Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых в алюминиевой промышленности

Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых в алюминиевой промышленности

2.1 Производство глинозема

Способы производства глинозема из различных видов сырья (минералов), содержащего алюминий, основаны на получении алюминатных растворов и их свойстве самопроизвольно разлагаться при снижении температуры и концентрации на гидроксид алюминия и щелочь. Прокаливая гидроксид алюминия при температуре 1000-1200 °C, получают глинозем.

Наиболее широкое применение в промышленности нашел разработанный К. Байером щелочной гидрохимический способ, с помощью которого, как правило, перерабатывают лишь высокосортные бокситы с малым содержанием кремнезема - бокситы с кремниевым модулем (соотношение Al ₂O ₃ и SiO ₂ по массе) выше 6. После подготовки сырья (дробление и размол боксита) осуществляют его обработку щелочно-алюминатным раствором - процесс выщелачивания, в результате которого из боксита извлекается оксид алюминия, переходящий в раствор с концентрацией Al ₂O ₃ 250-300 г/л. При этом в осадок выпадают нерастворимые соединения, содержащиеся в боксите, - так называемый красный шлам. Последующие процессы производства связаны с отделением и очисткой алюминатного раствора от красного шлама и промывкой последнего для более полного извлечения алюминатного раствора.

Бокситы с кремниевым модулем ниже 6 и другие виды высококремнистого сырья, пригодного для производства глинозема (нефелины, алуниты, каолины), перерабатывают или по способу спекания, или комбинированному способу - сочетание способа Байера со способом спекания.

Способ спекания основан на термической обработке смеси алюмосиликатной руды с известняком с целью перевода практически всего оксида алюминия из сырья в растворимую форму в спеке (алюминат натрия) и связывании диоксида кремния сырья в нерастворимую форму (двухкальциевый силикат).

Способ Байера - самый экономичный, но его применение ограничивается качеством и количеством боксита; способ спекания является наиболее затратным, но более универсальным и пригоден для любого вида сырья.

На действующих российских предприятиях, выпускающих глинозем, применяются все из перечисленных технологий. На Ачинском глиноземном комбинате и Пикалевском глиноземном заводе ("Базэл Цемент Пикалево") перерабатывается нефелиновое сырье. Технология производства глинозема, основанная на спекании нефелина с известняком (рисунок 2.1, таблица 2.1), предусматривает комплексную переработку сырья - на глинозем, соду и цемент.

Рисунок 2.1 - Схема производства глинозема способом спекания нефелинов

Рисунок 2.2 - Схема производства глинозема способом Байер-спекания

Шлам, получаемый при выщелачивании спека (нефелиновый шлам), используют для получения цементного клинкера.

Богословский и Уральский алюминиевые заводы перерабатывают отечественные байеровские и спекательные бокситы. Производство глинозема осуществляется по комбинированному способу - параллельная схема Байер-спекания (рисунок 2.2). По способу Байера получают около 80-90 % глинозема, остальное - по технологии спекания. Ветвь спекания состоит из отделений приготовления шихты (дополнительного к ветви Байера), спекания, размола, выщелачивания спека и отделения алюминатного раствора от осадка шлама. Получаемый в этой ветви алюминатный раствор объединяется с алюминатным раствором из ветви Байера, а усредненный раствор поступает на последующую переработку, включая стадию прокалки гидроксида алюминия в печах кальцинации (таблица 2.1 и таблица 2.2).

Таблица 2.1 - Основные этапы производства глинозема способом спекания нефелинов

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Нефелин, известняк, вода	Приготовление шихты	Влажная шихта (пульпа)	Дробилки, мельницы	Пыль
Пульпа	Спекание	Спек	Вращающиеся печи	Пыль, SO 2, NO x, CO
Спек	Переработка спека	Алюминатный раствор, шлам	Дробилки, мельницы	Пыль, щелочь, шлам
Алюминатный раствор	Переработка алюминатных растворов	Гидроксид алюминия, содовые растворы	Карбонизаторы, декомпозеры, сгустители, автоклавы, фильтры	Щелочь, SO 2, NO x, CO
Гидроксид алюминия	Кальцинация	Глинозем	Печи	Пыль, SO 2, NO x, CO

Таблица 2.2 - Основные этапы производства глинозема способом Байер-спекания

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Боксит, известняк, вода, сода	Подготовка шихты к выщелачиванию и спеканию	Влажная шихта (пульпа)	Дробилки, шаровые мельницы	Пыль
Пульпа	Выщелачивание	Алюминатный раствор, шлам	Автоклавные батареи	Щелочь
Шламовая пульпа	Сгущение и промывка шлама ветвей Байера и спекания (раздельно)	Сгущенная шламовая пульпа, растворы	Сгустители, фильтры	Щелочь, шлам
Сгущенная шламовая пульпа	Осветление растворов, обезвоживание шламовой пульпы	Шлам, оборотные растворы	Шламохранилище, пруды оборотных растворов (при наличии)	Пыль, шлам
Пульпа	Спекание	Спек	Вращающиеся печи	Пыль, SO 2, NO x, CO
Спек	Переработка спека	Алюминатный раствор, шлам (красный)	Дробилки, мельницы	Пыль, щелочь
Алюминатный раствор	Переработка алюминатных растворов (раздельно для каждой ветви)	Очищенный алюминатный раствор (оборотный), гидроксид алюминия	Декомпозеры, сгустители	Щелочь
Гидроксид алюминия	Кальцинация	Глинозем	Печи	Пыль, SO 2, NO x, CO

Назначение, описание, технологические характеристики основного и природоохранного оборудования, используемого в процессе производства глинозема, приведены в таблицах 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Описание
Способ Байер-спекание
Дробилки	Дробление и измельчение сырьевых материалов	Молотковые, щековые, конусные дробилки
Шаровые мельницы	Помол сырьевых материалов и усреднение, приготовление шихты (пульпы) на выщелачивание и на спекание	Вращающиеся мельницы с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (шары)
Автоклавные батареи	Выщелачивание бокситовой пульпы	Герметически закрытые сосуды, работающие под давлением
Сгустители красного шлама	Разделение жидкой и твердой фаз пульпы, уплотнение шлама	Одноярусные и многоярусные сгустители
Декомпозеры	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия	Цилиндрические сосуды различных размеров
Печи спекания	Спекание боксито-известняковой шихты	Вращающиеся трубчатые печи
Насосы	Перекачка технологических сред	Центробежные, мембранно-поршневые насосы различных типов
Выпарные батареи	Упаривание технологических растворов	Герметически закрытые сосуды работающие под давлением и вакуумом
Печи кальцинации	Прокалка гидроксида алюминия для получения глинозема	Вращающиеся трубчатые печи, циклонно-вихревые печи
Способ спекания нефелинов
Дробилки	Дробление и измельчение сырьевых материалов	Молотковые, конусные дробилки
Мельницы размола	Помол сырьевых материалов и усреднение, приготовление шихты (пульпы) на спекание	Вращающиеся мельницы с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (шары, цильпебсы)
Печи спекания	Спекание шихты	Вращающиеся трубчатые печи
Насосы	Перекачка технологических сред	Центробежные насосы различных типов
Трубчатые выщелачиватели	Выщелачивание спека	Аппараты непрерывного действия, работающие по принципу противотока
Стержневые мельницы	Выщелачивание и доизмельчение спека	Технологические аппараты с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (стержни)
Автоклавы	Обескремнивание алюминатного раствора	Сварные сосуды со сферическим днищем и крышкой
Однокамерные сгустители	Сгущение твердой фазы	Стальные цилиндроконические резервуары
Декомпозеры	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия	Цилиндрические сосуды с коническим днищем
Карбонизаторы	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия	Сосуды цилиндрической формы с конусным днищем сварной конструкции
Печи кальцинации	Прокалка гидроксида алюминия для получения глинозема	Вращающиеся трубчатые печи
Рукавные фильтры	Очистка от пыли сбросного (аспирационного) воздуха от мест пересыпки при транспорте сыпучих материалов (сырье, полупродукты, товарная продукция), при дроблении, сухом измельчении и помоле в цехах приготовления шихты, спекания, кальцинации и обжига известняка	Типы ФРИ и ФРКИ, КПД до 95 %, остаточная запыленность до 20 мг/м 3

Таблица 2.4 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Электрофильтры вертикальные, многосекционные	Очистка отходящих газов печей кальцинации	Однопольные, КПД до 99,7 %, остаточная запыленность газов до 200 мг/нм 3
Пылевая камера	Очистка газов ряда печей спекания (спекание нефелинов)	Запыленность газов на выходе до 100 г/нм 3
Электрофильтры горизонтальные	Очистка отходящих газов печей спекания и вращающихся печей обжига известняка	Многопольные (3-4 поля), КПД до 99,8 %, остаточная запыленность газов до 300 мг/нм 3
Скруббера мокрые	Очистка отходящих газов печей спекания (комбинированный способ)	КПД 50 % - 85 %, остаточная запыленность газов до 100 мг/нм 3
Шламохранилище	Осветление растворов, обезвоживание шламовой пульпы	Определяется показателями технологических требований к растворам

2.2 Производство анодов и анодной массы

В зависимости от типа используемого электролизера в качестве анодных материалов используется анодная масса или предварительно обожженные аноды.

Анодные материалы являются одним из ключевых элементов в технологии электролитического производства алюминия. Угольные аноды или анодную массу для выплавки первичного алюминия, как правило, производят на том же алюминиевом заводе, что и сам металл. Хотя в некоторых случаях их могут производить на отдельных анодных фабриках.

Сырьем для производства анодной массы и анодов служат каменноугольный пек (связующий материал) и нефтяной кокс с низким содержанием зольных примесей (наполнитель). Современное анодное хозяйство представляет собой крупное производство с разветвленной транспортно-технологической схемой и автоматизированной системой управления технологическими процессами.

2.2.1 Производство анодной массы

Общая схема технологического процесса производства анодной массы представлена на рисунке 2.3, а процесс производства описан ниже. Исходный сырой кокс поступает на склад предприятия и по транспортной системе подается на первичное дробление. Далее через систему питания кокс подается в прокалочный агрегат, после которого по системе транспорта прокаленный кокс поступает в бункер запаса. Некоторые предприятия, не имея в своем составе прокалочных печей, осуществляют закупку уже прокаленного кокса. Из бункера прокаленного кокса кокс поступает на сушку, затем на дробление и рассев, после чего полученные сортовые фракции прокаленного кокса подогреваются и направляются в смеситель, где происходит смешение кокса с пеком.

Рисунок 2.3 - Схема технологического процесса производства анодной массы

Пек поступает на предприятие в жидком и (или) твердом виде и после подготовки с помощью дозатора и пекового насоса подается в смеситель. После смесителя через орошаемый водой конвейер и систему транспорта охлажденные брикеты анодной массы поступают на склад готовой продукции.

Количество и качество связующего пека является фактором, определяющим выделение в атмосферу ЗВ. Улавливаемая в системах аспирации и пылеочистки пыль от переделов производства анодной массы возвращается в производство.

Изложенные принципы производства анодной массы не меняются уже много десятилетий. Однако аппаратурное оформление, качество оборудования и принципы управления технологическим процессом постоянно совершенствуются.

В таблице 2.5 представлено описание основных этапов технологического процесса получения анодной массы. Назначение и технологические характеристики основного и природоохранного оборудования, используемого в процессе производства анодной массы, приведены в таблицах 2.6 и 2.7.

Таблица 2.5 - Основные этапы технологического процесса получения анодной массы

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Кокс нефтяной сырой	Прием, хранение, предварительное дробление	Кокс нефтяной сырой дробленый	Двухвалковая зубчатая дробилка	Пыль кокса
Кокс нефтяной сырой дробленный	Прокалка	Кокс нефтяной прокаленный	Вращающаяся прокалочная печь барабанного типа	Пыль кокса, CO, SO 2, NO x
Кокс нефтяной прокаленный	Дробление, размол, рассев на фракции	Сортовые фракции прокаленного кокса	Дробилка молотковая однороторная. Дробилка двухвалковая. Грохот универсальный. Шаровые барабанные мельницы	Пыль кокса
Сырой прокаленный кокс	Сушка	Сухой прокаленный кокс	Сушильный агрегат	Пыль кокса, CO, SO 2, NO x
Пек гранулированный каменноугольный	Прием, хранение, пекоподготовка	Пек жидкий	Пекоприемники	Пыль пека, возгоны пека
Пек жидкий каменноугольный	Прием, хранение, пекоподготовка	Пек жидкий	Пекоприемники. Пекоплавители	Возгоны пека
Сортовые фракции прокаленного кокса, пек жидкий	Дозирование, смешение, формование	Брикеты анодной массы	Весовые дозаторы. Смесители. Формовочное устройство	Пыль кокса, возгоны пека

Таблица 2.6 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Двухвалковая зубчатая дробилка, дробилка молотковая однороторная	Дробление сырых и прокаленных коксов	Производительность в зависимости от крупности дробленного материала - 21-150 т/ч
Вращающаяся прокалочная печь барабанного типа	Прокаливание сырых коксов	Производительность по прокаленному коксу - 10 т/ч Три зоны термообработки: - сушка - прогрев слоя кокса от 20 до 400 °C; - удаление летучих веществ - нагрев кокса от 400 до 1000 °C; - прокаливание - прогрев слоя кокса до 1250 °C
Сушильный агрегат	Сушка прокаленного кокса	Производительность до 20 т
Грохот универсальный, шаровые барабанные мельницы	Механическая сортировка и размол коксовых фракций	Производительность 6-30 т/ч
Пекоприемники, пекоплавители	Размещение пека, пекоподготовка	Металлические резервуары различной емкости, обогреваемые паром. Температура пека в пекоприемнике - 140-160 °C, в пекоплавителе - 150-190 °C
Весовые дозаторы	Дозирование компонентов коксовой пыли и пека	Максимальная производительность: - для прокаленного кокса - 14000 кг/ч; - для жидкого пека - 10000 кг/ч
Смесители непрерывного действия	Смешение пекококсовой композиции	Производительность - 6-30 т/ч
Формовочное устройство	Получение брикетов анодной массы требуемой формы	Продавливание через экструдер или прохождение специального формовочного устройства и охлаждение "оборотной" водой
Электрофильтр	Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения	Эффективность очистки - 90-99 %

Таблица 2.7 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Циклон	Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения	Эффективность очистки - 70-93,9 %
Рукавные фильтры	Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения	Эффективность очистки - 97,1-99 %
Батарейный циклон-электрофильтр	Улавливание пыли кокса из отходящих газов печей прокалки	Эффективность очистки - 80,6-93,4 %
Труба Вентури (адсорбент кокс) - рукавный фильтр	Улавливание возгонов каменноугольного пека из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от дозировочно-смесительного отделения	Эффективность очистки - 99,6-99,9 %

Производство анодной массы является подчиненным к производству алюминия и осуществляется практически на всех алюминиевых заводах, применяющих технологию электролиза с самообжигающимися анодами (Содерберга).

2.2.2 Производство анодов

Процесс производства анодов в части дробления, измельчения и смешивания сырьевых материалов идентичен производству анодной массы, за исключением использования отходов обожженных анодов (огарки), которые вместе с коксом проходят стадии дробления и рассева. Затем из смешанного материала формируются "зеленые" аноды и после охлаждения поступают на склад "зеленых" анодов. Со склада "зеленые" аноды по системе конвейеров направляются в печи обжига. Обжиг осуществляется в многокамерных кольцевых печах открытого типа с подвижной зоной "огня". Печь обжига состоит из блока вертикальных камер, соединенных между собой простенками для последовательного прохода дымовых газов из одной камеры в другую. Эти простенки делят камеры на кассеты, в которые загружаются анодные блоки. Продвижение огня производится путем переноса рампы с горелки, дутьевых и отсасывающих труб вдоль печи на одну камеру в соответствии с заданным темпом обжига. В качестве топлива используется мазут. Обожженные анодные блоки по конвейеру поступают на сборку в анодно-монтажное отделение (АМО), которое включает в себя отделение демонтажа и монтажа анодов. При монтаже обожженных анодов осуществляются заливка ниппельных гнезд чугуном, подготовка анододержателя и, как правило, покрытие поверхности анодного блока защитным слоем от интенсивного выгорания поверхностного слоя. При демонтаже огарков анодов в АМО осуществляются их зачистка от электролита, отделение от анододержателя и его зачистка, дробление огарка в дробилках для транспортировки его в заготовительное отделение. Схема технологического процесса производства обожженных анодов с этапа смешения сырьевых материалов представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Схема отдельных этапов технологического процесса производства обожженных анодов

В технологическом процессе образуется некоторое количество брака "зеленых" анодов и анодной массы, которые после дробления возвращаются обратно в смеситель. При производстве анодов на специальных установках газоочистки с помощью глинозема из паров абсорбируются смолистые вещества, фториды из анодных огарков. Улавливаемая в системах аспирации и пылеочистки коксовая пыль от переделов производства анодов возвращается в производство.

В таблице 2.8 приведены основные технологические этапы производства обожженных анодов. Краткое описание основного и природоохранного оборудования представлено в таблицах 2.9 и 2.10.

Таблица 2.8 - Основные этапы производства обожженных анодов

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Кокс нефтяной сырой; огарки анодов	Прием, хранение, предварительное дробление	Кокс нефтяной сырой дробленный; огарки анодов дробленные	Двухвалковая зубчатая дробилка	Пыль кокса
Кокс нефтяной прокаленный, дробленые огарки	Дробление, размол, рассев на фракции	Сортовые фракции прокаленного кокса	Дробилка молотковая однороторная. Дробилка двухвалковая. Грохот универсальный. Шаровые барабанные мельницы	Пыль кокса
Пек гранулированный каменноугольный, пек жидкий	Прием, хранение, пекоподготовка	Пек жидкий	Пекоприемники, пекоплавители	Пыль пека, возгоны пека
Сортовые фракции прокаленного кокса и огарков, пек жидкий	Дозирование, смешение	Анодная масса	Весовые дозаторы. Смесители	Пыль кокса, возгоны пека
Анодная масса	Формование	"Зеленые" аноды	Вибропресс	Возгоны пека
"Зеленые" аноды	Обжиг	Обожженные аноды	Многокамерная кольцевая печь открытого типа	Пыль кокса, возгоны пека, HF, CO, SO 2, NO x
Обожженные аноды	Монтаж анодов	Смонтированные аноды	Печи ИЧТ, конвейеры, системы очистки огарков, дробилки	Пыль кокса, в том числе твердые фториды

Таблица 2.9 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Двухвалковая дробилка, конусная дробилка, щековая дробилка, грохот, барабанные мельницы	Дробление коксов, огарков анодов, сортировка, размол	Дробление фракций до - 0-12,5 мм, помол до + 0-0,5 мм
Пекоприемники, пекоплавители	Размещение пека, пекоподготовка	Температура пека в пекоприемнике - 180-220 °C, в пекоплавителе - 180-220 °C
Смесители непрерывного действия	Смешение пекококсовой композиции	Обеспечение гомогенизации и экструдирования в направлении выхода. Температура "зеленой" анодной массы - 220 °C
Многокамерная кольцевая печь	Обжиг "зеленых" анодов	Обжиг производится за счет сжигания мазута и летучих веществ, выделяющихся при термообработке "зеленых" блоков. Температура обжига (температура в камере полного огня) - 1250 °C
Печи ИЧТ	Монтаж обожженных анодов	Расплав чугуна для заливки ниппельных гнезд обожженных анодов. Емкость печей - 2,5 т

ГАРАНТ:

Нумерация таблиц приводится в соответствии с источником

Таблица 2.3 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Рукавный фильтр	Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения, участка дозирования шихты, из отходящих газов сушильных барабанов, анодно-монтажного отделения	Эффективность очистки - 98,0 %
"Мокрая" ГОУ: полый скоростной скруббер	Улавливание пыли кокса, возгонов каменноугольного пека, фторидов газообразных, диоксида серы из отходящих газов печей обжига	Эффективность очистки: пыль - 70 %; фториды газообразные - 98 %; возгоны каменноугольного пека - 70 %, диоксид серы - 90 %
"Сухая" ГОУ: модуль - адсорбционные реакторы - рукавный фильтр	Улавливание пыли кокса, возгонов каменноугольного пека, фторидов газообразных из отходящих газов печей обжига	Эффективность очистки: пыль - 98,5 %; фториды газообразные - 99 %; возгоны каменноугольного пека - 98,5 %
"Сухая" ГОУ: модуль - адсорбционные реакторы - рукавный фильтр	Улавливание пыли кокса, возгонов каменноугольного пека из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от технологических линий смесильно-прессового участка производства	Эффективность очистки: по пыли - 98 %; по остальным компонентам - 90 %

Рассмотренный технологический процесс производства обожженных анодов реализуется преимущественно на заводах, целиком оборудованных электролизерами с предварительно обожженными анодами.

2.3 Производство первичного алюминия

Алюминий производится путем электролитического восстановления оксида алюминия (глинозема), растворенного в расплавленном электролите (криолите) при температуре приблизительно 960 °C. В состав электролизера входят углеродный катод, изолированный огнеупорными кирпичами по внутренней поверхности прямоугольного стального кожуха, и углеродные аноды, прикрепленные к электропроводящей анодной балке и погружаемые в раствор. Электролизеры соединены последовательно и образуют серию электролизеров. Постоянный ток подается с анодов через электролит и слой металла на катод, а затем - по комплекту проводников, известных как "ошиновка", на следующий электролизер.

Жидкий алюминий оседает на катоде электролизера. Расплавленный металл периодически извлекается из электролизеров спецковшами и передается в литейное отделение для получения товарной продукции. В процессе электролиза кислород из глинозема реагирует с углеродным анодом и образует диоксид углерода и монооксид углерода. Таким образом, в ходе этого процесса происходит непрерывный расход углеродных анодов.

Основным сырьем для получения алюминия служат: глинозем, фтористые соли (криолит, фтористый алюминий) и обожженные аноды или анодная масса.

Схемы производства алюминия в электролизерах с обожженными анодами, в электролизерах с боковым и верхним токоподводами представлены на рисунках 2.5-2.7.

Рисунок 2.5 - Блок-схема производства первичного алюминия в электролизерах с ОА

Рисунок 2.6 - Блок-схема производства первичного алюминия в электролизерах с боковым токоподводом

Рисунок 2.7 - Блок-схема производства первичного алюминия в электролизерах с верхним токоподводом

В таблицах 2.11 и 2.12 приведена информация о технологическом процессе электролиза и применяемом оборудовании.

Таблица 2.4 - Описание технологического процесса электролиза

Входной поток	Этап процесса	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Свежий глинозем, фторсоли	Прием, хранение сырья на складах и в силосах	Свежий глинозем, анодная масса/аноды, фторсоли	Склады, силоса, бункера	В атмосферный воздух: - оксид алюминия; - твердые фториды
Сырье: глинозем, анодная масса/аноды, фторсоли. Электроэнергия	Электролитическое производство первичного алюминия	Первичный алюминий (алюминий-сырец)	Электролизеры: - с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом (Содерберга); - с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом (Содерберга); - с предварительно обожженными анодами	В атмосферный воздух: - фтористый водород; - твердые фториды; - диоксид серы; - оксид углерода; - пыль неорганическая; - смолистые вещества (для электролизеров Содерберга). В поверхностные и подземные воды - отсутствуют. В почву - непосредственно отсутствуют. Отходы производства: - отработанная угольная футеровка; - отработанная кирпичная футеровка; - угольная пена; - огарки обожженных анодов. Прочее: физические воздействия (тепловое, шум, вибрация, электромагнитное загрязнение) не являются лимитирующими для производства первичного алюминия

Таблица 2.5 - Основное технологическое оборудование процесса электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
		Сила тока, кА	Выход по току, %
Электролизеры с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом	Получение первичного алюминия (алюминия-сырца)	До 175	До 89
Электролизеры с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом		До 85	До 90
Электролизеры с предварительно обожженными анодами		До 400	До 94,5

В таблице 2.13 приведено основное природоохранное оборудование процесса электролиза и его характеристики.

Таблица 2.6 - Природоохранное оборудование процесса электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Сухая газоочистка (реакторы + рукавные фильтры)	Очистка отходящих газов от:	Эффективность очистки, %:
	- фтористого водорода;	98,4-99,7
	- твердых фторидов;	97,4-99,5
	- неорганической пыли;	97,4-99,5
	- смолистых веществ	96 - > 99
Сухая ГОУ + мокрый скруббер	Очистка отходящих газов от:	Эффективность очистки, %:
	- фтористого водорода;	99,5-99,8
	- твердых фторидов;	99,4-99,7
	- неорганической пыли;	99,5-99,8
	- смолистых веществ;	98,8-99,4
	- диоксида серы	85,0-98,7
Электрофильтр + мокрый скруббер или пенный аппарат	Очистка отходящих газов от:	Эффективность очистки, %:
	- фтористого водорода;	95,0-98,7
	- твердых фторидов;	80,0-90,0
	- неорганической пыли;	80,0-90,0
	- смолистых веществ;	55,0-90,0
	- диоксида серы	85,0-98,7

2.3.1 Виды электролизеров и технологий электролиза

Промышленное получение алюминия как в России, так и во всем мире осуществляется в электролизерах, различающихся по конструкции и единичной мощности. В настоящее время применяются следующие технологии электролиза:

- технология производства алюминия на электролизерах с предварительно обожженными анодами (технология электролиза ОА);

- технология производства алюминия на электролизерах с самообжигающимися анодами (или электролизеры Содерберга).

Электролизеры с самообжигающимися анодами различаются также по принципу подвода тока к аноду, с боковым и верхним токоподводом (технологии электролиза БТ и ВТ соответственно).

На электролизерах ВТ токоподводящие штыри устанавливают вертикально на высоту, обеспечивающую их запекание при опускании анодного массива. При достижении нижним концом штыря расстояния от подошвы анода, определяемого безопасным ведением процесса (минимальное расстояние от штыря до подошвы анода - не менее 20 см), штырь раскручивается и извлекается из тела анода.

Катодное устройство электролизера ВТ состоит из стального кожуха, футерованного внутри угольными подовыми блоками и боковыми плитами, огнеупорными и теплоизоляционными материалами. В нижнюю часть подовых блоков перед их установкой в электролизер заливают чугуном стальные стержни - блюмсы, служащие для отвода тока от подины. Швы между подовыми блоками и периферийный шов набивают подовой массой.

Анодное устройство электролизера ВТ состоит из угольного анода, помещенного в стальной кожух, анодной шины и анодных штырей, служащих для подвески анода и подвода тока. В нижней части анодного кожуха по его периметру на специальном поясе подвешен газосборный колокол, собранный из чугунных литых секций. Колокол подвешивается на уголок (пояс) анодного кожуха и служит газосборником, собирающим из-под анода смесь газов. На рисунке 2.8 представлена конструкция электролизера ВТ.

На электролизерах ВТ анодные газы эвакуируются с помощью системы колокольного газосборника и горелочного устройства. Колокольный газосборник, собранный из чугунных секций, крепится к пояску анодного кожуха и герметизируется в нижней части засыпкой глинозема. Анодные газы собираются под газосборником и под избыточным давлением поступают в горелочные устройства (для дожигания оксида углерода и смолистых веществ).

Разработкой новой конструкции электролизеров ВТ является проект "Создание экологически приемлемой и конкурентоспособной технологии электролиза с анодом Содерберг" (проект "ЭкоСодерберг"). Проект "ЭкоСодерберг" включил практически весь комплекс работ, связанных с производством алюминия, а именно:

Рисунок 2.8 - Электролизер ВТ:

1 - катодные угольные блоки; 2 - анодный массив; 3 - анодный токоведущий штырь; 4 - колокольный газосборник; 5 - горелочное устройство; 6 - анодный кожух; 7 - анодная шина

- технологию и оборудование по производству анодной массы;

- технологию изготовления и конструкцию катодного узла;

- технологию анода и электролиза с современной автоматизированной системой управления системой;

- комплекс мероприятий по дожигу и удалению газов от электролизера;

- автоматизированные системы по транспортировке и питанию электролизера сырьем;

- механизмы, устройства и инструменты, исключающие или снижающие долю ручного труда в обслуживании электролизера.

К новым техническим и технологическим решениям конструкции электролизера "ЭкоСодерберг" относятся:

- устройство электролизеров С-8БМ(Э) и С-8Б(Э) с новым безгорелочным газосборным колоколом и новой системой газоудаления;

- новый технологический инструмент, средства механизации, новые технологические практики для обслуживания данных электролизеров;

- технология производства и использования анодной массы с низким содержанием связующего.

На рисунке 2.9 представлена система газоудаления электролизера "ЭкоСодерберг".

Рисунок 2.9 - Система газоудаления электролизера "ЭкоСодерберг":

1 - газосборный колокол электролизера; 2 - сборные купола системы газоудаления; 3 - трубопроводы системы удаления газов; 4 - продувка системы удаления газов

На электролизерах БТ конструкция катодного устройства схожа с конструкцией стандартного (рядового) электролизера ВТ.

Анодное устройство электролизера БТ состоит из стальной анодной рамы, которая с помощью стальных канатов и системы полиспасов подвешивается на металлоконструкции. По мере сгорания анода и его опускания для поддержания установленного межэлектродного расстояния одновременно с ним опускается анодная рама. Токоведущими являются два нижних ряда штырей. Они подключаются к анодной ошиновке с помощью медных или (чаще) алюминиевых спусков. Стальные токоведущие анодные штыри забиваются под определенным углом в боковые поверхности анодного массива в верхних зонах, где еще не прошли процессы спекания анода, и по мере сгорания анода перемещаются вместе с анодом в нижние, более горячие зоны, где спекаются со скоксовавшимся массивом и при достижении определенных температур воспринимают токовую нагрузку. Когда становится вероятным выход нижнего конца штыря из тела анода и контакт с электролитом, штырь извлекается из тела анода и забивается в верхний горизонт. Электролизеры БТ снабжены укрытием для сбора вредных веществ, выделяющихся при электролизе. Укрытие монтируется на каркасе и имеет вверху газосборный колпак и шторы (навивные, створчатые и др.), закрывающие боковые стороны электролизера.

По-разному осуществляется и эвакуация анодных газов, образующихся в процессе электролиза на электролизерах разных типов. На электролизерах БТ все устройство, ограниченное коркой электролита и боковыми поверхностями анода, перекрыто шторными укрытиями. Анодные газы, содержащие горючий оксид углерода, выделяются через специально устраиваемые отверстия в корке электролита "огоньки". При этом горючие компоненты анодного газа сгорают, а продукты горения удаляются с отсасываемой от электролизера газовоздушной смесью.

На рисунке 2.10 представлена конструкция электролизера БТ.

Рисунок 2.10 - Электролизер БТ:

1 - катодные угольные блоки; 2 - анодный массив; 3 - анодный токоведущий штырь; 4 - анодная шина; 5 - механизм подъема штор; 6 - механизм перемещения анода; 7 - шторное укрытие; 8 - патрубок отсоса газов

Электролизеры ОА отличаются от рассмотренных выше электролизеров ВТ и БТ конструкцией анодного устройства. Обычно электролизеры ОА имеют многоблочный анодный массив. Число анодных блоков зависит от их размеров.

Анодами служат формированные и прессованные угольные блоки, обожженные в печах при конечной температуре 1100-1200 °C. После обжига анодов в них монтируются анододержатели, в комплекте с которыми они поставляются в корпус электролиза. Аноды присоединяются к анодным шинам с помощью анододержателей, алюминиевая штанга которых прижимается специальным зажимом к шине, а стальная (ниппели) закрепляется в ниппельных гнездах блока с помощью чугунной заливки. Для перемещения анодного массива на электролизере имеется подъемный механизм.

Укрытие электролизера ОА предназначено для сбора и удаления образующихся вредных веществ. Газы направляются на улавливание ценных компонентов и регенерацию фторсолей. На рисунке 2.11 представлена конструкция электролизера ОА.

Рисунок 2.11 - Электролизер ОА:

1 - анодная шина; 2 - катодное устройство; 3 - ОА; 4 - анодные штанги; 5 - анодная рама; 6 - створки укрытия

2.4 Литейное производство

Основное назначение литейных цехов алюминиевых заводов - прием алюминия-сырца из корпусов электролиза, его переработка и выпуск товарной продукции.

Литейные отделения входят в состав всех действующих алюминиевых заводов и выпускают алюминиевые чушки разных типоразмеров, плоские, Т-образные и цилиндрические слитки, катанку, алюминиевые сплавы разных марок.

Схема технологического процесса производства алюминиевой продукции предусматривает определенную последовательность. Жидкий алюминий-сырец из корпусов электролиза поступает в литейный цех в специальных ковшах и заливается в миксеры, где происходит приготовление расплава. Для доведения расплава в миксере до заданного химического состава проводятся операции флюсования, отстоя и снятия шлака. Затем металл поступает в раздаточный миксер, из которого проводится разливка расплава на литейную машину для литья соответствующего вида алюминиевой продукции. Готовая к отгрузке потребителям алюминиевая продукция накапливается на складах, где формируются транспортные партии.

Основное технологическое оборудование, используемое при получении алюминиевой продукции, и его описание приведено в таблицах 2.14-2.15.

Таблица 2.7 - Описание технологического процесса

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Алюминий-сырец, флюсы	Приготовление расплава заданного химического состава	Расплав	Миксер	Пыль неорганическая в атмосферу. Шлак алюминия - твердый отход на переработку
Расплав	Подача расплава	Расплав	Миксер	Пыль неорганическая в атмосферу
Расплав	Литье расплава	Алюминиевая продукция	Литейная машина	Пыль неорганическая в атмосферу

Таблица 2.8 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Миксеры	Приготовление расплава, поддержание его заданной температуры, подача расплава на литейную машину	Электрические отражательные печи. Емкость миксеров - 15-60 т. Время заливки - до 1,5 ч. Доведение расплава до заданного химического состава - до 1 ч. Флюсование, отстой, снятие шлака - до 1 ч
Литейная машина	Фиксация литейной оснастки, формообразование литья	Оборудована пультами управления основными параметрами (температура металла, скорость литья, давление в системе и расход охлаждающей воды). Подготовка литейной оснастки к литью - до 1 ч. Отливка слитков - в среднем 1,15 ч

2.5 Производство технического кремния

Подготовка сырья

Кварцит поступает в склады сырья по железной дороге в полувагонах. Подача полувагонов в склад и их маневр осуществляются с помощью тепловоза. Рабочие отделения подготовки производства с посадочного мостового крана открывают люки полувагонов, и кварцит разгружается в приёмные траншеи склада. Закрытие люков полувагонов производится с помощью тельфера, установленного на площадке посадочного крана. Кварцит из приёмных траншей грейферным краном перегружается в закром для хранения кварцита.

Кварцит из закрома с помощью грейферного крана подаётся на решётку бункера кварцита склада сырья с ячейкой 200 x 200 мм. Из бункера сырья кварцит питателем подаётся на грохот ГИЛ-32, где класс - 20 мм подаётся на площадку складирования отсевов, а классы от + 20 до + 100 мм поступают в сортовые бункера кварцита. В зависимости от вида используемого кварцита класс крупности может изменяться. Для улавливания металлических предметов над ленточным конвейером установлен магнитный сепаратор.

Нефтяной кокс поступает на склад сырья в полувагонах. Разгрузка производится подобно разгрузке кварцита в приемные траншеи для выгрузки нефтяного кокса. Нефтяной кокс из приёмных траншей грейферным краном перегружается в закром для хранения. Нефтяной кокс из закрома грейферным краном подаётся на решетку бункера восстановителя склада сырья с ячейкой 200 x 200 мм. Нефтяной кокс подвергается дроблению и грохочению до класса 5-20 мм и по транспортной системе подается в сортовые бункера, класс - 5 мм подается в бункер отсева, откуда происходит реализация потребителю. Размер кусков вводимого в шихту нефтяного кокса - от 5 до 20 мм. С целью достижения оптимального электросопротивления и реакционной способности подготовленный для введения в шихту нефтяной кокс должен содержать:

- основного класса (фракции) 5-16 мм не менее 85 %;

- основного класса (фракции) 16-20 мм не более 15 %;

- фракции - 5 мм допускается не более 5 %;

- наличие фракции + 20 мм не допускается.

При отсутствии реализации отсева нефтяного кокса допускается введение его в шихту, минуя стадию грохочения.

Древесный уголь поступает в склад сырья на автотранспорте, в крытых вагонах и полувагонах по железной дороге. Древесный уголь из железнодорожных вагонов разгружается с помощью пневморазгрузчиков. Уголь из приёмных траншей грейферным краном перегружается в отсек для хранения. Древесный уголь, поступивший на предприятие в автотранспорте, разгружается в складе сырья в отсек или в сортовые бункера.

Древесный уголь при длительном хранении в контакте с кислородом воздуха способен окисляться, и выделяющееся при этом тепло может привести к самовозгоранию древесного угля. Поэтому установлена следующая схема хранения и переработки древесного угля: разгруженный на складах сырья древесный уголь хранится в отсеке объёмом не более 500 м ³ в течение 7 суток, далее осуществляется равномерная подача в производство. При обнаружении очага самовозгорания древесного угля необходимо действовать в соответствии с ПЛА.

Древесный уголь транспортируется по той же технологической линии, что и нефтяной кокс, но дроблению не подвергается.

Каменный уголь поступает в склады сырья в полувагонах. Разгрузка производится подобно разгрузке кварцита в предназначенные для каменного угля траншеи. Каменный уголь из приёмных траншей грейферным краном перегружается в отсек для хранения.

Каменный уголь перерабатывается по той же технологической линии, что и нефтяной кокс. При подготовке к производству каменный уголь подвергается дроблению и рассеву. Каменный уголь класса 5-25 мм по транспортной системе подается в сортовые бункера, класс - 5 мм подается в бункер отсева (или на открытую площадку), откуда происходит реализация потребителю.

Древесина технологическая поступает на Центральный склад в полувагонах и автотранспортом. С Центрального склада балансы консольно-козловым краном, оборудованным грейфером леса, подаются на разобщитель брёвен. С разобщителя бревен балансы подаются толкателем на питатель рубительной машины UTC-1000-2N. Щепа конвейерным транспортом загружается в сортовые бункера дозировочного отделения. Размеры вводимой в шихту щепы - 20 x 80 x 60 мм, менее 20 мм допускается не более 5 %.

Разгрузка и размещение электродов диаметром 1205 мм осуществляется на специальных подставках. Хранят электроды в упакованном виде на Центральном складе.

Расчет шихтовых материалов

Расчет шихтовых материалов ведется на одну навеску шихты, кварцита 450 кг. Для расчетов принят коэффициент пересчета кварцита, равный 0,4, показывающий, что для восстановления 1 кг кварцита требуется 0,4 кг твердого углерода. Теоретический расчет навески ведем при избытке твердого углерода - 110 %. Содержание твердого углерода в восстановителях рассчитывается по формуле:

,

где: W - содержание влаги, %

А - содержание золы, %

V - содержание летучих веществ, %

Содержание твердого углерода в восстановителях принято:

- в древесном угле - 0.7 ед.;

- в колумбийском каменном угле - 0.55 ед.;

- в казахском каменном угле - 0.48 ед.;

- в каменном угле ш. Листвяжная - 0.53 ед.;

- в буром угле - 0.34 ед.;

- в нефтяном коксе - 0.86 ед.;

- в щепе - 0.1 ед.

Соотношение компонентов восстановителей в навеске шихты устанавливает и изменяет главный металлург, руководствуясь планом производства.

Пример расчета:

Кварцит 450 кг х 0,4 = 180 (кг углерода - 100 % избытка); в пересчете

расчет восстановителей с избытком 110 % углерод - 198 кг.

Установлена навеска:

- количество каменного угля в навеске - 7,2 (кг углерода), в пересчете = 15 кг;

- количество колумбийского каменного угля - 112,75 (кг углерода), в пересчете = 205 кг;

- количество нефтяного кокса - 25,8 (кг углерода), в пересчете = 30 кг;

- количество древесного угля в навеске - 35 (кг углерода), в пересчете = 50 кг;

- количество щепы в навеске - 17,25 (кг углерода), в пересчете = 172,5 кг.

Избыток твердого углерода в навеске:

.

Дозирование шихтовых материалов

В дозировочных отделениях электротермических отделений применены два принципа автоматизированного дозирования шихты: порционный и непрерывный.

В линии порционного дозирования установлены порционные дозаторы, сборный ленточный конвейер и шибер. Линия непрерывного дозирования состоит из ленточных дозаторов дискретного действия и также сборного ленточного конвейера и шибера.

Работа дозировочных линий должна регулироваться так, чтобы обеспечивалось заданное соотношение компонентов шихты и каждый последующий материал, по движению ленты сборного конвейера, накладывался на предыдущий, по всей его длине. В виде "слоеного пирога" шихта поступает в главный корпус, где реверсивными конвейерами распределяется по печным бункерам.

Контроль точности работы весовых дозаторов обеспечивается периодическими контрольными взвешивания стандартными грузами 1 раз в неделю и показаниями весового бункера в соответствии с регламентом по выполнению контрольного взвешивания. Результаты контроля фиксируются в журнале проверки весодозаторов.

Контроль над правильностью эксплуатации и работой весовых дозаторов осуществляется службой КИПиА, слесарем дозировочного отделения и старшим мастером ЭТО. Служба КИПиА и слесари дозировочного отделения обязаны ежесуточно проверять работу дозаторов и принимать срочные меры по устранению обнаруженных недостатков.

При обнаружении отклонений в работе дозаторов немедленно вызывается специалист службы КИПиА. За точность взвешивания и состав шихты несёт ответственность шихтовщик. Он же ведет учет расхода шихты, поступающей за смену на печи. На основании данных шихтовщика старший плавильщик регистрирует в печном журнале расход шихтовых материалов.

Восстановление кремния в печи и ведение плавки

Технический кремний выплавляется в рудно-термических дуговых печах при непрерывной загрузке шихтовых материалов и периодических выпусках металла и шлака. Обслуживающий персонал ведет периодическую обработку колошника, постоянное наблюдение за работой печи, ее оборудованием, механизмами, показаниями контрольно-измерительных приборов и принимает своевременные меры по устранению причин, нарушающих ход печи.

Кремний, образовавшийся в нижних горизонтах ванны печи, в расплавленном состоянии собирается на подине ванны печи и по мере накопления выпускается в ковш или изложницу.

Нормальный ход печи характеризуется следующими признаками:

- равномерное выделение газов по всей поверхности колошника печи, отсутствие потемневших спекшихся участков, отсутствие местных выделений газов ("свищей");

- равномерный сход шихты по всей активной поверхности колошника и по конусам вокруг электродов, отсутствие провалов в центре печи, соответствие количества загружаемой шихты расходу электроэнергии. В центр ванны печи загружается 25-35 % всей загруженной в печь шихты;

- устойчивая и глубокая посадка электродов;

- ровная, без значительных отклонений от заданной, электрическая нагрузка на электродах;

- регулярный выход небольшого количества шлака (3-7 % от количества выпускаемого кремния);

- равномерный по выпускам выход кремния; в конце выпуска из летки должно выбиваться пламя светло-жёлтого цвета.

Нормальный ход печи зависит от:

- физико-химического, гранулометрического состава, качества подготовки и дозирования шихтового материала;

- качества (правильности и своевременности) загрузки шихты в печь и ее обработки на колошнике печи;

- электрического режима;

- режима работы электродов;

- состояния летки;

- качества обслуживания печной установки персоналом.

Загрузка шихты в печь

Загрузка шихты на колошник печи производится равномерно, небольшими порциями, с таким расчетом, чтобы уровень колошника оставался постоянным. Вокруг каждого электрода поддерживается конус шихты. Конусное расположение шихты вокруг электродов увеличивает сопротивление выходу газов около электродов, предотвращает сужение тигля, создает условия для сохранения тепла и равномерного выделения газов по всей активной поверхности колошника. Высота конусов должна быть 400-500 мм от верхнего среза ванны печи.

При вращении ванны необходимо проводить избирательный подход к обработке, учитывая, что при набегании ванны на электрод в кольцевом зазоре тигля возникают зона спекания и зона хорошего схода шихты с противоположной стороны.

Загрузка шихты должна производиться через труботечки, корректирующих добавок - завалочной машиной. Количество загруженной шихты должно соответствовать расходу электроэнергии 1 тыс. кВтч на 190-200 кг кварцита. Загрузка шихты в печь должна производиться равномерно небольшими порциями по 200-220 кг или объем 0,7 x 0,7 x 0,7 м с каждой труботечки. Для улучшения работы печи, обеспечения равномерной газопроницаемости, улучшения схода шихты, устранения свищей производится обработка колошника опиковочной машиной. Обработка колошника должна производиться опиковочной машиной путем выполнения поступательных, прокалывающих конус шихты движений жердью. Прокалывание шихты осуществляется от основания конуса к электроду с равномерным подгребанием шихты в круговую к телу электрода. Обработка колошника должна производиться с периодичностью не менее четырех раз в час.

Благодаря такой обработке спекшаяся шихта разрыхляется на мелкие куски, не разрывая колошника, хорошо заполняя шахту тигля. Необходимо помнить, что самой большой долей потерь является потеря тепла с отходящими газами 20 22 % и, кроме этого, выносится в виде моноокиси 20 30 % кремния. В случае избытка или недостатка углерода в шихте производится отдача корректирующей навески шихты на колошник печи ("тяжелой" - с повышенным содержанием кварцита, "лёгкой" восстановителя). Все корректирующие добавки, подаваемые в печь, отражаются в печном журнале с указанием времени отдачи корректировки и места отдачи.

Режим работы электродов

Для обеспечения надлежащего хода технологического процесса необходимо обеспечить равномерность перепуска электродов и их оптимально устойчивое погружение в тиглях. Длина рабочих концов электродов должна составлять 2500-3200 мм (от нижнего обреза контактных щек до нижнего конца электрода) при нижнем положении концевого выключателя маневра. Для поддержания постоянной длины электрода по мере его сгорания производится перепуск. Перепуск электродов производится старшим плавильщиком печи (звеньевым) лично с соблюдением следующих требований:

- расход активной электроэнергии между перепусками должен составлять 35-45 МВтч при величине перепуска 50 мм;

- положение электрододержателя должно быть не выше среднего между концевыми выключателями маневра;

- напряжение на перепускаемом электроде должно составлять не менее 100 В;

Для избегания термических напряжений величина разового перепуска должна составлять 25-50 мм.

Замер рабочего конца электродов производится на нормально работающей печи по указанию старшего мастера, при отключении на ППР и при продолжительном расстройстве печи. Расчет длины рабочего конца осуществляется на основании предыдущего замера, величины перепуска и съёма электроэнергии. При необходимости произвести увеличение длины электродов, задание на форсированный перепуск дает старший мастер.

Перед отключением печи на планово-предупредительный ремонт перепуск электродов и снижение мощности производятся только в соответствии с графиком, выданным старшим мастером ЭТО.

В исключительных случаях при длинных электродах или глубоком закварцевании печи делается обратный перепуск электродов. Разрешение на обратный перепуск выдает директор по производству. Обратный перепуск производится только при закрытом вентиле подачи воды в систему гидроприжима контактных щек под непосредственным руководством мастера смены.

Выпуск кремния

Выпуск кремния производится периодически или непрерывно в ковш с последующим рафинированием и разливкой в изложницы. Летка печи должна иметь правильную (круглую) форму и разделываться до диаметра 120-180 мм с тем, чтобы обеспечить полный выход кремния, шлака и иметь минимальные тепловые потери. Вскрытие летки производится электрической дугой, горящей между графитированным электродом (100 мм) прожигового аппарата и сводом летки. В начале выпуска отверстие делается небольшим с целью избегания бурного выхода кремния. Во время выпуска и особенно в конце его для обеспечения выхода шлака и кремния летка шуруется деревянной сухой жердью. Если канал летки шлакуется, выход кремния и шлака затруднен, то летка прогревается электрической дугой прожигового устройства. В конце выпуска леточный канал очищается от шлака и застывшего кремния с применением аппарата для прожига летки.

Закрытие летки производится при помощи конусов (брикетов) и шариков из глины. Леточный канал должен быть закрыт на глубину не менее 200-300 мм за границей сводика, при закрытии используется трамбовка длиной 4-6 м. Запрещается перекрывать леточный канал на уровне сводика. Лоток сливного желоба меняется не реже одного раза в сутки, а также при необходимости в случае зашлакования, разрушения или установки сводика. В случае значительного увеличения диаметра лётки (250-300 мм), а также нарушения внутренней поверхности угольной футеровки леточного канала, необходимо: разжечь лётку, удалить из летки шлак, закрыть ее конусом из электродной массы и набить летку электродной массой. На следующем выпуске летка прожигается до нормальных размеров. Восстановление футеровки леточного узла производится при установке сводика не реже одного раза в 12-15 дней в присутствии бригадира печи. Замена коренного блока проводится для устранения подсоса воздуха и восстановления угольной футеровки леточного узла во время планово-предупредительного ремонта печи.

Перед вводом ковшей в эксплуатацию необходимо произвести разогрев и обжиг футеровки. Обжиг футеровки и разогрев ковша ведется с помощью топливной горелки в течение 5-7 часов. После прогрева до температуры футеровки 1000-1100 °C, что соответствует температуре кожуха ковша на расстоянии 20-50 мм ниже бандажа в 250-350 °C, ковш готов к работе.

Прогретый ковш ставится на самоходную тележку, присоединяется рукав для подачи сжатого воздуха и закрывается крышкой. Включается подача сжатого воздуха, и с помощью приборов контроля устанавливается расход воздуха 20-30 нм ³/час.

Тележка с ковшом устанавливается под летку и производится выпуск кремния. Непосредственно перед открытием летки и выпуском расплава в ковш увеличивается расход подаваемого для рафинирования сжатого воздуха до 30-60 нм ³/час.

Для предотвращения переливания кремния через носок ковша при выкатывании тележки с ковшом, наполненным жидким кремнием, следует выдерживать уровень кремния не более 200 мм до желоба сливного носика ковша.

Плавильщик обязан после разливки кремния и очистки ковша от шлака, а также приемки и сдачи смены, производить осмотр ковша на наличие неисправности, разрушения футеровки и при обнаружении ставить в известность мастера. Мастер смены принимает решение о возможности дальнейшей эксплуатации разливочного ковша.

В начале, середине и в конце набора ковша старший горновой в специальный графитовый тигель отбирает пробу расплава для экспресс-анализа содержания примесей в расплаве в текущей плавке.

Нормальная продолжительность набора ковша составляет от 1 до 3,3 ч.

Рафинирование кремния

В процессе выплавки кремния окислы Al ₂O ₃, CaO и другие, содержащиеся в виде примесей в основном сырье и восстановителях, восстанавливаются не полностью. Оставшиеся невосстановленными окислы алюминия и кальция образуют с кремнеземом шлаки, которые запутываются в кремнии как в виде отдельных крупных скоплений, так и в виде мелких включений.

Рафинирование кремния в основном проводится для снижения содержания алюминия и кальция путем окисления их кислородом, содержащимся в сжатом воздухе, пропущенном через расплав:

2Al + 1,5O ₂ = Al ₂O ₃

Ca + 0,5O ₂ = CaO.

Выделенное тепло обеспечивает повышение температуры расплава в ковше. Кислород, введенный в расплав через пробку в виде кислорода или сжатого воздуха, очень быстро и эффективно окисляет кремний и создает над пробкой пористый наконечник ("гриб"). Наличие данного "гриба" необходимо для предотвращения прямого контакта пробки со шлаком.

Поскольку температура плавления шлака составляет 1450 °С, выше температуры плавления кремния 1414 °С, и плотность шлака 2,8 г/см ³, что выше плотности кремния 2,518 т/м ³, в жидком состоянии мелкодисперсные частицы шлака постепенно коагулируют в более крупные и, имея несколько большую плотность, оседают на дно ковша.

Для более полного отделения шлака от расплава кремния добиваются следующего состава шлака:

69 % SiO ₂ - 18 % Al ₂O ₃ - 13 % CaO

Во время рафинирования возникают трудности из-за всплытия шлака, при котором очень трудно избежать его перемешивания с расплавом кремния во время разливки, из-за чего в кремнии появляются шлаковые включения. Целенаправленная подача песка перед разливкой позволяет коагулировать мелкие капли шлака на зернах песка, которые из-за большей плотности, чем расплав кремния, соединяются с донным шлаком.

В настоящее время в практике очистки кремния от примесей кальция используется способ продувки расплава окислительным газом через донную продувочную пробку (фурму) (рисунок 2.12):

Рисунок 2.12 - Донная продувочная пробка (фурма)

Пористые продувочные пробки с каналами прямоугольного сечения позволяют обеспечить проход через пробку определенное и контролируемое количество газа, что обеспечивает автоматизацию процесса рафинирования кремния.

Для рафинирования кремния используется сжатый воздух с давлением 5-6 кг/см ².

В ходе процесса рафинирования из-за протекающих в расплаве кремния экзотермических реакций окисления в ковше происходит увеличение температуры расплава. Для контроля температуры расплава в процессе заполнения и отстоя на рафинировании производится замер температуры кремния через сливной носок с помощью погружной термопары при уровне расплава не менее 400-500 мм от верхнего среза кожуха ковша. Показания результатов измерений записываются в карту рафинирования.

Оптимальная температура расплава в ковше при рафинировании составляет 1550  20 °C, более высокая температура приводит к повышенному износу огнеупорной футеровки и повышает риск прогара ковша. Для снижения температуры расплава кремния в ковш загружается кусковой кремний, а также кварцевый песок порциями по 3-7 кг и общим количеством 20-80 кг.

При зашлаковании подины ковша для размывания и разжижения шлаков, отложившихся на подине и стенках ковша, перед выпуском в ковш производится загрузка известняка в количестве 20-40 кг. Мастер смены на основании информации, полученной от старшего горнового о состоянии зашлакованности ковша и анализов рафинированного кремния, определяет количество известняка для загрузки в ковш и дает распоряжение о загрузке известняка старшему горновому. Загруженный в ковш известняк, вступая в окислительную реакцию, способен поднимать температуру расплава кремния.

Перед загрузкой в ковш кварцевый песок и известняк предварительно насыпают на крышку ковша, прогревают данные материалы в течение 15-20 минут и после этого постепенно, порциями по 3-7 кг, загружают в ковш.

После заполнения ковша расплавом кремния летку закрывают, ковш перемещают к остывочному пролету под вытяжку и продолжают рафинирование в течение 1,5-2 ч.

Технологическая схема рафинирования технического кремния представлена на рисунке 2.13:

Рисунок 2.13 - Технологическая схема рафинирования технического кремния

Разливка кремния

Разливка кремния из ковша осуществляется в чугунные или комбинированные изложницы. Температура кремния в ковше при разливке должна быть 1430-1450 °C, при более высокой температуре увеличиваются жидкотекучесть шлака и его плохое отделение от жидкого кремния во время разливки при прочих равных условиях.

Крюком мостового крана ковш зацепляется за траверсу ковша и перемещается к линии разливки кремния. Ковш разворачивается сливным носком в сторону изложниц, и кремний разливается последовательно от одной изложницы к другой.

Перед началом разливки поверхность изложниц должна быть подсыпана ровным слоем отсева толщиной 20-30 мм. На место падения струи укладываются куски кремния от предыдущих плавок фракцией 200-300 мм в количестве 3-4 шт.

Сразу после окончания разливки перед чисткой ковша производится очистка продувочной пробки путем резкого открытия вентиля сжатого воздуха на максимальный расход.

Очистка ковша производится в отведенном для этой операции месте. Над шлаковней ковш наклоняется носком в нижнее крайнее положение. Шлак самопроизвольно стекает из ковша в шлаковню. Остатки шлака удаляются с помощью машины для чистки ковша (МЧК). При выполнении операции по чистке ковша запрещается наносить прямые удары по носику ковша, так как из-за ударов в этом месте происходит разрушение футеровки. После очистки ковш устанавливается на тележку для транспортировки ковшей, закрывается крышкой. Застывший на сливном носке шлак удаляется с помощью отбойного молотка или лома после установки крышки.

Для сокращения потерь при разливке изложницы устанавливаются горизонтально, вплотную друг к другу. Углы изложниц, а также разрушенные места подсыпаются отсевом кремния.

Для обеспечения минимальных потерь кремния разбрызгиванием во время разливки наклон ковша производят равномерно, выдерживая высоту от сливного носка ковша до поверхности изложницы не более 150-300 мм.

Наличие влаги (снега) в изложницах, а также подсыпание изложниц влажными отсевами кремния категорически запрещается.

Заполнение изложниц разливаемым кремнием производится равномерно, не допуская переливов, слиток по толщине должен быть ровным не более 150 мм.

В течение разливки кремния из ковша в комбинированные изложницы плавильщики тщательно следят за тем, чтобы в разливаемый кремний не попадали посторонние примеси (куски шлака, глины, бетона от носика ковша и т.д.). При попадании посторонних примесей в разливаемый кремний их немедленно извлекают сухой деревянной жердью.

Слитки кремния, остывшие до темно-вишневого цвета, извлекаются из изложниц клещами и складируются в технологическую тару.

Характеристика товарной продукции и отходов производства кремния

Требования к техническому кремнию

Технический кремний выпускается в соответствии с техническими условиями предприятий путем восстановительной плавки кварцита (прямое карботермическое восстановление) в дуговых электропечах и внепечным рафинированием в ковшах, предназначенных для изготовления алюминиево-кремниевых сплавов, производства кремнийорганических соединений, производства полупроводникового кремния. Предельно допустимое содержание основных примесей в техническом кремнии представлены в таблице 2.16.

Таблица 2.16 - Марки и химический состав кремния

Марка кремния	Массовая доля, %
	Si не менее	Примеси, не более %
		Fe	Al	Ca
3301	99,3	0,30	0,30	0,010
3001	99,3	0,30	не регламентируется	0,010
3302	99,3	0,30	0,30	0,020
3303	99,3	0,30	0,30	0,030
3003	99,3	0,30	не регламентируется	0,030
331	99,2	0,30	0,30	0,10
352503	99,2	0,35	0,25	0,03
4401	99,1	0,40	0,40	0,010
4001	99,1	0,40	не регламентируется	0,010
4402	99,1	0,40	0,40	0,020
4403	99,1	0,40	0,40	0,030
4003	99,1	0,40	не регламентируется	0,030
441	99,0	0,40	0,40	0,10
443	98,9	0,40	0,40	0,30
434	98,9	0,40	0,30	0,40
5503	98,9	0,50	0,50	0,03
551	98,9	0,50	0,50	0,10
553	98,7	0,50	0,50	0,30
554	98,6	0,50	0,50	0,40
665	98,4	0,60	0,60	0,50
751	98,6	0,70	0,50	0,10
776	98,0	0,70	0,70	0,60
868	97,8	0,80	0,60	0,80
951	98,4	0,90	0,50	0,10
1078	97,5	1,00	0,70	0,80
10610	97,4	1,00	0,60	1,00
1551	97,8	1,50	0,50	0,10
15715	96,3	1,50	0,70	1,50

По согласованию с потребителями могут лимитироваться и другие примеси, например, Ti, B, P, Ni, Mn и др. Массовые доли примесей определяются различными инструментальными методами и химическим анализом. Массовая доля кремния устанавливается, как разность между 100 % и суммой определяемых примесей (Fe, Al, Ca, Ti) + 0,1 % других примесей в процентах. В кремнии, предназначенном для производства алюминиево-кремниевых сплавов, допускается массовая доля алюминия до 2 % с соответствующим снижением массовой доли кремния. В этом случае к обозначению марки кремния добавляется буква А, например, 553А. Кремний может изготавливаться с содержанием фосфора не более 0,003 %. В этом случае к обозначению марки кремния добавляется буква P. Кремний изготовляют в виде кусков размерами от 10 до 100 мм (содержание фракции 10-100 мм - не менее 90 % массы партии). По согласованию с потребителем кремний может изготавливаться другого гранулометрического состава. При незначительных расстояниях от кремниевого производства до цеха изготовления алюминиевых сплавов кремний может поставляться в виде расплава в смеси с алюминием.

В кремнии, предназначенном для химической промышленности, поверхность кусков кремния не должна содержать включений шлака, песка, железа от изложниц и других инородных включений. На поверхности кусков кремния, предназначенного для производства алюминиево-кремниевых сплавов различных марок, допускаются следы противопригарной засыпки, ликвационные наплывы, брызги кремния, пленки побежалости, отдельные шлаковые и другие инородные включения, которые не должны превышать 0,1 % масс.

Наименование, назначение и краткое описание технологического оборудования производства технического кремния в электротермических печах приводится в таблице 2.17.

Таблица 2.17 - Технологическое оборудование для производства технического кремния

Наименование	Основные характеристики оборудования	Режим работы и назначение оборудования
Кран мостовой грейферный	Q = 10 тн Vгрейф. = 3 м 3 l = 22.0	Непрерывный. Перемещение поступающего сырья из п/в и траншей в закрома и загрузочные бункеры ОКД
Кран мостовой электрический, посадочный	Q = 10 тн L = 22.0	Открытие и закрытие люков п/вагонов. С платформы крана открываются и закрываются двери вагонов
Электрический подвесной подъемник	Q = 1 тн	Открытие и закрытие люков полувагонов
Кран консольно-козловой с грейфером для подачи леса	Q = 32 тн	Разгрузка вагонов ж/д состава и автотранспорта с лесом, подача леса в производство
Разобщитель бревен ЛТ-80	V = 10 м 3	Расформирование пакета бревен до поштучной подачи в толкатель
Машина рубительная UТС-1000-2N	Р = 100 м 3/час	Производство древесной щепы
Конвейер ленточный желобчатый	В = 800 мм L = 133 м V = 1,37 м/сек	Непрерывный. Подача щепы
Конвейер ленточный желобчатый	В = 800 мм L = 66 м V = 0,95 м/сек	Непрерывный. Подача щепы
Конвейер ленточный желобчатый	В = 800 мм L = 38 м V = 0,95 м/сек	Непрерывный. Подача щепы
Промежуточный бункер, с сеткой 200 x 200 мм	V = 40 м 3	Подача материала на питатель
Вибропитатель ПЭВ 1200/430-2000-150	Р - 30 м 3/час; U - 24 B	Подача кварцита из приемного бункера на питатель
Конвейер ленточный	Р = 100 м 3/час В = 800 мм L = 6000 мм	Подача кварцита из приемного бункера на конвейер N 483
Питатель пластинчатый ПЛ-8	Р = 185 т/час В = 800 мм L = 9000 мм	Подача восстановителя из бункера на колосниковый грохот
Дробилка двухвалковая, зубчатая ДДЗ-6	Р = 20 100 м 3/час, класс 0 75 мм	Непрерывный. Дробление восстановителей
Таль электрическая передвижная ТЭ2-541	Q = 3 тн L = 12 м	Монтажные работы
Таль ручная	Q = 3,2 тн L = 3 м	Монтажные работы
Конвейер ленточный стационарный	В = 650 мм L = 82 м V = 1,5 м/сек	Непрерывный. Подача восстановителя
Конвейер ленточный стационарный	В = 650 мм L = 82 м V = 1,5 м/сек	Непрерывный. Подача кварцита
Грохот инерционный ГИЛ-32	Р = 60 150 тн/час	Непрерывный. Отсев кварцита - 20 мм при влажности < 6 % Отсев восстановителей - 5 мм при влажности < 6-10 %
Таль электрическая передвижная ТЭ3-531	Q = 3 тн L = 18 м	Монтажные работы
Таль ручная	Q = 3,2 тн L = 3 м	Монтажные работы
Подвесной электромагнитный железоотделитель ПЭЖ - 100	2,9 кВт, глубина зоны извлечения - 400 мм	Выбор металлических предметов во время подачи шихты
Шкивной электромагнитный железоотделитель ПМШ - 6365 П	1,2 кВт, масса извлекаемых предметов - до 15 кг	Выбор металлических предметов во время подачи шихты
Промежуточный бункер для отсевов восстановителей	10 м 3	Хранение отсевов восстановителей перед отгрузкой
Дробилка двухвалковая, зубчатая ДДЗ-4	Р = 20 100 м 3/час, класс 0 75 мм	Непрерывный. Дробление восстановителей
Конвейер ленточный желобчатый	В = 650 мм L = 94 м V = 0,95 м/сек	Непрерывный. Подача шихты
Конвейер ленточный желобчатый	В = 650 мм L = 94 м V = 0,95 м/сек	Непрерывный. Подача шихты
Конвейер ленточный желобчатый	В = 800 мм L = 18,5 м	Загрузка шихты в сортовые бункеры
Сортовые бункеры	V = 130 м 3	Хранение шихтовых материалов
Дозатор весовой автоматич. АВДИ-425М		Взвешивание шихтового материала
Дозатор весовой автоматический АВДИ-2400М		Взвешивание кварцита, древесного и каменного углей, щепы
Питатель электрический вибрационный тип ПЭВ-4	Р - 30 м 3/час; U - 24 B	Подача шихтовых материалов на сборную ленту
Конвейер ленточный желобчатый	В = 1000 мм L = 37 м	Непрерывный. Транспортировка шихты
Конвейер ленточный желобчатый	В = 650 мм L = 37 м	Непрерывный. Транспортировка шихты
Дозатор весовой непрерывного действия	тип 4286 ДН	Дозирование древесного угля и нефтекокса
Конвейер ленточный желобчатый	В = 800 мм L = 128 м	Непрерывный. Подача дозированной шихты
Конвейер ленточный желобчатый N 25	В = 800 мм L = 22 м	Непрерывный. Подача дозированной шихты
Конвейер ленточный желобчатый N 26	В = 800 мм L = м	Непрерывный. Подача дозированной шихты
Конвейер ленточный реверсивный	В = 800 мм L = 89 м	Непрерывный. Подача дозированной шихты в печные бункеры
Печные бункеры	V = 130 м 3	Хранение дозированной шихты до подачи в производство
Машина опиковочная	Н раб - 250 кг; Pа раб - 5-6 кгс/см 2; V - 56 м/мин	Непрерывный. Обработка колошника
Машина опиковочная DANGO-DIENENTAL	Нагрузочная способность - 2000 кг	Непрерывный. Обработка колошника
Машина загрузочная	V бунк - 1,8 м 3 Р - 20 т/час	Непрерывный. Подача корректировочной шихты
Ковш для рафинирования	V = 3,2 тн	Приём и разливка жидкого кремния.
Тележка самоходная	Q = 10 тн; V - 0,2 м/сек	Непрерывный. Для транспортировки ковшей и изложниц с кремнием
Форсунка (топливная горелка)	Pа раб - 5 кгс/см 2 V - 20 кг/час	На жидком топливе для разогрева ковшей
Машина для чистки ковшей	H балки - 2,7 м; Н раб - 250 кг; Pа раб - 5-6 кгс/см 2;	Непрерывный. Чистка ковшей от шлака после разливки кремния
Кран мостовой электрический литейный	Q = 20/5 тн	Перемещение грузов в ЭТО-1
Кран мостовой электрический литейный	Q = 20/5 тн	Перемещение грузов в ЭТО-1
Кран мостовой электрический литейный	Q = 20/8 тн	Перемещение грузов в ЭТО-1
Изложница комбинированная	V = 300 400 кг	Для разливки жидкого кремния
Лебёдка монтажная	Q = 10 тн; V - 3,5 тн	Для монтажных работ в т.ч. для извлечения обломков электродов
Кюбель с решеткой для слитков кремния	Q = 5 тн	Охлаждение слитков кремния после разливки
Газосмешивающая панель	Pа раб - 1-10 кгс/см 2 V - 1-39.6 м 3/мин.	Для подачи газовоздушной смеси в ковш для рафинирования
Компрессор Атлас-Копко	GA - 250 АА - 10.0 Pа раб - 10 кгс/см 2 V - 39.6 м 3/мин.	Выработка газовоздушной смеси для рафинирования
Внешняя сеть сжатого воздуха	Pа раб - 10 кгс/см 2	Транспортировка газовоздушной смеси
Лебёдка Тип ЛКФ-1	V = 0,08 м/сек H = 10 кН	Подъём и установка крышек ковшей
Кран мостовой электрический N 6, N 7	Q = 10 тн L = 16,5 м	Монтаж и установка электродов на печах
Рудотермическая печь РКО-16,5 КрИ РТП-1, РТП-2	P н = 16,5 МВА N ф = 3 D эл-да = 1205 мм D расп.эл. = 2980 мм D кожуха = 7300 мм D пл.простр. = 5700 мм H пл. = 2300 мм	Производство технического кремния
Рудотермическая печь РКО-25 КрИ1	P н = 25 МВА N ф = 3 D эл-да = 1205 мм D расп.эл. = 3140 мм D кожуха = 9100 мм D пл.простр. = 7000 H пл. = 3000	Производство технического кремния
Рудотермическая печь РКО-16,5 КрИ РТП-3, РТП-4	P н = 22,5 МВА N ф = 3 D эл-да = 1205 мм D расп.эл. = 2980 мм D кожуха = 7300 мм D пл.простр. = 5700 мм H пл. = 2300 мм	Производство технического кремния
Механизм для довинчивания электродов	D = 1205 мм	Довинчивание электродов 1205 мм
Траверса для электродов 1205 мм	Q = 10 тн	Перемещение и монтаж электродов 1205 мм
Траверса	Q = 10 тн	Перемещение ковшей с кремнием

Основные этапы производства технического кремния карботермическим способом и сопутствующие им эмиссии указаны в таблице 2.18.

Таблица 2.18 - Основные этапы производства технического кремния карботермическим способом и сопутствующие им эмиссии

Входной поток	Этап процесса	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Сырье (кварцит, карбид кремния, древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь, щепа и др.). Графитированные и угольные электроды	Приёмка, складирование, сортировка	Сортированные сырьевые материалы. Электроды	Транспорт, разгрузочные устройства, ручной труд	Пыль
То же	Приготовление шихты, измельчение, рассев. Установка электродов в печь	Шихта	Дробилки, грохота, сита, транспортеры	Пыль
Шихта сырьевых материалов	Загрузка, выплавка	Расплав кремния	Электротермическая печь, летка, изложницы	Пыль, SO 2, NO x, CO
Расплав кремния, флюсы	Рафинирование	Расплав кремния, шлак	Разливочные ковши, изложницы	Пыль
Слитки кремния	Разделка	Товарный кремний, фракция 0-5 мкм	Щековая дробилка, грохота, ленточный конвейер	Пыль

Рисунок 2.14 - Основные узлы и механизмы трехфазной рудовосстановительной печи:

1 - механизм перепуска электродов; 2 - механизм перемещения электродов; 3 - труботечка; 4 - несущий цилиндр; 5 - трансформатор; 6 - короткая сеть токоподвода; 7 - газоотвод; 8 - электрододержатель с контактными щеками; 9 - зонт; 10 - аппарат прожига летки; 11 - кожух ванны печи; 12 - футеровка ванны; 13 - поворотный механизм; 14 - привод поворотного механизма

Рисунок 2.15

1 - механизм перемещения электродов; 2 - защитные ограждения; 3 - воздухоподвод; 4 - электроды; 5 - шторы; 6 - электрододержатель; 7 - опиковочная машина; 8 - монорельс для прожига; 9 - устройство для прожига летки; 10 - защитный экран; 11 - корпус печи; 12 - система токоподвода и охлаждения; 13 - система отводов газа

В таблице 2.19 приведена технологическая характеристика печей для выплавки технического кремния, - РКО-11.0КрИ (6 шт.) - рудовосстановительная, круглая, открытая, однофазная двухэлектродная; трехфазные - РКО - 16,5КрИ (4 шт.) и РКО - 25КрИ (2 шт.).

Таблица 2.19 - Технологические характеристики печей

Показатель, единицы измерения	Наименование печи
	РКО-11.0КрИ	РКО - 16,5КрИ	РКО - 25КрИ
Производительность, кг/час	500-600	800-900	1200-1300
Габариты печи, мм	6260 х 4790 х 3680	-	-
Размер шахты, мм	4900 х 3200 х 1950	-	-
Температура в печи, °C	1800-2200	1800-2200	1800-2200
Мощность, кВА	11000	16500	25000
Количество трансформаторов на печь, шт.	2	3	3
Тип и мощность трансформатора, кВА	ЭОЦН-8200/10 - 69У3 2 шт., 5500	ЭОЦН-8200/10, 3 шт., 5500	ЭОЦН-21000/10, 3 шт., 8333
Объемный расход дымовых газов, м 3/сек	30-40	65-75	110-120
Температура дымовых газов, °C	200-270	180-250	180-50

Наименование, назначение и краткое описание природоохранного оборудования, применяемого в производстве технического кремния в электротермических печах, приводится в табл. 2.20.

Таблица 2.20 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Циклоны	Очистка от пыли аспирационного воздуха при разгрузке, складировании, транспорте, пересыпке, измельчении, грохочении сырьевых материалов, полупродуктов, товарной продукции по всем переделам технологического процесса, отходящих газов РТП	Одиночные, групповые, спирально-конические, КПД 75-95 %, остаточная запыленность - до 20 мг/м 3
Рукавные фильтры	Очистка от пыли аспирационного воздуха при разгрузке, складировании, транспорте, пересыпке, измельчении, грохочении сырьевых материалов, полупродуктов, товарной продукции, отходящих газов РТП (с силосами, оснащенными системами для уплотнения пыли)	Типа СМЦ, ФРКН, ФРИА и др. с термостойкой тканью (до 250 °C) для рукавов; КПД - до 99 %, с отдувкой и регенерацией остаточная запыленность до 20 мг/м 3
Скруббера полые	Очистка отходящих газов печей от пыли и оксидов серы	КПД до 85 %, остаточная запыленность газов - до 100 мг/нм 3, концентрация

2.6 Основные мероприятия по снижению расхода сырья и электроэнергии

2.6.1 Мероприятия при производстве первичного алюминия

Основные пути снижения расхода глинозема - снижение потерь при транспортировке и загрузке в электролизеры и повышение его качества. От качества глинозема зависит не только сортность получаемого алюминия, но и его расход, так как глинозем содержит разное количество мелких фракций, значительная часть которых улетучивается при транспортировке и обработке ванн. Заметным резервом снижения расхода глинозема является применение пылеуборочных машин в корпусах электролиза, а также переработка пыли, собранной с кровли корпусов; однако отсутствие учета расхода по корпусам электролиза не стимулирует снижение его расхода. Применение централизованной раздачи глинозема (ЦРГ) в сочетании с автоматической подачей глинозема (АПГ) в электролизер позволит резко снизить его расход и, кроме того, стабилизируя концентрацию глинозема в электролите, снизит электросопротивление, расход электроэнергии и, как следствие, себестоимость алюминия.

К одним из важных направлений производства анодов и анодной массы следует отнести подбор наполнителя и связующего. Так, коксы с более низким содержанием серы при прокалке кокса и обжиге анодов будут выделять меньшее количество диоксида серы в атмосферу. Многие годы в электродной промышленности делаются попытки внедрить пеки, полученные на основе нефтепродуктов (тяжелых нефтяных остатков, смол пиролиза, крекинг-остатков и др.). Данные пеки имеют практически неограниченные сырьевые ресурсы для их производства и содержат низкую концентрацию смолистых веществ. Другими важными мероприятиями являются поддержание температуры электролиза на минимально допустимом уровне и недопущение протеков пека и масс в процессе эксплуатации ванны.

К основным мероприятиям, направленным на снижение расхода фторидов, следует отнести:

- повышение качества сырья;

- увеличение срока службы катодного устройства, так как значительная часть фтора теряется с отработанной угольной футеровкой электролизеров; имеется принципиальная возможность извлечения из отработанной угольной футеровки ценных компонентов (глинозема, фторидов, углерода), однако способы извлечения в настоящее время экономически неэффективны;

- снижение съема угольной пены, содержание фтора в которой достигает 29-31 %;

- совершенствование способа корректировки электролита;

- снижение температуры электролита.

Основными путями снижения потребления электроэнергии являются:

1 Повышение выхода по току. Увеличение выхода по току на 1 % вызывает снижение расхода электроэнергии 150 /т Al, или более чем на 1 %. Основным средством повышения выхода по току является внедрение автоматической системы управления технологическим процессом (АСУТП), особенно на ваннах большой мощности. Получить высокий выход по току, особенно на мощных электролизерах, невозможно без рациональной конструкции ошиновки электролизеров, обеспечивающей рациональную конфигурацию магнитного поля и снижающей негативные последствия электромагнитных сил, возникающих в расплаве, приводящих к его циркуляции и окислению наработанного алюминия;

2 Снижение до оптимальных значений рабочего напряжения, так как расход энергии прямо пропорционален его величине. Это достигается за счет минимизации потерь напряжения на всех токоведущих частях, включая и электролит, а также снижение частоты и продолжительности анодных эффектов;

3 Правильная эксплуатация приточной вентиляции и элементов аэрационных фонарей позволяет снизить расход силовой энергии, поскольку увеличение температуры ошиновки приводит к увеличению потерь энергии в ней.

Соблюдение технологической дисциплины, поддержание оптимальных параметров процессов производства также являются важными направлениями, способствующими снижению расхода сырья и электроэнергии и недопущению возможности аварийных выбросов.

2.6.2 Мероприятия при производстве кремния

Система экологического менеджмента является неотъемлемой частью общей системы управления предприятиями по производству технического кремния. В ее основе лежат следующие цели и принципы:

- идентификация и оценка значимости экологических аспектов и рисков предприятий на всех этапах производственного цикла - от закупки сырья до реализации готовой продукции;

- постановка экологических целей и показателей эффективности, разработка мероприятий и программ, направленных на улучшение экологических показателей;

- определение ответственности, процедур и ресурсов по управлению экологическими аспектами и рисками;

- определение методов проверок, мониторинга, измерения и анализа для оценки достижения результатов и оценки соответствия требованиям экологического законодательства и добровольных обязательств.

Система экологического менеджмента строится на основе международного стандарта ISO 14001.

2.7 Система экологического менеджмента

Система экологического менеджмента является неотъемлемой частью общей системы управления алюминиевыми и глиноземными предприятиями. Ее основными целями являются:

1) идентификация и оценка значимости экологических аспектов и рисков предприятий на всех этапах производственного цикла - от закупки сырья до реализации готовой продукции;

2) постановка экологических целей и показателей эффективности, разработка мероприятий и программ, направленных на улучшение экологических показателей;

3) определение ответственности, процедур и ресурсов по управлению экологическими аспектами и рисками;

4) определение методов проверок, мониторинга, измерения и анализа для оценки достижения результатов и оценке соответствия требованиям экологического законодательства и добровольных обязательств.

Система экологического менеджмента строится на основе международного стандарта ISO 14001.

2.8 Производственный экологический контроль

Производственный экологический контроль (ПЭК) осуществляется на основании Программы производственного экологического контроля.

Программа ПЭК включает следующие сведения:

1) об инвентаризации выбросов ЗВ в атмосферный воздух и их источников;

2) об инвентаризации сбросов ЗВ в окружающую среду и их источников;

3) об инвентаризации отходов производства и потребления и объектов их размещения;

4) о подразделениях и (или) должностных лицах, отвечающих за осуществление производственного экологического контроля;

5) о собственных и (или) привлекаемых испытательных лабораториях (центрах), аккредитованных в соответствии с законодательством Российской Федерации об аккредитации в национальной системе аккредитации;

6) о периодичности и методах осуществления производственного экологического контроля, местах отбора проб и методиках (методах) измерений.

Производственный экологический контроль выбросов, сбросов загрязняющих веществ производится в отношении загрязняющих веществ, характеризующих применяемые технологии и особенности производственного процесса на объекте, оказывающем негативное воздействие на окружающую среду (маркерные вещества).

При организации ПЭК учитываются рекомендации:

1) ГОСТ Р 56059-2014 Производственный экологический мониторинг. Общие положения;

2) ГОСТ Р 56061-2014 Производственный экологический контроль. Требования к программе производственного экологического контроля;

3) ГОСТ Р 56062-2014 Производственный экологический контроль. Общие положения.