Настоящая публикация содержит описание этапов освоения технологии процесса производства высокопористого утеплителя на Сосновоборском литейном заводе (СЛЗ) из отходов тепловой электростанции, полученных в результате сжигания бурого угля в топках котлов Красноярской ТЭЦ-1.

Проектирование данного комплекса осуществлялось в соответствии со схемой  расположения оборудования, подготовленной сотрудниками СЛЗ и утвeрждённой  техническим директором АО «БЕСОТРАЛ» 21 сентября 1995 г., с использованием результатов  работ, выполненных в Красноярском научном центре - (КНЦ) СО РАН - под руководством В. Ф. Павлова[1-5], Красноярской  государственной академии цветных металлов и золота (КГАЦМиЗ)   - А.В. Прошкина,  c учетом опыта  производства вспененного материала на  участке Красноярской ГРЭС-2 (Красноярск-45) [6,7],   из золо-шлаковых отходов, образующихся при  сжигании бурых углей в топках котлов. 

В работе участвовали сотрудники СЛЗ, службы и подразделения АО, другие сторонние организации.
 
СЛЗ оснащен, в плавильном отделении, семью электродуговыми печами (ДСП-12) с трансформаторами номинальной мощностью 8 МВт. Согласно проекту печи были предназначены для выплавки чугуна и стали при производстве отливок  для автомобилестроения и обеспечивали потребителей более чем  на 15-ти крупных предприятиях, расположенных на территории СССР.  Однако  разрушение государства с его организованной структурой производства и сокращение потребности в отливках вызывало необходимость освоения новых технологий.

Ранее установленное оборудование, пришедшее в аварийное состояние,  за годы вынужденного простоя завода, потребовало капитального ремонта и переоснащения. Электродуговые печи, установка грануляции шлаков, смесеприготовительное оборудование, система удаления отходов и сыпучих просыпей, система гидрошлакоудаления, участок варки жидкого стекла, бытовые помещения, лаборатории, вот далеко не полный список  того, что было восстановлено. Это требовало серьезных финансовых вложений, которых фактически не было, научно-исследовательских, опытно-конструкторских проработок,  и, прежде всего коллектива единомышленников.

Механическое и электротехническое оборудование СЛЗ представляет само по себе сложный и специфический объект, а принимая во внимание необходимость в  освоении совершенно нового процесса, не имеющего аналогов в России и за рубежом,  было необходимо, осознать стоящую задачу и спланировать путь. За основу был принят принцип монтажа оборудования и узлов на по эскизным чертежам, с  максимальным использованием существующего оборудования и последующим выпуском рабочей документации, поскольку основные технические решения были совершенно не опробованы в промышленных условиях, а  подготовка регламентов и инструкций в значительной мере была не своевременной.  

СЛЗ расположен на территории акционерного общества (АО) и составляет неотъемлемая часть технологического цикла, поскольку главные железнодорожные и автомобильные магистрали, электрические и водные коммуникации являются собственностью АО, что требовало регулярных согласований и оперативного взаимодействия. Здания и сооружения АО,  использовались для постоянной работы: компрессорная, зарядная станция, силосный склад сухого песка, цех подготовки формовочных материалов, корпус очистки промстоков, насосная станция, градирня, бытовые корпуса, гараж, склады, локомотивно-вагонное депо и многие другие подразделения.     Для оперативной работы дополнительно, был возвращен в состав СЛЗ и  восстановлен ремонтно-механический цех,  создана  комплексная пуско-наладочная бригада, отремонтированы автомобили, электрокары, трактор, погрузчики.  К сожалению так и не удалось передать на баланс завода физико-химическую лабораторию, что в дальнейшем вызывало значительные трудности,  связанные с освоением технологии. 

Привоз золы, осуществлялся автомобильными цементовозами с Красноярской ТЭЦ-1, путем   их  въезда через эстакаду на отметку +8,40 м   и выгрузкой непосредственно в приемный накопительный бункер,  в который осуществлялась также загрузка угля, известняка и других шихтовых присадок, предварительно измельченных и добавляемых в необходимой пропорции. Из приемного бункера шихтовые материалы с помощью шнекового питателя подавались в элеватор,  который перегружал их в накопительный бункер и через течку  в  печь.    После проведения операций плавки осуществлялась разливка шлака в грануляционный бассейн, транспортирование пеноматериала, дробление  и подача по системе ленточных транспортеров в  бункер. Из накопительного бункера материал подавался на участок формирования теплоизоляционных плит или отгружался потребителю в виде засыпки.
 
В качестве шихтовых материалов использовались золы от сжигания бурых углей,  РД 34.09.602-88 “Зола-унос тепловых электростанций.   Нормативные характеристики”,  ТУ 12.36.241-91 “Угли бурые Канско-Ачинского бассейна”, известняк металлургический ТУ 14-72-80 и  известняк ГОСТ 23671-79, кремнезем ГОСТ 22551-77 и песок кварцевый КО 2А (Б) ГОСТ  2138-84. Основным показателем, определяющим готовность шихтовых материалов к плавке,  является модуль кислотности Мо, который устанавливает соотношение суммы процентного содержания в сырье кислых оксидов - кремнезема SiO₂ и глинозема Al₂O₃ к сумме основных оксидов кальция CaO и магния MgO:

             Мо= SiO₂ + Al₂O₃ /CaO + MgO.

Допускался разброс модуля кислотности шихтовых материалов в диапазоне 0,9....1,2. В качестве корректирующей добавки использовался известняк или кальцийсодержащие материалы, поскольку зола в большинстве случаев обладает кислыми свойствами. Свойства расплава, а следовательно, высокопористого утеплителя  в значительной степени определялись  качеством подготовки шихтовых материалов и практикой ведения процесса. Подготовка включала следующие операции: получение определенного зернового состава сырьевых компонентов путем дробления, составление шихты объемным  дозированием каждого компонента, перемешивание в бегунах (или с помощью шнекового питателя), загрузка   в бункер печи, загрузка в печь. По данным химического анализа  сырья, подсчитывали загрузку в печь и производили расчет шихты по модулю кислотности, определяли необходимое количество угля на восстановление железа, входящего в состав золы.

Состав шихты, ее дозировку и перемешивание перед подачей в печь, правильность загрузки сырья контролировал начальник участка, работники лаборатории. Для плавления сырья использовались  измельченные материалы с размером кусков не более 60 мм. Тринадцатого  мая 1996 г. участок  переработки  золы был подготовлен к запуску и печь поставлена на разогрев, а 16 мая произведен первый выпуск шлака. Первая компания составила всего 8 плавок и была закончена 25 мая из-за размыва футеровки. Во вторую компанию с  25 июня  по 9 августа было проведено 22 плавки, которые сопровождались  многочисленными негативными событиями: авария на ячейке ввода высокого напряжения, прогар в районе выпускной летки, выход расплава через отверстие для термопары в корпусе печи.

Третья компания начата 11 и закончена 30 сентября, остановлена из-за прогара кессона. При работе печи особое внимание  обращалось на равномерность подачи шихтовых материалов. При превышении  загрузки шихты  происходило резкое снижение температуры внутреннего рабочего пространства печи,   появлялись не расплавившиеся участки шихты, а затем приходилось поднимать напряжение на электродах с целью предотвращения понижения температуры в рабочем пространстве. Для интенсификации технологического процесса плавки следили за равномерностью загрузки шихтовых материалов, не допуская пере - и недогрузки. В течение трех компаний, проведена 61 плавка, получено 720 м3 высокопористого утеплителя в виде рассыпного материала,  несгораемого, нетоксичного, относящегося к первому классу строительных материалов, соответствующего требованиям ГОСТ 10832-91 и 60 м3 материала низкого качества,  опробована      технология   получения    плит теплоизоляции с размерами  60х500х1000 мм.  

Наибольшие трудности при освоении и эксплуатации процесса  возникали из-за: - низкой стойкости футеровки, - не надежной     конструкции   выпускного    шпура для шлака,  - отсутствия  оперативного контроля химического состава  по  ходу плавки, - поломок скребкового транспортера, работающего в наиболее тяжелых условиях контакта с расплавом,  - зарастания газохода,    - не опытности    персонала при отработке технологических режимов, - низкой точности определения  параметров в рабочем пространстве печи, - не достаточного финансирования и целого ряда проблем, связанных с организационными вопросами.         
         
В результате освоения технологии накоплен  опыт проектирования, строительства и эксплуатации комплекса, разработана технологическая инструкция ведения процесса, уточнены экономические показатели  и определены основные требования к материалам и футеровке,  выполнена новая планировка участка.  Планируется загружать золу  ТЭЦ-1 в четырехосные хопперы для перевозки цемента и составом  в 4-6 вагонов по  железнодорожным путям доставлять в цех.  Выгрузка золы должна осуществляться с помощью системы пневмотранспорта в бункера общей емкостью 350 м3. Известняк и бурый уголь    будут доставляться в полувагонах с металлическим кузовом или с помощью автотранспорта, разгрузка из которого осуществляется   в бункера для известняка 90 м3 и для бурого угля  общей емкостью 70 м3.  Данные объемы бункеров, рассчитаны из условий проведения четырех плавок в сутки и расходуются за  две недели.  Смешивание материалов производится  в бегунах, установленных под ленточным транспортером, после чего осуществляется загрузка, приготовленной шихты в спецтару и с помощью скиповой тележки подается в плавильный пролет, откуда с помощью крана устанавливается на  эстакаду  и через течку   шихта подается в печь.

Однако основным препятствием осуществления дальнейших работ является отсутствие финансирования, организационные трудности в связи с большой задолженностью АО перед налоговыми органами.
 
 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
 
        1. А.C. № 1428729 Способ получения зольного гравия / В.Ф. Павлов, Б.В. Пестряков. С 04В 20/04 Заяв.10.11.85  № 4015158/29-33.
        2. А.С. № 1742250  Способ получения пористого материала/ В.Ф. Павлов, Ю. Д. Тропин, В. Ю. Бердов, Г. А. Мордосевич  С 03В 18/10 Заяв. 22.12.89   № 4772821/33.  Опубл. 23.06.92  Бюл. № 23.
3.   А.С. № 1749187  Способ получения силикатного материала / В.Ф.Павлов, В. А. Самойлова, Н. А. Павлова и др.  С 03В 32/00 Заяв. 21. 06.89  № 4708394/33.  Опубл. 223.07.92  Бюл. № 27.
       4. Технология переработки зол углей КАТЭКа / В. Ф. Павлов, А.Г, Аншиц, С.Г. Боякин, В.Ф. Шабанов.- Препринт № 709Ф. Ин-т физики им. Л. В. Киренского, СО АН СССР,1991. - 21 с.
5.   Патент России № 2052400 (1994) Способ получения материалов из золошлаковых отходов/ С.Г. Боякин, А.Г, Аншиц, В. Ф. Павлов, , В.Ф. Шабанов. Заяв.№ 93005278, 01.06.93. Зар.20.01.96. Б.И.№ 2, 1996.
6.   А. В. Прошкин, В. Ф. Павлов / Освоение процесса пирометал-лургической   утилизации  золошлаковых отходов от сжигания углей. - В сб.: Акту-альные  проблемы  ресурсосбережения  при добыче и переработке полезных ископаемых. Ч. 2 - Красноярск: КГАЦМиЗ,1996.  - С.37-41.
7.    Основы технологии получения теплоизоляционных материалов из зол энергетических углей /В. Ф. Павлов, А.М. Погодаев, А. В. Прошкин, В.Ф. Шабанов. – Препринт № 1, РАН СО КНЦ, СКТБ «НАУКА». – Красноярск, 1998. - 25 с.
 

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков и с анализом оборудования для производства цемента на основе шлаков Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России» и «Анализ оборудования для производства шлакощелочного вяжущего».

В.Н. Кривенко
Кандидат технических наук УФИМЦЕВ В. М. Уральский государственный технический университет

www.newchemistry.ru