Надлежащая переработка может сделать вторичные огнеупоры (б/у и производственный лом) важным сегментом рынка современной огнеупорной продукции
Скрытые ресурсы
Лев Хорошавин, д.т.н., консультант по огнеупорам, ОАО “Институт “УралНИИАС”
Надлежащая переработка может сделать вторичные огнеупоры (б/у и производственный лом) важным сегментом рынка современной огнеупорной продукции
Практика показывает, что использование вторичных огнеупоров и лома на их основе сегодня актуально, как никогда. Во-первых, ужесточаются экологические требования к отходам производства, во-вторых, огнеупорные отвалы занимают дорогую и ценную землю. В-третьих, переработка вторичных огнеупоров в настоящее время экономически обоснована.
Современное промышленное производство должно быть экологически чистым, в т.ч. его отходы не должны наносить вреда окружающей среде. Это применимо и к выпуску огнеупоров, которое должно стремиться к экологической чистоте, безотходности, безотвальности. Но сегодня в России около 25% от общего объема производства огнеупорной продукции ежегодно составляют т.н. вторичные огнеупоры (изделия после службы или лом огнеупоров) – ок. 0,5 млн.т. И используются они недостаточно эффективно. Их некачественно рассортировывают, малую часть годных изделий возвращают обратно в кладку, остальное размалывают на порошки нерационального зернового состава, подшихтовывают к шихтам первичных огнеупоров, а большую часть просто сваливают в отвалы.
Такое отношение к вторичным огнеупорам является не просто экологически вредным, но и экономически необоснованным. Отвалы вторичных огнеупоров продолжают расти.
Поэтому в данной области, по мнению современной отраслевой науки, основными задачами являются:
• переход на полное безотходное применение огнеупоров;
• улучшение экологии путем ликвидации огнеупорных отвалов с использованием их для производства огнеупорных и строительных материалов;
• переход на полный сервис металлургов (потребителей), включая поставку оптимальных огнеупоров, их службу и безотходное применение;
• повышение качества и эффективности новых огнеупорных изделий, полученных из вторичных огнеупоров.
Рассмотрим каждую из этих задач более предметно.
ПОЛНОСТЬЮ БЕЗ ОТХОДОВ
Уже в первые годы советской власти правительство заставляло потребителей огнеупоров поставлять вторичные огнеупоры (лом огнеупоров) обратно на огнеупорные заводы – для изготовления новой первичной продукции. А в 1940г. Иосиф Сталин издал постановление №931 с четким и ясным требованием: в целях экономии топлива и огнеупорных глин широко использовать лом огнеупорных изделий, для чего обязать основных потребителей огнеупоров – Наркомчермет (НКЧМ), Наркомцветмет, Наркомкомтяжмаш, Наркомэлектростанций, Наркомсудострое-ния, Наркомвооружения, НКПС – сдавать лом Главогнеупору НКЧМ. В последующие годы правительство более мягко просило “обеспечить сдачу огнеупорного лома организациям, производящим заготовку, в размере не менее 40% от потребляемого количества шамотных изделий и 20% от потребляемого количества магнезиальных изделий”, а также “сдачу его предприятиям огнеупорной промышленности для производства огнеупоров”. Для решения этих вопросов были созданы порайонные организации “Второгнеупор”, для контроля качества и службы огнеупоров – “Гисогнеупор”, которые впоследствии внесли большой вклад в развитие огнеупорной промышленности.
После “перестройки” “Второгнеупор” и “Гисогнеупор” были уничтожены, так как они стали не нужны ни государству, ни частным собственникам.
По мнению специалистов ОАО “Урал-НИИАС”, не одно десятилетие специализирующихся на огнеупорной промышленности, необходимо восстановить государственное отношение к огнеупорам на всех уровнях – от повышения уровня высшего образования специалистов-металлургов до безотходного применения огнеупоров, с ликвидацией огнеупорных отвалов. Нужно восстановить “Второгнеупор” и “Гисогнеупор” в современной форме, адаптированной под реалии российской экономики. Призывы к частникам здесь абсолютно бесполезны. На законодательном уровне необходимо закрепить увеличение налогов на отходное производство и существенно уменьшить налоги на безотходное производство. Особенно нужно уменьшить или совсем отменить налоги для тех, кто будет разрабатывать огнеупорные отвалы.
В современных условиях отношение к так называемым “отходам” должно быть коренным образом пересмотрено: не существует отходов, но есть ценнейшие материалы, которые являются высококачественным сырьем для выпуска новых порошков и изделий нового поколения по экологически чистой и безотходной технологии. Следовательно, отходы одного производства являются ценным сырьем для другого. Существующие отвалы указывают лишь на разорванность единой технологической цепи и невнимание государства (и бизнеса) к этой проблеме.
Фактически вторичные огнеупоры – это высококачественные сырьевые материалы, про шедшие трехкратную термическую обработку (обжиг или плавление): первая – первичный обжиг сырья, вторая – обжиг изделий или плавление материалов, третья – служба в футеровках тепловых агрегатов.
В дальнейшем при повторном использовании вторичных огнеупоров они будут проходить дальнейшую многократную термическую обработку. При этом во вторичных материалах происходят такие процессы, как:
• возгонка летучих веществ – углеродных, щелочных, фосфатных, галогенидных и др.;
• окисление веществ, характеризующихся повышенным сродством к кислороду – углерода, металлов, карбидов и др.;
• восстановление термодинамически неустойчивых веществ – SiO2 > SiO > Si, Fe2O3 > Fe3O4 > FeO > Fe, Cr2O3 > CrO3 > Cr и др.;
• образование термодинамически устойчивых веществ из неустойчивых: CaO-MgO-SiO2 + CaO > 2CaO-SiO2 + MgO; MgO-SiO2 + MgO > 2MgO-SiO2 и др.;
• рекристаллизация зерен веществ с образованием вторичной структуры;
• растворение продуктов реакции взаимодействия огнеупоров со шлаком с переходом их в шлаковую зону и удаление ее при обогащении вторичных огнеупоров и др.
Следовательно, вторичные огнеупоры более термодинамически устойчивы, чем первичные. Поэтому из вторичных материалов целесообразно изготовлять новые огнеупоры различных марок, качество которых должно быть выше первичных. Так, в Китае на основе вторичных периклазоуглеродистых изделий разработаны новые огнеупоры, стойкость которых выше первичных.
Таким образом, переход на полное безотходное применение огнеупоров полностью обоснован.
ПУТЕМ ЛИКВИДАЦИИ ОТВАЛОВ
Теперь – о повышении экологии путем ликвидации огнеупорных отвалов. Еще Д.И. Менделеев более 100 лет тому назад говорил, что совершенствование производства заключается в его безотходности. Поэтому безотходная технология выпуска и применения огнеупоров является единственным путем оптимального, диалектического развития огнеупорной промышленности и ее гармонизации с природным миром.
В области вторичных огнеупоров улучшение экологии применительно к реалиям СНГ означает ликвидацию огнеупорных отвалов, характеризующихся многокомпонентностью. В огнеупорных отвалах находятся металлические и шлаковые включения, остатки огнеупоров различного состава со шлаковыми зонами, в меньшей степени – огнеупоры без шлаковых зон и годные изделия.
И здесь на первое место прочно выходит материальное стимулирование тщательной ручной рассортировки материалов по их видам и потребителям: металлические включения – металлургам, шлаковые включения – строителям для производства строительных бетонов, отбитые от огнеупоров шлаковые зоны – для производства жароупорных бетонов. Огнеупоры без шлаковых зон рассортировывают отдельно на их виды: периклазоуглеродистые; периклазовые, периклазохромитовые, хромитопериклазовые и периклазошпинельные; форстеритовые; алюмосиликатные; кремнеземистые; и др.
Затем их в исходном или дробленом виде отгружают огнеупорным заводам или на специализированные участки. Таким образом, ликвидация огнеупорных отвалов является экологически необходимым и экономически выгодным мероприятием.
ПЕРЕХОД НА ПОЛНЫЙ СЕРВИС МЕТАЛЛУРГОВ
Обслуживание металлургов огнеупорными производителями в области поставки огнеупоров и дальнейшего сервиса за последнее время существенно улучшилось. Сегодня на метпредприятия поставляются все более оптимальные, качественные огнеупоры, контролируется их служба. Однако сервис, по мнению специалистов института “УралНИИАС”, является неполным, поскольку из этой цепочки выпадает эффективное использование вторичных огнеупоров.
Полный сервис металлургов сегодня, по нашему мнению, должен быть трехступенчатым: поставка, служба и безотходность огнеупоров, что в итоге будет означать переход на новый, более эффективный уровень обслуживания металлургической промышленности путем создания единой технологической линии по огнеупорам. Это возможно при использовании современных компьютерных программ, например, искусственного интеллекта, нейронных сетей, SuperChim и др.
Итоговыми показателями полного сервиса металлургов являются повышение стойкости футеровок тепловых агрегатов, сокращение удельного расхода огнеупоров и удельных затрат на 1 т ста л и.
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА И ЭФФЕКТИВНОСТИ
Повышение качества и эффективности новых огнеупорных изделий, полученных из вторичных огнеупоров, связано со следующим. Одной из основных причин неэффективного использования вторичной продукции является существующий уровень мышления и компетенции специалистов огнеупорных предприятий, который напрямую отражается на качестве производимых огнеупоров.
Поэтому вначале необходимо повысить уровень мышления и только после этого повышать качество продукта – наоборот ничего не выходит.
Притом под качеством огнеупорных (как и строительных) материалов и изделий следует понимать комплексное сочетание их трех основных показателей – экологичности, свойств и долговечности. Действительно, экология стоит на первом месте, а технология – на втором. И только комплексным анализом всех трех основных показателей можно определить действительное качество огнеупоров, с учетом того, что каждый вид огнеупоров имеет свои оптимальные области применения.
Кроме того, сейчас прочно выходит на первое место качество огнеупоров – впереди неизбежное вступление в ВТО и переход на международные стандарты. В этих условиях усиливается основной закон рыночных отношений – отношение качества к цене должно всегда стремиться к наибольшей прибыли.
И вторичные огнеупоры в этом свете приобретают весьма актуальное значение. Повышение эффективности использования вторичных огнеупоров является одним из путей существенного снижения материалоемкости и экономии сырьевых материалов, например, снижения удельных затрат на 1 т стали и удельного расхода огнеупоров на 1 т стали. Разумное использование вторичных огнеупоров позволяет получить значительную экономию огнеупорного сырья, топлива, электроэнергии и трудовых затрат:
• 1 т магнезиальных вторичных огнеупоров экономит 2,3 т природного магнезита и хромита, 0,25 т условного топлива, 1,6*105 Дж электроэнергии;
• 1 т алюмосиликатных вторичных огнеупоров экономит 1,5 т огнеупорной глины, 0,15 т условного топлива, 1,4*105 Дж электроэнергии;
• 1 т кремнеземистых вторичных огнеупоров экономит 1,2 т кварцитов, 0,3 т условного топлива, 1,6*105Дж электроэнергии.
Следовательно, эффективное использование вторичных огнеупоров обеспечивает в итоге значительное ресурсосбережение.
Примером разумного использования вторичных огнеупоров является Магнитогорский МК, построивший участок по переработке вторичных огнеупоров и ежегодно
получающий на нем 1,5 млн.руб. экономического эффекта.
НАД ЧЕМ РАБОТАТЬ
К сожалению, несмотря на приведенные факты, в целом по России вторичные огнеупоры сегодня используют неэффективно, с увеличением отвалов.
Упорное нежелание изготовлять качественные изделия из вторичных огнеупоров объясняется многими надуманными причинами, в том числе увеличением транспортных расходов. Тогда как на самом деле при производстве продукции из вторичных огнеупоров транспортные расходы снижаются – за счет уменьшения транспортных расходов на исходное сырье для первичных огнеупоров.
Наши конкретные рекомендации огнеупорным заводам (и всем другим заинтересованным сторонам) по повышению эффективности использования вторичных огнеупоров следующие:
Полностью скупать у потребителей (металлургов) все вторичные огнеупоры, что делает потребление огнеупоров безотходным.
Организовать у металлургов отдельные современные участки по ручной сортировке, дроблению и помолу вторичных огнеупоров. При этом необходима тщательная ручная сортировка вторичных огнеупоров на различные марки. Возможна поставка исходных огнеупоров на огнеупорные заводы или другие специализированные участки.
Металлические включения (их содержится до 10%) возвращают металлургам по цене металлолома.
Шлаковые включения размалывают до фракции 20-0 и 5-0 мм и поставляют строителям для использования в качестве заполнителей в строительных бетонах.
Годные вторичные огнеупоры укладывают на отдельные поддоны и возвращают обратно в кладку.
У ошлакованных вторичных огнеупоров вручную скалывают шлаковые корочки, которые совместно со шлаковыми включениями размалывают с использованием в жароупорных и строительных бетонах.
Полученные неошлакованные вторичные огнеупоры совместно с другими неошлакованными изделиями (безшлаковые вторичные огнеупоры) размалывают до фракции 5-0 или 3-0 мм и в контейнерах поставляют на огнеупорные заводы для изготовления из них новых качественных изделий по нанотехнологиям.
Аналогично рассортировывают огнеупорные отвалы.
Необходима полная компьютеризация работы с вторичными огнеупорами, с технико-экономическими расчетами эффективности, привлечение академической и отраслевой науки для создания из них огнеупоров нового поколения. Нужно совместно с металлургами снижать удельные затраты на 1 т стал и.
Для получения наиболее высококачественных изделий из вторичных огнеупоров их целесообразно изготовлять по нанотехнологиям. Именно в переходе уровня исследования огнеупоров от макро- и микроструктур к наноструктурам лежит основа повышения их износоустойчивости и получения наибольших прибылей.
В качестве примера для перспективной работы можно привести периклазоуглеродистые изделия, полученные из вторичных огнеупоров. В данное время периклазоуглеродистые изделия после службы в футеровках конвертеров, электросталеплавильных печей и сталеразливочных ковшей обычно размалывают, используют в качестве масс для подварки, торкретирования, добавок к новым шихтам, иногда – для засыпки эркерных отверстий или сваливают в отвалы.
Такое использование периклазоуглеродистых огнеупоров, содержащих в своем составе плавленый периклаз, является недостаточно эффективным. Фактически периклазоуглеродистые вторичные изделия представляют собой высококачественные сырьевые материалы, прошедшие термическую обработку при высоких температурах с удалением всех летучих веществ, насыщением периклаза углеродом и формированием каркаса. Качество таких вторичных изделий и их износоустойчивость выше, чем первичных. Поэтому из одних периклазоуглеродистых вторичных изделий целесообразно изготовлять новые изделия по нанотехнологиям.
Периклазоуглеродистые изделия после службы необходимо тщательно вручную отсортировывать от посторонних включений и поставлять на огнеупорные заводы или отдельные участки в счет новых изделий.
Вторичные изделия необходимо размалывать до фракции 3-0 мм, рассеивать на фракции, обеспечивающие наиболее плотную укладку зерен по закону Фибоначчи, правильно вводить добавку химически чистого оксида магния – физического антиоксиданта (на зерна, в шихту и в совместный помол), с увеличением продолжительности смешивания и удельного давления прессования с минимальной запрессовкой воздуха на пекофенольных (азот- и аргонсодержащих) связках.