Плавка медных концентратов в жидкой ванне, производительностью 500 тыс. тонн штейна в год

Однако здесь доводы оппонентов вполне обоснованны: в черной металлургии  на конвертерах, во-первых, вертикальные фурмы работают, как правило, без  погружения в расплав, во-вторых, процесс  продувки - периодический и весьма кратковременный (несколько минут). И в случае выхода фурмы из строя осуществляются простые мероприятия: фурма поднимается, удаляется и заменяется новой резервной. В условиях ПЖВ боковые фурмы (погруженные в расплав) должны обеспечить длительную (многосуточную, многомесячную) непрерывную работу печи и не допустить попадания охлаждающей воды и шлако-штейновый расплав (во избежание взрыва). В конечном счете, эта проблема также была решена: созданы конструктивные варианты фурм, отвечающие поставленным требованиям. Ради справедливости, следует отметить вклад в решение данного вопроса Балхашского ГМК, где был преодолен "психологический барьер" - переход на чисто кислородное дутье (100% О₂). Правда, на комбинате из-за отсутствия природного газа всей проблемы это не решало.

Большой объем исследований и испытаний по работе с кислородом (без воздуха) был проведен на печи РОЭМЗа (как в виде самостоятельной его подачи, так и в смеси с природным газом). Это позволило отработать конструкции кислородных, газокислородных, газовоздухокислородных фурм и фурм-горелок, а также самые различные режимы их работы в зависимости от технологических задач и видов перерабатываемого сырья.

Другие технические  и технологические решения. В процессе разработки и освоения технологии ПЖВ (ПВ) решалась и масса других вопросов, может быть, не столь радикальных и кардинальных, как отмеченных выше. Это относится и к полупромышленному этапу, и особенно к пусконаладочному этапу при опытно-промышленном освоении агрегатов.

Отрабатывались рациональный состав шихты для наплавления пусковой порции расплава, работа самого шихтарника, транспортировка и подача шихты в расходные бункера и далее в печь (варианты загрузочных устройств), контроль расходов шихты и флюсов (весоизмерение, скорость загрузки), соотношения перерабатываемого сырья и расхода окислителя, состояния ванны расплава (визуально, разовыми замерами температуры), состава шлака, штейна (отборы проб, экспресс-анализ) и отходящих газов (хрома-тографический анализ), а также мероприятия по снижению пылевыноса, увеличению концентрации SO₂ в отходящих газах, предотвращению настылеобразований в шахте печи, вспенивания и выброса массы расплава из нее (изменения в режимах дутья, периодическая подача твердого восстановителя), нормализации работы копильника шлака и миксера штейна, систем охлаждения кессонов, газоходного тракта и т.д.

Во всем этом комплексе  вопросов и решений особое место  заняло обеспечение нормальных устойчивых тепловых условий работы печей. Дело в том, что высокая кессонированная  шахта печи и высокая (глубокая) ванна  расплава требовали специфического подхода в этом (тепловом) отношении, поскольку отклонения в тепловой стационарности - это изменения в тепловом состоянии кессонов и их надежности охлаждения, изменения в гарнисажеобразовании, появление настылей в верхней части шахты и борьба с ними, нарушения теплового состояния ванны в общем (колебания и снижение температур, появление промежуточного слоя между шлаком и штейном, нарушение работы переточных окон и сифонных устройств). Все эти трудности были преодолены . благодаря целенаправленным исследованиям (полученным теоретическим формулам, полупромышленным и опытно-промышленным испытаниям).

Опыт, полученный на маломасштабных установках, в условия других промышленных предприятий, а именно: какие параметры, характеристики, показатели можно перенести напрямую, какие могут быть перенесены по вполне определенным зависимостям и какие требуют некоторой проверки (доводки) на опытно-промышленном этапе работы агрегата.

Отметим, что малые  опытные установки ПЖВ (ПВ) на Норильском и Балхашском ГМК были демонтированы  после выполнения НИР на собственных  видах сырья и выдачи данных для  промышленного проектирования и  строительства, а установка на РОЭМЗе еще многие годы являлась опытным полигоном для отработки технологии плавки самых различных видов сырья, конструктивных узлов и элементов, конструктивных вариантов ПВ (модификации) в целом '. Так, на этой установке, кроме технологии плавки сульфидного медного сырья, для которого изначально решалась проблема, были отработаны технологии переработки сульфидного медного и медно-цинкового сырья на белый матт (частично на черновую медь), пиритных концентратов и огарка, клинкера цинкового производства, никелевого и пирротинового концентратов, медно-никелевой руды, окисленной никелевой руды, шламов черной металлургии, зарубежных видов сырья (Куба, ГДР); обеднения самых различных шлаков (по составу и от различных плавильных агрегатов) и др.

Сейчас ведутся работы (опыт ПВ РОЭМЗа) по переработке сырья, содержащего летучие металлы (2п, РЬ, 5п и др.), в режимах плавки - возгонки (фьюмингования).

В то же время уже имеется  большой опыт работы фьюминговых  печей в совмещенном режиме плавки - возгонки, особенно в оловянной  промышленности (традиционная работа этих печей - фьюмингование заливаемого жидкого шлака). Таким образом, в перспективе можно прогнозировать некоторое "стирание граней" между печами Ванюкова и фьюминговыми.

Из отработанных на РОЭМЗе конструктивных вариантов печей приведем следующие:

• печи со специальным профилем для непрерывной и полунепрерывной  плавки сульфидного сырья на белый матт (черновую медь);
• двухзонная печь для переработки медно-цинкового сырья на богатые штейны (белый матт) и с возгонкой цинка;
• печь для совмещенной плавки сырья и обеднения шлака в едином потоке;
• печь   для   самостоятельной   обеднительной   переработки   шлаков (барботажное обеднение шлаков - БОШ);
• печи   для   переработки,   кроме   отмеченных   выше,   других   отходов металлургических и не традиционных для металлургии.

По работам на ПВ РОЭМЗа хотелось бы отметить следующее. Эта  установка обладала весьма широкими возможностями для экспериментирования  по конструктивной, технологической, режимной, эксплуатационной и прочим частям. Эти возможности всячески использовались исследователями.

Из самых последних  технологических разработок на РОЭМЗе отметим переработку твердых  бытовых отходов (обычного бытового мусора) в барботируемом расплаве шлака (процесс ПОРШ), что является одним из решений общемировой экологической проблемы, и переработку низкосортных углей и углеродсодержащих материалов в топке сжигания твердого топлива в расплаве (установка ТСТР), являющуюся решением крупной энергетической проблемы в России.

Часть этих и других решений  защищена авторскими свидетельствами на изобретения и патентами (а.с. №№ 998823, 1008600, 1191481 и др.), а многие решения представляют предмет ноу-хау.

В настоящее время  в Гинцветмете сформирован пакет  ноу-хау, включающий большой объем  решавшихся и решающихся вопросов теплового, гидроаэродинамического, технологического, эксплуатационного характера, изготовления оборудования печей и шефмонтажных работ, их пусконаладки, обеспечения непрерывной работы, предотвращения аварийности и быстрого ввода в работу в случае се возникновения, гарантии экологически чистого ведения процесса, достижения проектных показателей и т.д. Этот пакет является предметом продажи - купли.

Нельзя не отметить разработку по такому новому научно-техническому направлению в пирометаллургии, как газлифтные технологии. Это направление также берет начало с первых испытаний на установке ПЖВ (ПВ) РОЭМЗа и касается переработки различных видов сырья как металлургического, так и нетрадиционного для металлургии (радиоактивных отходов, германийсодержащих углей, крупногабаритной металлической техники).

Кроме того, в Гинцветмете  накоплен полупромышленный опыт еще  по двум разработкам: факельно-барботажной  плавке (ФБП), сочетающей преимущества КФП и ПВ, и барботажному агрегату с глубокой утилизацией тепла (БАГ'УТ), сочетающему преимущества шахтной печи и ПВ. Можно не сомневаться в том, что упомянутые аббревиатуры (БОШ, ФБП, ПОРШ, ТСТР, БАГУТ) будут расширяться и развиваться в количественном и в качественном отношении.

Естественно, последние  полупромышленные разработки следует рассматривать как задел на будущее, как технику, технологии, заводы наступившего века. Сюда же следует отнести высокоэффективные, экологически чистые, высокомеханизированные и автоматизированные заводы в пирометаллургии тяжелых цветных металлов заводы-автоматы, проектные проработки которых сделаны институтами России.

"Венцом" описанных  выше разработок является их  промышленная реализация - работа  ряда предприятий цветной металлургии  с использованием процесса ПЖВ  (ПВ) на протяжении уже многих лет. Это можно рассматривать как крупное научно-техническое достижение отечественной металлургии в XX в.За период 1977 -1997 гг. в эксплуатацию было введено восемь промышленных ПВ (НГМК, БГМК, СУМЗ, БМЗ) с площадью пода от 6,2 до 48 м². Процесс и печь Ванюкова запатентованы в ряде промышленно развитых стран, таких как США, Канада, Австралия, Финляндия, ФРГ, Франция, Япония.[5]

2.4 Технико-экономическое  обоснование выбранной технологии

Сравним показатели работы процесса, работающем на дутье, обогащенном кислородом, с показателями цеха, использующим для дутья воздух.

Применение кислорода  делает процесс автогенным за счет уменьшения потерь тепла с уходящими  газами. Увеличивается извлечение металла  за счет  уменьшения потери шихты  с пылью. Саму печь можно сделать меньше (процесс идет более интенсивно), уменьшится число воздуходувок. Полученный сернистый ангидрит более концентрированный и легче и полнее улавливается. Расчет ведем для одной печи Ванюкова.

Таблица 2 - Технико-экономические показатели цеха

Показатели	Варианты
	Эквивалентная схема – плавка на воздушном дутье	Проектируемая технология – плавка на кислородном дутье
Производительность цеха по агломерату, тыс. т/г	500	500
Извлечение металлов медь никель	97,7 97,5	98,7 97,5
Выход готовой продукции, тыс. т/г штейн шлак SO2	385,6 410,8 145,1	389,5 414,9 241,8
Цена готовой продукции, руб./т штейн шлак SO2	10000 3000 5000	10000 3000 5000
Расход технического кислорода, м3/т		126
Расход природного газа, м3/т	18,2
Цена технического кислорода, м3/т		40,8
Цена природного газа, м3/т	350
Стоимость оборудования, тыс. руб. печь Ванюкова воздуходувки	12000 270	8000 140

Рассчитаем капитальные  текущие и приведенные затраты  по изменяющимся показателям для  эквивалентной схемы.

Капитальные затраты на оборудование:

К_об1 = (1+Н) *ΣS_i1*N_i1 = (1+0,1)*(270+12000) = 12392,7 тыс. руб.

где Н – норма затрат на КИП и коммуникации;

       S_i1 – стоимость единицы оборудования, тыс. руб.

       N_i1 – число единиц оборудования, шт.

текущие затраты:

затраты на содержание и эксплуатацию оборудования

С_со =  А_об*К_об1 =   0,3 * 12392,7 = 3717,81 тыс. руб.

где:    А_об -  норма затрат на содержание и эксплуатацию

затраты на сырьё:

С_c = ΣS_i1 * r_i1

на     природный  газ    18,2    * 350    * 500   =  3185000 тыс. руб.

Всего текущих затрат по изменяющимся статьям

С₁ = 3717,81   + 3185000 =  3188717,81  тыс. руб.

С учётом заводских и прочих расходов - 5 % это составит

С_з =  1,05 *  3188717,81 =  3348153,7 тыс. руб.

Приведённые затраты  по эквивалентному варианту

Z₁ = C₁+E₁₁*K₁ = 3348153,7 + 0,15 * 12392,7 = 3350012,6  тыс. руб.

где: Е₁₁ - нормативный коэффициент сравнительной эффективности капиталовложений.

Рассчитаем капитальные текущие и приведённые затраты по изменяющимся показателям для проектируемого варианта.

 Капитальные затраты на оборудование:

К_об2 = (1 + Н) * ΣS_i1*N_i1 =  (1 + 0,1) * (8000+140) = 8221,4 тыс. руб.

текущие затраты:

затраты на содержание и эксплуатацию оборудования:

С_со = А_об*К_об2 = 0,3  * 8221,4 = 2466,42 тыс.  руб.

затраты на сырьё:

С_c = ΣS_i2 * r_i2

на     технический  кислород        126,0  *40,8  * 500 = 2570400 тыс. руб.

 Всего текущих затрат по изменяющимся статьям:

С₂ =  2466,42   +  2570400 = 2572866,42 тыс. руб.

С учётом заводских и прочих расходов - 5 % это составит:

С_з2 = 1,05 * 2572866,42 = 2701509,7  тыс. руб.

Приведённые затраты по эквивалентному варианту:

Z₂ = C₁+E₁₁*K₂ =  2701509  + 0,15 * 8221,4 =  2702742,9 тыс.руб.

Экономия по приведённым затратам

Z = Z₁-Z₂=3350012,6-2702742,9 = 647269  тыс.руб.

Дополнительная прибыль  за дополнительную полученную продукцию:

штейн      10000  * (389,5 - 385,6)   =  38946 тыс. руб.

шлак        3000  * (414,9  -  4!0,8) = 12447  тыс. руб.