Откуда взялось латинское название cuprum более-менее понятно — оно связано островом Кипр, где существовало богатое месторождение. А вот история русского слова «медь» довольно туманна. Но мы все давно привыкли и к этому имени, и внешнему виду самого метала характерного золотисто-розоватого цвета.
Все знают медную проволоку, медную посуду, медные трубы, медные деньги, наконец. Но здесь, на Среднеуральском медеплавильном заводе, видят медь другой: жидкой, горячей, охваченной зеленоватыми языками пламени. Крупнейшее уральское предприятие по выплавке меди из первичного сырья — таков герой нашего сегодняшнего репортажа.
Сегодня мы направляемся в небольшой уральский город Ревда, от Екатеринбурга до него порядка 50 км. Если коротко, это город металлургов: на 60 тысяч жителей приходится четыре крупных металлургических предприятия и ещё несколько масштабом поменьше. Здесь работают два крупных холдинга, но сегодня мы продолжаем своё путешествие по «медным тропам» «УГМК».
Стартовали мы, как и положено, с начала производственной цепочки, добычи и обогащения медной руды, посетив рудник и фабрику Гайского ГОКа. Это один из крупнейших горнорудных активов холдинга, и из Гая концентрат отправляется именно сюда, на медеплавильный завод. Однако, как объясняет главный металлург предприятия Василий Сергеев, сырьё, то есть медный концентрат, на завод прибывает с различных предприятий, в том числе и сторонних, не из структуры «УГМК».
Ежегодно медеплавильный цех производит более 150 тыс. тонн черновой меди. Надо сказать, что нам очень повезло с провожатым. Несколько часов Василий Анатольевич, наш неутомимый Вергилий, который, видимо, не боится ни высоты, ни холода, ни жары, водит нас по промплощадке, комментируя работу каждого конвейера, каждого манометра и фурмы. Да так увлечённо, что хочется стать металлургом.
Все на 25-й транспортёр!
Конечно же, всё начинается с сырья — в первую очередь это медный концентрат. Он приходит на предприятие как по железной дороге в полувагонах, так и по автомобильной — в «Тонарах», а принимают концентрат либо в шихтарники, либо в отсеки закрытых складов медеплавильного цеха.
«Сейчас мы с вами находимся в отделении подготовки сырья и шихты, концентратном отделении. Со склада грейферный кран подаёт концентрат в бункер питателя, их у нас четыре, оттуда он поступит на питатель и дальше по наклонным транспортёрам материал отправится на единый сборочный конвейер, так называемый 25-й транспортёр.
Очень важно подавать концентраты в определённых количествах и пропорциях, чтобы выдержать средний состав шихты. Это необходимо для обеспечения стабильной работы плавильных агрегатов», — поясняет Василий Сергеев.
Однако первыми на 25-й транспортёр ложатся флюсовые материалы, а складируются они в собственном отделении. Устроено оно практически так же, как концентратное, флюсы попадают в приёмные бункеры сваливанием из думпкаров, без использования грейферных мостовых кранов, для каждого флюса предусмотрены собственные бункеры и питатели.
На наших глазах идёт подача кварца и известняка, в целом же для плавки меди необходим целый «коктейль» добавок.
«Поступили на конвейер флюсы, сверху наложились концентраты, в итоге мы имеем своеобразный слоёный пирог. Он отправляется в отделение подсушки, где работают три сушильных барабана, которые выполняют две ключевые задачи. Во-первых, за счёт вращения барабанов происходит перемешивание и усреднение шихты.
Ну и во-вторых, это сушка шихты. Концентраты к нам приходят с влажностью 8-14%, такой материал мы не можем подать в печь. Поэтому мы шихту подсушиваем до 5%, после чего она по системе конвейеров отправляется в отделение плавки», — комментирует Василий Анатольевич.
Но это ещё не всё. Помимо основного узла приготовления шихты, который мы описали выше, есть ещё и дополнительный. Это закрытый склад — так называемая дошихтовка. Наш собеседник объясняет: этот участок необходим для оперативного корректирования технологического процесса плавки.
Когда готовая шихта отправляется в отделение плавки, повлиять на её состав уже невозможно. Плавильщик визуально оценивает состояние ванны печи и даёт команду скорректировать подачу чистого концентрата или кварцевого флюса. Сырьё с закрытого склада отправляется на плавку без сушки, но поскольку доля такого материала невелика, на работе агрегатов это не отражается.
Медь & Co
Для того чтобы разобраться в особенностях следующего технологического этапа, придётся вспомнить курс химии. Наш провожатый говорит, что часть агрегатов медеплавильного завода сопоставимы с оборудованием сталеплавильного, однако технология здесь совершенно иная. Специфика обусловлена тем, что медь в руде находится в сульфидной форме. На СУМЗе работают с халькопиритом CuFeS2, который в старину называли медным колчеданом, а также борнитом Cu5FeS4. Оба минерала, помимо меди, содержат серу и железо.
В шихте, которая отправляется в медеплавильный цех, меди 17-19,5%. Ещё 29% приходится на серу, около 30% — это железо, 15-16% — оксид кремния, 1-1,5% — оксид кальция, прочий объём занимают иные флюсовые добавки.
«Сульфиды являются основным топливом в нашем технологическом процессе. Они разлагаются на низшие сульфиды железа и элементную серу. Оба они окисляются с образованием оксида серы и оксида железа, последний связывается с оксидом кремния с образованием шлака. Все эти реакции экзотермические, то есть идут с выделением тепла», — разъясняет Василий Сергеев.
Таким образом, для плавки меди не требуется внешнее топливо — уголь, ведь все необходимые элементы уже есть в самой шихте. То есть, точнее, почти не требуется: когда плавильные печи запускают после остановки или ППР, необходимо дополнительное топливо, коим и служит уголь.
При этом для работы плавильных агрегатов нужен кислород, поэтому на СУМЗе работает собственная кислородная станция.
Несколько лет назад завод запустил в работу новое оборудование. Кроме того, в структуре предприятия есть цех серной кислоты, где перерабатывают отходящие газы и получают ещё один товарный продукт.
В сердце завода
Сердцем завода металлурги называют отделение плавки медеплавильного цеха. Шихта поступает сюда после сушки по конвейерам наклонных галерей, мы же отправляемся по земле, в объезд. По дороге Василий Сергеев рассказывает о ключевом оборудовании цеха — печах Ванюкова или оборудовании плавки в жидкой ванне. Не так много технологий существует в мире для плавки сульфидных руд, и разработку советского металлурга Андрея Ванюкова в отрасли считают одной из наиболее удачных.
На СУМЗе отмечают, что печи Ванюкова очень неприхотливы к сырью: если импортные печи требуют только сухого, однородного материала мелких фракций, то наше решение «кушает» всё. Мы, например, уже упоминали, что концентрат из закрытого склада ПВ для дошихтовки идёт на плавку без сушки, но работе печей это никак не мешает.
При этом речь идёт об оборудовании очень специфическом, и помимо печей здесь, в Ревде, в России такие агрегаты сегодня работают разве что в Норильске. За пределами России печи Ванюкова эксплуатируют на металлургических предприятиях Казахстана и Узбекистана.
На СУМЗе в деле две печи Ванюкова. Конструктивно агрегаты одинаковые, но печь № 1 больше — площадью 36,5 м2, в то время как № 2 — 21 м2. Василий Анатольевич демонстрирует работу оборудования на примере печи № 1.
Мы находимся на отметке 12 м, и, признаться, с этого ракурса предприятие больше напоминает подводную лодку или космический корабль из старых фантастических фильмов: здесь огромное количество труб и манометров. Чтобы вернуть нас в мир металлургии, Василий Сергеев обращает наше внимание на смотровое окно, которое специалисты используют для визуального контроля состояния ванны печи.
Из окошка вырывается огненно-жёлтый свет — по ощущениям это примерно как смотреть на солнце. Конечно, большая часть технологического процесса скрыта от глаз наблюдателей. Однако наш спутник терпеливо описывает процесс, демонстрируя доступные глазу элементы оборудования.
Итак, загрузка печи № 1 осуществляется через три течки, откуда материал непрерывно поступает на переработку. По оси печи расположен ряд фурм, по которым подаётся дутьё — кислородно-воздушная смесь, где 85-90% приходится на кислород. Он вступает во взаимодействие с расплавом в ванной печи, процесс идёт при очень высокой температуре — 1 300 градусов.
В таких условиях сера и железо окисляется, выделяется тепло, и всё идёт по кругу. Чтобы поддерживать большой фронт дутья и замыкать дутьевой процесс, в печах дополнительно используется природный газ.
На этом этапе появляются промежуточные продукты плавки: штейн (расплав сульфидов цветных металлов с сульфидом железа) и отвальный шлак печи. Железо оказывается в обоих продуктах: часть металла окисляется, переходя в шлак, а часть остается в сульфидной форме, попадая в штейн. А вот медь переходит в штейн почти полностью, за исключением механических потерь.
«Отвальный шлак по плотности легче штейна, в печи происходит разделение продукта. Постоянно и непрерывно происходит выдача расплава из печи, при этом шлак вытекает в одну сторону, а штейн — в другою. Жёлоб с расплавом вы можете видеть. Не забывайте: очень высокая температура!»
В принципе, плавильная печь — это своего рода обогатительный агрегат: в шихте содержание меди было 19-19,5%, а выходящий из печи штейн содержит уже 55-58% полезного компонента», — показывает Василий Сергеев.
Продукты собираются в миксерах-накопителях. По мере накопления шлак сливается в шлаковозные чаши: он отправится на шлакоотвал для дальнейшего охлаждения и переработки на обогатительной фабрике, ведь здесь ещё осталась медь. А штейн копится в миксерах, сливается в штейновые ковши и отправляется в конвертерное отделение для дальнейшей финальной переработки до черновой меди.
Серная история
Прежде чем отправиться на самый фотогеничный технологический участок — конвертерное отделение, мы просим Василия Сергеева внести ясность по серному вопросу. Как мы уже упоминали, в составе медного концентрата в большом количестве присутствует сера. Её заводу нужно окислить до SO2, чтобы отправить этот газ на переработку в цех серной кислоты.
Отделение серы происходит здесь же, в печи. Специалисты уточняют, что попутным продуктом производства является очень горячий запылённый газ, содержащий, помимо оксида серы, серу элементную. Дело в том, что высшие сульфиды, попадая в верхнюю часть ванны расплава, очень быстро нагреваются, и происходит реакция диссоциации с выделением элементной серы. На её окисление кислорода в плавильной печи уже не хватает, поэтому дожиг происходит в аптейке. Для этого через фурму подаётся 97-процентный кислород. Реакция, опять же, идёт с выделением тепла.
Сегодня перед медеплавильным заводом стоит задача интенсифицировать и оптимизировать процесс дожига серы. И вместе со специалистами «Уралмеханобра» металлурги испытывают варианты подачи кислорода на дожиг, меняя количество фурм и их соотношение.
«Задача у нас такая: нужно обеспечить максимальный контакт элементной серы с кислородом, при этом выровнять концентрацию потока газов и тем самым снизить химическое влияние на металл поверхностей нагрева котла. То есть цель наша именно технологическая: мы в любом случае окислим и уловим серу, получим серную кислоту.
Но либо мы сделаем это здесь, вначале, либо будем дожигать серу по всему котлу — для оборудования это принципиально. Кроме того, опосредованно мы решаем ещё и экологическую задачу — этот момент в целом имеет огромное значение при работе с соединениями серы», — рассказывает Василий Анатольевич.
На выходе из камеры дожига отходящие газы имеют очень высокую температуру — 1 450 градусов. И у котла-утилизатора, через который газы проходят на следующем этапе, две основные функции: снизить температуру и очистить от пыли.
Запылённость газов также велика — порядка 100 граммов на «куб», и твёрдые частицы оседают на так называемых термосифонах. Раз в сутки их очищают, и пыль возвращают обратно в ванну расплава.
«Котёл-утилизатор охлаждает газы до температуры 390–420 градусов — это почти с полутора тысяч на входе. Проектом у нас предусмотрена дополнительная башня охлаждения технологических газов на случай, если на выходе из котла их температура превысит 450 градусов.
Такие газы мы не можем отправить на электро-фильтры, и поэтому в башне можно через форсунки подать дополнительную воду и таким образом снизить температуру. Но наш котёл-утилизатор справляется со своей задачей хорошо, поэтому башню мы не используем», — уточняет главный металлург завода.
Далее в работу вступает уже упоминавшийся электрофильтр, куда поступают охлаждённые до проектной температуры технологические газы. Здесь они очищаются от соединений цинка, свинца, мышьяка и других легковозгоняемых летучих элементов.
И уже после этого очищенные газы отправляются в цех серной кислоты. Концентрация SO2 сейчас составляет 30–33%.
Как все знают, мир стремится снизить попадание диоксида серы в атмосферу: в таком ключе это соединение рассматривается как яд. А вот серная кислота — это уже ценный продукт, его используют, в частности, как удобрение. Так что цех серной кислоты СУМЗ — это предприятие двойного назначения. Наш спутник между прочим рассказал два интересных факта.
Во-первых, серная кислота имеет очень высокую плотность: это тяжёлая маслянистая жидкость, и 1 литр продукта, который выпускает СУМЗ, весит порядка 1,8 кг. А во-вторых, серная кислота может иметь концентрацию более 100%, поскольку продолжает абсорбировать в себя S03. Такой продукт называют олеум — масляный раствор серного ангидрида SO3 в 100%-й серной кислоте H2SO4. Его также производят на ревдинской промплощадке.
Ответственная профессия
Состав шихты, подача газа, контроль запылённости, при этом экстремально высокие температуры, среды под давлением… Через час пребывания на заводе голова у нас уже идёт кругом. Мы спрашиваем у нашего провожатого, как за всем этим в принципе возможно уследить, причём не просто не допустить критической ситуации, но и обеспечить оптимальный режим работы оборудования?
В ответ Василий Сергеев предлагает нам подняться ещё выше, в операторскую, только просит соблюдать максимальную тишину, чтобы не отвлекать специалистов от управления процессами плавки и очистки газов. Если плавильщик или загрузчик шихты работают непосредственно на отметках и отвечают за работу конкретного участка, то операторы на своих мониторах видят цех целиком.
Операторы работают вдвоём: один, плавильщик 6-го разряда, контролирует работу печей, второй следит за котлами-утилизаторами. Правда, на заводе не принято говорить об этих системах по отдельности: речь идёт о химико-металлургическом комплексе, где все элементы зависят друг от друга и функционируют только как единое целое.
СУМЗ работает круглосуточно, в три смены, и кресло оператора — это место, которое пусто не бывает: онлайн-контроль должен идти постоянно. На мониторах мы видим те самые агрегаты, которые только что наблюдали «живьём»: вот первая и вторая печи Ванюкова, а вот бункеры и конвейеры, по которым подаётся шихта.
На наших глазах оператор фиксирует пробуксовку и немедленно отдаёт команду проверить питатели. Со своими коллегами на местах он общается по громкоговорящей связи, таким же образом получает ответные комментарии.
В самом начале нашего пребывания на СУМЗе Василий Сергеев рассказывал о процессе дошихтовки, а теперь мы видим, как организована операция. Старший плавильщик на печи фиксирует недостаточное количество кремниевого флюса и передаёт эту информацию оператору. Тот щелчком мыши открывает окно управления дозатором и добавляет расход флюса, не забывая сократить расход шихты на аналогичный объём. Подачей угля при необходимости тоже управляет именно оператор.
На пути из операторской мы замечаем на стене Доску решения проблем — она оформлена в ярких цветах, поэтому бросается в глаза. Поскольку раньше мы уже бывали на предприятиях «УГМК», этому элементу бизнес-системы холдинга не удивляемся: такие есть и на добывающих, и на обогатительных, и на научно-исследовательских объектах компании.
Металлурги, как мы видим, тоже в деле. На доске видно, что происходит на заводе: есть графа «Проблемы», есть «Решения». В последней несколько строчек ещё пустуют, значит, пока работа не завершена.
Работает на СУМЗе и «Фабрика идей» — некоторый современный аналог советской системы рацпредложений. О ней нам рассказывали ещё работники Гайского ГОКа, отмечая, как эта система упростила коммуникацию работников с руководством.
Удобно, что люди, которые работают с оборудованием и знают его лучше всех, могут предложить варианты усовершенствования. Нет, конечно не все идеи «Фабрики» оказываются гениальными и реализуются, но полезных среди них бывает достаточно.
Василий Сергеев рассказывает, как устроена производственная кухня. Вот QR-код, вот бланк — люди выбирают удобный способ, чтобы поделиться идеей. Рассматривают их ежедневно: в 13.30, после оперативки начальника цеха, идёт «разбор полётов». А количество поданных идей и их статус — это информация общедоступная.
Металлургия как искусство
За разговором мы спускаемся вниз и попадаем в конвертерное отделение — тот самый технологический участок, который обычно представляют при упоминании металлургического завода. Снизу мы видим уже знакомое оборудование с другого ракурса: вон печь № 1, а вот и миксер.
6-кубовые штейновые ковши, куда продукт сливается из миксера, мостовыми кранами транспортируются к конвертеру. Каждый такой агрегат осуществляет плавку в среднем на шести ковшах штейна, на выходе получается 65 тонн уже готового продукта — черновой меди.
Всего конвертеров на заводе четыре, конструктивно эти агрегаты практически одинаковы.
В работе одновременно всегда находятся три конвертера. Четвертый в это время пребывает в ремонте. И два из трёх агрегатов одновременно могут находиться под дутьём — при этом обеспечивается эвакуация газа в цех серной кислоты.
«Помните, мы говорили, что в штейне содержание меди 55–58%, то есть продукт ещё включает в себя остатки примесей, в основном это всё те же железо и сера. Нам нужно их удалить, а для этого — окислить, этот процесс и подразумевает конвертирование. Мы подаём дутьё — также через фурмы, но на этот раз это чистый атмосферный воздух.
Слышите шум? Это значит, подача воздуха идёт. В первом периоде конвертирования мы полностью окисляем железо, переводим его в шлак. А второй период — это уже непосредственно варка меди», — показывает Василий Сергеев.
Первый период проводят до получения белого матта — полусернистой меди. Железа здесь больше нет, осталось окислить серу. Это и происходит во втором периоде, по окончании которого медь — это уже почти готовый черновой металл — переливается в отапливаемый газом миксер.
На этом этапе тоже работает своего рода котёл-утилизатор — так называемые напыльники, агрегат для охлаждения газов и улавливания первой порции грубой пыли. Дальше в пылевых камерах и циклонах газы проходят ещё одну стадию очистки, после чего дымососы подают газы в электрофильтры, которые отвечают за тонкую очистку от пыли цинка, свинца и их соединений. И уже после этого конвертерные газы идут всё в тот же цех серной кислоты на переработку.
Василий Анатольевич специально просит нас не торопиться и дождаться разливки меди. И вот начинается завораживающий процесс: искрящийся, ослепительно-яркий жидкий металл температурой порядка 1100–1200 градусов разливается по изложницам.
Пламя вокруг расплавленной меди имеет заметный зеленоватый оттенок — наш провожатый объясняет, что такой цвет имеют оксиды меди. Изложницы двигаются на карусельном конвейере и поливаются водой для более интенсивного охлаждения. Изложница опрокидывается, слитки взвешиваются, получают обозначение номера плавки и отправляются в штабель.
Напоследок Василий Анатольевич подводит нас к уже готовой черновой меди. По цвету понятно, что металл уже остыл: он перестал быть красным и обрёл черный цвет (оксиды на поверхности). Но трогать продукцию нам всё равно категорически не рекомендуют: это совсем «свежий» металл, и температура слитков ещё находится в районе 400 градусов.
В самом начале нашего визита мы говорили о шихте, где содержание меди было менее 20%, сейчас перед нами продукция, где её уже 99,2%. Плюс в этих же слитках присутствуют драгоценные металлы, которые, как правило, сопровождают медь в руде. Но их извлечением займутся уже другие специалисты: черновая медь отправляется из Ревды в Верхнюю Пышму, на «Уралэлектромедь». Здесь из черновой меди будут производить рафинированную, доведя чистоту продука до 99,9999%.
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.