⚙️ Феррохром — ферросплавный завод

Модуль #284. Аксуский ферросплавный завод (АксЗФ ERG/ENRC, г. Аксу Павлодарская обл., 1 500 тыс. т FeCr/год — крупнейший в мире производитель high-carbon ferrochrome), Актюбинский ФЗ (АктФЗ ERG, 850 тыс. т FeCr/год), Темиртау Кармет (низкоуглеродистый FeCr). РК — мировой лидер по запасам хромитов (Кемпирсайский массив 300 млн т высокосортной руды Cr2O3 50-52%). Технология — DC SAF (Submerged Arc Furnace) 60-72 МВА Outotec / Tenova Pyromet, восстановление Cr2O3 коксом C → Cr + CO + энергия. Продукт — high-carbon FeCr 62-68% Cr (chr-grade FeCrCG) для нержавеющей стали (316L Inox), charge-chrome 50-55% Cr для углерод. стали. EU IED BAT NFM + ICDA Code (Cr Toxicity) + СН РК 4.04-15.

1. Состав ферросплавного завода (ФСЗ)

EU IED BAT Reference NFM 2017 + ICDA Chromium Toxicity Code + СН РК 4.04-15:

Plavilny korpus (Melt shop): 4-8 SAF (Submerged Arc Furnace) ёмкостью 60-72 МВА каждая, диаметр ванны Ø13-15 м, height 8-10 м, мощность 18-22 МВт/электрод × 3 электрода (3-фазная сеть Y-connected); годовой выпуск 100-150 тыс. т FeCr/SAF.
Электроды Сёдерберг (Soderberg): непрерывный самообжигающийся электрод Ø1.6-2.0 м, паста — graphite + binder (anthracite + pitch), масса пасты 3.5-4.5 кг/т FeCr, slipping rate 0.5-1.0 мм/мин (электрод опускается по мере расхода).
Шихта (charge mix): Cr2O3 руды Кемпирсайские concentrate (52% Cr2O3), коксовая мелочь (Карагандинский кокс 88% C), известняк CaO + кварцит SiO2 для шлакообразующих (CaO/SiO2 = 1.0-1.5), агломерация briquetting перед загрузкой.
Загрузка шихты: charge bins 8-12 шт × 100-200 т над SAF, conveyor + chute drop через roof, automated weighing Mettler-Toledo + recipe-control.
Шлаковый и металлический выпуск: taphole 2-3 шт на SAF, выпуск каждые 2-3 ч (период), металл tap температурой 1650-1700 °C → ladle 50-60 т → casting на slab beds или granulation; шлак 1500-1550 °C → slag pots или granulation для cement.
Кокс газоочистки (Off-gas treatment): hood с water-cooled gas duct → settler (cyclone) → bag house Outotec/FLSmidth (фильтры PTFE membrane Donaldson, эффект. 99.9%) → CO-rich gas (~50% CO энергии) → recovery в энерго-блоке или flare.
Co-generation (recovery): CO-газ из SAF 50% CO (т.е. 2.0-2.5 МВт тепловой энергии/МВА SAF) → котёл-утилизатор + газовая турбина 30-50 МВт electrical → собственная ТЭС возвращает 20-25% затраченной energy.
Кокс-цех / агломерация: sintering plant Outotec circular belt sinter Ø22 м (производство sinter из Cr-руды fines) или briquetting press 800 т, выпуск 5-10 мм гранул для SAF.
Цех слитков и упаковка: finished FeCr — crushing 10-300 мм + screening + magnetic separation + sampling + packaging в Big Bags 1-2 т, отгрузка ж/д Х-вагоны на экспорт CN/EU/JP (90% продукции экспортируется).
Газо-, водоочистка: wet scrubber для SO2 (для S-rich кокса) + dust collector recycle pyrgenic pellet, water recycle 95% closed-loop.
Cr6+ control: NEW BAT-IED — гексавалентный хром Cr(VI) — канцероген IARC group 1, контроль в воде ≤50 мкг/л + воздухе ≤0.5 мкг/м³ (OSHA PEL), redox treatment Fe²⁺ восстанавливает до Cr³⁺ (безопасный).
Хранение хромита: 100 000-300 000 т concentrate в крытых складах (ил pile prevention windborne dust), conveyor + agitated charge.
ТП + DC выпрямители: ТЭС или ЛЭП 500 кВ от КЕГОК → ТП 500/35 кВ × 800 МВА → выпрямители Siemens SVC 50-72 МВА × SAF + transformer step-down для arc voltage 120-200 В × ток 60-80 кА.
Laboratory + QA: ICP-OES Spectroport + XRF Thermo ARL + spark spectrometer + sieving (Endecott), QA по EN 10204 3.1 + ASTM A101.
Адм. блок: 3000-5000 рабочих 4-сменка, столовая, медпункт (chrome-poisoning prevention), training centre.

Упражнение 1 — SAF technology choice

АксЗФ строит новую очередь FeCr 350 тыс. т/год. Какая технология по EU IED BAT NFM 2017 + Outotec/Tenova best practice?

Mini-furnace 5 МВА — несколько штук, дешевлеДоменная печь (как ДП-9 в Карметкомбинате) — для FeCrЭлектролиз водных растворов (как для Al) — без коксаClosed-roof DC SAF (Submerged Arc Furnace) 60-72 МВА с Soderberg-электродами + sinter feed + off-gas recovery по EU IED BAT NFM: 1) SAF design Outotec / Tenova Pyromet — closed-roof ванна Ø13-15 м H=8-10 м с водоохлаждаемой sided panels + magnesia-graphite refractory bottom 800-1000 мм; 2) 3 электрода Soderberg (self-baking) Ø1.6-2.0 м, расход пасты 3.5-4.5 кг/т FeCr, slipping 0.5-1.0 мм/мин (непрерывное опускание + добавление anthracite-pitch paste сверху); 3) Power 60-72 МВА на SAF, electrode current 60-80 кА × arc voltage 120-200 В = 18-22 МВт на электрод × 3 электрода; 4) Sinter feed — Cr-руда fines + coke + flux briquetted на Outotec sinter belt circular Ø22 м → sinter 5-10 мм → стабильный SAF feed (без агломерации pulverised dust в шихте); 5) Off-gas closed-roof — энергия в виде CO-rich gas 50% CO (lower heating value 7-9 МДж/Нм³, температура 700-900 °C) → котёл-утилизатор + газовая турбина Siemens SGT-600 30-50 МВт electrical (20-25% энергии возврат); 6) Dust collection — Donaldson bag house с PTFE membrane filter 99.9% efficiency, дust 80-100 г/Нм³ → <5 мг/Нм³ output, recycle обратно в sinter; 7) Tap practice — taphole 2-3 шт, выпуск каждые 2-3 ч × 30-40 т металла + 50-60 т шлака; slag granulation в water pit → cement additive (~ 5% SO3 ground); 8) Cr6+ prevention — closed roof prevents oxidation хром-fume в Cr(VI), reducing atmosphere в плавильной зоне (95% CO + 5% CO2), нет canopy losses; 9) Energy intensity — best practice 3.5-4.0 МВт·ч/т FeCr (vs 4.5-5.5 для устаревшего OPEN-arc furnace); 10) BAT-IED limits — dust <5 мг/Нм³, Cr(VI) <0.05 мг/Нм³, SO2 <300 мг/Нм³, NOx <500 мг/Нм³; closed-roof DC SAF — BAT (Best Available Technique) для FeCr; EU IED BAT NFM 2017 + ICDA Chromium Toxicity Code + ASTM A101 + EN 10204 3.1 + СН РК 4.04-15

Упражнение 2 — Расход электроэнергии

АксЗФ производит 1 500 тыс. т FeCr/год. Energy intensity современного closed-roof DC SAF (best practice) = 3.5-4.0 МВт·ч/т FeCr. Учти что завод возвращает 20% energy из CO-gas через cogeneration (gas turbine). Чистый годовой расход электроэнергии (ГВт·ч/год):

Упражнение 3 — Капекс ФСЗ 350 тыс. т FeCr/год

Ферросплавный завод 350 тыс. т FeCr/год (1 SAF 72 МВА) «под ключ»:

Земляные + фундамент ж/б плита B40 (под SAF 5×5×3 м) + дороги + ж/д подъездные пути = 5.5 млрд тг
SAF 72 МВА Outotec closed-roof Ø13 м H=10 м (под ключ pyrometallurgy) = 120 млрд тг
Корпус plavki ВРС 25 м (50×80 м площадь) + крыша steel S355 = 14 млрд тг
Электроды Soderberg Ø1.8 м × 3 + casings + slipping mechanism = 8 млрд тг
Sinter plant Outotec belt circular Ø22 м (на оба завода = 220 тыс т fines/год) = 38 млрд тг
Charge handling — bins 12×150 т + conveyor + weighing Mettler + chute drop = 9 млрд тг
Off-gas treatment Donaldson bag house PTFE + CO-recovery duct + flare backup = 22 млрд тг
Cogeneration Siemens SGT-600 gas turbine 35 МВт + HRSG + steam turbine 8 МВт = 28 млрд тг
DC выпрямитель Siemens SVC 72 МВА + 500/35 кВ transformer 100 МВА + cable busbar = 35 млрд тг
Tap floor — ladle 50 т × 4 + crane 100 т + casting beds + slag granulation pit = 8.5 млрд тг
Crushing+screening+packaging line (готовый FeCr 10-300 мм + Big Bag 2 т) = 6.5 млрд тг
Cr6+ wet scrubber + Fe(II) redox plant + water treatment closed-loop 95% recycle = 7.5 млрд тг
Хранение Cr-руды 200 000 т под крышей + конвейер 800 м = 5.2 млрд тг
ТП 35/6 кВ 100 МВА + ЛЭП 500 кВ tie-in (от Аксу ГРЭС или КЕГОК) = 12 млрд тг
Лаборатория ICP-OES Spectroport + XRF Thermo ARL + sieving Endecott QA = 2.4 млрд тг
SCADA + DCS Siemens PCS7 + control room + IT-инфраструктура = 4.2 млрд тг
Адм. блок 3000 м² + столовая 600 чел + медпункт + training centre + школа = 12 млрд тг
ESIA EBRD + ICDA compliance + EU IED BAT-AEL audit + строит. лицензия + проектирование 5% + ПИР + НР + СП + PNR + страхование = 84 млрд тг

Итого capex (тг, округл. до млрд):

Упражнение 4 — Cr6+ канцероген

На ФСЗ важна борьба с Cr6+ (хром-VI). Что обязательно по ICDA Chromium Toxicity Code + OSHA + EU IED BAT?

Никаких мер — Cr безопасенТолько обычная вентиляция и спецодеждаПолная программа Cr6+ control по ICDA + OSHA + IARC Group 1: 1) Source prevention — closed-roof SAF design предотвращает oxidation Cr⁰/Cr³⁺ в Cr⁶⁺ в hot gas + reducing atmosphere 95% CO в melt zone (Cr⁶⁺ образуется когда хром-fume контактирует с O2 при 600-1200 °C); 2) Workplace monitoring — personal samplers Casella + benchtop sampling NIOSH 7600 для air Cr⁶⁺ — limit OSHA PEL 5 мкг/м³ 8-h TWA, action level 2.5 мкг/м³, GOST 12.1.005 РК для production zones; 3) Wet scrubber на gas line — caustic NaOH 5% spray для absorption Cr⁶⁺-fume из off-gas → CrO4²⁻ ion в воду; 4) Wastewater treatment — Cr⁶⁺ reduction Fe²⁺ (sulphate of iron) + lime → Cr⁶⁺ + 3Fe²⁺ → Cr³⁺ + 3Fe³⁺ (нетоксичный) → settling + filtration → recovery as Cr(OH)3 hydroxide cake (нетоксичный landfill); 5) Solid waste — ферро-шлак содержит residual Cr³⁺ stable (не водорастворимый), но dust может содержать Cr⁶⁺ при oxidation на воздухе — collection в hermetic bins; 6) Medical surveillance — periodic exam рабочих SAF area: chest X-ray + lung function spirometry + blood Cr + urinary Cr⁶⁺ (биомаркер); годовой report медкомиссии; 7) Personal protective equipment PPE — half-face респиратор 3M 6200 с P100 filter + chemical-resistant suit Tychem F + face shield + lab coat; spec. wash station для одежды (не домой); 8) Training — annual Cr⁶⁺ awareness training + emergency response drill 2 раза/год + signage всех зон; 9) Regulatory — REACH SVHC entry CrO3 (chromium trioxide) — restricted в EU с 2017, требует authorisation для produces/imports; 10) BAT-IED limit — Cr⁶⁺ в выбросах <0.05 мг/Нм³, в сточных водах <50 мкг/л, обязательная отчётность КАЭН РК ежеквартально; ICDA Chromium Toxicity Code + OSHA 29 CFR 1910.1026 + IARC Monograph 49 + REACH Regulation EU 1907/2006 + EU IED BAT NFM + СН РК 4.04-15 + ГОСТ 12.1.005Только годовой замер концентрации в воде

Нормативная база

EU IED BAT Reference NFM 2017 — Best Available Techniques for Non-Ferrous Metals (включая FeCr / FeMn / FeSi)
EU IED Directive 2010/75/EU — Industrial Emissions Directive
ICDA Chromium Toxicity Code — International Chromium Development Association
OSHA 29 CFR 1910.1026 — Hexavalent Chromium standard (USA)
IARC Monograph 49 — Chromium and Chromium Compounds (Cr⁶⁺ = Group 1 carcinogen)
REACH Regulation EU 1907/2006 — restricted SVHC CrO3 (chromium trioxide)
ISO 14001 / ISO 45001 — Environmental + Occupational Health Management
ISO 14064 — Greenhouse Gas Accounting (для углерод-emission FeCr ≈ 2.0 т CO2/т)
ASTM A101 — Standard Specification for Ferrochrome
EN 10204 3.1 — Inspection documents for metal products (Mill Certificate)
СН РК 4.04-15 — Цветная металлургия (производственные здания)
ГОСТ 4757-91 — Феррохром технические условия
ГОСТ 12.1.005-88 — Общие санитарно-гигиенические требования воздуха рабочей зоны
ПУЭ-7 — Электроустановки потребителей (для DC >1 кВ электродов)
СНиП 2.04.05-91* — ОВК для металлургических цехов
ICMM Mining Principles — International Council on Mining and Metals
Equator Principles / IFC PS6 — финансовые ESG-стандарты