CC BY
220
УДК 622.788
Разработка и ввод в эксплуатацию
W ^ W
современной обжиговои машины МОК-1-592 в ПАО «МихаИловскиИ ГОК»
А.В. Варичев, канд. экон. наук, генеральный директор ООО УК «МЕТАЛЛОИНВЕСТ»
А.А. Угаров, первый заместитель генерального директора - директор по производству ООО УК «МЕТАЛЛОИНВЕСТ»
Н.Т. Эфендиев, первый заместитель генерального директора - коммерческий директор ООО УК «МЕТАЛЛОИНВЕСТ»
С.И. Кретов, канд. техн. наук, управляющий директор ПАО «Михайловский ГОК»
А.В. Козуб, канд. техн. наук, главный инженер ПАО «Михайловский ГОК»
П.В. Пузаков, начальник фабрики окомкования ПАО «Михайловский ГОК»
А.А. Солодухин, канд. техн. наук, генеральный директор ООО «НПВП ТОРЭКС»
А.А. Лавриненко, д-р техн. наук, заведующий лабораторией ФГБУН ИПКОН РАН
A.Л. Кузнецов, генеральный директор ПАО «Уралмашзавод»
B.В. Брагин, канд. техн. наук, технический директор ООО «НПВП ТОРЭКС»
А.И. Груздев, руководитель группы тепловых агрегатов и технологии производства окатышей ООО «НПВП ТОРЭКС»
Михайловский горно-обогатительный комбинат (МГОК) входит в состав компании «МЕТАЛЛОИНВЕСТ» и является одним из крупнейших в России и странах СНГ предприятием по добыче, обогащению железной руды и производству из нее железорудных окатышей. Предприятие занимает первое место в России по запасам железной руды и второе по производству железорудного сырья. Разработка железорудного месторождения ведется открытым способом, запасы которого, по уточненным данным, составляют примерно 10,3 млрд т.
С учетом перехода в перспективе на эффективную технологию циклично-поточной транспортировки добываемой массы руды с установкой дробильно-конвейерного комплекса в карьере, подход к переработке огромных запасов железных руд на МГОКе основывается на организации и создании высокорентабельного производства с разработкой и эксплуатацией нового большеобъемного оборудования с минимальными удельными затратами.
Основными видами товарной продукции МГОКа являются: агломерационная руда, железорудный концентрат, а также неофлюсованные и офлюсованные окатыши из железорудного концентрата, производимые на фабрике окомкования (ФОК). В декабре 2016 г. ФОК отметила свой юбилей принятием в эксплуатацию новой дополнительной мощности - современной обжиговой машины МОК-1-592.
Ровно 40 лет назад на ФОКе была введена в строй обжиговая машина конвейерного типа ОК520 №1 площадью спекания 520 м2 и производительностью 3,1 млн т по обожженным окатышам, а спустя год в эксплуатацию была сдана обжиговая машина 0К-520 №2. В ноябре 1979 г. на ФОКе уже были достигнуты проектные показатели по выпуску готовой продукции, которые по данным исторической справки, составили 6,229 млн т окатышей.
В связи с увеличением спроса на железорудные окатыши и значительным увеличением цен на энергоносители специалистами ПАО «Михайловский ГОК» совместно со специалистами ООО «НПВП ТОРЭКС» (Екатеринбург) в период с 2002 по 2008 гг. на ФОК реализованы различные мероприятия по увеличению производительности действующих обжиговых машин №1 и №2 и снижению удельных норм расходов энергоносителей. Сущность таких мероприятий заключается в усовершенствовании теплотехнических схем путем изменения соотношения зон обжиговых машин, в более рациональном использовании температурного режима и частичном изменении схемы газопотоков обжиговых машин с целью повторного использования тепла отходящих газов. В частности, объем производства окатышей был увеличен до 10,0 млн т в год при уменьшении удельного расхода газа на 34%. Выбор тех или иных мероприятий вполне оправдан, но определяется спецификой конкретных условий и поставленных задач. Тепловая схема модернизированной ОК-520 обеспечивает технико-экономические показатели производства окатышей на уровне лучших мировых аналогов.
Помимо обновления основного технологического обору-
дования, реконструкции обжигового оборудования, связанной с перераспределением технологических зон и газоходов, интенсификации режима термообработки и других, на комбинате было обосновано и принято решение о строительстве нового современного энергоэффективного высокотехнологичного производства окатышей различного назначения, основанного на наилучших доступных технологиях. В 2007 г. Советом Директоров Компании «Металлоинвест» принято решение о проектировании и строительстве нового технологического комплекса с вводом в эксплуатацию дополнительной, третьей, мощности - новой современной обжиговой машины конвейерного типа МОК-1-592 производительностью 5 млн т в год по обожженным окатышам.
Научный анализ необходимых требований к обжиговой машине и к производству окатышей в целом, обеспечивающих высокое качество продукции (прочность на холодное сжатие не ниже 250 кг/ок), минимальное потребление природного газа (не выше 10 м3/т) и электроэнергии (меньше 36 кВт/т), малый объем выбросов дымовых газов в атмосферу (< 1600 нм3/т ок) определил комплекс решаемых задач:
- низкая себестоимость производства, которая складывается из расхода энергоносителей и эксплуатационных расходов;
- получение продукта высокого и стабильного качества, определенного для каждого конкретного потребителя, в том числе для последующей металлизации;
- наилучшие доступные технологии и современные технические решения, обеспечивающие конкурентоспособные показатели производства, в том числе высокую удельную производительность.
Для обеспечения решения поставленных задач в качестве генерального проектировщика по строительству нового технологического комплекса с вводом в эксплуатацию современной обжиговой машины типа МОК-1-592 Компанией был выбран проектный институт ЗАО «Механобр инжиниринг» (Санкт-Петербург). Общее руководство проектом, а также поставку основного технологического оборудования было ре-
шено возложить на ПАО «Уралмашза-вод», разработку технологического регламента и корректировку технологической схемы нового производства поручить ООО «НПВП ТОРЭКС» и привлечь ряд ученых научно-исследовательских институтов. В результате была разработана схема, представленная на рис 1.
Технологическая схема отвечает современным мировым требованиям процесса производства окатышей и состоит из следующих технологических операций: сгущение и фильтрация железорудной пульпы; прием компонентов шихты; дозирование компонентов шихты; смешивание компонентов шихты; окомкование шихты; грохочение сырых окатышей; загрузка сырых окатышей на обжиговую машину; термическая обработка окатышей на обжиговой машине типа МОК-1-592; грохочение и выделение окатышей постели; складирование и отгрузка обожженных окатышей; улавливание и утилизация железосодержащих отходов.
Особое внимание при проектировании технологической схемы производства уделено операции термической обработки сырых окатышей, поскольку в составе проекта принято решение реализовать в конструкции обжиговой машины принципиально новую теплотехническую схему, не имеющую аналогов в мире.
Сравнительный анализ преимуществ и недостатков современных и перспективных тепловых схем обжиговых машин для термообработки окатышей выявил основные направления модернизации обжиговых машин с целью повышения степени использования тепла и снижения расхода электроэнергии.
На основе современной теории тепломассообмена в слоевых агрегатах с использованием многолетних экспериментов на обжиговых машинах РФ и стран СНГ разработана и адаптирована математическая модель обжиговой конвейерной машины [1]. С её помощью получены передовые технологические решения, на основе которых достигнута высокая энергетическая и технологическая эффективность тепловой схемы МОК- 1-592М, в частности:
1. Оптимизация соотношения площадей отдельных технологических зон обжиговой машины обеспечивает одновременно полное протекание физико-химических процессов и высокую степень сбалансированности тепловой схемы.
2. Селективная транспортировка нагретого воздуха из зон охлаждения в зоны нагрева и обжига определяет максимальное использование кислородного и температурного потенциалов газов.
3. Высокая степень рециркуляции теплоносителя с целью вторичного использования тепла выходящих из слоя дымовых газов и уменьшения количества сбросов дымовых газов в атмосферу.
( Пульпа Ч \ кагазорудного / \ юонцентрзта /
Рис.1
4. Применение в зоне обжига инжекционных горелок малой длины снижает расход топлива.
5. Равномерная подача теплоносителя в слой обуславливает однородность качественных характеристик окатышей.
6. Безвентиляторный переток газов между зонами и специальный подбор аэродинамических характеристик тягоду-тьевых установок с функцией плавного регулирования позволяет минимизировать расход электроэнергии на транспортировку теплоносителя.
Методом математического моделирования исследованы особенности тепломассообмена в слое железорудных окатышей на обжиговых конвейерных машинах. Выявлено наличие двух тепловых волн в слое, образуемых газом-теплоносителем из горна и тепловым источником за счет экзотермического эффекта реакции окисления магнетита. Управление температурными волнами позволяет оптимизировать температурно-фильтрационный режим по длине машины с целью минимизации расхода топлива на обжиг окатышей и улучшения их качества [2, 3].
Рассмотрен способ уменьшения переувлажнения слоя сырых окатышей на обжиговой машине с использованием камеры предварительного подогрева (КПП). На основании математической модели показана эффективность работы КПП при разных условиях и определены оптимальные параметры ее работы [2].
Исследования показали, что трех-секционная зона сушки, переточная и газоходная системы позволят максимально использовать теплоту обожженных окатышей и уходящих газов.
В результате научно обоснованных решений в проекте технологического комплекса была заложена отечественная обжиговая машина МОК-1-592 (рис. 2) четвёртого поколения, в которой максимально использованы новые технические решения и усовершенствованные элементы тепловой схемы, реализованной на действующих обжиговых машинах №1 и №2 ПАО «Михайловский ГОК».
К таким решениям относятся: опти-
Технологическая схема производства железорудных окатышей ТКОМ №3
воздух к горелкам справа ОМ Г1, Г3, Г5, Г7, Г9, Г11
гггт
воздух к горелкам слева ОМ Г2, Г4, Г6, Г8, Г10, Г12
гггт
Рис. 2 Тепловая схема обжиговой машины МОК-1-592
мальное соотношение площадей технологических зон; разделение газопотоков по температурному потенциалу; максимальное использование теплоты обожженных окатышей и газов; повышение уровня автоматического управления работой ОКМ. И главное, что впервые создана обжиговая машина трех-коллекторного типа, подобной ей в мире не существует.
Термообработка окатышей проводится в пяти технологических зонах: сушки, нагрева, обжига, рекуперации и охлаждения. Размеры их площадей выбирались с расчетом реализации оптимальных скоростей прогрева слоя окатышей в каждой зоне, поскольку медленный прогрев снижает производительность ОКМ, а быстрый ухудшает качество обожженных окатышей [4]. Была внедрена трехсекционная зона сушки [5], с помощью которой удалось интенсифицировать сушку окатышей и повысить производительность ОКМ.
Разделение газопотоков по температурному потенциалу позволило более полно и целенаправленно подавать теплоноситель с требуемой температурой в технологическую зону. С этой целью зона охлаждения поделена на четыре секции. При охлаждении слоя окатышей из каждой секции выходит теплоноситель с различной температурой. По переточной и га-зоходной системам различные по температуре теплоносители поступают в зоны сушки, нагрева, обжига и рекуперации. Высокотемпературные газы внутренней рециркуляции поступают посредством перепада давления по переточной системе, а низкотемпературные газы внешней рециркуляции транспортируют ТДУ по газоходной системе. Переточная система состоит из трех конусных футерованных трубопроводов - центрального и двух боковых [6]. По центральному переточному коллектору теплоноситель поступает в зону нагрева, по боковым - в зону обжига. Благодаря переточной системе для сжигания топлива используется ограниченное количество инжекционных горелок и только в зоне обжига.
Максимальное использование теплоты обожженных окатышей и газов обусловлено, помимо газов внутренней рециркуляции, полнотой использования газов внешней рециркуляции с помощью газоходной системы. За счет вторично-
го использования газа для термообработки слоя существенно снижаются выбросы в атмосферу. В дымовую трубу сбрасываются только низкотемпературные влажные газы из зоны сушки [7]. Установка электрофильтров позволила довести степень очистки газов от пыли до 98%.
Для каждой технологической зоны предусматривается индивидуальная ТДМ, обеспечивающая: более гибкое управление процессом в зоне; разделение газопотоков по температуре и объему; более высокую степень рециркуляции теплоносителей и сокращение количества сбрасываемых в атмосферу дымовых газов; уменьшение мощности и более динамичную работу единичной ТДМ с высоким КПД в сети с меньшей емкостью; уменьшение диаметров газоходов и коллекторов.
Для стабилизации скорости газов предусматривается аэродинамическая форма переточных коллекторов. Для минимизации турбулентности потока газа места стыковки опуск-
Табл. 1 Результаты выполненных испытаний
Показатели Значение
Производительность МОК-1-592 по обожженным окатышам (об. ок), т/ч 631
Удельный расход природного газа, нм3/т об. ок не более 10
Удельный расход электроэнергии, кВтч/т об. ок не более 36
Прочность на сжатие товарных окатышей, кг/ок не менее 250
В3
Табл. 2 Технические характеристики обжиговой машины МОК-1 -592
ных патрубков форкамер с переточным коллектором выполняются под углом 45°. Патрубки газовоздушных камер имеют направленную стыковку со сборными коллекторами конической формы. За счет более совершенной конструкции продольных уплотнений снижается доля подсосов наружного воздуха. Для футеровки ОКМ предусматриваются изоляционные материалы со значительно более низкой теплопроводностью, чем на действующих машинах.
В 2016 г. с целью подтверждения проектных показателей завершились эксплуатационные испытания оборудования технологического комплекса обжиговой машины №3 ПАО «Михайловский ГОК». Основные результаты выполненных испытаний представлены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, эксплуатационные испытания показали удовлетворительные результаты и достигнуты проектные показатели по всем параметрам. Технические характеристики обжиговой машины МОК-1-592 представлены в табл. 2.
Введение современного комплекса ТКОМ-3 в эксплуатацию на МГОК увеличило производство окатышей ФОК в 1,5 раза. Гибкость реализованной на ТКОМ-3 технологии открывает перспективы расширения видов и качества окатышей, повышения технико-экономических показателей их производства. В настоящее время ведутся работы по изучению возможности вовлечения окисленных кварцитов в производство окатышей на ТКОМ-3 различного назначения (доменный передел и металлизация), рассматривается программа поэтапного увеличения производительности ТКОМ-3 до 20%. Для Михайловского ГОКа в целом это сопровождается укреплением рыночных позиций, снижением себестоимости продукции и, соответственно, развитием экономики комбината.
Информационные источники_
1. Боковиков Б.А., Брагин В.В., Малкин В.М., Найдич М.И., Солодухин А.А. Математическая модель обжиговой конвейерной машины как инструмент для оптимизации тепловой схемы агрегата // Сталь - 2010. - №9. - С. 33-37.
2. Боковиков Б.А., Брагин В.В., Евстюгин С.Н. и др. Теплофизические закономерности термообработки железорудных окатышей на конвейерной машине (математическое моделирование). Екатеринбург: - Типография «Уральский центр академического обслуживания». - 2013. - 200 с.
3. Брагин В.В., Боковиков Б.А., Найдич М.И., Груздев А.И., Швыдкий В.С. О взаимосвязи производительности обжиговой машины и удельного расхода топлива //Сталь. - 2014. - №8. - С. 38-42.
4. Майзель Г.М., Клейн В.И., Абзалов В.М. и др. Способ термообработки железорудных окатышей на обжиговой конвейерной машине // Патент РФ №2078837 РФ. Изобретения. Заявки и патенты. 1997.
5. Абзалов В.М., Белоцерковский Я.Л., Тверитин В.А. и др Способ сушки окатышей на обжиговых машинах конвейерного типа //А. с. 1222694 СССР. Открытия. Изобретения. 1986. №13.
6. Абзалов В.М., Брагин В.В., Вяткин А.А., Евстюгин С.Н., Лелеко С.Н.. Разработка обжиговой конвейерной машины нового поколения // Сталь. - 2008. - №12. - С. 13-14.
7. Боковиков Б.А., Брагин В.В., Солодухин А.А., Ярошенко Ю.Г. Минимизации сбросов на дымовую трубу - путь к повышению энергоэффективности обжиговых конвейерных машин //Сталь. -2016. - №8. - С. 81-84.
Наименование параметра Доменные окатыши
Производительность, млн т/год 5,0
Производительность, т/ч: - по сырым окатышам; 740
- по обожженным окатышам 630
Время работы машины в году, ч 7920
Площадь технологических зон, м2 592
Длина рабочей поверхности, м 148
Ширина рабочей поверхности, м 4
Площадь газовоздушной камеры (ГВК), м2 16
Скорость движения обжиговых тележек, м/мин 1,5...4,5
Высота слоя донной постели, мм 100
Общая высота слоя окатышей, мм 450
Высота слоя аварийной постели, мм 300
Количество обжиговых тележек, компл. 233
Количество горелочных устройств, компл. 12
Зона сушки 1 (продувом) - площадь, м2 64
- количество ГВК, компл. 4
- температура над слоем окатышей, °С 40.50
Зона сушки 2 (прососом) - площадь, м2 40
- количество ГВК, компл. 2,5
- температура над слоем окатышей, °С 300.350
Зона сушки 3 (прососом) - площадь, м2 40
- количество ГВК, компл. 2,5
- температура над слоем окатышей, °С 750
Зона нагрева(прососом) - площадь, м2 64
- количество ГВК, компл. 4
- температура над слоем окатышей, °С 800.1150
Зона обжига (прососом) - площадь, м2 96
- количество ГВК, компл. 6
- температура над слоем окатышей, °С 1250.1300
Зона рекуперации(прососом) - площадь, м2 48
- количество ГВК, компл. 3
- температура над слоем окатышей, °С 1000.1150
Зона охлаждения 1 (продувом) - площадь, м2 88
- количество ГВК, компл. 5,5
- температура над слоем окатышей, °С 1000.1050
Зона охлаждения 2 (продувом) - площадь, м2 80
- количество ГВК, компл. 5
- температура над слоем окатышей, °С 800.850
Зона охлаждения 3 (продувом) - площадь, м2 72
- количество ГВК, компл. 4,5
- температура над слоем окатышей, °С 300.350
Масса обжиговой машины, т 4055
В том числе: - масса загрузочного устройства УЗ-1, т 51,5
- масса устройства для замены обжиговых тележек УЗТ-12, т 37
Мощность электродвигателей главного привода обжиговой машины, кВт 230
