🏭 Металлургические заводы

1. Чёрная металлургия — полный цикл

Полный передел железной руды в сталь идёт по цепочке: ГОК (горно-обогатительный комбинат) → аглофабрика (агломерация мелочи) → коксохимическое производство (КХП) → доменная печь (производство чугуна) → кислородный конвертер BOF или электропечь EAF (производство стали) → МНЛЗ (машина непрерывного литья заготовок) → прокатные станы (горячая и холодная прокатка).

• Аглофабрика: спекание руды и флюсов на конвейерных машинах, агломерат — основное сырьё домны
• Коксохимия: коксовые батареи на 50-80 печей, кокс для доменного процесса
• Передельный цикл: руда → чугун → сталь → прокат, тысячи тонн в сутки

2. Доменная печь

Доменная печь — высота 30-40 м, полезный объём 2000-5000 м³, выпуск чугуна 8000-15000 т/сутки. Загрузка сверху агломератом, коксом и флюсами; дутьё снизу подогретым воздухом (1100-1200°C) через фурмы. Огнеупорная футеровка — периклаз-углеродистый кирпич, водоохлаждаемые холодильники (плиты с медными трубками), кампания печи 15-20 лет между капремонтами.

• Воздухонагреватели (каупера): 3-4 регенератора Ø8-10 м, греют дутьё до 1100-1200°C
• Колошниковый газ: очистка скруббером и электрофильтром, ценное топливо для прокатки
• Литейный двор: чугуновозы и шлаковозы, выпуск каждые 1-2 часа
• Засыпной аппарат: бесконусный лотковый (Paul Wurth) или конусный двухконусный

3. Кислородный конвертер (BOF — Basic Oxygen Furnace)

BOF — кислородный конвертер ёмкостью 250-380 т плавка, цикл 35-45 минут. Жидкий чугун из домны заливается в грушевидный сосуд с огнеупорной футеровкой; через водоохлаждаемую фурму сверху подаётся технический кислород 2-2.5 МПа (99.5%). Углерод чугуна окисляется до CO/CO₂, шлак формируется добавкой извести (CaO). На выходе — сталь с C < 0.1% и шлак.

• Газоотводящий тракт: котёл-утилизатор + газоочистка (мокрая или сухая)
• Кислородная станция: производительность 50-100 тыс. м³/ч O₂
• Футеровка: смолодоломитовый кирпич, стойкость 2500-5000 плавок

4. Электродуговая печь (EAF — Electric Arc Furnace)

EAF — дуговая печь 100-200 т, плавит металлолом или губчатое железо DRI (Direct Reduced Iron). Три графитовых электрода Ø600-700 мм опускаются сверху, дуга между электродом и шихтой даёт температуру > 3000°C. Мощность печного трансформатора 100-200 МВА, удельный расход электроэнергии 380-450 кВт·ч/т. Цикл tap-to-tap 45-60 мин. Основа мини-заводов.

• Электроды: расход 1.5-2 кг/т стали, наращиваются по мере выгорания
• Эркер (EBT — Eccentric Bottom Tapping): донный выпуск без шлака
• Газоотсос: dog house + рукавные фильтры, пыль 15-25 кг/т (ценная Zn/Pb)
• Кислородные фурмы и горелки: интенсификация плавки

5. МНЛЗ — машина непрерывного литья заготовок

МНЛЗ заменяет разливку в изложницы: жидкая сталь из сталь-ковша через промковш поступает в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, формирует корочку, затем — тянущие ролики, зона вторичного охлаждения (форсунки воды и воздуха), газокислородная резка на мерные длины. Длина агрегата 30-50 м, скорость литья 1-3 м/мин для слябов толщиной 200-300 мм.

• Слябовые (плоский прокат), сортовые (балки/арматура), блюмовые (крупное сечение)
• Криволинейная или вертикально-изогнутая компоновка, радиус 8-12 м
• Промковш: огнеупорный, разделяет потоки, шлакообразующая смесь (ШОС)
• Электромагнитное перемешивание (EMS) — улучшение структуры заготовки

6. Прокатные станы

Горячая прокатка: сляб 250 мм греется в методической печи до 1200-1250°C, затем реверсивная черновая клеть (1-2 прохода) и непрерывная чистовая группа (6-7 клетей) — выход горячекатаный рулон 1.5-25 мм. Холодная прокатка: травление в HCl, 4-5 клетей кварто, толщина 0.18-3 мм, рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах. Финиш — оцинковка (горячая или электролитическая), лужение, дрессировка, нанесение покрытий.

• Hot strip mill (HSM): производительность 4-5 млн т/год
• Сортовые: арматура, балки, уголки, швеллер (А500С, А600С — ГОСТ)
• Линия горячего цинкования: ванна Zn 460°C, толщина покрытия 100-275 г/м²

7. Цветная металлургия Казахстана

РК — лидер по цветной металлургии в СНГ. Казцинк (Усть-Каменогорск) — цинк и свинец, шахтные и взвешенной плавки печи Imperial Smelting (ISP), вельц-печи. Казахмыс (Жезказган, Балхаш) — медь, флэш-печи Outotec, конвертеры Пирса-Смита, анодная плавка, электролитическое рафинирование. Алюминий Казахстана: Павлодарский глинозёмный (Al₂O₃ методом Байера) + ЭГПК (Экибастуз) — электролиз глинозёма в криолит-глинозёмном расплаве при 950°C, ванны 300-500 кА.

• KAZ Minerals — Бозшаколь и Актогай, открытая добыча и обогатительные фабрики меди
• Электролиз Al: анод предобожжённый или Содерберга, удельный расход 13-14 МВт·ч/т Al
• Конвертер Пирса-Смита: горизонтальный для штейна Cu, продувка воздухом обогащённым O₂

8. Ферросплавы

Аксуский завод ферросплавов (КЭЗ, г. Аксу) — крупнейший в мире производитель феррохрома и ферросилиция. Таразский металлургический завод — ферросиликомарганец и силикомарганец. Технология — руднотермические закрытые электропечи (РТП) мощностью 30-80 МВА, графитовые самоспекающиеся электроды Ø1.5-2.0 м (Содерберга). Шихта: хромит/кварцит/марганцевая руда + кокс + железная стружка. Газоочистка — циклоны + рукавные фильтры.

• FeCr (феррохром): С > 60%, для нержавеющих сталей
• FeSi (ферросилиций): 45/65/75% Si, раскислитель стали
• Расход электроэнергии 3500-9000 кВт·ч/т сплава, отсюда привязка к ТЭС

9. Бенчмарки РК — стоимость и проекты

Упражнения