Идеи для бизнеса. Займы. Дополнительный заработок / Монеты и банкноты / Новые технологии в металлургии. В области важнейших прикладных исследований

Новые технологии в металлургии. В области важнейших прикладных исследований

19.12.2023

В соответствии с утвержденной Стратегией развития металлургической промышленности России на период до 2020 года главной целью развитияроссийской металлургии является обеспечение растущего спроса на металлопродукцию в необходимых номенклатуре, качестве и объемах поставок металлопотребляющим отраслям на внутренний рынок (с учетом перспектив их развития), на рынок стран СНГ и мировой рынок на основе ускоренного инновационного обновления отрасли, повышения ее экономической эффективности, экологической безопасности, ресурсо- и энергосбережения, конкурентоспособности продукции, импортозамещения и улучшения сырьевого обеспечения.

В целом российская металлургическая промышленность – это успешный в инвестиционном отношении сегмент экономики. Предприятия способны реализовывать крупные проекты, в том числе и за рубежом. На большинстве предприятий реализуются инвестиционные программы развития.

Приоритетный сценарий инновационного развития отрасли, наряду с использованием конкурентных преимуществ в энерго-сырьевом секторе, предполагает прорыв в развитии высоко- и среднетехнологичных производств. Инновационный сценарий выступает в качестве целевого для экономической политики, поскольку только он в полной мере позволяет реализовать стратегические ориентиры развития экономики России.

Реализация данного сценария в развитии металлургической промышленности характеризуется опережающим развитием внутреннего спроса на продукцию с высокой добавленной стоимостью, что, в свою очередь, будет способствовать развитию новых технологий и производства высокотехнологичных видов продукции.

В соответствии с данным сценарием, к 2020 году прирост потребления готового проката на внутреннем рынке по сравнению с 2007 годом может составить 16-24 млн.тонн (до 53 - 61 млн.тонн). При этом вследствие опережающих темпов роста производства продукции с высокой добавленной стоимостью потребление готового проката в металлургическом комплексе вырастет примерно в 1,7 раза, а доля готового проката, потребляемого металлургическим переделом вырастет до 54-55% по сравнению с 47% в 2007 году.

Основными факторами, определяющими рост спроса внутреннего рынка в период до 2020 года будут являться:

§ реализация проектов утвержденных отраслевых стратегий развития промышленности;

§ развитие инфраструктурных проектов (Сочи-2014, АТЭС-2012, национальные проекты, реформирование ЖКХ);

§ развитие оборонно-промышленного отрасли;

§ освоение новых проектов топливно-энергетического отрасли.

Также ожидается рост спроса со стороны наиболее металлоемких подотраслей машиностроительного комплекса – железнодорожного, подъемно-транспортного, сельскохозяйственного, строительно-дорожного машиностроения, автомобильной промышленности, оборонно-промышленного отрасли, энергетического и атомного машиностроения. Потенциально высоким может быть спрос на металлопродукцию для железнодорожного транспорта, в том числе на рельсы для высокоскоростных магистралей.

Прогнозируется повышение спроса на прокат из легированных сталей –инструментальных, подшипниковых, нержавеющих. В связи с прогнозируемым развитием листоемких производств опережающими темпами будет расти потребление листового проката (25-31 млн.тонн по сравнению с 18,5 млн.тонн в 2007 году). Потребление холоднокатаного листового проката в 2020 году может составить 8,6-12,1 млн.тонн по сравнению с 5,8 млн.тонн в 2007 году, что будет определяться, в первую очередь, развитием производства листа с защитными покрытиями.

Достаточно мощный инновационный потенциал, созданный в металлургическом комплексе, особенно благодаря резкому увеличению инвестиций в период после 2003 года, является надежной базой для значительного наращивания производства. В 2004-2008 гг. среднегодовой объем инвестиций по металлургическому комплексу составил более 6 млрд. долл. и превысил аналогичный показатель за период 2000 - 2003 гг. в 2,4 раза. В расчете на 1 т выплавленной стали инвестиции по предприятиям черной металлургической промышленности России в 2004- 2008 гг. составили 45 - 48 долл., что почти в 1,5 раза превышало уровень, соответствующий практике высокоразвитых стран.

За последние годы введены в действие ряд крупных современных агрегатов в черной и цветной металлургической промышленности. Создание новых мощностей на металлургических предприятиях России осуществлялось в основном на базе передового импортного оборудования, что создало достаточно прочную техническую базу для успешной конкуренции на рынках металлопродукции.

В результате ускорения темпов внедрения инноваций прогнозируется улучшение производственной структуры металлургической промышленности – в первую очередь, за счет повышения доли конкурентоспособных мощностей (на всех переделах), а также за счет увеличения доли мощностей для выпуска продукции более глубокой степени переработки, доли импортозамещающих и новых производств. Все это позволит улучшить структуру товарной продукции металлургической промышленности, повысить ее конкурентоспособность и адекватность требованиям рынков.

Реализация крупных инвестиционных проектов обеспечит:

· снижение ресурсоемкости производства металлопродукции за счет увеличения объемов разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок, практически полного прекращения производства мартеновской стали (к 2020 годам), увеличения объемов производства алюминия в электролизерах с повышенной силой тока, роста объемов производства тяжелых цветных металлов с использованием автогенных процессов;

· снижение вредного воздействия предприятий на окружающую среду (комплекс мероприятий по охране окружающей среды в аглодоменном и коксохимическом производствах черной металлургической промышленности; на предприятиях алюминиевой и медно-никелевой подотраслей);

· повышение качества и увеличение добавленной стоимости продукции за счет увеличения объемов выплавки стали в электропечах; доли стали, подвергнутой внепечному вакуумированию, роста объемов производства проката тяжелых цветных металлов на машинах непрерывной разливки и отделки; расширения номенклатуры и увеличения доли продукции глубокой переработки металлов;

· увеличение производства высокотехнологичных эффективных видов металлопродукции, в том числе для нужд оборонно-промышленного отрасли: толстого широкого листа, холоднокатаного проката и изделий из него с различными видами покрытий, термообработанных длинномерных рельсов.

Созданный за последние годы производственно-технический потенциал металлургической промышленности (разнообразный объем основных фондов предприятий, развитая инфраструктура большинства предприятий, включающая объекты электроэнергетики и транспорта, достаточно высокий технико-технологический уровень производства большинства металлов, наличие крупного банка разработанных и готовых к внедрению технологий мирового и выше мирового уровня), а также инвестиционные возможности предприятий способны обеспечить инновационное обновление и повысить конкурентоспособность отрасли.

Приоритетными являются инновации, связанные с выпуском новых видов продукции, развитием производства продукции более высокой технической готовности, прокатной продукции из легких и тяжелых цветных металлов, электродной, углеграфитовой, твердосплавной, полупроводниковой продукции, а также инновации, направленные на совершенствование технологий, улучшение экологической ситуации, снижение расходов всех видов ресурсов, поскольку в настоящее время ресурсоемкость российских производств в основном выше, чем за рубежом. Активизация инновационной деятельности ослабит негативное влияние факторов, создающих угрозу развитию металлургической промышленности. Технический прогресс в металлургической промышленности, включая создание прорывных технологий и отрасли перспективных материалов, будет обеспечен, прежде всего, работами отраслевых научных учреждений. Будут модернизированы все сферы производственной деятельности.

На перспективу до 2020 года металлургическая промышленность будет в целом соответствовать мировому уровню. В результате ввода в действие новых современных агрегатов и реконструкции действующих коэффициент обновления основных фондов вырастет до 4-5% против существующих сегодня 2,5%-3%. Снизится ресурсоемкость производства на 13-15% к 2015 году и на 15-17% к 2020 году.

По отдельным металлургическим переделам в результате инновационного развития будет обеспечено:

в доменном производстве:

строительство на ряде металлургических комбинатов установок по вдуванию угольной пыли, с выплавкой с применением этого вида топлива до 15-20% чугуна и сокращением потребления природного газа;

в сталеплавильном производстве:

Увеличение доли стали, полученной с МНЛЗ до 98 –99% против 71% в 2008 г.;

Ликвидация мартеновского производства стали;

Снижение расхода металла на прокат с 1142 кг/т до 1088 кг/т в 2020 г;

Ввод в действие сверхмощных электропечей, что обеспечит расход электроэнергии на уровне 350-380 кВт-ч/т против 500 кВт-ч/т в настоящее время на крупных электропечах металлургических предприятий России;

Увеличение доли выплавки стали в электропечах с 27,1% до 39%;

Увеличение доли стали, подвергнутой внепечному вакуумированию в общем объеме производства стали с 4,4% в 2007 г. до 15% в 2020 г.;

в прокатном производстве:

Рост доли листового металла в общем производстве листового и сортового проката до 62-65%, что соответствует современному уровню промышленно-развитых зарубежных стран, доли холоднокатаного листа в общем выпуске листового проката до 36%

В результате совершенствования техники и технологии к 2020 году на каждую тонну готового проката будет производиться меньше (против уровня 2007 года): железной руды – на 211 кг, кокса –на 107 кг, чугуна – на 124 кг, стали – на 125 кг.; труб- больше на 23%, металла с покрытием и жести- больше в 2 раза. Энергоемкость 1 т стали снизится на 265 кг. условного топлива.

в производстве цветных металлов:

Увеличение доли производства алюминия в электролизерах с повышенной силой тока к 2020 г. до 90%;

Увеличение объемов производства тяжелых цветных металлов с использованием автогенных процессов, рост их доли в общем выпуске к 2020 г. до 95%-97%.

В целях удовлетворения перспективного спроса основных отраслей-потребителей металлопродукции, на период до 2020 года необходимо реализовать ряд научно-исследовательских разработок, в том числе:

1. Для использования в строительстве, автомобильной промышленности, коммунальном хозяйстве и других отраслях:

· Разработка технологии и освоение производства микро- и низколегированных хладостойких сталей с высокими показателями стойкости к процессам локальной коррозии в водных средах, для нефтепромысловых сетей, систем тепло- и водоснабжения, водоводов, тяжело нагруженных строительных конструкций и других назначений;

· Разработка и освоение технологий производства автолистовых сталей с уникальным сочетанием показателей прочности и пластичности при использовании нетрадиционных схем достижения указанных характеристик;

· Разработка технологии производства коррозионностойкого покрытия сплавом ZN, Al, Mg для строительной, автомобильной и других отраслей экономики;

· Освоение производства новых высокопрочных сталей с цинковым покрытием для кузовных деталей автомобилей;

· Разработка технологии токопроводящей грунтовки для цинкования автомобильного листа;

· Создание нового класса огнестойких строительных сталей, отвечающих требованиям пожароустойчивой эксплуатации до 700-800 0 С;

· Разработка технологических основ получения наноструктурированных диффузионных промежуточных и поверхностных слоев металлических покрытий, обеспечивающих получение принципиально новых качественных показателей металлопродукции массового производства (жесть, оцинкованных лист и др.);

· Разработка технологии получения наноструктурированных покрытий методом вакуумного нанесения на углеродистые стали;

· Разработка технологии производства нового поколения коррозионно-стойких биметалловдля увеличения ресурса работы металлоконструкций в 1,5-2 раза.

2.Для использования в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, автомобильной, машиностроительной, коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности :

· Разработка и освоение прорывных технологий производства прогрессивных видов биметаллического проката и труб с предельно высокой прочностью (не менее 350 Н/см 2) и сплошностью (0-1 класс по результатам УЗК) соединения слоев, плакированных коррозионностойкими и другими типами стали, титаном, цветными металлами;

· Разработка нового поколения сталей и сплавов устойчивых к разрушению в активных водород и углеродсодержащих газовых средах для установок производства и переработки синтез-газа, каталитического синтеза, термообработки в восстановительных и контролируемых атмосферах, цементации, глубокой переработки нефти и каменного угля, нового технологического оборудования производства водорода в промышленных масштабах;

· Создание нового поколения наноструктурированных нержавеющих сталей на основе комплексного метода криогенно-деформационной и термической обработок;

· Создание нетрадиционно легированных суперэкономичных коррозионностойких сталей с 9-14 % хрома, обладающих повышенной стойкостью в агрессивных средах на уровне хромоникелевых сталей для систем трубопроводного транспорта газо - и нефтепродуктов.

3. Для изучения и освоения континентального шельфа Российской Федерации :

· Разработка стратегических принципов и новых научных подходов к выбору технологий производства сталей, толстолистового проката и плит для морских платформ. Освоение производства металлопродукции, обеспечивающей наиболее высокий комплекс потребительских свойств и экологической безопасности платформ при эксплуатации в условиях континентального шельфа РФ на базе новейших достижений науки и металлургических технологий;

· Разработка комплексных технологий производства качественно новых видов металлопродукции для оборудования нефтегазовой промышленности, эксплуатирующегося в условиях континентального шельфа РФ. Освоение производства сталей для насосно-компрессорных, обсадных, холоднокатаных труб, фонтанной арматуры, скважинного и устьевого оборудования с уникальным сочетанием коррозионной стойкости, износостойкости и других потребительских свойств;

· Разработка концепции и внедрение на отечественных предприятиях нового поколения высокопрочных экономно-легированных конструкционных сталей для ТЭК, в том числе трубных сталей, с повышенными эксплуатационными характеристиками, производимых по инновационным комплексным металлургическим технологиям на основе получения ультра-мелкодисперсных микроструктур, альтернативных вариантов термо-механической обработки стали и использования элементов наноструктурирования, и обеспечивающих высокотехнологичными отечественными материалами освоение континентального шельфа - строительство морских буровых платформ, подводных трубопроводов, емкостей для сжиженного природного газа;

· Разработка состава высокопрочной стали типа Х120 для труб и сварных конструкций с улучшенной свариваемостью и эксплуатационными свойствами.

4. Для использования в машиностроении:

· Разработка методов получения наноструктурного перлита в массивных изделиях, а также наноразмерных фаз в безникелевых высокопрочных, конструкционных сталях и создание на их основе технологий производства перспективных экономнолегированных материалов с высоким запасом прочности и вязкости;

· Разработка научных основ и технологии поверхностной обработки промышленных сталей и сплавов с помощью высокоэнергетических воздействий и гомогенно-гетерогенных катализаторов для создания суперпрочных нанокристаллических слоев, стойких к истиранию;

· Разработка технологии ультразвуковой обработки поверхности для создания упрочненных поверхностных слоев с нанокристаллической структурой в аустенитных и мартенситных сталях;

· Разработка самоорганизующихся (адаптирующихся) наноструктурированных, в т.ч. многослойных наноламинатных покрытий для экстремальных условий эксплуатации в различных областях машиностроения;

· Создание опытно-промышленных установок для получения перспективных наноматериалов методами закалки из расплава и интенсивной пластической деформации;

· Создание сверхвысокопрочных свариваемых сталей повышенной износостойкости с пределом текучести до 1600 Н/мм 2 , взамен используемых сталей с пределом текучести не более 800 Н/мм 2 .

5. Для использования в нефтегазовом комплексе, энергетике и других отраслях промышленности:

· Разработка технологии производства крупных слитков (140-650 тонн) из конструкционных высокопрочных сталей и сплавов;

· Создание азотсодержащих низко- и высоколегированных сталей нового поколения и промышленных технологий их производства с увеличенными на 30-40% ресурсом и надежностью эксплуатации оборудования, работающего в экстремальных условиях и средах особо высокой агрессивности;

· Разработка технологии производства трубных заготовок из теплоустойчивых сталей для труб теплоэнергетики с повышенными в 1,5 раза эксплуатационными характеристиками;

· Создание нового класса сплавов, обладающих уникальным сочетанием служебных высокотемпературных характеристик, включающим высокую стойкость к абразивному износу, сопротивление окислению и жаропрочностью для деталей установок переработки газового конденсата;

· Создание модульной технологической линии и разработка карботермической технологии получения кремния сорта SoG-Si («солнечного качества»), для солнечных преобразователей.

6. Для железных дорог:

· Разработка и запуск в серийное производство длинномерных рельс всех типов с востребованными качественными и ценовыми характеристиками;

· Разработка рельсовых и шпальных креплений, позволяющих длительно держать колею в соответствующих параметрах;

· Разработка и освоение производства высокопрочных железнодорожных колес, в том числе из легированных сталей, для грузовых вагонов нового поколения с нагрузкой на ось 30 т.

История человечества насчитывает не одну тысячу лет. На протяжении всего периода существования нашей расы отмечается стабильный технический прогресс, немаловажную роль в котором сыграло умение человека обращаться с металлом, создавать и добывать его. Поэтому вполне логично, что металлургия - это то, без чего невозможно представить наш быт, нормальное выполнение рабочих обязанностей и многое другое.

Определение

Прежде всего стоит разобраться с тем, как по-научному, с технической точки зрения, называют современную сферу производства.

Итак, металлургия - это раздел науки, техники, который охватывает процесс получения различных металлов из руды или иных материалов, а также все процессы, имеющие связь с трансформацией химического состава, свойств и структуры сплавов.

Структура

На сегодняшний день металлургия - это мощнейшая отрасль промышленности. Кроме того, она - обширное понятие, которое включает в себя:

Непосредственное производство металлов.
Обработку металлических изделий как в горячем, так и холодном виде.
Сварку.
Нанесение различных металлических покрытий.
Раздел науки - материаловедение. Данное направление в теоретическом изучении физико-химических процессов ориентируется на познание поведения металлов, сплавов и интерметаллидов.

Разновидности

Во всем мире существует две основные отрасли металлургии - черная и цветная. Такая градация сложилась исторически.

Черная металлургия заключается в обработке железа и всех сплавов, в котором оно присутствует. Также эта отрасль подразумевает извлечение из недр земли и последующее обогащение руд , сталелитейное и чугунолитейное производство, прокат заготовок, производство ферросплавов.

К цветной металлургии причисляют работу с рудой любого металла, кроме железа. Кстати, условно делят на две большие группы:

Тяжелые (никель, олово, свинец, медь).

Легкие (титан, магний, алюминий).

Научные решения

Несомненно, что металлургия - это деятельность, требующая внедрения инновационных технологий. В связи с этим многие страны нашей планеты активно ведут исследовательские работы, целью которых является изучение и применение на практике самых разнообразных микроорганизмов, которые помогли бы решить, например, такой злободневный вопрос, как очистка сточных вод, являющихся обязательной составляющей металлургического производства. Помимо этого, уже стали реальностью такие процессы, как биологическое окисление, осаждение, сорбция и прочие.

Разделение по технологическому процессу

Заводы металлургии можно условно причислить к двум основным группам:

Пирометаллургии, где процессы протекают при очень высоких температурах (плавка, обжиг);

Гидрометаллургии, которая заключается в извлечении металлов из руд при помощи воды и прочих водных растворов с использованием химических реактивов.

Принцип выбора места постройки металлургического завода

Для того чтобы понять, на основе каких выводов принимается решение о возведении предприятия в том или ином месте, стоит рассмотреть основные факторы размещения металлургии.

В частности, если вопрос касается дислокации завода цветной металлургии, то здесь на первый план выходят такие критерии, как:

Наличие энергоресурсов. Производство, связанное с обработкой легких цветных металлов, требует колоссального количества электрической энергии. Поэтому подобные предприятия возводят максимально близко к гидроэлектростанциям.
Требуемое количество сырья. Разумеется, что чем ближе находятся залежи руды, тем, соответственно, лучше.
Экологический фактор. К сожалению, страны постсоветского пространства не могут быть отнесены в категорию, где предприятия металлургии являются экологически безопасными.

Таким образом, размещение металлургии - сложнейший вопрос, решению которого следует уделять самое пристальное внимание с учетом всевозможных требований и нюансов.

Для формирования максимально подробной картины в описании обработки металлов важно указать на ключевые участки данного производства.

Предприятия черной металлургииимеют в своем составе несколько так называемых переделов. Среди них: аглодоменный, сталеплавильный, прокатный. Рассмотрим каждый из них детальнее.

Доменное производство

Именно на этом этапе осуществляют освобождение железа непосредственно из руды. Происходит это в доменной печи и при температуре свыше 1000 градусов Цельсия. Таким образом происходит выплавка чугуна. Свойства его будут напрямую зависеть от протекания процесса плавки. Регулируя плавление руды, можно в конечном счете получить один из двух передельный (используют в дальнейшем для производства стали) и литейный (из него отливают чугунные заготовки).

Производство стали

Соединяя железо с углеродом и, при необходимости, с различными легирующими элементами, в итоге получают сталь. Методов ее выплавки достаточно количество. Особо отметим кислородно-конверторный и электроплавильный, которые являются самыми современными и высокопродуктивными.

Конверторная плавка характеризуется своей скоротечностью и получением в итоге стали с требуемым химическим составом. Основу процесса составляет продувка кислородом через фурму, в результате чего чугун окисляется и трансформируется в сталь.

Электросталеплавильный способ - самый эффективный. Именно благодаря использованию дуговых печей можно выплавить самые качественные легированные марки стали. В подобных агрегатах нагрев загруженного в них металла происходит очень быстро, при этом есть возможность добавлять необходимое количество легирующих элементов. Кроме того, получаемая таким методом сталь имеет низкое содержание неметаллических включений, серы и фосфора.

Легирование

Этот процесс заключается в изменении состава стали посредством внедрения в нее рассчитанных концентраций вспомогательных элементов для последующего придания ей определенных свойств. В числе наиболее часто применяемых легирующих компонентов значатся: марганец, титан, кобальт, вольфрам, алюминий.

Прокат

Многие заводы металлургииимеют в своем составе прокатную группу цехов. В них производят как полуфабрикаты, так и уже полностью готовую продукцию. Сущность процесса заключается в пропуске металла в зазоре между вращающимися в противоположных направлениях стана. Причем ключевым моментом является то, что расстояние между валками должно быть меньше, чем толщина пропускаемой заготовки. За счет этого металл втягивается в просвет, перемещается и в итоге деформируется до заданных параметров.

После каждого пропуска зазор между валками делают меньше. Важный момент - зачастую металл недостаточно пластичен в холодном состоянии. И потому для обработки его заранее подогревают до требуемой температуры.

Потребление вторичного сырья

В современных условиях рынок потребления вторсырья как черных, так и цветных металлов неуклонно развивается. Во многом это обусловлено тем, что ресурсы руды, к огромному сожалению, не являются возобновляемыми. Каждый год их добычи существенно снижает запасы. Учитывая тот факт, что потребности в металлопродукции в машиностроении, строительстве, авиастроении, судостроении и прочих отраслях народного хозяйства неуклонно растут, вполне разумным выглядит решение развивать переработку уже отработавших свой ресурс деталей и изделий.

Можно с уверенностью утверждать, что развитие металлургии в некоторой степени объясняется и позитивной динамикой сегмента отрасли - использованием вторичного сырья. При этом переработкой металлолома занимаются и крупные, и мелкие компании.

Мировые тенденции развития металлургии

В последние годы наблюдается чёткое повышение объемов выпуска металлопроката, стали и чугуна. Во многом это объясняется настоящей экспансией Китая, который стал одним из ведущих планетарных игроков на рынке металлургического производства.

При этом различные факторы металлургии позволили Поднебесной отвоевать себе практически 60% всего мирового рынка. Остальную десятку основных производителей составили: Япония (8%), Индия и Соединенные Штаты Америки (6%), Россия и Южная Корея (5%), Германия (3%), Турция, Тайвань, Бразилия (2%).

Если же рассматривать отдельно 2015 год, то наблюдается тенденция снижения активности производителей металлопродукции. Причем самый большой спад отмечен в Украине, где был зафиксирован результат, который на 29,8% ниже прошлогоднего.

Новые технологии в металлургии

Как и любая другая промышленность, металлургия просто немыслима без разработки и внедрения на практике инновационных разработок.

Так, сотрудники Нижегородского государственного университета разработали и начали внедрять в практику новые наноструктурированные износостойкие твердые сплавы, в основе которых лежит карбид вольфрама. Основное направление применения новшества - производство современного металлообрабатывающего инструмента.

Кроме того, в России был модернизирован колосниковый барабан со специальной шаровой насадкой с целью создания новой технологии переработки жидкого шлака. Это мероприятие было выполнено на основе государственного заказа Министерства образования и науки. Такой шаг полностью себя оправдал, поскольку его результаты в итоге превзошли все ожидания.

Крупнейшие предприятия металлургии в мире

Arcelor Mittal - компания с главным офисом в Люксембурге. Ее доля составляет 10% всего мирового производства стали. В России компании принадлежат шахты Березовская, Первомайская, Анжерская, а также "Северсталь-групп".
Hebei Iron & Steel - гигант из Китая. Он полностью принадлежит государству. Помимо производства, компания занимается добычей сырья, его транспортировкой и проведением научно-исследовательских работ. На заводах компании используются исключительно новые разработки, и самые современые технологические линии что позволило китайцам научиться производить ультратонкие стальные плиты и сверхтонкий холоднокатанный лист.
Nippon Steel - представитель Японии. Менеджмент компании, которая начала свою работу еще в 1957 году, стремится к объединению с другим предприятием, именуемым Sumitomo Metal Industries. По мнению экспертов, такое слияние позволит достаточно быстро выйти японцам на первое место в мире, обогнав всех своих конкурентов.

А. Б.Коростелев, А. В. Тарасов, Парецкий В. М.

ГНЦ РФ ФГУП “Институт “ГИНЦВЕТМЕТ”

ПРОБЛЕМЫ, ИННОВАЦИИ И НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ РОССИИ

Цветная металлургия имеет в последние годы один из самых высоких темпов роста производства. Показано, что повышение технологического уровня производства в рыночных условиях определяется ускоренным переводом отрасли на инновационный путь развития. Даются основные технологические тенденции в развитии производства цветных металлов.

В последние годы металлургия была одним из лидеров по показателям роста производства в отраслях промышленности России. Однако к началу

2001 г. факторы, обеспечивающие поступательное развитие отрасли в период 1999÷2000 гг., в основном были исчерпаны, что привело к замедлению темпов роста производства. В I квартале 2002 г. в ряде подотраслей металлургии наметились негативные тенденции, например, производство меди снизилось на 4%.

Металлургическая промышленность России столкнулась с рядом новых вызовов, связанных, прежде всего, с недостаточной емкостью внутреннего рынка и осложнением ситуации на внешних рынках.

Перспективы развития российской металлургии в период до 2010 г. связаны, в первую очередь, с расширением спроса на ее продукцию на отечественном рынке. При прогнозируемом росте валового внутреннего продукта (ВВП) на 4÷6 % в год, темп роста потребления цветных металлов составит 6÷9 %.

Технологический уровень металлургических производств в России низок в сравнении с промышленно развитыми странами. Средний износ активной части (машин и оборудования) в металлургической промышленности достиг 70%. Только 30% применяемых технологических схем соответствуют современному мировому уровню, а 28% являются устаревшими и не имеют резервов для модернизации. Недостаточно высокий технологический уровень производств обусловливает значительное отставание по ряду основных технико-экономических показателей российской металлургии от металлургии развитых стран (США, ЕС, Японии): средняя энергоемкость производства алюминия выше на 20÷30%; количество отходов при выпуске проката выше в 2 раза; средняя производительность труда ниже в 2,5÷3 раза; суммарное удельное негативное воздействие на окружающую среду выше в 2 раза. В этих условиях основным направление развития металлургии является широкое и ускоренное внедрение инноваций на основе активизации инвестиционной деятельности на всех производственных переделах. При этом государство должно создать условия для перехода металлургической промышленности на инновационный путь развития, что потребует реализации мер по развитию отраслевой научной сферы, предусматривающих, в частности, создание Федерального центра науки и высоких технологий (ФЦНВТ) в области металлургии. Эти меры определены Постановлением Правительства РФ от 16 мая 2002 г.

В создаваемом ФЦНВТ основным научным предприятием в области цветной металлургии будет Государственный научный центр (ГНЦ) РФ “ГИНЦВЕТМЕТ”. Это единственный в цветной металлургии комплексный, многопрофильный научно-исследовательский институт, выполняющий фундаментальные, поисковые и прикладные исследования, направленные на создание научно-технической базы в металлургии цветных и сопутствующих, в том числе благородных металлов, разработку новых высокоэффективных технологий и оборудования.

К основным направлениям деятельности ГНЦ РФ “ГИНЦВЕТМЕТ” относятся:

Металлургическая переработка сульфидного и оксидного сырья тяжелых цветных металлов;

Переработка отходящих газов металлургических производств и экология металлургических процессов;

Разработка высокоэффективного оборудования для процессов обогащения руд и переработки различного сырья с получением цветных и благородных металлов;

Технологии обогащения руд различного состава, новые флотационные реагенты;

Гидрометаллургическая переработка руд, концентратов, продуктов пирометаллургической переработки, шламов с использованием современных физико-химических методов;

Пирометаллургические процессы переработки исходного сырья и шлаков, исследование и разработка различных видов плавок;

Очистка металлургических газов, производство из них серы и серной кислоты;

Переработка твердых бытовых, промышленных и токсичных отходов с полным извлечением из них ценных компонентов и обеспечением экологической безопасности;

Разработка методов анализа различных продуктов металлургического производства;

Осуществление стандартизации и сертификации минерального сырья, продуктов его переработки, промышленных отходов и вторичного сырья цветной металлургии;

Разработка государственных и отраслевых стандартов на получение, переработку и поставку минерального сырья, металлургической продукции, методы анализа минерального сырья и продуктов его переработки, на обеспечение охраны окружающей среды в металлургическом производстве;

Подготовка кадров высшей квалификации для металлургии через аспирантуру и докторантуру.

Фундаментальные, поисковые и прикладные работы, выполняемые в Центре, соответствуют “Приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации”, утвержденным Президентом Российской Федерации распоряжением № ПР-577 от 30 марта 2002 года.

В 2001-2003 гг. ГНЦ РФ “ГИНЦВЕТМЕТ” участвовал в реализации федеральной целевой научно-технической программы “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения” (1999-2001 гг.), а также федеральной целевой научно-технической программы “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники” на 2002-2006 годы.

К важнейшим научным направлениям, разрабатываемым Гинцветметом относятся:

Разработка физико-химических и математических моделей, алгоритмов информационного обеспечения и управления высокоинтенсивными технологическими процессами глубокой переработки горно-рудного и техногенного сырья с использованием нетрадиционных пирометаллургических методов, открывающие возможности автоматизации и управления пирометаллургическими процессами;

Выполнение термодинамических и экспериментальных исследований взаимодействия компонентов в многофазных средах систем Ме-О-S-СаО-SiO2 с целью разработки новых методов пирометаллургической экстракции тяжелых цветных и благородных металлов;

Изучение поведения при электролизе новых электрокаталитических электродных покрытий, показано, что покрытия из оксидов кобальта могут быть успешно применены при электролизе нейтральных и щелочных растворов солей тяжелых цветных металлов в присутствии поверхностно-активных веществ;

Изучение процессов получения металлов высокой чистоты кристаллизационными методами в электромагнитном поле в сочетании с электропереносом.

За 2001-2003 гг. в рамках этих направлений в области фундаментальных исследований достигнуты следующие новые практически значимые для цветной металлургии результаты:

Впервые экспериментально определены термодинамические и кинетические параметры восстановления паров трехокиси сурьмы и конденсации паров металлической сурьмы при различной ее концентрации в газах, определена точка росы их паров, позволившие разработать технологию прямого получения металлической сурьмы и золотосурьмяного сплава из золотосурьмяного сырья;

Получены новые экспериментальные данные о механизме экстракционной очистки кобальтсодержащих растворов от никеля с получением высокочистых соединений кобальта и никеля, определены основные факторы, влияющие на разделение близких по свойствам металлов;

Определены параметры электропереноса примесных металлов в жидких металлических системах, необходимые для разработки методов получения высокочистых металлов, оценки и прогнозирования эффективности процесса;

Изучены особенности физико-химических процессов плавки полиметаллического сырья в руднотермических печах постоянного тока и вращающихся печах при парооксидировании, полученные результаты позволили определить диапазон использования постоянного тока в электротермии техногенного сырья и научно обосновать конструктивно-технологические варианты его переработки, обеспечивающие повышение извлечения целевых металлов;

Получены новые данные по кинетике химических реакций и фазовых превращений, протекающих в газовом потоке, позволяющие выбрать рациональные режимы и оборудование для осуществления процесса очистки газов в промышленных условиях до ПДК;

Разработаны новые флотационные реагенты на основе S, N-содержащих органических соединений и соединений класса диалкилсульфидов, позволяющие существенно повысить селективность извлечения ценных компонентов из медно-никелевых и медно-молибденовых руд при повышении степени их извлечения;

Разработан эффективный атомно-абсорбционный метод с применением высокотемпературной плазмы для определения химического состава сырья, содержащего цветные и драгоценные металлы, позволяющий повысить предел обнаружения этих элементов в продуктах обогащения, повысить качество продукции цветной металлургии за счет улучшения метрологических характеристик метода анализа.

Важнейшие технологические и аппаратурные разработки института за последние несколько лет могут быть представлены следующими инновационными проектами:

Производство по переработке оксисульфатной свинцовой аккумуляторной пасты;

Технология комплексной очистки сбросных газов предприятий теплоэнергетики, цветной и черной металлургии от SO2, NOx и органических веществ в одном аппарате с использованием импульсно-частотного стримерного разряда;

Способ очистки промышленных стоков от тяжелых металлов до санитарно-бытовых и рыбохозяйственных норм;

Технология факельно-барботажной плавки медьсодержащего сырья и промпродуктов с получением в одном агрегате белого матта (черновой меди), отвального по цветным металлам шлака и полной утилизацией диоксида серы отходящих газов;

Технология производства сурьмы с извлечением золота из золотосурьмяных концентратов;

Технология переработки аккумуляторного лома и других видов вторичного сырья с использованием бессодовой электроплавки;

Завод по переработке твердых бытовых и промышленных отходов в барботируемом расплаве шлака с использованием топок со шлаковым расплавом;

Экологически безопасная, бесцианидная технология селективной флотации свинцово-цинковых руд;

Технология селективного извлечения пентландита в процессе флотационного обогащения медно-никелевых руд;

Переработка дезактивированных алюмо-платино-палладиево-рениевых катализаторов;

Обжигово-сорбционный способ переработки молибденитовых ренийсодержащих концентратов.

В развитие приведенных инновационных направлений в 2001-2003 гг. были реализованы следующие конкретные разработки.

В области важнейших прикладных исследований:

Разработаны и приняты к внедрению на АО “Челябинский цинковый завод” технология и оборудование для получения свинца из продуктов вельцевания цинковых кеков, обеспечившая повышение извлечения свинца на 0,8%, цинка – на 0,7%, серебра – на 2,5%, индия – на 5-7%;

Разработана и внедрена на АО “Челябинский цинковый завод” флотационная технология извлечения серебра из кеков цинкового производства, позволившая повысить комплексность использования сырья, обеспечив извлечение серебра в сульфидный флотоконцентрат до 98%;

Разработана технология очистки промышленных стоков до требований хозбытовых норм; технология предложена к внедрению на ОАО “Комбинат “Североникель” и АО “Челябинский цинковый завод;

Обоснована и отработана в опытно-промышленных условиях технология извлечения рения из вторичного сырья; показана принципиальная возможность пополнения отечественной сырьевой базы рения за счет вовлечения в переработку вторичного сырья (отходы получения суперсплавов и прочие отходы авиа – и моторостроительной промышленности). Разработанная технология обеспечивает извлечение рения в товарную продукцию до 98,5%, молибдена – до 99%;

Разработана экологически чистая технология утилизации твердых бытовых и промышленных отходов для ГП “Пятигорский теплоэнергетический комплекс”;

Разработана и внедрена безотходная технология переработки чернового сплава аккумуляторного лома на АО “Рязцветмет” с целью получения из него товарной продукции – свинцово-сурьмяного сплава (УС-1, УС-1С, модифицированного селеном) для ЗАО “Подольский АЗ”;

Применительно к РАО “Норильский никель” разработан и внедрен новый технологический режим с применением модифицированного диметилдитиокарбамата (ДМДК), обеспечивший повышение извлечения никеля в одноименный концентрат на 10-12% и содержания никеля с 7,5до 10%. Разработан и предложен к внедрению на РАО “Норильский никель” сульфонатный аполярный собиратель, обеспечивающий повышение попутного извлечения золота и платиновых металлов на 1,5-2%;

Разработана и внедрена беспропарочная технология флотации медно-молибденовых руд с использованием нового флотационного реагента “Берафлот” на МРСП “Эрдэнэт” (Монголия), обеспечившая снижение энергопотребления на 20-30% при сохранении высоких технологических показателях.

В области природоохранных социально востребованных технологий:

Разработана технология очистки и утилизации сбросных газов от SO2 и NOx с использованием импульсно-частотного (стримерного разряда, обеспечивающая степень очистки газов не менее 95% и перевод диоксида серы в серную кислоту до 90%, оксида азота – в азотную кислоту до 80%;

Разработана мембранная технология переработки сложных по составу растворов металлургического производства, обеспечивающая степень очистки растворов от сульфатов тяжелых цветных металлов на 98-99%, от органических веществ – на 85%, позволяющая создать на предприятиях замкнутый водооборот;

Разработана технология переработки серосодержащих металлургических газов с получением комковой серы для производства эффективного дорожного покрытия – сероасфальта и строительного материала – серобетона.

В качестве примеров технологических решений рассмотрим некоторые новые процессы.

Обогащение руд цветных металлов

Основой разработанных комбинированных схем переработки труднообогатимых руд цветных металлов является получение на переделе обогащения высококачественных селективных концентратов, в которых сосредотачиваются легкообогатимые минералы, и коллективных промежуточных продуктов, которые перерабатывают по химико-металлургическим технологиям. По существу решение сложных задач повышения эффективности переработки рудного сырья переходит в сферу более тесной интеграции процессов обогащения и металлургии, способных не только повысить комплексность использования сырья, но и решить проблемы охраны окружающей среды и сохранения природных ресурсов. Такой подход к переработке рудного сырья обеспечивает как эффективную концентрацию ценных компонентов на стадии обогащения, так и экологически безопасное производство цветных металлов.

В институте разработаны и апробированы несколько комбинированных схем для различных типов руд с использованием новых реагентных режимов флотации.

Например, молибденсодержащие руды достаточно легко и с высоким извлечением металлов обогащаются с получением коллективного концентрата. Однако селективная флотация идет неэффективно, с высокими затратами, по сложной схеме. Установлено, что молибденсодержащие промпродукты (от 5 до 20% молибдена) могут экономически выгодно перерабатываться по схеме: автоклавное окислительное выщелачивание (с дофлотацией кека) – фильтрация – очистка – селективная сорбция молибдена и рения.

Сквозное извлечение этих металлов не менее 98%, медь остается в кеках и перерабатывается как медный концентрат.

Основной проблемой обогащения медно-цинковых руд является трудность отделения медных минералов от остальных сульфидов в силу их тонкого прорастания. Разработанная схема включает получение на этапе обогащения высококачественных медных концентратов и промпродуктов, подвергаемых окислительному автоклавному выщелачиванию отработанным цинковым электролитом. Извлечение цинка в раствор составляет 93-96%. Разработано несколько способов выделения меди из раствора применительно к различному соотношению металлов в нем.

При обогащении медно-никелевых руд получают медный и никелевый концентраты и пирротиновый продукт, содержащий железо, никель, медь и благородные металлы. Для переработки этого продукта используют химическое обогащение, в основу которого положено окисление пирротина в водной пульпе в автоклавах, осаждение перешедших в раствор цветных металлов, флотационное отделение сульфидов и элементной серы от оксидов железа с последующей селекцией пенного продукта с получением богатого сульфидного концентрата и товарной серы.

Технология позволяет извлечь из бедного продукта 85-92% никеля, меди и благородных металлов и утилизировать серу. За счет перевода в промпродукт трудноразделяемых минералов удалось существенно повысить качество медного и никелевого концентратов на стадии первичного обогащения.

Полиметаллические руды представляют собой наиболее сложное сырье для обогащения, так как необходимо получить не менее трех товарных концентратов. Разработанная для этих руд комбинированная схема включает коллективную флотацию сульфидов (при отсутствии цикла селекции суммарное извлечение трех металлов составило 270%), автоклавное окислительное выщелачивание (до сульфатов), фильтрация, флотация из кеков благородных металлов и свинца. Извлечение из концентрата меди и цинка в раствор составило 98%, свинца в ценный продукт флотации 85%. Медно-цинковый раствор может быть переработан известными способами. Аналогичные результаты получены и на свинцово-цинковых труднообогатимых рудах.

Пирометаллургические процессы

Наиболее перспективным и приоритетным направлением в развитии автогенных процессов в первую очередь в металлургии меди является плавка с получением в одну стадию “белого матта” (черновой меди).

Новым высокоэффективным процессом является усовершенствованная кислородно-факельная плавка:

Кислородно-факельная плавка (КФП) в агрегатах с вертикальными шихтово-кислородными горелками с наведением высокоосновных саморассыпающихся ферритно-кальциевых шлаков, которые затем подвергаются глубокому флотационному обезмеживанию (рис. 1). Для данного варианта технологии на основе специальных исследований тщательно подобран новый состав шихты для КФП при определенном соотношении Fe: SiO2: CaO. Шлак успешно флотируется с извлечением более 87% меди в концентрат и получением отвальных хвостов с содержанием менее 0, 29% Сu. Технология внедряется на заводе “Ковогуты Кромпахи” (Словакия);

Факельно-барботажная плавка (ФБП) (рис. 2). Это принципиально новые способ плавки и агрегат для его реализации, сочетающий в полной мере все достоинства как факельных, так и барботажных процессов.

Технология базируется на следующих вновь предложенных и исследованных приемах: разделение реакционного объема на последовательные зоны с индивидуальным подводом газообразного окислителя, бесфлюсовое окисление сульфидов до штейна в головной факельной зоне, доокисление расплава до “белого матта” (черновой меди) в следующей барботажной зоне с подачей в нее флюсов и формированием комбинированного силикатно-кальциевого шлака, который подвергается внутрипечному барботажному обеднению в специальной зоне. Технология внедряется на Алмалыкском комбинате (Узбекистан), где сооружается печь ФБП мощностью до 120 тыс. т меди в год.

На комбинате “Североникель” сульфидные концентраты, полученные при разделении файнштейна, обжигают в печах кипящего слоя (КС). На трубчатой печи для восстановления огарка в интервале температур 850÷1100°С используется разработанная технология получения высокоактивного никеля с суммарной степенью металлизации по Ni и Со 90 %. В производстве анодов получаемого чернового никелевого порошка методом дуговой электроплавки за счет увеличения степени металлизации и активности порошка удалось снизить на 7 % удельный расход электроэнергии и на 9,3 % расход электродов.

Впервые на Рязцветмете внедрена технология переработки сурьмянистых концентратов. Извлечение золота из сырья в сплав составило 95,7 %. Получаемая на производстве металлическая сурьма соответствует марке Су-О.

В производстве свинца разработана и используется на упомянутом заводе технология переработки аккумуляторного лома в электропечах мощностью

1,8 МВА и с площадью пода 13 и 15 м2. Схема безотходной электротермической технологии переработки отработавших аккумуляторов включает: механизированную разделку аккумуляторного лома, плавку, рафинирование чернового свинца и переработку оборотов с получением товарных продуктов. На сепарационной установке дробленный аккумуляторный лом подвергается разделению на пять фракций (металлическую, оксисульфатную, полипропилен, поливинилхлорид и эбонит). Плавка ведется без образования штейна, количество шлака сокращено до минимума.

В полупромышленном масштабе отработана принципиально новая, экологичная, малоотходная технология переработки некондиционных полиметаллических концентратов, содержащих свинец, медь и цинк, и промежуточных продуктов с получением товарных продуктов: чернового свинца, содержащего благородные металлы, штейна; шлака, с содержанием более 15 % оксида цинка, его перерабатывают вельцеванием или шлаковозгонкой. Технологическая схема включает окислительный обжиг в прокалочной печи и плавку в электротермической печи с небольшим объемом отходящих газов.

Для переработки различного металлургического техногенного сырья разработана печь постоянного тока с поляризацией жидкометалльной донной фазы (штейна, металла) ПДФ (рис. 3).

Печь ПДФ позволяет перерабатывать экологически безопасным способом металлургическое техногенное сырье – забалансовые и труднообогатимые полиметаллические руды, текущие и накопленные нецелевые промпродукты с достаточно высоким содержанием ценных металлов (шлаки, шламы, кеки, клинкеры и др.), а также вторичное сырье и практически любые отходы при температуре до 1800°С с отгонкой летучих и переводом нелетучих ценных металлов и серы в донную фазу.

Технология впервые в указанной области позволяет реализовать в промышленном масштабе преимущества электролиза расплавленных сред, включая электрохимическое восстановление металлов, интенсификацию их осаждения в донную фазу и отгонки летучих компонентов, резко повысить извлечение ценных металлов, решить проблему избыточного настылеобразования в шлаковых электропечах.

Для переработки бедных окисленных никелевых руд Урала разработана хлоридовозгоночная технология. Она осуществляется во вращающейся печи, отапливаемой пылеуглем, при температуре 1050-1100°С, уголь сгорает в нагретом до 300-400°С воздушном дутье, при этом в факел вдувается хлористый водород и водяной пар. Получаемые оксиды железа, никеля и кобальта могут быть переработаны в различные виды товарной продукции.

Переработка потерявших активность катализаторов

Катализаторы, используемые в нефтеперерабатывающей промышленности, содержат такие ценные компоненты как рений, платина, палладий, молибден, кобальт, никель.

Технологическая схема переработки катализаторов, содержащих молибден, никель, кобальт включает удаление органических веществ из сырья, селективный перевод молибдена в раствор на первичной операции с последующим сорбционным извлечением, концентрированием и очисткой от примесей, получением товарной молибденовой продукции.

На комбинате “Североникель” освоена технология переработки платинорениевых катализаторов, по которой получают платиновый концентрат и перренат аммония. Извлечение рения в перренат аммония составляет 93-94 %. Технология включает перевод рения в жидкую фазу пульпы и сорбционную переработку растворов с использованием ионитов высокой сорбционной емкости.

Разработаны новые технологии извлечения платины, палладия, родия из дезактивированных катализаторов. Эти технологии позволяют извлекать платиновые металлы совместно и раздельно в виде металлических порошков. Получение порошков платины и палладия основано на процессах реагентного восстановления солей этих металлов в условиях гетерогенной реакции. Содержание основных компонентов в порошке составляет 99,80-99,99 %. Извлечение платины – 96-99,2 %.

Гидрометаллургия

Новым направлением в гидрометаллургии является использование экстракции и сорбции для извлечения и разделения редких и рассеянных элементов, а также тугоплавких металлов.

Экстракция индия из цинковых растворов внедрена на всех цинковых заводах, а также на Чимкентском свинцовом заводе. Аналогов такой технологии в мировой практике не имеется. Внедрение экстракции индия позволило повысить его извлечение в товарную продукцию на 10-30 %.

На Джезказганском горно-металлургическом комбинате экстракция рения используется для его извлечения из промывной серной кислоты. На Чимкентском свинцовом заводе сорбция рения применяется при переработке свинцовых пылей. Экстракционный способ извлечения рения использовался на Скопинском гидрометаллургическом заводе при переработке молибденовых ренийсодержащих концентратов. На Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате теллур полупроводниковой чистоты получают с применением жидкостной экстракции

В более крупных масштабах экстракция используется при получении вольфрамового ангидрида. На Нальчикском гидрометаллургическом заводе объем переработки вольфрамовых растворов экстракцией составлял 165000 м3 в год; в настоящее время объем переработки снизился до 45000 тыс. м3.

На Норильском горно-металлургическом комбинате и комбинате “Североникель” действуют экстракционные установки по получению кобальта повышенной чистоты. Ведутся проектные работы по переходу на этих комбинатах к гидрометаллургии никеля с использованием экстракции для разделения металлов.

На Челябинском цинковом заводе нашли применение новые флокулянты для повышения степени очистки сточных вод до требований санитарно-бытового и рыбохозяйственного водопользования.

Технологии очистки газов

Эти технологии предназначены для очистки газов металлургических и химических производств от оксидов серы.

Для переработки отходящих газов металлургических печей разработана технология получения серы, основанная на восстановлении сернистого ангидрида природным газом или углем. После конденсации серы восстановленные газы, содержащие сероводород, дорабатываются методом Клауса. Технология отработана на Норильском горно-металлургическом комбинате.

Разработаны принципиально новые методы очистки газов с помощью пучка ускоренных электронов и высокочастотного стримерного разряда (рис. 4).

Подавление выделения аэрозолей в электролизных цехах

Разработаны специальные добавки к растворам электролитов для получения катодных меди, никеля, цинка. Они подавляют выделение из ванн аэрозолей электролитов, а также способствуют улучшению качества катодных металлов. Промышленное применение данного метода, в частности, осуществлено в производстве электрорафинированного никеля на Норильском горно-металлургическом комбинате.

Среди работ направленных на решение экологических проблем можно отметить перевод соединений мышьяка в труднорастворимые соединения. Предложен новый способ глубокой очистки растворов от мышьяка, обеспечивающий ПДК. Он основан на получении арсената гидроксижелеза, растворимость которого 0,03 мг/л.

Получение высокочистых металлов

При получении металлов высокой чистоты используют, как правило, сочетание различных методов: дистилляцию в вакууме, зонную перекристаллизацию, переосаждение, фракционированное восстановление восстановительными газами, перегонку в токе водорода, электрорафинирование в расплавах и др. Контроль чистоты полученных металлов осуществляют атомно-эмиссионной спектроскопией с индуктивно связанной плазмой.

Разработанные методы обеспечивают получение металлов высокой чистоты: цинка (99,998), теллура (99,9999), индия (99,9999), висмута (99,999), сурьмы (99,99) и др.

Заключение

1. Цветная металлургия продолжает оставаться в числе базовых отраслей промышленности, имея в последние годы один из самых высоких темпов роста производства.

2. Перспективы развития отрасли в период до 2010 г. связаны, в первую очередь, с расширением спроса на цветные металлы на внутреннем рынке. Повышение технологического уровня производства в рыночных условиях определяется ускоренным переводом отрасли на инновационный путь развития.

3. Основные тенденции в развитии производства цветных металлов следующие:

Удовлетворение возрастающих требований к качеству концентратов;

Более полное извлечение сопутствующих элементов в товарную продукцию;

Развитие непрерывных технологических линий на основе автогенных, ресурсосберегающих и экологически безопасных процессов;

Использование комбинированных технологий, включая пирометаллургические, гидрометаллургические и обогатительные процессы;

Расширение области применения цветных металлов и сплавов.

4. Одним из основным мероприятий по внедрению инноваций является развитие отраслевой научной сферы, предусматривающее создание на базе ЦНИИчертмета и Гинцветмета Федерального центра науки и высоких технологий (ФЦНВТ) в области металлургии, что определено соответствующим постановлением правительства РФ.

Сб. трудов Международной конференции «Медный всадник 2005. Анализ и прогноз развития рынка цветных металлов» 27 апреля 2005г., Москва, с. 8

Как и в любой другой производственной области, в металлургии постоянно разрабатываются и внедряются новейшие технологии. Они позволяют снижать финансовые затраты, наращивать объемы производства и улучшать качество. Компании, занимающие лидирующие позиции на рынке, стараются быть в курсе всех инноваций и по возможности используют их.

Добыча золота

Среди новейших технологий в цветной металлургии важное место занимает добыча золота. Для получения золотой руды ученые разработали следующие современные способы:

Скважинная гидродобыча золота. В основе метода лежит подача жидкости по скважинам, которая размывает породу. Далее происходит откачка жидкого раствора с частичками металла на поверхность уже по другим скважинам.
Золото можно извлекать из россыпей и руд микробиологическим способом с применением специальных бактерий Thiobacillus ferroxidans. Они делают возможным процесс выщелачивания драгоценного металла из концентратов. Эта методика значительно экономит бюджет, так как не требуется дорогостоящий обжиг. Кроме того, она экологична, потому что не происходит загрязнения воздуха токсическими испарениями.

Производство стали

Новейшие технологии добычи металлов позволяют получать сталь. Она образуется путем соединения углерода с железом и разными гелирующими элементами (если есть такая необходимость). Способов ее выплавки существует несколько. Вот самые высокопродуктивные и современные:

Электроплавильный. Суть метода ─ выплавление качественной легированной стали с помощью дуговых печей. Подобные агрегаты характеризуются тем, что металл в них плавится очень быстро. Кроме того, возможно получение стали и сплавов любого состава. Неметаллические включения, сера и фосфор содержатся в них в небольшом количестве. Использование данного способа пока ограничено из-за высокой стоимости электроэнергии.
Конверторный. Основа процесса – это продувка кислородом жидкого металла, окисление чугуна и трансформирование его в сталь. Из преимуществ метода следует отметить высокую производительность, низкую себестоимость стали, компактность и простоту устройства конвертера.

В доменных печах осуществляется освобождение из руды железа и выплавление чугуна. Он бывает двух видов:

литейный (для отливки чугунных заготовок);
предельный (применяется для изготовления стали).

Усовершенствование доменного производства направлено на увеличение мощности печей и улучшение подготовки сырых материалов к плавке. Кроме того, большое внимание уделяется прогрессивным технологиям, направленным на автоматическое управление за ходом работы печей.

Обработка металла

Новые технологии в металлургии и металлообработке позволяют повысить производительность труда, улучшить качество изделий и уменьшить количество отходов.

Среди научных достижений в сфере обработки металла можно выделить следующие:

Гидроабразивная резка. При данном способе на материал воздействует тонкая водяная струя, насыщенная абразивными веществами. Она подается в рабочую зону под высоким давлением. Такая технология с успехом используется на производствах, где не допускается искрообразование и чрезмерное нагревание металла. Подобные установки позволяют эффективно очистить ржавчину с поверхности, снять микронеровности.
Электрохимическая обработка. Она используется для любых металлов и сплавов, в независимости от их механических свойств и химического состава. В основе метода ─ растворение материала в электролитическом составе под действием тока определенной величины. Как результат – поверхностные слои металлов насыщаются сульфидами, нитридами, карбидами. Такие соединения обычно образуются только при высоких температурах. Технология востребована для производства радиаторов, пластин и других биметаллических деталей.
Лазерная резка. Это способ появился недавно, но уже приобрел большую популярность. Он имеет неоспоримые преимущества: качественные результаты, невысокую цену, эффективность. Для такой резки характерно испарение металла под воздействием лазерного луча. Благодаря данной методике можно получить на заготовках даже минимальные отверстия. Лазером производится размерная прошивка тугоплавких химических элементов (молибдена, вольфрама) и изготовляются детали самых сложных форм без потери качества.
Магнитноимпульсная обработка. Обрабатываемые изделия подвергаются действию мощных импульсов магнитных полей, вследствие чего возникают характерные вихревые потоки в заготовках. Методика подходит для получения из стали листовых заготовок, формовки малопластичных сплавов (бериллия, титана).

Вторичное сырье. Переработка

Ресурсы черной и цветной руды истощаются ежегодно, а рынок ее потребления имеет тенденцию к неуклонному росту. Металлопродукция всегда необходима во многих областях: судостроении, производстве сантехники, строительной индустрии, машиностроении. Поэтому вполне разумно заниматься переработкой изделий и деталей, которые уже отработали свой ресурс. Это неплохая и прибыльная идея для развития частного бизнеса.

Наиболее просто перерабатывать однотипные металлы, со сплавами же дело обстоит сложнее. Металлический лом отделяют от других отходов, прессуют, запаковывают и отправляют на литейные предприятия. Там он подвергается дальнейшей обработке и переплавке в электрических индукционных печах.

В качестве сырья для повторной переработки чаще используются:

чугун;
цинк;
алюминий;
медь;
свинец.

Использование вторичного сырья не только экономически оправдано, но и положительным образом сказывается на экологии. В отличии от первичного литья, здесь не происходит выделения тяжелых металлов и других вредных соединений в окружающую среду.

Металлургия - это та отрасль, в которую постоянно происходят финансовые вливания для разработки инновационных технологий. Поэтому в ближайшие годы появится еще немало интересных новинок, которые прочно войдут в повседневные производственные процессы.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инновации в цветной и черной металлургии

Выполнила:

Трофимова В.Н.

Группа: р-322

Преподаватель:

Тульверт В.Ф.

Черная металлургия является одной из базовых отраслей национальной промышленности и одним из немногих секторов, который может внести весомый вклад в обеспечение экономического роста в России в XXI веке.

Черная металлургия занимает устойчивые позиции в структуре российской экономики. Согласно статистическим данным, ее удельный вес в общем объеме промышленной продукции составляет примерно 10,5%, а в структуре валового внутреннего продукта - около 4,4%. Данная отрасль - одна из наиболее прибыльных в России. Ее доля в общем объеме прибыли по промышленности увеличилась до 16,5% в 2007 году. Черная металлургия является крупным налогоплательщиком и обеспечивает 14,5% поступлений в бюджетную систему нашей страны. На предприятиях отрасли сконцентрировано около 6% основных производственных фондов и 4,9% численности персонала, работающего в промышленности.

В развитие приведенных инновационных направлений были реализованы следующие конкретные разработки:

Карусельная печь.

Карусельная печь для использования в черной металлургии содержит печь, которая имеет в плане форму кольца и снизу закрыта вращающимся подом, облицованным сверху огнеупорным материалом, и основание этой печи. Под содержит одинаковые кольцевые секторы, которые соединены с образованием кольца, комплементарного кольцу внутренней планировки печи, и которые вращаются вокруг центральной оси этого кольца посредством двух концентрических наборов колес, установленных на двух окружностях на равных расстояниях друг от друга, закрепленных с помощью опор на основании или снизу пода и комплементарных двум окружным рельсам, закрепленным соответственно снизу пода или на основании. Оба указанных набора колес и указанные два рельса установлены с обеспечением распределения поровну действующей на них нагрузки. При использовании изобретения уменьшаются напряжения в конструкции вращающегося пода.

Комплексный синтетический легкоплавкий флюс для черной металлургии. Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для металлургических процессов выплавки чугуна и стали. Флюс содержит 30-60% углерода, 5-30% оксида кальция 25-65% фторидов натрия, алюминия, кальция и магния, 0,5-5% примесей, в том числе оксиды алюминия, железа, кремния. Изобретение позволит повысить рафинирующую способность металлургических шлаков за счет увеличения в составе флюса содержания легкоплавких и высокоактивных компонентов и оптимизации их соотношения.

Универсальный динамический нанотестер.

Нанотестеры представляют собой микрозондовые системы, предназначенные для проведения комплексного исследования физико-механических параметров различных материалов (от биологических до твердых сплавов и керамик) в субмикрообъемах и тонких приповерхностных слоях методом динамического индентирования на основе анализа зависимости «нагрузка-деформация». Помимо непрерывного индентирования, позволяет реализовывать следующие виды испытаний: определение коэффициента трения, нанотвердости, модуля Юнга, вязкости разрушения; осуществление микропрофилирования, царапанья, моделирования фреттинга и абразивного износа; определение степени адгезии пленок и покрытий.

Исследовательский комплекс для диагностики сыпучих, пористых наноматериалов и жидкостей.

Программно-аппаратный комплекс включает в себя измерительно-силовую головку, контроллер для управления, сбора и первичной обработки потоков данных и программное обеспечение, организующее все циклы работы комплекса.

Может использоваться в двух направлениях:

идентификация продукции в насыпном виде на основе специально созданной базы;

экспресс-контроль свойств, характеристик продукта и их стабильности на разных стадиях производственного цикла.

Объектом диагностики могут быть нанотрубки, металлические порошки (для катализа, для спекания), лекарственные средства, тонкодисперсные пигменты и др., а также различные жидкости.Оригинальный метод диагностики основан на микромеханическом тестировании пористых и слабосвязанных материалов в насыпном виде.Характеризация жидкостей базируется на контроле амплитуды и фазы колебаний зонда в среде.

Инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии.

1. Разработана технологическая модель с математическим описанием сложных, имеющих сетевую структуру систем производственного> водоснабжения. Модель позволяет рассчитать концентрации солей во всех подсистемах, оптимизировать структуру и водно-химический режим систем производственного водоснабжения предприятия.

2. Системно изучены физико-химические и технологические свойства, разработана систематизация окалиномаслосодержащих вод и осадков -- трехфазных микрогетерогенных систем, содержащих жидкую полярную дисперсионную среду, твердую и жидкую аполярную дисперсные фазы. Предложено дополнить существующую классификацию микрогетерогенных дисперсий шестью теоретически возможными трехфазными системами с жидкой дисперсионной средой -- эмульсионно-суспензионными системами.

3. Широко применяется математическая модель для анализа и оптимизации водно-химического режима, и. структуры сложных систем производственного водоснабжения, как при проектировании новых объектов, так и при поэтапном (ступенчатом), возрастании степени замыкания- существующих систем, которое приводит к снижению и прекращению сброса сточных вод.

4. Разработаны и внедреныфеагентные и безреагентные методы и оборудование для. интенсивных процессов глубокой очистки оборотных вод и обезвоживания осадков, основанные на результатах изучения их физико-химических свойств, в т.ч. эффекта гидрофобной ортокинетической флокуляции.

5. Разработаны и внедрены на 4-х заводах России и Украины аппараты типа «0КУД» для глубокого гравитационного обезвоживания окалиномаслосодержащего осадка до влажности" 15% (сыпучее состояние). Технологические особенности процесса обезвоживания определяют минимальную, в сравнении с аналогами, себестоимость получаемого продукта.

Инновации в цветной металлургии России

Технологический уровень металлургических производств в России низок в сравнении с промышленно развитыми странами. Средний износ активной части (машин и оборудования) в металлургической промышленности достиг 70%. Только 30% применяемых технологических схем соответствуют современному мировому уровню, а 28% являются устаревшими и не имеют резервов для модернизации. Недостаточно высокий технологический уровень производств обусловливает значительное отставание по ряду основных технико-экономических показателей российской металлургии от металлургии развитых стран (США, Японии): средняя энергоемкость производства алюминия выше на 20ч30%; количество отходов при выпуске проката выше в 2 раза; средняя производительность труда ниже в 2,5ч3 раза; суммарное удельное негативное воздействие на окружающую среду выше в 2 раза. В этих условиях основным направлением развития металлургии является широкое и ускоренное внедрение инноваций на основе активизации инвестиционной деятельности на всех производственных переделах. При этом государство должно создать условия для перехода металлургической промышленности на инновационный путь развития.

В развитие приведенных инновационных направлений за последние 10 лет были реализованы следующие конкретные разработки.

В области важнейших прикладных исследований:

Разработаны и приняты к внедрению на АО “Челябинский цинковый завод” технология и оборудование для получения свинца из продуктов вельцевания цинковых кеков, обеспечившая повышение извлечения свинца на 0,8%, цинка - на 0,7%, серебра - на 2,5%, индия - на 5-7%;

Обоснована и отработана в опытно-промышленных условиях технология извлечения рения из вторичного сырья; показана принципиальная возможность пополнения отечественной сырьевой базы рения за счет вовлечения в переработку вторичного сырья (отходы получения суперсплавов и прочие отходы авиа - и моторостроительной промышленности). Разработанная технология обеспечивает извлечение рения в товарную продукцию до 98,5%, молибдена - до 99%;

Разработана и внедрена безотходная технология переработки чернового сплава аккумуляторного лома на АО “Рязцветмет” с целью получения из него товарной продукции - свинцово-сурьмяного сплава (УС-1, УС-1С, модифицированного селеном) для ЗАО “Подольский АЗ”;

В области природоохранных социально востребованных технологий:

Разработана мембранная технология переработки сложных по составу растворов металлургического производства, обеспечивающая степень очистки растворов от сульфатов тяжелых цветных металлов на 98-99%, от органических веществ - на 85%, позволяющая создать на предприятиях замкнутый водооборот;

Разработана технология переработки серосодержащих металлургических газов с получением комковой серы для производства эффективного дорожного покрытия - сероасфальта и строительного материала - серобетона.

Обогащение руд цветных металлов.

Например, молибденсодержащие руды достаточно легко и с высоким извлечением металлов обогащаются с получением коллективного концентрата. Однако селективная флотация идет неэффективно, с высокими затратами, по сложной схеме. Установлено, что молибденсодержащие промпродукты (от 5 до 20% молибдена) могут экономически выгодно перерабатываться по схеме: автоклавное окислительное выщелачивание (с дофлотацией кека) - фильтрация - очистка - селективная сорбция молибдена и рения.

Пирометаллургические процессы

Новым высокоэффективным процессом является усовершенствованная кислородно-факельная плавка:

Кислородно-факельная плавка (КФП) в агрегатах с вертикальными шихтово-кислородными горелками с наведением высокоосновных саморассыпающихся ферритно-кальциевых шлаков, которые затем подвергаются глубокому флотационному обезмеживанию. Для данного варианта технологии на основе специальных исследований тщательно подобран новый состав шихты для КФП при определенном соотношении Fe: SiO2: CaO. Шлак успешно флотируется с извлечением более 87% меди в концентрат и получением отвальных хвостов с содержанием менее 0, 29% Сu.

Факельно-барботажная плавка (ФБП). Это принципиально новый способ плавки и агрегат для его реализации, сочетающий в полной мере все достоинства как факельных, так и барботажных процессов.

На комбинате “Североникель” сульфидные концентраты, полученные при разделении файнштейна, обжигают в печах кипящего слоя (КС). На трубчатой печи для восстановления огарка в интервале температур 850ч1100°С используется разработанная технология получения высокоактивного никеля с суммарной степенью металлизации по Ni и Со 90 %. В производстве анодов получаемого чернового никелевого порошка методом дуговой электроплавки за счет увеличения степени металлизации и активности порошка удалось снизить на 7 % удельный расход электроэнергии и на 9,3 % расход электродов.

В производстве свинца разработана и используется на упомянутом заводе технология переработки аккумуляторного лома в электропечах мощностью 1,8 МВА и с площадью пода 13 и 15 м2. Схема безотходной электротермической технологии переработки отработавших аккумуляторов включает: механизированную разделку аккумуляторного лома, плавку, рафинирование чернового свинца и переработку оборотов с получением товарных продуктов. На сепарационной установке дробленный аккумуляторный лом подвергается разделению на пять фракций (металлическую, оксисульфатную, полипропилен, поливинилхлорид и эбонит). Плавка ведется без образования штейна, количество шлака сокращено до минимума.

Печь ПДФ позволяет перерабатывать экологически безопасным способом металлургическое техногенное сырье - забалансовые и труднообогатимые полиметаллические руды, текущие и накопленные нецелевые промпродукты с достаточно высоким содержанием ценных металлов (шлаки, шламы, кеки, клинкеры и др.), а также вторичное сырье и практически любые отходы при температуре до 1800°С с отгонкой летучих и переводом нелетучих ценных металлов и серы в донную фазу.

Для переработки бедных окисленных никелевых руд Урала разработана хлоридовозгоночная технология. Она осуществляется во вращающейся печи, отапливаемой пылеуглем, при температуре 1050-1100 °С, уголь сгорает в нагретом до 300-400°С воздушном дутье, при этом в факел вдувается хлористый водород и водяной пар. Получаемые оксиды железа, никеля и кобальта могут быть переработаны в различные виды товарной продукции.

Переработка потерявших активность катализаторов

Гидрометаллургия

Экстракция индия из цинковых растворов внедрена на всех цинковых заводах, а также на Чимкентском свинцовом заводе. Аналогов такой технологии в мировой практике не имеется. Внедрение экстракции позволило повысить его извлечение в товарную продукцию на 10-30 %.

Технологии очистки газов

Эти технологии предназначены для очистки газов металлургических и химических производств от оксидов серы.

Разработаны принципиально новые методы очистки газов с помощью пучка ускоренных электронов и высокочастотного стримерного разряда.

Подавление выделения аэрозолей в электролизных цехах

Получение высокочистых металлов

металлургия нанотестер карусельный печь

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Характеристика основных технологий в черной и цветной металлургии. Классификация металлургических процессов. Сырье для черной металлургии и его добычи. Продукты металлургического производства. Дуговые электроплавильные печи, конвертеры, прокатные станы.

курсовая работа , добавлен 16.10.2010

Металлургический комплекс России: чёрная металлургия, цветная металлургия. Структура черной металлургии. Системы технологий и промышленное производство цветной металлургии. Олово: классификация, свойства, сплавы и применение олова в других отраслях.

контрольная работа , добавлен 22.10.2007

Обжиговые печи черной металлургии. Рациональная конструкция печи. Принцип действия и устройство шахтных печей. Способы отопления и режимы обжига в шахтных печах. Аэродинамический режим печи. Особенности теплообмена в слое. Шахтные и обжиговые печи.

курсовая работа , добавлен 04.12.2008

Тепловая работа шахтных печей цветной металлургии. Плавка кусковой руды, брикетов, агломерата и различных промежуточных продуктов металлургического производства. Шахтные печи с режимом работы на базе топочного процесса. Особенности теплообмена в слое.

курсовая работа , добавлен 04.12.2008

Горизонтальные конверторы с верхним отводом газов. Конструкция конвертеров цветной металлургии. Расчет основных параметров и теплового баланса конверторов цветной металлургии. Тепловой баланс конвертора. Вертикальные конверторы. Производительность.

дипломная работа , добавлен 29.10.2008

Высокая эффективность использования кислорода в металлургии, конвертерная выплавка стали. Специфика кислородного дутья в доменных печах и особенности электросталеплавильного производства. Интенсификация процессов обжига сырья в цветной металлургии.

презентация , добавлен 28.12.2010

Стационарные и качающиеся мартеновские печи и их конструкция. Верхнее и нижнее строение печи. Рабочее пространство. Кладка мартеновской печи. Тепловая работа. Период заправки печи, завалки, нагрева, плавления металлической части шихты, доводки.

дипломная работа , добавлен 04.12.2008

Добыча, обогащение руд цветных металлов и выплавка цветных металлов и их сплавов. Цветная металлургия как отрасль национальной экономики. Основные факторы и условия функционирования и развития цветной металлургии в стране. Доля России на мировом рынке.

презентация , добавлен 31.05.2014

Совокупность методов изготовления порошков металлов и сплавов. Преимущества порошковой металлургии. Изготовление пористых материалов. Получение материалов высокой чистоты. Использование продукции порошковой металлургии в других отраслях промышленности.

презентация , добавлен 07.02.2011

Создание безотходной по материалам и энергии технологии как признак идеальной организации производства. Классификация вторичных энергоресурсов (ВЭР) по виду энергии: горючие, тепловые и избыточного давления. Способы использования ВЭР черной металлургии.

Материалы по теме:

Карта сайта