Фильтры для воды - продажа, обслуживание, замена картриджей
У статті викладено технологічне та економічне обґрунтування виробництва алюмінієвих сплавів електротермічними засобами, пропускаючи стадію виготовлення алюмінію електролізом. Електротермічні засоби потребують менше електричних і експлуатаційних витрат, менші капітальні витрати, мають більшу продуктивність, ширшу сировинну базу та інші переваги. На прикладі виплавки феросилікоалюмінію показано вдосконалення цих технологічних засобів. Показана доцільність використання цього сплаву для розкислення сталі.
Ключові слова: Феросилікоалюміній, відходи вуглезбагачення, чушковий алюміній, руднотермічні печі, розкислення сталі, економічне обґрунтування.

I. Вступ
На сьогодні машинобудуванні, а також у металургії чорних і кольорових металів широко використовують як алюміній у чистому вигляді, так і його сплави у вигляді феросплавів і модифікаторів різних складів. Основні технологічні процеси їх виготовлення: електроліз розплавлених солей, відновлення в руднотермічних печах, а також метод сплаву. Вибір технології визначається витратами на їх виробництво й результатом від їх використання. Оцінювання витрат на виробництво одиниці маси алюмінію проводилася багато разів авторами праць [1; 4; 6; 11; 14], з яких виходить, що отримання алюмінію в електричних руднотермічних печах у вигляді сплавів алюмінію з кременем і залізом потребує менших витрат. Витрата електроенергії на виробництво однієї тонни електролітичного алюмінію становить близько 19 000 кВт • год, і її частка в собівартості відповідає 20-25%, а частка глинозему та фтористих солей - близько 57-60%. У вартість сировини й матеріалів входять витрати на придбання та технологічний переділ з переробки багатих імпортних бокситів на глинозем, і вони не можуть бути істотно знижені при існуючій технологічній схемі його виробництва.
Є цілий ряд економічних чинників, що визначають перевагу електротермічного способу виробництва алюмінію у вигляді його сплавів, зниження капітальних витрат на будівництво цеху електротермічного отримання алюмінієвих сплавів порівняно з електролізним цехом, вищою продуктивністю електропечей порівняно з електролізним тощо. Водночас у зв'язку з розширенням потреби в алюмінії ширше застосування у вищевказаних галузях промисловості знаходять сплави алюмінію, а не чистий алюміній. Отримання алюмінієвих сплавів не завжди повинно проходити через чистий алюміній, технології змішування чистого алюмінію з іншими металами є теж дуже дорогим, оскільки супроводжуються його втратами. Як сировинна база для виробництва сплавів і феросплавів, що містять алюміній, можуть бути використані бідні боксити, силіманіти, розкриті породи з високим вмістом оксидів алюмінію, вуглевідходи, що містять, окрім оксидів металів, вуглець, золи електростанцій, шлаки виробництва феросплавів та інша сировина. Відсутність надійної технології виплавки алюмінієвих сплавів в електропечах залишається не розв'язаною проблемою, що гальмує їх масове виробництво.
II. Постановка завдання
- висвітлити основні проблеми, що виникають при розробці технології виплавки феросилікоалюмінію в електричній печі;
- показати економічну доцільність використання феросилікоалюмінію для розкислювання стали.
III. Результати
Практично всі запропоновані варіанти технології виплавки феросилікоалюмінію вже пройшли великолабораторні й промислові випробування [2; 5; 7; 15]. Вуглевідновлені процеси цих видів сировини протікають у напрямі відновлення з них не тільки алюмінію, заліза та кремнію, а й решти компонентів. Тому склад сплавів, що містять алюміній, може бути досить різноманітним. В основному це комплексні сплави на основі заліза, кремнію й алюмінію.
Результати за витратами електроенергії на тонну сплавів силікоалюминію та феросилікоалюмінію значно відрізняються, в основному внаслідок короткочасності проведених промислових кампаній і великої різниці в електричних режимах роботи печей. Крім того, вони проводилися на різній сировині. У літературі відзначається великий вплив на витрату електроенергії величени використовуваної потужності й електричних режимів. Так, у працях [1; 15] показано доцільність виплавки силікоалюмінію на печах потужністю 10 МВт, де отримана найменша витрата електроенергії - 10 000 кВт • год на тонну сплаву, що містить 54% алюмінію і 30% кремнію. Декілька досвідчених компаній виплавки сплавів феросилікоалюмінію з різної сировини характеризувалося витратою електроенергії на тонну сплавів від 7 до 12 тис. кВт • год, а склад сплаву змінювався від 7 до 25% алюмінію, 40-60% - кремнію, решта - заліза [5]. Найбільш представницькими слід вважати витрату електроенергії в печах потужністю в 16 МВт при виплаві силікоалюмінію, що містить у середньому 62% алюмінію, 35% кремнію, решта - домішки [4]. Як сировина використовувалась брикетована шихта, що складалась із селіманітових концентратів, каоліну, глинозему й газового вугілля. Стійка витрата електроенергії на тонні сплаву - 13 тис. кВт • год. У роботі [1] відзначено, що витрата електроенергії для таких сплавів не перевищить 14 тис. кВт•год, вона повинна бути приблизно такою, як на виплавці кристалічного кремнію.
У багатьох технологічних процесах електротермічний алюмінієвий сплав дає змогу ефективніше використовувати алюміній, ніж при застосуванні чистого алюмінію: як розкислювача при виробництві сталі, як відновника металургійних процесів, при термічній зварці тощо. Наприклад, при ковшевому розкислюванні спокійних і легованих сталей малоефективне використання первинного та вторинного алюмінію, тоді як, з одного боку, воно супроводжується великими втратами від окислення, а з іншого - переходом у сталь шкідливих домішок, що містяться у вторинному алюмінії [4].
Можна, таким чином, описати позитивний вплив застосування силікоалімінієвих сплавів: їх введення в сталь дає змогу формувати в процесі розкислювання глобулярні неметалічні включення, які укрупнюються і спливають на поверхню металу, що забезпечує чистоту сталі по неметалічних включеннях, а великий ступінь засвоєння алюмінію й кремнію приводить до збільшення розкисленості сталі, при цьому витрата розкислювача стає меншою. Більш повно, на конкретних прикладах показана перевага використання феросилікоалюмінію як розкислювача сталі в роботі [5]. На жаль, цих данних недостатньо для виконання економічних розрахунків, підтвердження ефективності застосування цих сплавів, тим більше що відсутня оцінка якості сталі.
Найбільш перспективним напрямом робіт з отримання феросилікоалюмінію слід вважати освоєння вуглевідходів збагачувальних фабрик і вугільних порід, що накопичилися в обсягах десятків мільйонів тонн, у вугільних районах України й Казахстану. Цей напрям було вибрано ще у 1980-ті рр. російськими, українськими й казахськими феросплавщикамі. Це було пов'язано і з вирішенням екологічних проблем цих районів. На сьогодні проведені обстеження вуглевідходів близько десяти збагачувальних фабрик Донецької області на їх придатність для плавок феросилікоалюмінію [8], проведені дослідження з отримання з них брикетів та окатишів, проведені дослідно-промислові плавки з отримання з цієї шихти феросилікоалюмінію [9], виконані розрахунки ефективності виробництва й використання феросилікоалюмінію при виплавці стали [10]. Отримана промислова партія феросилікоалюмінію містить у середньому 12-17% алюмінію 50-60% кремнію, відповідає за складом тим сплавам, які були випробувані при розкислюванні сталі.
Дрібнодисперсні відходи вуглезбагачувальних фабрик містили 60% золи, 30% вуглецю, решта - леткі. Основні компоненти золи вуглевідходів: 56,58% SiO2, 25-27% Al2O3, 4,5% Fe2O3, решта - домішки оксидів натрію, калію, магнію, титану й інших елементів. Як сполучний матеріал при виготовленні брикетів та окатишів використовувався лігніносульфонат натрію. Виготовлення брикетів проводилося на валкових пресах Запорізького алюмінієвого заводу під тиском 12...15 МПА з подальшою сушкою при температурі 130 оС в тунельній печі. Виготовлення окатишів проводили на експериментальній базі інституту Механобрчермет. Механічна міцність брикетів нижча за міцність окатишів удвічі й більше, а при їх транспортуванні та перевалюваннях утворюється більше дрібняку. Економічна оцінка витрат на окускування показує, що при виготовленні окатишів вони будуть нижчі. Досвідчені плавки з брикетованої шихти дали можливість отримати феросилікоалюміній такого складу: 56...60%Si, 12...19%Al, 0,04%S, 0,038%Р, решта - залізо при витраті електроенергії 13.14 кВт • год/кг сплаву. Відсоток використання кремнію - 88,4, алюмінію -76,8. Дослідні кампанії з використанням окатишів проведені на печі потужністю 2,5 МВА Нікопольского заводу феросплавів. Серед-ньовзважений сплав: Si - 45%, Al - 12,1%, Р - 0,04%, S - 0,02%, решта - залізо. Середня витрата електроенергії - 12 320 кВт. • год/т, використання кремнію - 86,6%, алюмінію -71,5%. В останні зміни проведення кампанії витрата електроенергії склала 9800 кВт • год/т сплаву. При розрахунку витрат з виплавки феросилікоалюмінію на печах українських заводів як найближчий аналог за технологією взятий 65%-й феросиліцій. Коректування витрат проводилось по витраті електроенергії й вартості шихти для виплавки 65%-го феросиліцію та феросилікоалюмінію. Витрата електроенергії для виплавки фероси-лікоалюмінію взята 13 000 кВт • год, а для 65%-го феросиліцію - 7800 кВт • год. За цінами на сировину, електроенергію, оплату праці, накладних та інших витрат на 2004 р. ціна на феросилікоалюміній вищий за ціну на 65%-й ферсиліцій на 15,6%. Розраховані витрати при розкислюванні за традиційною технологією, використовуючи для цього вторинний алюміній і 65%-й феросиліцій, а також з використанням феросилікоалюмінію з 65%-ним феросиліцієм. Економічний ефект при другому варіанті розкислювання становить 10 грн на тонні сталі.
Велику роботу виконали казахські ферос-плавщики. З 2000 р. вони організували виробництво феросилікоалюмінію різних складів на печах від 1,2 МВА до 5 МВА на ВАТ "Іспат - Кармет" [2; 14], використовуючи як шихту кускові вугільні породи Екибастузького району. Техніко-економічні показники виплавки поліпшуються в міру вдосконалення технології. Освоєно близько 10 марок феросилікоалюмінію, що містить від 40-60% Si, 1025 алюмінію і знижені витрати електроенергії до 11 000...12 000 кВт • год на тонні сплаву.
Ними підібраний новий вид вуглистих порід і проведені компанії з виплавки феросилікоалюмінію із вмістом алюмінію 30-35%, а кремнію - 55...65%, призначеного для метало-термічних процесів, зокрема, виробництва феротитану [3]. Визначені як найбільш оптимальні для розкислювання сталі сплави марок ФС 60А20 і ФС55А15. Вони дають змогу при розкисленні сталі повністю замістити сплав ФС65 і скоротити витрату вторинного алюмінію марки АВ-87 з 1,4 кг до 0,7 кг на тонні сталі. Розкислені більше ніж 100 тис. тонн спокійних марок сталі Ст3СП і О9Г2С при введенні феросилікоалюмінію у ківш у кисневоконвертерному цеху АТ "Арсело Мітал Темертау". При зниженні чаду алюмінію збільшується його вміст у готовому металі в стабільних межах вище ніж 0,02%, що свідчить про глибоку розкисленість металу й поліпшення його механічної властивості. Ці результати можуть бути перераховані у вартісні показники і при застосуванні феросилікоалюмінію на інших підприємствах, які виробляють сталь за подібною технологією.
IV. Висновки
Таким чином, спостережувані тенденції з удосконалення технології виплавки феросилікоалюмінію свідчать про можливості розширення його виробництва при зниженні енергетичних витрат і використанні негодящої сировини. Технологічні особливості його виплавки визначатимуть як початкова сировина, так і цільове призначення сплаву. Як сировину можна використовувати як дрібнодисперсні складові (відходи вуглезбагачення) з попереднім окускуванням і кускові матеріали (вуглемісткі відвальні породи). Це негодяща сировина, ціна на яку буде не набагато вищою за витрати на його транспортування та навантажувально-розвантажувальні роботи. Витрати на виробництво феросилікоалюмінію визначатимуться в основному вартістю витраченої електроенергії, а ефект від використання - зниження витрат алюмінію сплаву порівняно з чушковим алюмінієм і підвищення якості сталі. Розрахунок слід виконувати для конкретного виробника сплавів, використовуваної сировини та споживача.
У нинішній економічній ситуації в Україні дефіцит різних видів ресурсів ще більше загострюється. Особливо це помітно на прикладі енергоносіїв. А ціна на вторинний алюміній порівняно із цінами 2004 р. збільшилася майже вдвічі. Зупинка алюмінієвого заводу ще більше погіршує баланс по алюмінію. У зв'язку із цим освоєння виробництва та використання феросилікоалюмінію для розкислювання сталі дало б змогу істотно знизити споживання алюмінію й отримати значний економічний ефект для металургійних підприємств.

Література
1. Беляев А.И. Електометалургія алюмінію / A.И. Беляев, М.Б. Рапопорт, Л.А. Фирсанова // Державне науково-технічне видавництво літератури по чорній і кольоровій металургії. - М., 1953.
2. Освоєння технології електротермічної виплавки феросилікоалюмінію з вуглевідхо-дів у ВАТ "Іспат - Кармет" / [С.О. Байсанов, М.Ж. Толимбеков, Г.Д. Такенов та ін.] // Сталь. - 2000. - № 7. - С. 28-30.
3. Нові види вугільних порід для виплавки феросилікоалюмінію / [С.О. Байсанов, М.Ж. Толимбеков та ін.] // Сталь. - 2008. -№ 8.
4. Гасик М.И. Теорія і технологія виробництва феросплавів / М.И. Гасик, Н.Н. Ля-кишев, Б.И. Емлин. - М. : Металургия, 1988.
5. Друннский М.І. Отримання комплексних феросплавів з мінеральної сировини Казахстанської РСР / М.І. Друннский, B.І. Жучков. - Алма-Ата, 1988. - С. 136.
6. Виробництво феросплавів / [В.П. Елютин, Ю.А. Павлов, Б.Е. Левин, Е.М. Алексеев]. - М., 1957. - 80 с.
7. Ємлин Б.І. Виплавка феросилікоалюмінію з високо зольних углей Екибастуза / Б.І. Ємлин, В.І. Манько // Сталь. - 1979. -№ 4. - С. 76.
8. Загальні вимоги до якості вуглевідходів, використовуваних для виплавки феросилікоалюмінію / [О.І. Літвіненко, В.О. Громов та ін.] // Металургія : наукові праці Запорізької державної інженерної академії. - Запоріжжя, 2003. - № 7.
9. Виплавлення феросілікоалюмінію з відходів збагачення вугілля / [О.І. Літвіненко, В.О. Громов, С.В. Янко, Е.С. Чуприна, Б.О. Трошенькін] // Металургія : наукові праці Запорізької державної інженерної академії. - Запоріжжя, 2004. - C.33-37.
10. Літвіненко О.І. Техніко-економічне обгрунтування виробництва та використання феросилікоалюмінію / О.І. Літвіненко, В.К. Станчевський, М.О. Панкова // Держава та регіони. Серія : Економіка та підприємництво. - 2009. - № 3. - С. 124-131.
11. Основи металургії. - М., 1963. - Т. 3 : Державне науково-технічне видавництво літератури по чорній і кольоровою металургії.
12. "Альфа-метал" "Продукція" // Металургія алюмінію : довідник / [І.А. Троцький, В .А. Железнов]. - 2007. - Розділ 11 : Комплексна переробка алюмінієвих руд.
13. Деякі аспекти виробництва і застосування комплексних феросплавів в металургії. Сталь № 5 / [С.О. Байсанов, М.Ж. Толымбеков, А.Б. Ахметов та ін.]. -2009.
14. Аналіз технологічності виплавки ФСА в електропечах 1,2...50 МВт / [А.Ф. Чекимбаєв, М.С. Алмагомедов, Н.З. Нургалі, С.О. Байсанов] // Технологія виробництва металів і вторинних матеріалів. -2007. - № 1.
15. Щедровицький Я.С. Складні крем'янисті сплави / Я.С. Щедровицький. - М. : Металургія, 1966.

Держава та регіони, Серія: Економіка та підприємництво 2010 р., № 3, с. 90-93


Больше научных статей можно найти на главной странице научной периодики Firearticles.com