Материал: Проектирование ферросплавных цехов

Введение

Развитие черной и цветной металлургии предопределяет коренное улучшение качества и увеличение выпуска эффективных видов металлопродукции, широкое техническое перевооружение предприятий важнейших народнохозяйственных отраслей. Решение этих проблем непосредственно связано с ускоренным развитием производства ферросплавов на основе расширения минерально-сырьевой базы, создания высокоэффективных замкнутых безотходных и малоотходных технологий и др. Научно-технический и экономический потенциал металлургии определяется уровнем теоретической и профессиональной подготовки инженерных кадров и практическим использованием результатов научных исследований. Поэтому, в решении указанных задач видное место отводится высшей школе.

В последние годы получили дальнейшее развитие фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования электроферросплавных процессов; внедрены в производство принципиально новые технологические процессы получения и рафинирования ферросплавов; успешно эксплуатируются более совершенные электропечи и электротермическое оборудование, введены новые нормативные документы на ферросплавную продукцию, решены проблемы комплексного использования сырья и охраны окружающей среды.

Ферросплавная промышленность производит 150 различных видов и марок простых и сложных ферросплавов, в которые отдельно или в различном сочетании входят - 25 элементов. К ним относится большинство легких (Al, Ва, В, Са, Mg, Sr, Тi), часть редких и рассеянных (V, W, Се, Y, Мо, Nb, Та, Sc), тяжелых (Со, Мn, Ni, Cr) металлов, а также неметаллов (Si, Р, Se, Те и N).

В истории развития производства ферросплавов выделяются два периода. В начале XIX века ферросплавы из руд получали только в доменных печах. В связи с развитием электроэнергетики в начале ХХ века получило распространение производство ферросплавов в электропечах. В настоящее время основное количество ферросплавов получают в дуговых электропечах с использованием в качестве восстановителей углерода, кремния и алюминия. Явление электрической дуги было открыто русским ученым проф. В.В. Петровым в 1802 г., впервые обосновавшего возможность и эффективность использования электрической дуги как источника тепла для осуществления восстановительных процессов. В 1859 г. акад. Н.Н. Бекетов теоретически и экспериментально показал возможность получения металлов и сплавов алюминотермическим методом.

История зарождения электроферросплавной промышленности связана со строительством и пуском 12 августа 1910 г. первого электроферросплавного завода "Пороги" на Урале (г. Садка).

Электропечи питались энергией непосредственно от генератора через систему шин и гибких кабелей, электрический режим работы был постоянным. Применялись графитированные электроды сечением 400Ч400 мм., позже завод накопил опыт работы печей с использованием самообжигающихся электродов. Начиная с 1910 г. в этих печах выплавляли ферросилиций, высокоуглеродистый ферромарганец, высокоуглеродистый феррохром, карбид кальция, карбид кремния и другие ферросплавы.

Хотя по масштабам производства первый и единственный в дореволюционной России электроферросплавный завод "Пороги" не мог удовлетворить потребность промышленности в ферросплавах, однако он сыграл значительную роль в подготовке кадров для ферросплавных заводов страны. В годы первой пятилетки сооружались заводы ферросплавов в городах Челябинске, Запорожье, Зестафони и Липецке.

В последующие годы быстро рос объем производства традиционных и осваивалась выплавка новых комплексных ферросплавов. Необходимость их получения вызвана бурным развитием производства и ростом потребления жаропрочных, коррозионностойких и других сталей и сплавов специального назначения. Новых рубежей электроферросплавная промышленность достигла в 30-е годы 20 века по специальным сталям.

Перед началом Великой Отечественной войны страна не только отказалась от импорта ферросплавов, но и превратилась в одного из крупнейших в мире экспортеров. В 1966 г. по производству и экспорту ферросплавов СССР занял первое место в мире. В 80-е годы производительность ферросплавов достигла 4,5 млн. т. С распадом СССР выплавка ферросплавов в странах СНГ сократилась.

Ферросплавные заводы выпускают широкий сортамент продукции, для производства которых используются различные методы пирометаллургической и гидрометаллургической переработки сырья. Поэтому каждый завод ферросплавов и даже ферросплавный цех не является простым повторением других заводов, а существенно отличается по специализации и номенклатуре выпускаемой продукции, компоновке и техническому оснащению. Это и определяет большое разнообразие оборудования, применяемого на ферросплавных заводах.

Ферросплавы сплавы железа с разными элементами (хромом, кремнием, марганцем, кальцием, молибденом, вольфрамом, никелем и др.) или сплавы с несколькими ведущими элементами. Ферросплавы применяют для раскисления, десульфурации и легирования сталей с целью улучшения их физико-механических свойств или придания им специальных свойств, для увеличения коррозионной стойкости, жаропрочности, износостойкости, твердости и прочности деталей машин и механизмов, инструментов и стальных конструкции. Производство ферросплавов играет в черной металлургии значительную роль. Черная металлургия преимущественно для производства качественных и специальных сталей потребляет 50 % мировой добычи хромовой руды, марганцевой 85 %, ванадиевой 96 %, молибденовой 95 % и вольфрамовой руд 98 %. Первая печь по производству ферросплавов была запущена на Челябинском ферросплавном заводе в 1930 г. В 1933 г. Были запущены Запорожский (Украина) и Зестафонский (Грузия) заводы ферросплавов. Затем в период 1941 по 1944 г. г. были запущены Ключевский, Чусовский, Кузнецкий, Актюбинский заводы ферросплавов. Далее с расширением и реконструкцией действующих предприятий вводятся Серовский (1958 г.), Стахановский (1962 г.), Никопольский (1966 г.) Украина, Аксуский заводы (1968 г.). Электроферросплавы производятся также в цехах России Чусовского металлургического завода, Новолипецкого металлургического комбината и НПО "Тулачермет". В Казахстане также развивается ферросплавная промышленность, где можно отметить Темиртауский металлургический завод который производит ферромарганец производительностью 50 тыс. тонн в год, Таразский металлургический завод (на базе ХИМПРОМа) производящие силикомарганец, ОАО "АиК" в г. Экибастузе производящие ферросиликоалюминий (5 тыс. т/год).

В наследство от плановой экономики бывшего Союза Республике достался Жайремский ГОК и Донской ГОК по добыче и обогащению минерального сырья и два ферросплавных завода - Актюбинский и Аксуский. Основной товарной продукцией на этих двух заводах до перестройки были хромистые и кремнистые ферросплавы. В то же время в Казахстане не было организовано производство такой важной высоколиквидной ферросплавной продукции как марганцевые ферросплавы, потребных для выплавки качественных сталей, в том числе специальных легированных, а марганцеворудное сырье Жайремским ГОКом поставлялось в Россию, Украину и Грузию.

Важнейшей задачей в промышленности Казахстана являлось освоение местного марганцевого минерального сырья в металлургии с организацией впервые в Республике выплавки марганцевых сплавов, без которых невозможно обеспечение народнохозяйственного комплекса качественными видами металлопродукции.

В Казахстане имеются все возможности по созданию и развитию собственного производства качественных (низкофосфористых) марганцевых ферросплавов из местного минерального сырья: помимо отмеченной выше мощной сырьевой базы, металлургическая отрасль обладает недогруженными мощностями электротермического производства; достаточным заделом научно-технологических разработок по производству сплавов марганца из казахстанского сырья; квалифицированными инженерно-техническими и рабочими кадрами по электрометаллургии. К тому же в Казахстане получили наиболее выгодное развитие энергоемкие виды производств, каковым является ферросплавное производство, благодаря мощному Экибастузскому топливно-энергетическому комплексу, обеспечивающему весь центральный регион дешевой электроэнергией.

В данное время научно-исследовательские работы по возможности выплавки ферросплавов из различных руд Казахстана ведут научные сотрудники Химико-Металлургического института (г. Караганда).

Большой вклад в развитие теоретических основ и разработку технологии плавки комплексных ферросплавов внесли ученные Казахстана Е.А. Букетов, М.И. Друинский, В.И. Жучков, Т.Г. Габдуллин, Т.Д. Такенов, С.О. Байсанов, М.Ж. Толыбеков, А.А. Акбердин, В.П. Малышев, В.И. Кулинич и многие другие.

Цели и задачи проектирования

Исходные материалы для проектирования

При разработке проектов существует пять групп материалов:

Результаты обобщения передового отечественного и зарубежного опыта проектирования и эксплуатации объекта:

• 1) результаты научно-исследовательских работ, конструкторских разработок и изобретений по рассматриваемой технологии и применяемому оборудованию;
• 2) законы;
• 3) нормативные материалы и правила;
• 4) типовые проекты.

Первая и вторая группы материалов готовятся на основании научной и технической разовой и периодической литературы с привлечением отраслевых информационных центров НИИ и ВУЗов, результатов НИР выполненных в стране и за рубежом за последние 5-10 лет. При этом обеспечивается прогрессивность, высокая экономическая эффективность проектных решений, улучшений условий труда, надежные решения экологических вопросов.

Третья группа включает Законы РК, указы Президента, Постановления Правительства, Государственные и региональные схемы размещения и развития отраслей. Основные направления проектирования предприятий отрасли, государственные стандарты и технические условия на сырье, готовую продукцию и некоторое оборудование. Эти материалы служат основой для принятия решения о проектировании, обоснования места строительства и объема производства.

Четвертая группа включает общегосударственные строительные нормы и правила (СНиП):

• 1) санитарные нормы проектирования промышленных предприятий, сметные нормы и правила;
• 2) общегосударственный каталог типовых строительных конструкций, каталоги на вес виды оборудования и приборы; ведомственные каталоги для специальных видов строительства, которые регламентируют нормы строительного проектирования зданий и сооружений, организацию строительных работ, нормы общего назначения (сантехники, противопожарные, электробезопасность, освещение), нормы технологического проектирования (НТП).

НТП разрабатывается головными отраслевыми проектными организациями (ГИПРОСТАЛЬ, ГИПРОМЕЗ), утверждается высшей административной структурой, согласовываются с комитетом по строительству и пересматриваются каждые 5 лет.

Прогрессивность норм заключается в применении новейших достижений науки и техники, отвечающих лучшим мировым уровням; снижении сметной стоимости и сокращении сроков строительства предприятий; создании нормальных и безопасных условий труда; обеспечении рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.

НТП включают:

• 1) фонды времени и режим работы оборудования;
• 2) нормы размещения оборудования и их габаритные размеры;
• 3) нормы расхода и требования к параметрам и качеству сырья, топлива, энергетических ресурсов и вспомогательных материалов;
• 4) нормы запасов сырья, топлива, готовой продукции;
• 5) нормы складских, бытовых, вспомогательных и других помещений;
• 6) фонд времени, режим работы и штаты;
• 7) категорию производства по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности;
• 8) уровень автоматизации и механизации технологических процессов;
• 9) уровень использования основного оборудования; себестоимость продукции, производительность труда, удельные капитальные вложения, рентабельность производства, срок окупаемости капитальных вложений;
• 10) уровень специализации и кооперирования производства, материалоемкость продукции.

В пятую группу входят типовые проекты цехов, зданий, сооружений и агрегатов, прошедшие надежную проверку в промышленности, отвечающие современному уровню производства, позволяющие существенно сократить сроки проектирования и строительства, затраты на сооружение объектов.