Модернизация печей цеха спекания на базе АО «Алюминий Казахстана

 

 

          2 Генеральный план и транспорт

 

2.1 Выбор и  характеристика площадки

 

Для строительства проектируемого цеха выбираем площадку вблизи города Павлодара. Границами площадки служат с западной стороны –железнодорожная ветка, с северной стороны – основная железнодорожная магистраль «Астана-Новокузнецк», а восточная сторона является открытой.

Площадка расположена на землях, которые используются под огородные и другие сельскохозяйственные культуры.

К числу благоприятных факторов размещения площадки следует отнести возможность кооперирования с другими предприятиями по линии внешнего транспорта, водоснабжения, электроснабжения и строительства, а также водоснабжение осуществляется за счет естественных ресурсов реки Иртыш.

 

2.2 Характеристика  рельефа местности, грунтов, грунтовых вод и климата

 

Рельеф площадки равнинный, слабо холмистый, со следующими климатическими данными: среднегодовая температура составляет +15°С, с колебанием от 0,1 до 3,1°С. Продолжительность теплового периода 6 месяцев. Заморозки начинаются со второй половины сентября и заканчиваются в конце апреля , начале мая.

Максимальная температуры наблюдается в июле, до +41,1°С, минимальная в январе, до -46°С. Таким образом, амплитуда колебаний температур до 87°С. Нормативная глубина промерзания грунтов для района г. Павлодара определяется в соответствии с П-24 и примечанием 2Н и ТУ-127-55 в 2,5 метра. Среднегодовое количество осадков составляет 201,6 мм, где 169,9 мм из них жидких. Максимальная средняя высота снежного покрова 41 см, минимальная – 6 см.

Господствующее направление ветров юго-западного румба со средней скоростью 5,3 м/сек. Наблюдаются ветры штормового характера, когда скорость ветра достигает до 40 м/сек. Таким образом климат характеризуется как сухой, континентальный с холодной зимой и сильными ветрами.

По сейсмичности района г. Павлодар относится к четырех бальной зоне.

Водозабор на технологические и бытовые нужды осуществляется из реки Иртыш.

 

2.3 Состав генерального  плана, перечень всех зданий и  сооружений, их взаимоположение

 

В проектируемый цех входят два основных здания и система пылеулавливания.

В первом здании находятся загрузочный конец печи, куда подается шихта, а также бункер холодного стояка с элеватором.

Во втором здании расположены разгрузочный конец печи и пылеугольная система. Оба здания имеют длину 126 м, ширину 30 м и высоту 20 м.

Здания находятся напротив друг друга на расстоянии 90 м.

Печи находятся на открытом пространстве.

 

2.4 Основные планировочные решения, мероприятия по благоустройству и обслуживанию территории

 

Проектируемый цех окружен со всех сторон автомобильными дорогами так, чтобы можно было подъехать к любому месту. Возле дорог посажены газоны, за которыми в летний период производится систематический контроль. В зимний период регулярно производится чистка от снега как дорог, так и территории цеха. Кроме того производится уборка от мусора, пыли, грязи и т.д. Общая территория цеха имеет длину 210 м, а ширину 126 м.

 

 

 

2.5 Транспорт

 

Основной вид транспорта – грузовые автомобили, на которых транспортируется известняк и сода. Пульпа подается по трубопроводам. Использование других видов транспорта не имеет смысла.

 

3 Технологические  решения, обеспечение энергоресурсами

 

3.1 Сырьевая  база, характеристика сырья

Сырьевой базой АО «АК» являются Тургайское, Краснооктябрьское рудоуправления, расположенные на расстоянии 1050 км от г. Павлодара. Доставка до потребителя – железнодорожный транспорт. Положительным фактором рудников является то, что рудное тело находится на небольшой глубине, что позволяет производить добычу открытым способом. Отрицательным факторами является следующее:

1) нет сплошного массива  рудного тела, оно залегает в  виде разбросанных линзообразных  залежей, что усложняет разведку, добычу, доставку исходного сырья;

2) наличие грунтовых  вод усложняет добычу, транспортировку, отрицательно сказывается на  разгрузке, переработке сырья непосредственно  на заводе.

Тургайские бокситы мягкие, легко перерабатываемые, самодиспергирующие.

Краснооктябрьские бокситы (рудники Аятский, Белинский, Красногорский) более твердые. Кроме этого, в боксите Краснооктябрьского месторождения более высокое содержание органики и окиси углерода.

В целом, по металогическому составу бокситы подразделяются на каменистые, рыхлые, сухаристые и глинистые, и четко выраженных границ нет.

Состав каменистых бокситов – 6-78%; рыхлых – 2-51%; сухаристых – 2-46%; глинистых – 5-2%. Бокситы, как Тургайского, так и Краснооктябрьского месторождений относятся к типу гидраргилитовых (гиббситовых) бокситов А1(ОН)3.Породообразующие: –  гидраргилит (А1(ОН)3); каолинит (А12О3 2SiO2 2Н2О); окислы железа – Fe2O3; FеСО3(сидерит FеS2(пирит); СuFеS2(халькопирит).

Средний состав Тургайского и Краснооктябрьского рудников по компонентам:

 

Таблица 1 – Бокситы по компонентам

Бокситы по рудникам	А12О3	SiO2	Fe2O3	СО2	αk
Тургайский рудник	44,0	14,2	15,2	0,3	3,1
Краснооктябрьский:
Аятское месторождение	44,8	9,1	19,8	1,34	4,9
Белинское месторождение	42,4	8,9	19,8	1,11	4,8

 

Среднее содержание глинистой фракции 36-46%; Крупность боксита, поступающего с рудника – не более 300 мм. Удельный вес боксита – 2,6-2,8 т/м3; насыпной вес – 1,2-1,6 т/м3; влага – 17-21%.

3.1.1 Известняк. На приготовление  шихты для печей спекания используется  известняк Керегетасского месторождения. Известняк состоит в основном  из кальцита (от 95 до 98%) с примесью глины, доломита, кремнезема, окислов железа.

Химический состав и качество известняка должны соответствовать требованиям технических условий и заводской инструкции.

Физические свойства известняка:

– удельный вес от 2,5 до 2,7 т/м3;

– насыпной вес от 1,5 до 1,7 т/м3;

– влажность от 2 до 10%;

– крупность кусков не более 300мм;

– сода кальцинированная;

– используется для приготовления шихты для печей спекания;

– химический состав соды кальцинированной (в %);

– содержание углекислого натрия Na2CO3 – 90,6;

– содержание углекислого калия К2СО3 – 5,17;

– содержание сернокислого калия K2SО4 – 4,07.

Физические свойства соды технической:

– удельный вес – 2,5 т/м3;

– насыпной вес – от 1,3 до 1,6 т/м3;

– содержание влаги – до 1%;

– сода каустическая.

Вводится в процесс для частичного восполнения потерь щелочи в ветви Байера, не компенсируемых ветвью спекания.

Сода каустическая поступает на завод в твердом и жидком состоянии.

3.1.2 Топливо. Топливом для  печей спекания является уголь Шубаркольского месторождения. Рудное тело месторождения – цельное с глубиной залегания пласта 20 – 30 метров, мощность пласта до 30 метров. В рудном теле две прослойки породы мощностью 0,3 – 0,5 метров каждая. Месторождение угля по глубине углефикации и метаморфизму – молодое; малая глубина залегания пласта вызвала крайне удачное свойство, не характерное для молодых углей – пласт практически не содержит метана, а значит условия взрывоопасности углей достаточно мягкие. Суммарные запасы по месторождению – несколько миллиардов тонн. Добыча угля производится открытым способом.

Для печей спекания выполняется добыча селективным способом на зольность не выше 5-7%. Валовая зольность по всему месторождению около 17 %. Для месторождения с таким молодым углем соответствует высокая влага угля – около 14%, но эта влага в большей степени гигроскопическая, чем внешняя и, в силу этого, высокая влага не вызывает трудностей при переработке угля – подвижность и сыпучесть удовлетворительная, склонность к смерзанию в зимних условиях не отмечается.

3.1.3 Характеристики поступающего  угля. Марка – длиннопламенный (Д), рядовой. Состав угля: Wр = 14 %

Ас=5%; Сг = 77,5%;

Ог=15,2%; Nr=l,5%;

Нг = 5,4%; Sr = 0,4%;

Выход летучих Vг=44%;

Вид нелетучего остатка – слипшийся.

Состав золы:

SiO2=60,6%;                                           А12О3 = 22,3%;

Fe 2О3 = 5,5 %; MgO = 1,5 %;

СаО=1,7%; Na2O=l,0%.

Характеристические температуры золы:

T1=1100°C;

Т2=1420°С;

Т3 = 1440°С.

Уголь по способности к окислению и самонагреванию относится к IV группе – неустойчивые при хранении. Коэффициент размолоспособности Кло=1,3

3.1.4 Восстановитель. В качестве  восстановителя при приготовлении  шихты применяется либо антрацит, либо мелкие отсевы кокса. По  составу и химическим свойствам  оба продукта достаточно схожи. Основным технологическим требованием к восстановителю является минимальное содержание летучих, что предотвращает их выделение в отходящие газы и горение в холодных зонах печи и системе газоочистки.

Состав восстановителя: Wp=5,0%; Ap=4,0%;

Ср = 84,0%; Ор = 2,0%; Np = 1,0%;

Нр=3,0%; Sp = 1,0%;

Выход летучих Vr=2,0-7,0%.

3.1.5 Мазут.

 

Таблица 2 – Состав мазута

Показатели	Марка мазута
	М40	М100
Вязкость условная ВУ, не более при 80°С	8,0	15,0
Зольность, % не более	0,15	0,15
Содержание механических примесей, % не более	1,0	2,0
Содержание воды, % не более	2,0	2,0
Содержание серы, % не более Малосернистых	0,5	0,5
Сернистых	2,0	2,0
Температура вспышки °С не ниже, в открытом тигле	90	110
Теплота сгорания Q H Р ккал/кг	9700	9650

 

 

      

 

           3.2 Режим работы цеха и его производительность

 

Для металлургических предприятий цветной металлургии характерны непрерывно протекающие во времени многоступенчатые процессы производства, сочетающие механические и химические изменения предметов труда.

Технологические процессы в этой отрасли протекают с большими затратами тепловой и электрической энергии, характерны крупные агрегаты, требующие коллективного обслуживания, строгой согласованности в ходе протекания технологических процессов.

Павлодарский алюминиевый завод относится к предприятиям цветной металлургии с высокими материальными потоками и большим грузооборотом с привлечением крупногабаритных многотоннажных агрегатов и аппаратов.

Режим работы на предприятии непрерывный. Установлен двенадцатичасовой рабочий график. График выходов пяти сменный. Число рабочих бригад, обслуживающих в течении суток данное производство, две. Три бригады находятся на отдыхе.

 

3.3 Анализ научно-исследовательских  работ

 

Вопросам теории и технологии переработки красных шламов как сырья для производства железа и алюминия уделено значительное внимание. Предложены многочисленные способы использования красных шламов.

Спекая во вращающихся печах красный шлам с известняком и содой, вводимой в количестве, эквивалентном безвозвратным потерям щелочи во всем производственном цикле, можно достичь 90-95 % общего извлечения глинозема.

Нормальной дозировкой щелочи считалось:

Причем шихта с несколько уменьшенной против «нормальной» дозировкой соды – мало отличаясь по извлечению глинозема, явилась более выгодной с точки зрения расхода соды. Однако, указанная шихта оказалась несовершенной, так как введению в шихту соды в количестве, необходимом лишь для компенсации потерь ее байеровской ветви и ветки спекания, оказывается недостаточным для связывания всего оксида железа шлама в феррит натрия. В результате чего получается ненасыщенная шихта. В связи с этим и было предложено ввести в шихту дополнительное количество углекислого кальция для связывания оксида железа в феррит кальция и рассматривать такую ненасыщенную шихту как оптимальную для спекания высокожелезистых красных шламов.

Как показала практика, при освоении подобной технологической схемы возникли трудности – шихта оказалась легкоплавкой. Извлечение глинозема из полученных при этом спеков невысокое (80 %), что является следствием образования нерастворимых натриево-кальциевых силикатов и алюмоферритов кальция. Исследуя условия спекания шихты с пониженным щелочным и известковым отношением и установили, что она более эффективна. Однако при этом полного возмещения потерь щелочи не достигается. Ряд исследований предложили расширить температурный интервал спекообразования, снизить начальную температуру спекания и повысить извлечение глинозема и щелочей введением в шихту неорганических добавок: фторидов, сульфатов.