выполнен технико-экономический расчет (ТЭР) целесообразности организации производства лигатур редких тугоплавких металлов (титана, ванадия, молибдена и ниобия) общим объемом 2000 т/год в ОАО "Васильевский завод технологического оборудования".

Разработка и организация изготовления отечественных высокопроизводительных валковых прессов — актуальная научно-техническая задача, от решения которой зависит расширение объемов внедрения брикетных технологий в различных отраслях промышленности Украины, в том числе и ферросплавном производстве. Высокая стоимость прессов и запчастей к ним, выпускаемых зарубежными фирмами, затрудняет их приобретение, особенно небольшими предприятиями (Б. Н. Маймур и др., Институт черной металлургии им. 3. И. Некрасова НАНУ, г. Днепропетровск). Анализ возможных направлений повышения производительности валковых прессов показал, что нет универсальных методов, которые могут обеспечить высокую эффективность во всем диапазоне физико-механических свойств подвергаемых прессованию материалов и при соблюдении технической и экономической целесообразности по таким показателям, как металлоемкость, компактность, простота и удобство эксплуатации оборудования. Разработанная методология предусматривает достижение цели — повышения производительности пресса, как используя каждое направление отдельно, так и совмещая, комбинируя различные направления. Приоритетность выбора каждого из представленных направлений повышения производительности валковых прессов определяется свойствами материала.

С использованием экспериментально и аналитически установленных взаимосвязей, описывающих уплотнение шихт, на базе методологии составлен алгоритм выбора конструктивных решений валкового пресса с требуемой производительностью. Реализация этого алгоритма в виде программного продукта позволяет при конструировании прессов для каждого вида брикетируемой шихты учесть и оптимизировать все возможности повышения производительности агрегата с соблюдением требований к качеству брикетов. Эффективность данной методологии подтверждена расчетами технологических и энергосиловых параметров, разработкой конструктивных решений и технической документации на изготовление нескольких модификаций валкового пресса конструкции ИЧМ. На данную разработку выдан патент Украины № 88846 "Валковый пресс для брикетирования мелкофракционных материалов".

Большое внимание докладчики уделили проблеме стойкости футеровки в печах. На основе сопоставления реального разрушения футеровки в процессе эксплуатации ферросплавных печей и результатов лабораторных исследований даны рекомендации относительно использования "теплой" и гарнисажной футеровки при производстве марганцевых ферросплавов с различным содержанием углерода (А. Н. Овчарук и др., НМетАУ, г. Днепропетровск, Украина).

В ООО " Побужский ФК" переход с отечественной руды на импортную при производстве ферроникеля выявил потребность изменения параметров технологического режима плавки, что негативно отразилось на работоспособности существующей футеровки рудно- термических печей типа РТП (Н. В. Новиков и др., ООО ПФК, Кировоградская обл., Украина). Для решения проблемы с учетом современных тенденций развития огнеупорных систем был выполнен комплекс исследований, включающий теплофизические расчеты, сравнительный анализ огнеупорных материалов и их компоновку. Полученные результаты послужили основой проекта нового варианта футеровки печи РТП-2, выполненного ООО "ИНАЛ МЕТ" и реализованного на указанной печи в 2010 г. В настоящее время осуществляются контроль и оценка эксплуатации футеровки.

Себестоимость термоантрацита, получаемого в трубчатых вращающихся печах (ТВП), в значительной степени зависит от частоты перефутеровки печи, что в свою очередь определяется скоростью износа собственно футеровки. Пока высокотемпературную зону ТВП футеруют периклазохромитовым спеченным огнеупорным кирпичом марки ПХСУ (ГОСТ 21436 — 2004). При этом эксплуатационная стойкость футеровки зоны прокаливания (температура не должна быть выше 1300 °С) не превышает шести месяцев. Очевидно, что исследование механизма износа периклазо- хромитовых огнеупоров при прокаливании антрацита, разработка огнеупоров ПХСУ улучшенного химического, минералогического состава и научно обоснованный выбор принципиально нового вида огнеупоров представляются актуальной научной и практической задачей (М. И. Гасик и др., НМетАУ, г. Днепропетровск, Украина). В результате проведенных исследований предложены механизм износа периклазохромито- вых огнеупоров и математическая модель переноса тепла в многослойной огнеупорной футеровке ТВП, которые позволили сформулировать рекомендации по корректировке состава огнеупоров. С целью уточнения эксплуатационных характеристик предлагаемых огнеупоров принято решение изготовить в ОАО "За- порожогнеупор" опытные партии периклазохромито- вого огнеупора с 5 % Сг203 при отношении Cr/Fe в хромовой руде не менее 3,4 (хромовая руда Казахстана, России, Турции) и периклазошпинельного огнеупора с 17 % А1203. Указанные огнеупоры пройдут промышленные испытания на ТВП ОАО "Укрграфит" при производстве термоантрацита.

Обеспечение необходимых качественных характеристик исходного рудного материала и доизвлечение немагнитной металлической фазы из шлаков ферросплавного производства возможно при использовании электронной сортировки сырья (Д. В. Гришан и др., ООО "НПП Промтехнология", г. Кривой Рог, Украина). Данная технология реализована в модуле кусковой сортировки (МКС) производства ООО "НПП "Гамаюн". Технология основана на контроле электрофизических параметров сырья и позволяет измерять необходимые показатели каждого отдельного куска породы. При этом качество сепарации регулируется программным продуктом в зависимости от потребностей производства. На практике МКС представляет собой мини-завод, осуществляющий семь основных и пять вспомогательных технологических операций согласно ТУ У 29.5-13449523:2007 "Модуль кусковой сортировки минерального сырья и техногенных отходов". Разработки компании защищены патентами Украины, России, Казахстана, ЮАР, Австралии, США, Канады, Новой Зеландии и других стран. Оборудование МКС прошло успешное испытание при сортировке техногенного сырья (Украина, Россия), а также высокожелезистых марганцевых руд месторождения Вуди-Вуди (Австралия), Жомарт, Ушкатын III (Казахстан), Otjosondu (Намибия), хромитовых руд PilbaraChromite (Австралия).

Использование украинскими ферросплавными предприятиями в шихте импортной руды для получения аналогичного по качеству сплава не позволило достичь заметных преимуществ по извлечению марганца, а расход электроэнергии даже увеличился (В. В. Кривенко и др., КМФ НМетАУ, г. Кривой Рог, Украина). Вероятно, это связано не столько с качеством сырья, сколько с изменением электрических параметров плавки, вызванных повышенным расходом восстановителя. Выполнен сравнительный анализ металлургической ценности отечественного и импортного марганцевого сырья, используемого при выплавке ферросплавов. Основной отличительной особенностью марганцевого сырья зарубежных производителей является низкое содержание фосфора и кремнезема. Установлено, что при производстве ферросиликомарганца с различным содержанием фосфора возможно сочетание отечественного и импортного сырья, однако в связи с низкой температурой плавления шлака марганцевого передельного (ШМП) доля его в шихте не должна превышать 40 - 45 % (сплав с 0,35 % Р). Для получения сплава с содержанием фосфора 0,15 — 0,20 % необходимо использовать импортную руду с подшихтовкой ШМП.

Как показано в работе М. Ж. Толымбекова (Химико- металлургический институт им. Ж. Абишева, г. Караганда, Казахстан), в настоящее время сохраняется устойчивый интерес к производству и использованию комплексного ферросплава — ферросиликоалюминия (ФСА). Отмечается, что благодаря универсальности и высокой рас- кислительной способности применение ФСА в сталеплавильном производстве позволяет при выплавке большинства марок сталей полностью исключить присадки ферросилиция и чушкового алюминия в период раскисления. Над способами производства ФСА-продукта активно работают в Казахстане, Грузии и Украине.

Применительно к условиям Казахстана определены основные технологические параметры и приемы осуществления процесса получения практически всего сортамента марок ФСА — от ФС45А10 до ФС65А20 из углистых пород Экибастузского бассейна, обеспечивающих легкоуправляемый ровный ход печных агрегатов с высокими технико-экономическими показателями. При этом извлечение кремния и алюминия достигает 93,8 и 82,8 % соответственно при приемлемом расходе электроэнергии в пределах 11,5 - 13,5 МВт • ч на тонну металла и минимальных расходах дополнительных материалов. Впервые серийное производство ФСА было начато в 1998 г. в условиях Экибастузского мини-завода ТОО "А и К". С целью подтверждения ранее полученных результатов в 2010 г. были проведены дополнительные испытания ФСА марок ФС45А15 и ФС65А20 на различных сталеплавильных заводах Казахстана, России и Турции при выплавке стали в кислородных конвертерах, дуговых сталеплавильных печах малой, средней и большой вместимости. В связи с увеличением потребности в ФСА Правительством РК принято решение о строительстве ферросплавного завода в Экибастузском регионе с государственным участием. В настоящее время проводятся проектные работы, отведен земельный участок и согласованы тарифы по поставке электроэнергии. В условиях нового завода планируется задействовать шесть рудно-термических печей, ввод которых будет осуществляться поэтапно. При условии запуска всех шести печей суммарный объем производства ФСА составит 80 тыс. т сплава в год.

Работы по изучению ткибульских углистых сланцев и отходов обогащения ткибульских углей и получению данных, позволяющих характеризовать основные разновидности этих материалов как сырье, пригодное для производства сплава ФСА, были выполнены в Институте металлургии АН Грузии под руководством проф. Г. Ш. Мйкеладзе еще в 1950-е годы (Д. В. Мосия и др., Институт металлургии и материаловедения им. Ф. Н. Тавадзе, г. Тбилиси, Грузия). Однако окончательное решение не было найдено, и работы продолжались. В настоящее время оптимальное решение комплекса задач, скорее всего, видится в применении технологии с использованием плазменных рудовосстановительных шахтных печей с рециркуляцией горячего печного газа ЗАО "НПП ЭПОС". Такой вариант технологии представляет определенный интерес для металлургической промышленности Грузии, особенно при организации производства сплава ФСА. При этом, несмотря на сравнительно высокую цену на электроэнергию, производство данного сплава будет все же экономически целесообразным, поскольку стоимость шихты невелика по сравнению с шихтой при плавке марганцевых сплавов и, кроме того, существенно снижается расход электроэнергии в сравнении с действующими агрегатами, эффективнее решаются экологические вопросы по выбросам загрязняющих веществ. По результатам экспериментальных и заводских исследований сделан вывод о возможности организации производства сплава ФСА в Грузии из ткибульских углистых сланцев и отходов обогащения углей. Полученные данные, позволяют характеризовать основные разновидности этих материалов как сырье, пригодное для производства ценного для металлургической промышленности сплава.

Следует отметить, что из-за достаточно высокой стоимости электроэнергии в Украине производство ФСА не организовано (В. М. Сиваченко и др., ГП "УкрНИИспецсталь", г. Запорожье, Украина). Поэтому достаточно перспективной можно считать разработку более доступного и менее энергозатратного способа производства ФСА с использованием вторичного алюминийсодержащего и некондиционного крем- нийсодержащего сырья, а также производство других раскислителей, содержащих алюминий и кремний, в том числе и алюмокремниевых брикетов. Достаточно перспективным в части применения в качестве рас- кислителя при производстве стали является субокис- нометаллический продукт переработки шлаков алюминиевых сплавов — АПС. К настоящему времени разработаны и действуют ТУ 14-143-466 - 93 "Субо- киснеметаллический продукт переработки шлаков алюминиевых сплавов". Однако существенным недостатком указанного материала является то, что содержание пылевидных фракций (менее 1 мм) в нем находится на уровне 38 %, а в целом материал представлен фракцией 0 — 7 мм. Такой материал целесообразно подвергать брикетированию перед использованием.

Исходя из этого были проведены эксперименты по определению оптимальных параметров получения алюмокремниевых брикетов из отсева ферросилиция марки ФС65 фракции —5 мм и АПС фракции 1 — 7 мм с содержанием 22 % А1мет. При этом варьировали влажность шихты перед прессованием, давление прессования, количество и вид связующего, а определяли прочность сырых и высушенных брикетов. Установлено, что оптимальные параметры брикетирования, обеспечивающие прочность сухих брикетов на уровне 110 — 120 Н/ /см2 и выдерживающие не менее трех перегрузок, следующие: связующее — жидкое стекло в количестве 6 - 6,5 % мае.; давление прессования — не менее 300 Н/ /см2; влажность шихты — 5 — 6 %; сушка в интервале температур 140 — 160 °С в течение не менее 2 ч.

Актуальной задачей, обеспечивающей не только прибыль, но и очистку окружающей среды, является переработка отходов производства. Примеры решения этой проблемы были представлены в ряде докладов. Общеизвестна проблема использования мелкой фракции, получаемой в процессе фракционирования ферросплавов. В ОАО "Запорожский ЗФ" после процедуры анализа и проб для переработки мелкой фракции были использованы печи постоянного тока ДШПТ-5,0 (П. А. Кравченко, ОАО "Запорожский ЗФ", Украина). На данных печах разработана и освоена технология производства различных марок марганцевых (МнС 17 РБ, МнС17Р50, МнС25Р10) и кремнистых (ФС65) сплавов. Ввод в эксплуатацию печей постоянного тока № 9, 10 позволил снизить уровень шума до санитарных норм, расход графитированных электродов на 30 — 40 %, удельный расход электроэнергии на 10 — 15 %, потери металла со шлаком, угаром и улетом на 5 — 15 %.

Одним из путей снижения себестоимости ферросплавов является максимальное комплексное вовлечение в производство вторичного марганцевого сырья (В. С. Куцин, ПАО "Никопольский ЗФ", г. Никополь, Украина). Важным его источником является отвальный шлак, который содержит металлическую фазу в виде отдельных кусков ферросплавов и прометаллен- ного шлака — шлакометаллическую смесь (СШМ). На основании анализа пробных плавок было установлено, что экономически целесообразным является CLIJM с содержанием 32 % Мп и выше согласно стандарту ПАО "НЗФ" СТП 146-123 - 2005. С учетом нестационарности металлической фазы отвального шлака нижней границей СШМ был принят уровень 35 % Мп. После перебора всех вариантов сепарации шлака было принято предложение ООО "НПП "Гамаюн" по использованию МКС. Суть технологии МКС заключается в сортировке кускового материала с применением электронной сенсорики и современных программных продуктов для обработки информационных потоков. Технологические испытания МКС в условиях завода на действующем дробильно-сортировочном комплексе ДСК-1 показали вполне приемлемый результат и впоследствии подтверждены повторными испытаниями совместно с инспекцией независимых экспертов SGS по процедуре ДСТУ Б. В.2.7-71 — 98 (ГОСТ 8268.0 - 97). В настоящее время на ДСК-1 находятся в эксплуатации три МКС соответственно на фракции 10 — 20, 20 — 40 и 40 - 70 мм. Ежесуточная выборка СШМ составляет до 20 т с усредненным качеством ~ 40 % Мпобш. Работа одного МКС по месячной производительности эквивалентна труду 57 выборщиков, использующих ручной труд. Кроме того, качество СШМ, полученного МКС, на 6 % лучше по содержанию марганца и, соответственно, приносит больший экономический эффект. Модуль кусковой сортировки минерального сырья и техногенных отходов МКС/Т1, изготовленный по техническим условиям ТУ У 29.5-13449523-001:2007, может использоваться для выделения шлакометаллической составляющей из фракционированных продуктов переработки отвального шлака марганцевых ферросплавов.

Никопольский завод ферросплавов освоил также новый комплекс для брикетирования отсевов ферросплавов (БОФ) фракции 0—10 мм, которые образуются в процессе фракционирования. Специалисты завода разработали технологию для брикетирования отсева ферросплавов с использованием в качестве связующих порошкообразных органических отходов мукомольной промышленности (ОС) и порошкообразной формовочной глины. Технологический процесс осуществляется на серийно выпускаемом предприятиями Украины оборудовании, обеспечивающем высокую степень автоматизации производственного процесса. На комплексе БОФ с 2004 г. переработано около 200 тыс. т мелкозернистых материалов, в том числе отсевы ферросплавов, кокса и улавливаемой пыли аспирационных систем. Экономическая эффективность переплава брикетов относительно отсевов составила 15 долл./базовая тонна при удельном весе брикетов (отсевов) в марганцевом сырье 18 %.

Одним из эффективных направлений использования огненно-жидких шлаков ферросиликомарганца является получение шлаколитой продукции. Закристаллизовавшиеся в компактной форме шлаки обладают рядом положительных эксплуатационных свойств: износостойкостью, термостойкостью, кислотостойко- стью. Шлаковое литье по своим прочностным свойствам соответствует бетону марки 550 — 700 и может работать при температурах до 900 °С. Проведенные исследования позволили установить режимы кристаллизации различных изделий, формируемых в закрытых формах, а также в процессе "гарнисажной наплавки" на внутренние поверхности металлических деталей (труб, циклонов, гидроциклонов, течек и др.). Срок службы оборудования, покрытого этим материалом, увеличивается. Производство изделий из шлаковых расплавов выгодно и экономично, поскольку не требует дополнительных энергозатрат. Изделия, производимые в цехе шлакового литья ПАО "Никопольский ЗФ", имеют сертификат качества, разрешающий применение их во всех видах строительства без ограничений. Результаты испытаний на предприятиях ГМК Украины, России, Узбекистана подтвердили, что каждая тонна футеровки из шлакового литья экономит до 14 т металлопроката, огнеупоров и бетона.

В связи с необходимостью повышения конкурентоспособности продукции перед ферросплавщиками стоит задача разработки и исследования новых энергосберегающих способов и технологии рециклинга и утилизации металлосодержащих отходов производства, которые составляют 17 — 20 % от выпускаемой годной продукции (Г. В. Джандиерии и др., Институт металлургии и материаловедения им. Ф. Н. Тавадзе, г. Тбилиси, Грузия). Сопоставление существующих способов переработки металлосодержащих отходов показывает, что все они имеют те или иные недостатки. Анализ возможных решений задачи высокоэффективного и энергосберегающего рециклинга металлических отходов производства указывает на необходимость перехода от подачи некондиционной мелочи в каскадно расположенных ковшах на подачу в приемную ванну нового устройства (горнового желоба си- фонно-скиммерного типа) для непосредственного отделения металла и сопутствующего шлака. Разработанную технологическую схему рециклинга металлосодер- жащих отходов, которая основана на использовании теплофизической энергии выпускаемого расплава, устройства для его осуществления и системы управления процессом, можно эксплуатировать с минимальными материальными и энергетическими затратами.

Развитие ферросплавного производства по пути увеличения единичной мощности электропечных агрегатов имеет свои преимущества и недостатки (В. И. Гусев и др., ЗАО "ЧЕК-СУ.ВК", г. Москва, Россия). Позитивная тенденция заключается в соответствующем росте объемов производства, негативная связана с увеличением расхода электроэнергии на производимые ферросплавы. Перерасходы электроэнергии получаются даже при использовании идентичных шихтовых материалов. Реконструкция открытых печей в закрытые с увеличением мощности от 14,4 до 23,0 MB • А (в 1,6 раза) привела к росту удельного расхода электроэнергии с 3900 до 4490 кВт • ч на тонну фер- росиликомарганца (в 1,2 раза). Удельный расход электроэнергии на производство 75 %-ного ферросилиция при повышении мощности от 10,5 до 25,2 MB • А (в 2,4 раза) увеличился с 8500 до 9800 кВт • ч (в 1,2 раза). Для нахождения решения возникшей проблемы была проведена статистическая обработка характеристик 85 печей различной конструкции, производящих разные ферросплавы. Исходя из полученных результатов предложено проводить расчет электрических и геометрических параметров печей по максимумам полезных мощностей вместо используемой в настоящее время теории подобия.

В ОАО "Запорожский ЗФ" на установках сушки ковшей с наливной футеровкой осуществлена замена стандартных инжекционных горелок среднего давления на горелки низкого давления ГНП ЗБП (П. А. Кравченко и др., ОАО "Запорожский ЗФ", Украина). Новая горелка позволяет получать пламя большей длины, что обеспечивает более качественную сушку подины ковша. Конструкция горелки, а также автоматическое управление технологическими режимами работы установки и их регулирование посредством электронного блока "Альфа-М" позволили увеличить КПД установки, повысить надежность и безопасность ее эксплуатации и минимизировать количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. В результате расход природного газа на сушку одного ковша на установке цеха № 1 уменьшился с 841,7 до 720 м3, а на установке цеха № 4 — с 1560 до 864 м3 при неизменной продолжительности сушки ковшей.

Неоднократные случаи отравления экипажей морских судов при транспортировке высококремнистого ферросилиция различных производителей свидетельствуют о том, что несмотря на принимаемые меры безопасности, по-видимому, существуют еще не установленные стандартом на химический состав ферросилиция факторы, которые интенсифицируют его рассыпание с выделением ядовитых газов (М. И. Га- сик и др., НМетАУ, г. Днепропетровск, Украина). Для выявления механизма данного процесса были проведены сравнительные исследования влияния дистиллированной и морской воды на скорость газовыделения водорода, промышленных ядов AsH3 и РН3 при увлажнении высококремнистого ферросилиция марки ФС65. Установлено, что морская вода увеличивает скорость и полноту взаимодействия в сравнении с дистиллированной водой. Рекомендовано испытания ферросилиция на газовыделение проводить с применением морской, а не дистиллированной воды, как предусмотрено ГОСТ 19433 — 88, для проведения эк- спресс-анализа использовать фракцию ферросилиция -0,125 мм, а время испытания сократить с 7 до 1 ч.

Актуальной задачей является накопление экспериментальных данных о естественной радиоактивности исходных шихтовых материалов и продуктов плавки ферросплавов и чугуна, а также оценка шлаков как возможных техногенно усиленных источников излучения естественного происхождения (М. И. Гасик и др., НМетАУ, г. Днепропетровск, Украина). Экспериментальное определение удельной активности каждого их трех радионуклидов Ra-226, Th-232 и К-40 проводили с целью установления перераспределения их между продуктами плавки 65%-ного ферросилиция, а также установления возможности использования этих данных для расчета кратности окисной части шлака и влияния технологическими факторами на содержание алюминия в сплаве. Чтобы проследить за равномерностью выхода шлака из ванны печи РКЗ-27, выплавлявшей сплав ФС65 в закрытом режиме, в течение пяти суток отбирали раз в сутки пробы ферросилиция и шлака для определения удельной радиоактивности. Установлено, что из суммарной величины эффективной активности, вносимой шихтовыми материалами, используемыми для выплавки 1 т сплава ФС 65, на долю кварцита приходится 47,94 %, коксика 50,42 % и стружки 1,64 %. Определено, что удельная эффективная активность исходных шихтовых материалов и ферросилиция существенно ниже предельных значений, регламентируемых НРБУ — 97 по регламенту четвертой группы (пункт 8.5.1, позиция "б" (Аэф < 370 Бк/кг).

Следует отметить, что очередная, IV Международная научно-техническая конференция прошла на высоком уровне и засвидетельствовала стремление ферросплавщиков к дальнейшему совершенствованию процессов в цепи: наука — технологии — оборудование — производство — продукт.

Докт. техн. наук, проф. С. Г. Грищенко,
Украинская ассоциация предприятий
черной металлургии (г. Клев, Украина),
канд. техн. наук В. А. Гнатуш,
независимый эксперт (г. Киев, Украина)

Журнал "Сталь" №7.11г.