НЛМК снижает зависимость от внешних поставщиков цинк-алюминиевого сплава

14 декабря 2023

Группа НЛМК активно применяет технологии замкнутого цикла производства, реализуя стратегию бережного отношения к окружающей среде. Перечень сырья и материалов, повторно применяемых в производственной цепочке, непрерывно расширяется. Недавно R&D-команда нашла способ переработки цинковых излишков (дросс), образуемых в процессе производства, в цинк-алюминиевый сплав. Это ключевой материал для производства оцинкованного проката, применяемого преимущественно в строительстве. Реализация проекта, помимо снижения воздействия на экологию, позволяет обеспечить НЛМК собственным цинк-алюминиевым сплавом на 15%, частично снять зависимость от поставщиков и, как результат, обеспечить дополнительную гарантию своевременных поставок металлопродукции конечным потребителям.

В этой статье мы хотели бы рассказать о том, как возникла идея проекта и как он был реализован.

Как работает агрегат непрерывного горячего цинкования

В НЛМК действуют четыре агрегата непрерывного горячего цинкования, где производят оцинкованный лист. Длина самого большого из них сравнима с 10-подъездным домом стандартной панельной многоэтажки, а высота — 8 этажей. Большую часть этого грандиозного сооружения составляют печи.

Агрегат спроектирован по «непрерывному» принципу, то есть полоса в нем находится 24 на 7, если не считать остановки на ремонт, который случается крайне редко. Чтобы обеспечить непрерывность процесса, каждый раз начало одного рулона металла, который заправляется в агрегат, сваривается с концом предыдущего. 

Что такое дросс

На каждом агрегате есть ванна цинкования объемом около 20 кубических метров, заполненная цинком, находящимся в расплавленном (жидком) состоянии. Полоса заходит в нее, огибает специальные ролики, поднимается вверх и выходит уже оцинкованная. При этом цинка на нее налипает очень много, а нам нужно добиться определенной толщины покрытия – 100 или 140 граммов на метр квадратный, к примеру. Кроме того, покрытие должно быть равномерным. Для этого мы сдуваем излишки цинка «газовыми ножами». Как раз в этот момент образуется дросс.

Дросс — это металлическая цинковая пена толщиной от 5 мм до 1 см, которая накапливается на поверхности. Если говорить простыми словами, то он похож на пенку в капучино.

Дросс содержит пузырьки воздуха, оксиды цинка и излишки железа. Если он соприкасается с металлической полосой, на незастывшем цинковом покрытии полосы образуются дефекты поверхности. На выходе мы можем получить несоответствующую стандартам качества продукцию. Поэтому оцинковщики все время следят, чтобы этой пены не накапливалось слишком много. Специальным инструментом из нержавеющей стали собирают дросс в карман позади полосы, в ванне цинкования. Затем жидкий цинк стекает, и полученный дросс складируют в изложницы. Так получаются слитки весом от 500 кг до тонны. На 99% они состоят из цинка. По сравнению с чистым цинком дросс дешевле примерно на 15%.

Проблема

Уровень расплава в ваннах цинкования нужно поддерживать постоянно. Цинк-алюминиевый сплав НЛМК закупает у производителей. Около двух лет назад у одного из них случилась авария. Из-за этого возник дефицит на рынке. Тогда мы пришли к выводу, что перерабатывать дросс обратно в цинк-алюминиевый сплав можно внутри компании. Так и зародился проект.  

Поиск решения

Поначалу казалось, что решение лежит на поверхности: дросс достаточно просто заново переплавить и таким образом удалить воздух и оксиды цинка.

Но в результате переплавки химический анализ показал, что в составе слишком много железа. А мы знаем, что железо делает цинковое покрытие хрупким. После этого эксперимента стало понятно, что дросс нужно не только расплавить, но и очистить от железа.

Печь отражательного типа

Некоторые производители цинковых белил работали над тем, чтобы удалять железо из дросса. Также у них есть технология рафинирования, то есть очистки с помощью добавления флюсов (химических реагентов).

Эти производители плавят дросс в печи отражательного типа — по принципу работы, напоминающей деревенскую печь: здесь сырье укладывают на дно печи и направляют пламя.

В ходе научных изысканий и доработки технологии партнер переработал 7 тонн дросса НЛМК. Входной контроль и химический анализ слитков показали соответствие нашим требованиям. После загрузки продукта в ванну цинкования никаких дефектов на полосе не выявили.

Но при проработке масштабирования выяснилось, что данная печь не подходит по нескольким параметрам. Во-первых, она слишком маленькая. Для нужной производительности таких печей требовалось поставить три или построить одну большую, а опыта работы с большими печами в плане эффективности и экономичности сегодня ни у кого нет. Кроме того, сама технология сложна. Что будет при увеличении масштаба, предсказать невозможно. Еще один важный момент: эта печь запатентована. Обнаружив столько нюансов, мы решили продолжить поиск.

Индукционная печь

Тогда рассмотрели еще одну существующую технологию — индукционную, где энергия передается за счет магнитной индукции. Плавление в ней происходит быстрее, и, что важно, процесс более управляемый: мощность электричеством регулировать проще, чем пламенем. Также электромагнитная индукция одновременно создает завихрение и перемешивание расплава, что позволит делать его однородным при добавлении флюсов. На одном из предприятий Санкт-Петербурга мы опробовали нашу технологию совместно с процессом переработки дросса в индукционной печи. После внедрения нескольких наших идей удалось разработать новый технологический процесс. Кроме того, при таком способе производства мы избавились от добавления одного из видов флюса, который оказывал негативное влияние на экологию. Процесс стал не только более экономичным, но и более экологичным.

Результат

После реализации этого проекта НЛМК будет производить порядка 15% от потребляемого сырья цинк-алюминиевого сплава, что позволит сэкономить и частично снизить зависимость от поставщиков. Шлак, который образуется в процессе переработки дросса, НЛМК планирует продавать. Сейчас уже есть компании, которые готовы его покупать. Производство становится безотходным, что достаточно инновационно.

Ресурсы, которые мы раньше полностью брали извне, теперь частично находятся внутри компании.

Как оказалось, недостаточно понимать процесс, важно — сделать. Чтобы добиться этого результата, работала целая команда специалистов и экспертов из R&D НЛМК.