отчет по практике металлургия
Отчет по практике на металлургическом предприятии
Автор: Пользователь скрыл имя, 08 Мая 2013 в 15:59, отчет по практике
Описание работы
Содержание
Введение 3
Характеристика деятельности крупносортного цеха 4
Анализ производственно-экономической деятельности крупносортного цеха
Рекомендации для повышения эффективности деятельности 20
Заключение 26
Список использованных источников 27
Приложения 28
Работа содержит 1 файл
OTChET.docx
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уральский государственный экономический университет
Кафедра «Экономика предприятий»
о прохождении учебной практики
на нижнетагильском металлургическом комбинате
в крупносортном цехе
(место прохождения практики)
с 8 апреля по 6 мая 2013 г.
(срок прохождения практики)
Исполнитель: Кимбар Марина Станиславовна
Руководитель практики от кафедры:
Арбенина Татьяна Ивановна,
(Ф.И.Оученая степень, ученое звание, подпись)
Руководитель практики от организации:
Карпов Александр Михайлович
(должность, Ф.И.О, подпись)
« _______» _________________200 ___г.
Список использованных источников 27
ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» является одним из старейших предприяятий в российской металлургии. Годом образования предприятия считается 1940. В том же году была выплавлена первая сталь в мартеновском цехе Новотагильского завода. Завод разрастался, кооперировался, обрастал новыми производствами и в 1957 году стал комбинатом.
В настоящее время в состав НТМК входят коксохимическое, доменное, сталеплавильное, прокатное, кислородное производства.
Объектом прохождения практики является прокатное производство НТМК, а именно крупносортный цех.
Отчет состоит из 30 страниц, содержит 17 таблиц, 2 рисунка и 3 приложения
Состав оборудования цеха (схема цеха – см. приложение 1):
Оборудование крупносортного цеха размещено в трехпролетном здании, примыкающем к пролетам адьюстажа блюминга. В пролетах адьюстажа расположены загрузочные устройства и подводящие рольганги методических печей.
Для нагрева заготовок служат три четырехзонные методические печи с торцевой задачей и выдачей производительностью до 100 т/ч каждая. Методические печи отапливаются смесью коксового и доменного газов с возможностью добавления природного для повышения калорийности. Нагретые до 1190-1260°С заготовки по рольгангу подаются к обжимной клети.
Обжимная линия состоит из одной двухвалковой реверсивной клети «850» закрытого типа с главным приводом мощностью 4550 кВт. Прокатанные на обжимной клети за 5-9 проходов заготовки по рольгангу подаются к чистовой линии. Линия «650» состоит из двух трехвалковых клетей, приводимых в действие одним двигателем мощностью 4560 кВт и отделочной двухвалковой клети с приводом мощностью 2000 кВт.
Прокатанные полосы по рольгангу подаются на пилы горячей резки. На участке установлено шесть пил горячей резки.
Клеймение готового проката осуществляется вручную. Порезанные на пилах полосы рольгангами транспортируются на центральный холодильник, состоящий из шести секций. После остывания круги и квадраты выдаются на две сортоотделки и снимаются магнитными кранами.
Все фланцевые профили проходят правку на двух роликоправильных машинах консольного типа и, после рассортировки на сортоотделке №1 и сортоотделке №2, пакетируются пакетоукладчиками в пакеты массой до 5 тонн.
Дефектные полосы с сортоотделок снимаются магнитными кранами в штабель на участок доотделки, где пилой холодной резки дефекты удаляются.
Дефекты на круглой и квадратной заготовках удаляются на линии механизированной зачистки заготовки (ЛМЗ) или вручную пневматическими молотками и газовыми резаками на трех стеллажах вырубки. При обработке на ЛМЗ полосы по одной штанге дозатором задаются в косовалковую правильную машину (КВМ). Выправленные штанги подаются в светильный станок. После светления и осмотра УТК штанги подаются на горизонтально-фрезерные станки или на линию абразивной зачистки для удаления дефектов.
На участке рельсоотделки рельсы Р-33 проходят правку на прессе и в них сверлятся боковые отверстия.
Принятая УТК продукция поступает на склад готовой продукции и отгружается потребителям железнодорожным или автомобильным транспортом (сортамент КСЦ – см. приложение 2).
КСЦ является поставщиком готового проката для большого количества предприятий, как в России, так и за рубежом. Такие страны как, Украина, Турция, Казахстан, Таджикистан, Узбекистан приобретают в основном швеллеры, уголки. В России список предприятий-грузополучателей очень велик, здесь такие города как Ростов-на-Дону, Челябинск, Санкт-Петербург, Новосибирск, Омск и многие, многие другие.
Организационная структура КСЦ выглядит следующим образом:
Рисунок 1 – Организационная структура КСЦ.
Всего по штату: 466 человек,
в том числеРуководители – 27 человек,
Специалисты – 5 человек,
Служащие – 1 человек,
Рабочие – 433 человека.
15 01 01 – Металлургия черных металлов
Консультант от ОАО «ЕВРАЗ НТМК» С.П. Малинин
Руководитель от предприятия С.А. Федюнин
Руководитель от НТИ (ф) УрФУ К.Б. Пыхтеева
Консультант от НТИ (ф) УрФУ Б.С. Тлеугабулов
Группа ТВ-310603– МЧМ
1.ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ 4
2.ОГНЕУПОРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 9
3.КОКСОХИМИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО 12
4.ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО 14
5.СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО (КОНВЕРТЕРНЫЙ ЦЕХ) 16
5.1Конвертерное отделение 16
5.2Миксерное отделение 17
5.3Отделение внепечной обработки 17
5.5Отделение непрерывной разливки стали 18
5.6Производство транспортного металла. 18
5.7Производство осевой заготовки. 19
6.ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 20
6.1Цех прокатки широкополочных балок 20
6.2Рельсобалочный цех 21
6.3Крупносортный цех 23
6.4Колёсобандажный цех 24
6.5Колесопрокатный стан 25
6.6Бандажный стан 26
6.7Производство колёс 26
6.8Производство бандажей 27
6.9Шаропрокатный цех 27
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 35
Введение
Современный Нижнетагильский металлургический комбинат – одно из крупнейших промышленных предприятий России. В его составе – весь спектр переделов полного металлургического цикла и вспомогательных производств. Сортамент продукции комбината включает свыше 800 типоразмеров проката из более чем 150 марок стали. Комбинат перерабатывает железную руду Тагило – Кушвинского месторождения.
НТМК – пятый по величине металлургический комбинат в России, является дочерней компанией «Евразхолдинга». НТМК производит чугун, сталь и прокат. Особенностью комбината является использование ванадийсодержащих руд Качканарского горно-обогатительного комбината (также входит в Евразхолдинг), что позволяет выплавлять сталь повышенной прочности. Основные потребители продукции НТМК – предприятия строительной отрасли, РЖД и производители труб. В производстве широкополочных балок и колонных профилей комбинат не имеет конкурентов в России и странах СНГ. Объем производства в абсолютном выражении в 2004г. составил: 4,782 млн. т чугуна, 5,482 млн. т стали, 4,903 млн. т проката. Основные поставщики железорудного сырья для НТМК – Качканарский и Высокогорский ГОКи, контролируемые Евразхолдингом. Коксующиеся угли комбинату поставляет «Южкузбассуголь», также входящий в структуру Евразхолдинга.
Отчет по ознакомительной практике на ЗСМК
Министерство общего и профессионального образования
Сибирский государственный индустриальный университет
Кафедра литейного производства
по ознакомительной практике
от института: Лубяной Д. А.
от завода: Лубяной Д. А.
практики: 28.06.99. – 11.07.99.
2. Общая характеристика завода и его история…………………. 5
2.1 Источники сырья и топлива……………………………………..………..6
2.2 Основные виды продукции………………………………………. ……..6
2.3 Основные и вспомогательные цехи и их взаимосвязь………………….6
3.1 Характеристика сырых материалов доменной плавки и порядок их складирования………………………………………………………………
3.2 Рудный двор и доставка сырья к доменной печи……………………….9
3.3 Назначение и устройство воздухонагревателей………………………..11
3.4 Основные процессы в доменной печи…………………………………..11
3.5 Продукты плавки: чугун, шлак, газ……………………………………..12
3.6 Выпуск и уборка чугуна и шлака………………………………………..13
3.7 контрольно-измерительная аппаратура доменной печи и ее назначение.
3.8 Основные технико-экономические показатели работы цеха………. 15
4. Коксохимическое производство………………………..……. 15
4.1 Подготовка угля перед коксованием…………………………..……….16
4.3 Устройство коксовальных камер……………..………………………. 17
4.4. Металлургический и литейный кокс и его назначение……….……..18
4.5 Разгрузка коксовальной камеры, тушение кокса. Сортировка….…. 18
4.6 Побочные продукты коксохимического производства……………. 19
7.3 Смесеприготовительный участок………………………………………25
Введение
Цель ознакомительной практики – знакомство с работой металлургического комбината на примере Западно-Сибирского Металлургического Комбината.
В ходе практики мы познакомились с работой:
Ознакомились с функционированием данных цехов и их взаимосвязью.
Ниже приводится краткое описание работы этих цехов.
Общая характеристика завода и его история.
Вопрос о строительстве второго металлургического комбината в Сибири был выдвинут Серго Орджоникидзе в 1933 году после посещения Кузнецкого металлургического комбината. В 1957 году утверждено проектное задание на строительство комбината в районе г. Новокузнецка, на Антоновской площадке. В мае 1957 года началось строительство жилого поселка и промышленной базы. В 1961 году был заложен фундамент под коксовую батарею, которая 1 октября 1963 года выдала первый кокс. 27 июля 1964 года был получен первый чугун. Этот день считается днем рождения комбината.
В апреле 1970 года введен в эксплуатацию непрерывный заготовочный стан и замкнут металлургический цикл.
Комбинат оснащен агрегатами большой единичной мощности. Для интенсификации металлургических процессов применяются кислород и природный газ.
В июле 1986 года была получена 100 миллионная тонна стали, а в июне 1987 года 100 миллионная тонна чугуна.
Решением трудового коллектива Западно-Сибирский металлургический комбинат преобразован в акционерное общество открытого типа “Запсибметкомбинат”.
Крупнейший в Сибири Западно-Сибирский металлургический комбинат уже 30 лет является лидером в области производства стали и проката.
Источники сырья и топлива.
Кузбасс имеет не только прекрасно коксующиеся угли и руду, но и остальное металлургическое сырье: известняки, кварциты, доломиты и огнеупорную глину.
Основные партнеры по поставкам сырья:
АО Коршуновский ГОК
Основные виды продукции.
ЗСМК производит продукцию необходимую для поддержания собственного производства а также для других предприятий: кокс, сульфат аммония, угольный концентрат и т.д. Из выплавляемых чугуна и стали прокатное производство изготавливает: круг, арматуру, уголок, швеллер, балку, шахтную стойку. На метизном производстве изготавливается проволока.
Основные и вспомогательные цехи и их взаимосвязь.
шахтового типа проектной мощностью 950 тыс. тонн извести в год ; дробильно-сортировочной фабрики.
Имеет в своем составе цехи: два конверторных, подготовки составов, копровый, подготовки сталеплавильного производства, ремонта металлургических печей, смоломагнезитовый, ремонта сталеплавильного производства.
Конвертерный цех №1 оснащен тремя конвертерами емкостью по 160 тонн, второй – двумя конвертерами емкостью по 300 тонн. Общая проектная мощность конвертерных цехов – 6.9 млн. тонн стали в год.
В составе цехи – обжимной, среднесортный и мелкосортный, вальцетокарный. Обжимной цех состоит из блюминга 1300 и непрерывно-заготовочного стана 850/700/500. Проектная мощность – 6 млн. тонн в год.
В июне-ноябре 1980 года принят в эксплуатацию первый и второй под-этапы первой очереди комплекса сталепроволочного цеха проектной мощностью 275 тыс. тонн проволоки обыкновенного качества в год.
Внутренний заводской транспорт.
Рельсы, автодороги, трубопроводы и конвейеры связывают между собой отдельные звенья производства; протяженность железнодорожных путей 400 км, конвейерных – 90 км. Перевозка грузов в вагонах составляет 60 млн. тонн в год. Объем автомобильных перевозок – 20 млн. тонн. Опытные специалисты обеспечивают безупречную работу транспорта.
Таблица 1. Устройство и связь цехов.
Доменный цех.
Характеристика сырых материалов доменной плавки и порядок их складирования.
К сырым материалам металлургического производства прежде всего относят руды, топливо и флюсы. На практике приходится иметь дело с магнитной окисью железа Fe3О4 (72,4 % Fe), безводной окисью железа Fe2О3 (70 % Fe) и водной окисью железа Fe2О3·тН2О, соединениями железа с двуокисью углерода FeСО3 (48,3 % Fe).
Рудный двор и доставка сырья к доменной печи.
Запасы сырых материалов создаются на складе, называемом рудным двором, который находится вблизи доменного цеха. На этом дворе складируют кусковую руду или окатыши, а также флюсы. С одной стороны рудного двора находится разгрузочная эстакада, а с другой стороны бункера для приема шихты. Материалы доставляются на разгрузочную эстакаду в саморазгружающихся вагонах. Иногда для разгрузки предусматривают вагоноопрокидыватели, применение которых позволяет полностью механизировать разгрузку материалов. Руду, добавки, флюсы, окатыши, агломерат, и кокс подают к печи разными способами. В соответствии с этим следует различить три подачи шихты.
Первый поток – подача прочных железорудных материалов, привозимых со стороны (железной руды, окатышей, известняка, марганцевой руды).
Второй поток – подача агломерата с аглофабрики.
Третий поток – подача кокса при помощи транспортера.
Устройство доменной печи.
Доменная печь заключена в металлический кожух толщиной 20 – 25 мм в верхней части и 35 – 40 в нижней, состоящий из ряда цилиндрических и конических поясов. Кожух выполняют цельносварным. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая холодильниками. Материал на колошник подают при помощи транспортера. Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат состоящей из большого и малого конуса с приемной воронкой. Для равномерного распределения шихты малый конус вращается вокруг своей оси, которой опускается в межконусное пространство. Большой конус опускается в доменную печь. Наличие двух поочередно опускающихся конусов обеспечивает герметизацию колошника при загрузки шихты. В нижней части печи находятся фурменные устройства через которые подается нагретое дутье и добавки газообразного, жидкого или пылевидного топлива. Жидкие продукты плавки непрерывно стекают вниз в горн печи, в которой расположены летки для выпуска чугуна и для выпуска шлака. Через эти летки периодически выпускают продукты плавки. Таким образом, процессы в печи и подача шихты происходят непрерывно, а выпуск чугуна и шлака – периодически.
Назначение и устройство воздухонагревателей.
Для подачи в доменную печь дутья и его сжатия применяют воздуходувные машины различных типов. В настоящее время в качестве дутья и его сжатия применяют воздух, обогащенный кислородом.
Наружный диаметр воздухонагревателя равен 9 м, высота до верха купола составляет 36 м. Верхнюю часть насадки и купол выкладывают из высокоглиноземистого кирпича или динаса, а нижнюю часть – из шамотного кирпича. Толщина насадочного кирпича составляет 40 мм.
Следует различать газовый и воздушный периоды работы воздухонагревателя. В газовый период осуществляется нагрев насадки продуктами сжигания газа, а в воздушный период нагревается дутьё за счет охлаждения насадки. По мере охлаждения насадки воздухонагревателя температура горячего воздуха, выходящего из него, падает. Это недопустимо для нормальной работы доменной печи, поэтому воздух нагревают до более высокой температуры, чем это необходимо, и к нему подмешивают, используя автоматическое дозирование, требуемое количество холодного воздуха, чтобы поддерживать температуру дутья постоянной.
Основные процессы в доменной печи.
В соответствии с основными закономерностями процесса восстановления окислов железа, выявленными академиком А.А. Байковым высший окисел железа Fe2О3 превращается в железо последовательно через промежуточные окислы. Железо, восстановленное в доменной печи, поглощает углерод и другие элементы, образуя чугун.
В чугун в небольших количествах переходят на разных горизонтах печи другие восстановленные элементы (кремний, марганец, фосфор, и в некоторых случаях ванадий, мышьяк, хром, никель, мель), а также сера.
При современной доменной плавке установлено следующее % содержание углерода: в ферросилиции составляет около 2 %, в литейном чугуне – 4 %, в передельном чугуне – около 4,5 % и в ферромарганце – около 7 %.
Продукты плавки: чугун, шлак, газ.
Состав чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов технологический режим плавки. Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют три основных вида:
Передельный: предназначается для дальнейшего передела в сталь;
Литейный: используемый после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки чугунных изделий;
Доменные ферросплавы, используемые в качестве раскислителей или присадки сталеплавильном и чугунолитейном производствах.
Выплавка в доменных печах неизбежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из флюсов, золы кокса и железосодержащих материалов. Обычно при выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,3 – 0,6 т на 1 т чугуна.
Газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть – колошник, называют колошниковым. Он состоит из СО, СН4., Н2, СО2 и N2. После очистки от содержащейся в нем пыли, газ используют как топливо для нагрева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, коксовых батарей, для отопления котлов и других целей. Горючими компонентами в газе являются СО, СН4. и Н2., которого больше 50 %.
Выпуск и уборка чугуна и шлака.
Чугун после отделения от него шлака стекает по желобу в чугуновозные ковши. Специальный передвижной желоб позволяет направлять чугун с одного ковша в другой.
Для перевозки чугуна применяются чугуновозы. Пока еще широко распространены ковши с грушевидными чашами емкостью 90 – 140 т, но в последнее время стали применять сигарообразные ковши емкостью 150 – 420 т. Использование таких ковшей позволяет отказаться от поворотных желобов в сталеплавильных цехах в качестве промежуточных емкостей.
На ленте машины крепятся около 300 мульд, и масса получаемых чушек чугуна составляет 45 кг. Скорость движения конвейера выбирают из условия затвердевания чугуна, она равна примерно 10 м /мин. Суточная производительность двух ленточной машины около 2000 т. чугуна.
Шлак иногда выпускают не только вместе с чугуном, но и через шлаковые летки. Для закрывания и открывания шлаковых леток применяют дистанционно управляемые шлаковые стопоры рычажной конструкции обычно с пневматическим приводом. Рабочим органом стопора является стальная пробка, которая плотно закрывает охлаждаемую водой фурмочку. Шлак из печи, как верхний, так и нижний, стекает по желобам в специальные устройства так называемой припечной грануляции или же в шлаковозы, в которых его вывозят дальнейшей переработки.
Контрольно–измерительная аппаратура доменной печи и ее назначение.
В настоящее время разработаны и внедряются различные новые приборы для контроля доменного процесса и автоматизации отдельных операций. В частности, освоено автоматическое регулирование дутья, подаваемого на каждую фурму, автоматическое управление процессом вращения распределителя шихты по температуре газов в нескольких точках периферийных зон колошника, непрерывное измерение температуры выпускаемого чугуна, изменение температуры очагов горения топлива у фурм.
Существенное значение имеют приборы, служащие для непрерывного контроля состава доменного газа. Разработаны и проходят проверку различные схемы автоматического управления доменным процессом, включающие математическую обработку счетно-решающими машинами показаний приборов и автоматизацию отдельных узлов контроля регулирования: распределение потока газа по радиусу колошника, сход шихтовых материалов, тепловое состояние отдельных зон печи, распределение потока газа по окружности печи.
Большое значение имеют автоматические устройства, регистрирующие основные параметры доменного процесса. Устройства подобного рода осуществляют последовательный опрос измерительных приборов, передают измеренные и преобразованные величины в запоминающее, а затем на печатающее устройство.
Основные технико-экономические показатели работы цеха (К.И.П.О. расход сырья и топлива, себестоимость чугуна).
Важнейшим показателем доменной плавки, характеризующим экономичность работы печи, служит удельный расход кокса. Его величина не только непосредственно влияет на производительность печи, но и показывает использование химической и тепловой энергий топлива в рабочем пространстве печи. Почти все мероприятия, осуществляемые в доменном производстве, находят свое отражение в удельном расходе кокса. На лучших доменных печах в настоящее время расход кокса достигает 360 – 400 кг/т.
Коксохимическое производство
Главным потребителем кокса является черная металлургия. На доменные печи поступает до 80% кокса, на литейные цели затрачивается до 10% кокса, 6% идет для получения цветных металлов и в химическую промышленность, 4% на прочие цели.
Получают кокс на коксовой батарее методом термодиструкции при температуре более 1200 О С из концентратов коксующихся углей.
Подготовка угля перед коксованием
Угольная шихта, которая перерабатывается на коксохимических заводах, составляется на 100% из обогащенных углей, поступающих с предприятий угледобывающей промышленности. При обогащении улучшаются технологические свойства угля, его спекаемость и коксуемость, уменьшается (на 15-25%) содержание серы, снижается зольность шихты. В результате обогащения повышается спекаемость углей и шихты. Таким образом, обогащение углей и шихт является важнейшим и необходимым моментом подготовки углей к коксованию.
Процессу обогащения предшествует предварительное дробление, классификация по крупности (грохочение), обеспыливание (дешламация), то есть выделение мелких классов крупности частиц размером 25 мм., называется металлургическим. Металлургический кокс предназначен для выплавки чугуна в доменных печах. В доменном процессе кокс является основным источником тела и источником получения восстановителя оксидов железа. В общем требования к качеству кокса могут быть сформулированы следующим образом: кокс должен иметь минимум влаги, минеральных веществ, серы, определенный уровень прочности, оптимальный гранулометрический состав.
Литейный кокс предназначен для плавки чугуна и других материалов в вагранках. Важнейшими показателями качества литейного кокса являются его прочность и гранулометрический состав. Прочность литейного кокса должна быть высокой, особенность прочность кусков, чтобы он не разрушался в вагранке. Истираемость кокса может быть меньше, чем у доменного кокса, так как вагранка значительно ниже и меньше доменной печи. Зольность и сернистость литейного кокса должны быть меньше, чем у доменного кокса (соответственно
Отчет по практике по металургии
Пример отчета по учебной практике студента 3 курса специальности «Металлургия» Инновационного Евразийского Университета.
Содержание
Введение
1. Характеристика сырья и готового продукта
2. Теоретические основы технологического процесса
Заключение
Список использованных источников
Введение
В земной коре алюминия очень много: 8,6% по массе. Он занимает первое место среди всех металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца вместе взятых! Как писал более 100 лет назад в своем классическом учебнике «Основы химии» Д.И.Менделеев, из всех металлов «алюминий есть самый распространенный в природе; достаточно указать на то, что он входит в состав глины, чтоб ясно было всеобщее распространение алюминия в коре земной.
Важнейший минерал алюминия – боксит, смесь основного оксида AlO(OH) и гидроксида Al(OH)3. Крупнейшие месторождения боксита находятся в Австралии, Бразилии, Гвинее и на Ямайке; промышленная добыча ведется и в других странах. Богаты алюминием также алунит (квасцовый камень) (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3, нефелин (Na,K)2O·Al2O3·2SiO2. Всего же известно более 250 минералов, в состав которых входит алюминий; большинство из них – алюмосиликаты, из которых и образована в основном земная кора. При их выветривании образуется глина, основу которой составляет минерал каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O. Примеси железа обычно окрашивают глину в бурый цвет, но встречаются и белая глина – каолин, которую применяют для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий.
Изредка встречается исключительно твердый (уступает лишь алмазу) минерал корунд – кристаллический оксид Al2O3, часто окрашенный примесями в разные цвета. Его синяя разновидность (примесь титана и железа) называется сапфиром, красная (примесь хрома) – рубином. Разные примеси могут окрашивать так называемый благородный корунд также в зеленый, желтый, оранжевый, фиолетовый и другие цвета и оттенки.
Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978 в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий – в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). В лунном грунте, доставленном на Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружить самородный алюминий. Предполагают, что металлический алюминий может образоваться конденсацией из газа. Известно, что при нагревании галогенидов алюминия – хлорида, бромида, фторида они могут с большей или меньшей легкостью испаряться (так, AlCl3 возгоняется уже при 180° C). При сильном повышении температуры галогениды алюминия разлагаются, переходя в состояние с низшей валентностью металла, например, AlCl. Когда при понижении температуры и отсутствии кислорода такое соединение конденсируется, в твердой фазе происходит реакция диспропорционирования: часть атомов алюминия окисляется и переходит в привычное трехвалентное состояние, а часть – восстанавливается. Восстановиться же одновалентный алюминий может только до металла: 3AlCl ® 2Al + AlCl3. В пользу этого предположения говорит и нитевидная форма кристаллов самородного алюминия. Обычно кристаллы такого строения образуются вследствие быстрого роста из газовой фазы. Вероятно, микроскопические самородки алюминия в лунном грунте образовались аналогичным способом.
Название алюминия происходит от латинского alumen (род. падеж aluminis). Так называли квасцы, двойной сульфат калия-алюминия KAl(SO4)2·12H2O), которые использовали как протраву при крашении тканей. Латинское название, вероятно, восходит к греческому «халмэ» – рассол, соляной раствор. Любопытно, что в Англии алюминий – это aluminium, а в США – aluminum.
1. Характеристика сырья и готового продукта
Важнейшей алюминиевой рудой в глиноземном производстве являются бокситы. Бокситы как сырье впервые были обнаружены во Франции в 1821 г. около города Бо, откуда и возникло их название. Боксит – это сложная горная порода, состоящая из оксидов и гидроксидов алюминия, железа, кремния и титана. В качестве примесей в них присутствуют карбонаты кальция, гидросиликаты, сульфиды и органические соединения.
Основными глинозем содержащими минералами бокситов являются гиббсит (гидраргиллит), бемит и диаспор. Однако мономинеральные бокситовые руды в природе встречаются редко, гораздо чаще встречаются руды смешанного типа – гиббсит-бемитовые или диаспор-бемитовые. По внешнему виду бокситы напоминают глину, хотя от нее отличаются существенно, т.к. в их основе находятся гидроксиды алюминия. В пересчете на Al2O3 в боксите содержится Al2O3 от 30 до 80 %, Fe2O3 – от 0 до 50 %, SiO2 – от 0 до 20 %, TiO2 – от 0 до 10 %. Выделяют два генетических типа месторождений боксита:
Остаточные образуются из различных алюмосиликатных пород в процессе их выветривания. Они легко подвергаются обогащению промывкой. Основные мировые залежи бокситов являются остаточно-хемогенными.
Осадочные месторождения образуются в результате накопления продуктов химического и механического выветривания, в котлованах различного происхождения. К этому типу бокситов относят большинство месторождений бокситов. Залежи бокситов осадочного типа более сложные. Они часто состоят из одного или нескольких слоев, отличающихся по качеству. Часть бокситов в них может быть замещена бокситовыми или обычными глинами. Такие бокситы более трудно поддаются механическому обогащению. Производство глинозема во всем мире осуществляется преимущественно из высококачественных бокситов гиббситового или гиббсит-бемитового типа, которые перерабатываются по способу Байера. Качество боксита и способ его дальнейшей переработки определяется следующей характеристикой (кремневый модуль): MSi = Al2O3/SiO2
Глинозём – Al2O3 белое кристаллическое вещество. Известен в виде двух модификаций альфа (корунд) и гамма глинозёма. Корунд встречается в горных породах в виде бесцветных кристаллов. Однако чаще всего природный корунд загрязнён магнетитом, гематитом, кварцем и др. Кристаллы альфа Al2O3 окрашены в красный цвет (рубин), в синий (сапфир), являющихся драгоценными минералами. Глинозём гамма модификации в природе не встречается и образуется при обезвоживании гидроокисей в температурном интервале 500 – 900 градусов Цельсия. При нагревании от
900 – 1200 он превращается в альфа Al2O3.
Глинозем обладает следующими химическими свойствами:
солеобразующий оксид, практически не растворим в кислотах, растворяется только в расплавах и горячих растворах щелочей, температура плавления 2044 градуса. Также известны электропроводные свойства глинозема: является полупроводником n-типа, диэлектрическая проницаемость от 9,5 до 10, электрическая прочность – 10 киловольт на миллиметр.
Сырье для получения глинозема
Сырьем для получения глинозема служат следующие минералы и руды: алуниты, каолины, нефелины и бокситы. Но, в основном, при производстве глинозема предпочтение отдают бокситам.
При равном содержании алюминия ценность боксита в основном зависит от следующих факторов (расположенных примерно по степени важности):
1) от сорта гидроокиси алюминия, входящей в состав боксита; по возрастанию трудностей переработки бокситы в этом отношении ложно расположить в ряд:
а.) гиббситовые (или гидраргилитовые), содержащие гидроокись алюминия в виде Al(OH)3 б) гиббсит — бемитовые; в) бемитовые AlООН; г) бемит — диаспоровые; д) диаспоровые (перекристаллизованная AlООН);
2) от содержания кремнезема (SiO2), при удалении которого из боксита определенная часть гидрата окиси алюминия вместе с ней уходит в отвал и теряется;
3) от содержания окиси титана (TiO2), образующей очень твердые осадки на теплообменных поверхностях аппаратуры и, тем самым, увеличивающих энергетические затраты;
5) от содержания серы, загрязняющей глинозем и понижающей, тем самым, качество алюминия;
6) от содержания органических веществ, замедляющих рост кристаллов гидроокиси алюминия и, тем самым, снижающих производительность завода;
7) от геологического возраста бокситов: древние бокситы имеют более высокую твердость и требуют при переработке больших затрат энергии, чем геологически молодые бокситы; как говорят они являются более трудновскрываемыми.
Чрезмерное содержание любых других примесей также является вредным и приводит к повышению затрат на производство глинозема.
Наблюдается связь между возрастом и типом бокситов: молодые, более мягкие бокситы обычно являются гиббситовыми, наиболее древние — твердые бокситы — относятся к диаспоровым, а бемитовые и прочие занимают по возрасту и твердости промежуточное положение. В связи с этим существенно различаются условия переработки бокситов. Наиболее дешевым при равных затратах на добычу и транспортировку является глинозем, полученный из гиббситовых бокситов, наиболее дорогим — из диаспоровых.
2. Теоретические основы технологического процесса
Получение глинозема из руд осуществляется тремя основными способами: электролитическим, кислотным и щелочным.
Наиболее распространённым способом получения глинозема является щелочной метод Байера, в ходе которого оксид алюминия добывается из бокситов высокого сорта.
Полученный глинозем представляет собой бесцветный кристаллический порошок с высокой способностью поглощать влагу.
Необходимым условием производства глинозема является контроль и соблюдение параметров веществ и процессов на всех этапах производства, начиная от подачи в него боксита и кончая выгрузкой готового глинозема. К ним, в частности, относятся: тонкость помола, концентрация щелочи, температура, давление, расход жидких и твердых веществ, расход энергоносителей и их параметры, крупность затравки и многое другое. Получают эти данные еще на стадии проектирования завода посредством многочисленных теоретических расчетов и экспериментальных проверок и корректируют их после пуска производства. Контроль за соблюдением технологии осуществляется постоянно специально лабораторией, а соблюдение условий производства является основной функцией инженерно-технического персонала и рабочих
Когда же алюминий начали получать электролизом, то криолит составил главную часть расплава. В небольших количествах его применяют и в некоторых других производствах: в стекольном — при изготовлении молочного стекла, в керамическом — для приготовления эмалей. Криолит является также хорошим плавнем при выплавке меди из руд. Глыбы его, добываемые на разработках в Гренландии, подъемными кранами загружают в трюмы судов и отправляют преимущественно в Данию и США. Бурный рост алюминиевой промышленности потребовал больших количеств криолита. Гренландского \»ледяного камня\» давно уже не хватает, чтобы удовлетворить растущие потребности алюминиевого производства в разных странах. Химики разработали способы получения криолита искусственным путем, поэтому природный минерал потерял свое былое значение.
Технология получения глинозема. Способ Байер
Способ Байера – это гидрохимический способ получения глинозема из бокситов. Этот способ был открыт в России Карлом Иосифовичем Байером в 1895-1898 гг. Большой вклад в разработку способа, особенно для выщелачивания бокситов диаспор-бемитового типа, внесли ученые Д.П.Манойлов, Ф.Н.Строков, Ф.Ф. Вольф, И.С. Лилеев, С.И. Кузнецов и др. В настоящее время более 95 % глинозема получают способом Байера.
Способ Байера основан на свойстве алюминатных растворов находиться в метастабильном (относительно устойчивом) состоянии при повышенных температурах и концентрациях (Na2OK и Al2O3) и на самопроизвольном разложении (гидролизе) растворов с выделением в осадок гидроксида алюминия с понижением температуры и концентрации Na2OK. Суть способа Байера состоит в выщелачивании предварительно измельченного боксита щелочно-алюминатным раствором и дальнейшем выделении из раствора гидроксида алюминия. Алюминийсодержащие минералы взаимодействуют с раствором каустической щелочи (NaOH), в результате чего алюминий переходит в раствор в виде алюмината натрия, т.е происходит растворение минералов боксита в щелочном растворе и разложение насыщенного алюминатного раствора. Технологические параметры способа Байера (температуры, концентрации растворов и т.д.) могут колебаться в относительно большом диапазоне, в зависимости от типа и качества боксита. Боксит поступает на предприятие железнодорожным транспортом. Крупность кусков боксита определяется техническими условиями (ТУ) или по договору поставки и составляет порядка ≤300 мм. Разгрузка боксита осуществляется роторным вагоноопрокидывателем. Выгруженный боксит попадает в приемные бункера, откуда пластинчатыми питателями тяжелого типа подается на молотковые дробилки крупного и щековые дробилка среднего дробления – происходит дробление боксита. Дробленый материал системами транспортеров распределяется по закрытым складам. Поступающий на склад боксит смешивают с небольшим объемом оборотного щелочного раствора (ж:т = 0,8‑1,9 — такое низкое отношение обеспечивает максимальную ее производительность), добавляют 3-5 % извести и направляют в мельницу мокрого размола. В промышленности применяют сухой и мокрый размол. Плюсы мокрого размола в том, что исключается необходимость сушки материала, повышается производительность, облегчается загрузка/разгрузка, упрощается транспортировка готовой пульпы по трубопроводам, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. При мокром размоле помимо измельчения боксита в оборотном растворе также осуществляется начальное растворение минералов боксита и начинают протекать реакции обескремнивания, которые продолжаются в мешалках готовой пульпы.
Рассмотрим устройство мельницы, она состоит из барабана, крышек, и зубчатого венца. Внутреннюю поверхность футеруют плитами. Через горловину руда или пульпа поступает в мельницу, при вращении мельницы шары, находящиеся внутри, центробежной силой прижимаются к стенкам барабана, поднимаются на некоторую высоту, а затем под действием собственного веса падают, оказывая на материал ударное и истирающее действие, этому способствует также профильная футеровка. Слив осуществляется через горловину. Скорость вращения барабана составляет 20-30 оборотов в минуту. Объем шаров (шаровая нагрузка) мельницы составляет 40-50 % от объема барабана. После измельчения получается бокситовая пульпа, которую отправляют на следующую операцию выщелачивания. Но прежде продукционная, сырая пульпа перед подачей в автоклавные отделения выдерживается в мешалках сырой пульпы от 40 минут до 8часов, где происходит усреднение ее состава и частичное обескремнивание при t = 100-105 °С. Этим достигается меньшее зарастание накипью трубок подогревателей, через которые пульпа проходит в автоклавы. Также в этих мешалках, при необходимости, производится обработка пульпы воздухом для окисления сульфидной серы, при содержании последней сверх установленных количеств.
Выщелачивание боксита – одна из основных операций способа Байера, целью которой является перевод соединений алюминия в раствор в виде алюмината натрия. Это достигается обработкой измельченного боксита оборотным щелочным раствором. Автоклав – сосуд для проведения химико-физических превращений, происходящих при высоких температуре и давлении.
Рассмотрим автоклав, который применяется в глиноземном производстве с перемешиванием и обогревом греющим паром. Автоклавы делают сварными из углеродистой стали. Снизу в автоклав через барбатер подается греющий пар под давлением 28-30 атм. и t = 300 °С. Пар конденсируется и нагревает бокситовую пульпу до 220-240 °С, при такой t пульпа выщелачивается в течение 2 — 2,5 часов. Пульпа нагнетается в автоклав с помощью насосов, проходит процесс выщелачивания, за счет перепада давления пульпа выдавливается из автоклава по внутренней трубе и подается в следующий автоклав для продолжения процесса выщелачивания. Обычно используют батарею состоящую из 8-12 последовательно соединенных автоклавов, первые два обогреваются паром, остальные реакционные, без барбатера. Наличие крупных частиц, движущихся с относительно низкой скоростью, приводит к забиванию автоклавов песками. Необходимость дополнительного измельчения руды усложняет аппаратурно-технологическую схему ее переработки. Поэтому требуется технико-экономический анализ основных переделов цикла Байера применительно к обращенному потоку, чтобы сделать окончательный вывод о целесообразности применения этой технологии. Процесс переработки глиноземсодержащих руд связан с большим потреблением пара, поэтому для экономии пара решающее значение имеет регенерация тепла. В схемах применяемых для регенерации тепла используют теплообменники, соединенные последовательно или параллельно.
Кожухотрубный теплообменник состоит из: корпуса, крышек, подводящих и отводящих патрубков, пучков труб и трубных решеток. В глиноземном производстве для подогрева сырой пульпы применяются подогреватели (теплообменники): трубчатые, кожухотрубные с неподвижными трубными решетками. Греющий пар из сепараторов подается в межтрубное пространство подогревателя и конденсируется, пульпа движется по трубкам, выделяющееся при конденсации тепло через стенки трубок передается пульпе. Таким образом, происходит нагрев пульпы. Сепараторы служат для снижения давления выщелоченной пульпы, выходящей из последнего автоклава батареи.
После выщелачивания бемитовых и диаспоровых бокситов автоклавную пульпу (Na2OК ≥ 280 г/л, αк = 1,6-1,7 и ж:т = 10:1) необходимо разделить на алюминатный раствор и твердую фазу – красный шлам (то, что не растворилось при выщелачивании + ГАСН). Процесс осуществляется за счет сгущения (отстаивания) красного шлама в непрерывно действующих аппаратах – сгустителях.
Сгуститель представляет собой металлический, цилиндрический чан с коническим дном. В центре чана смонтирован грибковый механизм, с помощью которого осевший шлам перемещается к разгрузочному отверстию, расположенному в центре днища сгустителя. Грибковый механизм состоит из вертикального вала, а вал приводится во вращение с помощью привода. Исходная пульпа поступает в загрузочный стакан и с убывающей скоростью растекается к стенкам аппарата, происходит оседание частиц шлама на дно сгустителя в нижней части аппарата. Красный шлам грибками перемещается к центру и разгружается через центральный патрубок, осветленный раствор перетекает через внутренний борт и по кольцевому желобу, между ним и стенками чана стекает в трубу и отводится из аппарата.
Алюминатные растворы после контрольной фильтрации с концентрацией Al2O3 120-150 г/л и αК = 1,5-1,75 охлаждают до 50-75 °С и направляют на декомпозицию. Декомпозиция – это процесс кристаллизации гидроксида алюминия при разложении пересыщенного алюминатно-щелочного раствора. В процессе декомпозиции получают гидроксид алюминия и маточный раствор. Декомпозиция является наиболее важной стадией при производстве глинозема по способу Байера, поскольку от физико-химических свойств полученного гидроксида алюминия непосредственно зависит качество глинозема, а производительность этой стадии определяет экономику всего глиноземного производства. Рассмотрим устройство и принцип работы декомпозера. Декомпозеры предназначены для операции разложения алюминатного раствора в присутствии затравки с выделением в твердую фазу дисперсного гидроксида алюминия, с получением жидкой фазы определенного химического состава. Корпусом декомпозера с воздушным перемешиванием служит цилиндрический стальной резервуар с коническим днищем, плоской крышкой и вытяжной трубой. Для перемешивания пульпы в декомпозере устанавливается центральный аэролифт (воздушный подъемник) расположенный на одной оси с декомпозером. Внутри аэролифта размещается центральная воздушная труба, верхний конец которой соединен с коллектором сжатого воздуха. Перемешивание пульпы в декомпозере производится при помощи сжатого воздуха. В декомпозере расположен транспортный аэролифт представляет из себя вертикально опущенную трубу, внутри которой находится труба меньшего диаметра, для подачи сжатого воздуха. Верхний конец аэролифта, в отличие от центрального выходит на крышку декомпозера и соединен с транспортным трубопроводом. Количество воздуха подаваемое на аэролифт регулируется в автоматическом режиме в зависимости от уровня пульпы в декомпозере. Воздушно-пульповая смесь поднимается вверх, в пространстве между трубами циркулирует вода, для охлаждения пульпы. Воздушное охлаждение осуществляется естественным путем как через стенки декомпозера, так и с помощью вытяжной трубы, врезанной в крышку декомпозера, через которую отводят избыточный воздух. Движение пульпы обозначено стрелками, обработанная пульпа выходит по трубе, а часть пульпы по центральному аэролифту продолжает циркулировать в аппарате.
Для подготовки маточного раствора после декомпозиции к выщелачиванию новой порции боксита из процесса должна быть выведена вода, добавленная ранее для разбавления вареной пульпы. Количество воды, которую надо выпарить, примерно соответствует разности между объемами алюминатного и оборотного растворов. Упариванием (или выпариванием) называют процесс концентрирования жидких растворов путем частичного удаления растворителя (воды) испарением при кипении жидкости. Для упаривания растворов обычно используют тепло водяного пара, который называют первичным или «острым» паром. Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называют вторичным или паром самоиспарения. Для процесса используют выпарные аппараты. Рассмотрим одну из конструкций выпарного аппарата пленочного типа. Исходный раствор подается сверху через патрубок в верхнюю растворную камеру, для равномерного распределения раствора применяют форсунки. Для создания пленочного движения раствора по трубам используются различные оросительные устройства и специальные насадки в каждой трубе. Раствор распределяется таким образом чтобы он стекал в виде тонкой пленки по внутренней поверхности стенок труб. Греющий пар подается в межтрубное пространство греющей камеры, нагревает через стенки трубок раствор, конденсируется. Конденсат отводят из аппарата. Пленка раствора внутри труб закипает и частично испаряется, образуя вторичный пар, который движется вдоль труб вниз. Из трубок в нижнюю растворную камеру выходит парожидкостная смесь, состоящая из капелек раствора и вторичного пара, часть выпаренного раствора отводится из нижней растворной камеры. Далее парожидкостная смесь поступает в сепаратор, Капельки раствора оседают на поверхности стенок, стекают в нижнюю часть и отводятся, вторичный пар выводится через верхний патрубок сепаратора. Важно чтобы вся поверхность нагрева особенно нижней части трубок равномерно смачивалась раствором.
Заключительным переделом всех технологических схем глиноземного производства является кальцинация. Цель кальцинации – перевод исходного гидроксида алюминия в товарную продукцию – металлургический глинозем для электролитического производства алюминия и неметаллургический – для различных отраслей промышленности (электротехнической, керамической и др.). Процесс кальцинации заключается в термическом воздействии на гидроксид алюминия, в результате последовательно протекают процессы: при 110-120 °С из гидроксида начинается удаление внешней влаги, при 200-250 °С гиббсит теряет молекулы кристаллизационной воды и превращается в бемит; при температуре около 500 °С бемит превращается в безводный γ-Al2O3 и при температуре выше 850 °С происходит превращение γ-Al2O3 в α-Al2O3. Все эти превращения идут с поглощением значительного количества тепла (эндотермический процесс), кроме превращения γ-Al2O3 в α-Al2O3 (экзотермический процесс). Основное количество тепла затрачивается при нагревании материала до 500-600 °С, когда происходит испарение выделяющейся влаги и разложение гиббсита.
В настоящее время способ Байера – основной способ производства глинозема во всем мире, т.к. его экономически целесообразно использовать для переработки высококачественных бокситов с относительно невысоким содержанием кремнезема – SiO2, должен иметь высокий кремневый модуль µSi ≥ 6-8 и не содержать больших количеств серы и CO2, поскольку при росте количества SО2 все больше Al2O3 и используемой в процессе щелочи теряются. За рубежом практически весь Al2O3 получают из бокситов в основном способом Байера, на отечественных заводах глинозем получают из бокситов способом Байера и из бокситов и нефелинов способом спекания. Оба эти способа относятся к щелочным методам выделения глинозема из руд. Для переработки бокситов с кремниевым модулем менее 5—7 более экономичным является способ спекания. В связи с истощением богатых глиноземом месторождений боксита и вовлечением в производство более бедных бокситов, доля способа Байера в производстве глинозема снижается и возрастает доля способа спекания. Большинство объектов глиноземного производства, в особенности по ряду гидрохимия, переделов, характеризуется наличием высокой влажности и образованием туманов, вследствие охлаждения испаряемых щелочных растворов и аварийных проливов щелочей, поэтому предъявляются особые требования, которые в основном сводятся к увеличению плотности бетонов, к соблюдению условий трещиноустойчивости, к защите внутренней поверхности стеновых ограждений от проникновения щелочных паров и влаги. Характерной особенностью глиноземного завода является наличие галерей между цехами, по которым проходит большое количество пульпопроводов, паропроводов, ленточных конвейеров и других коммуникаций. Все печные цехи проектируются с открытыми вращающимися печами и с открытой установкой электрофильтров. Крупные емкости устанавливаются вне зданий на открытых площадках.
ТЭЦ и блок мокрой обработки — основной потребитель пара и горячей воды — а также цементное производство, передел выщелачивания, обескремнивание во избежание излишней транспортировки шлама размещаются поблизости друг от друга. Приемное устройство сырья — вагоноопрокидыватель, располагается как можно ближе к отделению крупного дробления и отделению мокрого размола. Коррекционные бассейны устраиваются около отделений мокрого размола и спекания, а отделение спекания размещают поблизости от мокрого блока (выщелачивание, сгущение» обескремнивание, карбонизация и фильтрация). Склад гидрата и отделение кальцинации располагают рядом с отделениями фильтрации и карбонизации, а склад товарного глинозема — с отделением кальцинации. Для межцеховых перевозок используется гл. обр. автотранспорт. Ж/д транспорт необходим для доставки сырья и вывозки готовой продукции, а также для доставки материалов, запасных частей и изделий в главный магазин и ремонтным цехам. При расположении зданий на генплане учитывается направление господствующих ветров, для того чтобы исключить вредное влияние агрессивных выделений в виде капле-уноса щелочи из блока цехов мокрой обработки, а также пыли от складов угля, известняка, отделений кальцинации и спекания. Сокращение стоимости строительства глиноземного завода связано с блокировкой зданий и сооружений, установкой оборудования на открытых площадках и в полузакрытых помещениях.
Список использованных источников
1. Лайнер А. И. Производство глинозема / Лайнер Ю. А. — М.: Высш. шк., 1961. – 314с.
2. Логинова И.В. Аппаратурно-технологические схемы в производстве глинозема /И.В. Логинова, А.В. Кырчиков. Екатеринбург: УрФУ, 2011. – 233с.
3. Троицкий И. А. Производство глинозема из бокситов. Технологические расчеты / И. А. Троицкий. М.: Металлургия, 1972. – 175 с.
4. Еремин Н.И. Процессы и аппараты глиноземного производства / Н.И. Еремин, А.Н. Наумчик, В.Г. Казаков. М.: Металлургия, 1980. – 360 с.
5. Никольская М.П. Технология получения глинозема из бокситов / М.П. Никольская. Каменск-Уральский, 2007. – 184 с.