Ферросплавное производство
Способ жёсткой вакуумной экструзии, созданный компанией J.C.Steele&Sons, Inc., позволяет эффективно окусковывать различные техногенные и природные материалы и топливо, придавая брикетам экструзии (брэксам) металлургические свойства, делающие их привлекательным компонентом шихты для большинства металлургических печей. Первый успешно реализованный проект компании в этом направлении связан с использованием брэксов в шихте для выплавки ферроникеля. На предприятии BHPBilliton в Серро-Матосо (Монтелибано, Колумбия; выявленные ресурсы на 2006 г. – 99 млн т с содержанием никеля 1,54%) установлены три экструдера Steele-90. На этих установках окусковывают мелкую фракцию (пыль) латеритной никелевой руды для последующей металлизации брэксов в трубчатых печах и использования их в качестве компонентов шихты для выплавки ферроникеля в электропечах.
Пыль образуется при измельчении кусковой руды в трубчатых печах и собирается также в системах газоочистки электропечей. Суммарное производство брэксов – 700 тыс. т в год. Экструзионная линия в Серро-Матосо состоит из смесителя на основе глиномялки с единственным валом, вакуумного смесителя и экструдера с вакуумной системой.
Характерной особенностью окускования латеритной никелевой руды жёсткой экструзией является отсутствие потребности в связующем. Средняя производительностьодного экструдера – 70 т/ч. По результатам промышленной эксплуатации экструзионных линий в 2004–2010 гг. полная себестоимость изготовления 1 т брэксов не превысила 2,1 долл. США. Срок службы основного оборудования – от 30 лет. Первоначально на этом предприятии для окускования пыли латеритной руды применяли окомкование и валковое брикетирование. В 1996 г. После проведения ряда сопоставительных испытаний различных способов окускования и переработки мелкой фракции латеритных руд (окомкование, агломерация, плазменные печи и экструзия) был сделан окончательный выбор в пользу способа жёсткой экструзии Steele. Оказалось, что только этот способ позволил придать окускованным продуктам требуемые техническим заданием размер, форму, холодную и горячую прочность (как в трубчатых, так и в электропечах), равно как и обеспечить высокую производительность при низких значениях себестоимости. Производство никеля в ферроникеле предприятием BHP Billiton в Серро-Матосо составляет 50 000 т в год, из которых 10 000 т привнесено брэксами. Содержание никеля в продукции 35%.
Успешные результаты, показанные при промышленном использовании жёсткой экструзии в Колумбии, привлекли к ней внимание и со стороны другой крупнейшей горнорудной компании мира – VALE. На ее предприятии в Онка-Пума (Бразилия, выявленные ресурсы 423,3 млн т, содержание никеля 1%) также установлены три экструзионные линии для окускования мелких фракций латеритных никелевых руд (рис. 2). Годовое производство брэксов – 700 тыс. т.
Систематические исследования применимости жёсткой экструзии для окускования в ферросплавной промышленности были впервые предприняты Дашевским В.Я., Павловым А.В. и Бижановым А.М. в 2010 г. Были исследованы металлургические свойства брэксов на основе природных и техногенных сырьевых материалов для выплавки феррохрома и марганцевых ферросплавов. По заказу одного из крупнейших производителей феррохрома в лаборатории компании J.C.Steele&Sons, Inc. в США были изготовлены, а в НИТУ «МИСиС» в Москве испытаны различные составы на основе концентрата хромовой руды и углей, а также составы с использованием пыли системы аспирации производства феррохрома. Указанные материалы после смешения и добавления требуемого для экструзии количества воды (15,7, 14,7 и 16,1% соответственно) проявили высокую пластичность, экструдировались легко с образованием прочных «зеленых» брэксов. После суточного упрочнения в естественных условиях была измерена их механическая прочность в вариантах раскалывания и сжатия. Оказалось, что даже для лабораторных брэксов добавление менее 5% портландцемента приводит к достижению значений прочности, требуемых техническими условиями. Опыт компании J.C.Steele&Sons, Inc. показывает, что доля связующего при работе промышленных экструдеров оказывается заметно меньшей, чем в лабораторных брэксах.
В интересах одного из крупнейших производителей марганцевых ферросплавов в 2010–2011 гг. Бижановым А.М. с коллегами был выполнен комплекс научных исследований, завершившийся проведением опытно-промышленной кампании по выплавке силикомарганца из шихты с высоким содержанием брэксов на основе марганцевого концентрата и пыли аспирации производства силикомарганца. Результаты кампании показали высокую эффективность использования брикетов экструзии в процессе выплавки марганцевых сплавов. Сама опытно-промышленная кампания прошла без видимых изменений технологического процесса: печь работала ровно, с постоянной токовой нагрузкой, выпуск расплава производился по графику, существенных изменений химического состава металла и шлака не наблюдалось, газопроницаемость колошника печи улучшилась. Удельный расход электроэнергии в опытный период значительно снизился. В базовый период расход электроэнергии на 1 т сплава составлял 4091 кВт·ч. При подаче в рудную часть шихты 40% марганецсодержащих брикетов удельный расход электроэнергии снизился до 3727 кВт·ч на 1 т сплава. Следующим положительным фактором проведенной кампании стало увеличение доли извлечения из рудной части шихты ведущего компонента – марганца. Если в сравнительном периоде работы печи без брикетов извлечение марганца из рудной части шихты составляло в среднем 80%, то при использовании в рудной части шихты 30% брэксов извлечение марганца достигало 83,5%.
Такие результаты полномасштабного эксперимента позволяют считать целесообразным применение брэксов на основе мелочи марганцевой руды и пыли газоочисток в качестве одного из основных компонентов рудной части шихты для выплавки ферросиликомарганца.
