Рисунок 8 - Основные нарушения на аноде

Кроме этого, возникает еще одна проблема.

Измененные технологические условия формирования анода не позволяют выполнить основное требование технологии «сухого» анода - создать на поверхности анода запирающий слой из полурасплавленных брикетов анодной массы.

Анодная масса через относительно короткий промежуток времени после загрузки на поверхность анода расслаивается, что ведет к негативным последствиям и сказывается на качестве анода.

При таком поведении анодной массы получается анод заведомо низкого качества. Расслоение сопровождается образованием на поверхности анода отстоев пека и оседанием крупных частиц кокса на конус спекания.

Таким образом, формируется один слой анода - крупнозернистый, имеющий увеличенную пористость, что дает повышенную осыпаемость и увеличение пены, и второй слой, состоящий из пылевой фракции и пека, который более подвержен образованию трещин и так называемому «расслоению анода».

Поэтому качество анода, сформированного в таких условиях, и его поведение при электролизе значительно ухудшается.

Таким образом, на рисунке 9 представлены основные нарушения, связанные с качеством анодной массы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 9 - Обоснование совершенствования технологии производства анодной массы

При повышении силы тока в технологических параметрах анода происходят значительные изменения, и анодная масса с прежними характеристиками уже не может отвечать требованиям технологии в условиях работы на повышенной силе тока. В первую очередь это касается пластических свойств анодной массы, ее устойчивости к температуре. Поведение анодной массы на поверхности анода, изменение ее текучести - это один из главных факторов, влияющих впоследствии на работу электролизера в целом.

2.2 Требования к качеству анодной массы при работе на повышенной силе тока

При повышении силы тока увеличивается тепловая нагрузка на анод, и поэтому основная задача - не допускать дополнительной тепловой нагрузки, то есть четко контролировать глубину погружения анода в электролит, температуру электролита, операцию перестановки штырей, состояние штырей, идентифицировать и устранять технологические отклонения. При повышении мощности электролизера необходимо иметь более высокую тепло и электропроводность анода, так как тепловой режим анода становится более напряженным.

Ведение технологии анода при повышенной силе тока предопределяет строгий подход к выполнению требований, от которых зависит качество анода:

- материалы и их соответствие технологическим требованиям: характеристики кокса, характеристики пека, использование пека с более высокой температурой размягчения;

- технология производства анодной массы и ее свойства: пластические свойства, термическая устойчивость;

- технологические параметры электролиза;

- технологические методы и приемы обслуживания анода: контроль состояния коксо-пековой композиции на момент перестановки штырей, операция перестановки штырей, точность установки штырей, идентификация отклонений. В таблице 1 представлены технические мероприятия, выполнение которых приведет к соблюдению требований к качеству анодной массы.

Таблица 1 - Требования к анодной массе при работе на повышенной силе тока

Требования к анодной массе	Технические мероприятия
Однородная структура (отсутствие расслоений)	Использование пека с высокой температурой размягчения
Однородность свойств анода по всему массиву	Работа на постоянной смеси коксов
Повышение пластичности и термостабильности анодной массы	Корректировка рецептуры: увеличение грубой пылевой фракции
Формирование качественного вторичного анода	Снижение тепловой нагрузки на анод за счет дробеструйной очистки штырей
Уменьшение случаев возникновения слоения на подошве анода	Соблюдение регламента перестановки штырей и точности дозирования подштыревой анодной массы
Уменьшение случаев возникновения трещин на подошве и лунок под штырями	Использование подштыревой анодной массы

В начале июня 2005г. с целью улучшения термостабильности массы была предложена корректировка рецептуры и изменены регламентные требования по тонине помола и к содержанию фракций в синтетическом составе коксовой шихты. При этом баланс был сдвинут в сторону увеличения пылевых фракций, а именно «грубой» пыли.

Образцы проб анодной массы, выпущенной в процессе эксперимента на предлагаемом рецепте, показали достаточно хорошие результаты по устойчивости к механическим и термическим воздействиям (образцы анодной массы, выпускаемой на ранее действующем рецепте, имели трещины и разломы по всей площади образца, некоторые из них не выдерживали механических нагрузок при испытании на изгиб). Анодная масса на «новом» регламенте в процессе выпуска вела себя достаточно пластично, результаты по определению коэффициента относительного удлинения были стабильны.

Корректировка рецептуры позволит при сохранении пластических свойств снизить содержание связующего в анодной массе. Стоит отметить изменение в качестве анодной массы:

- некоторое увеличение механической прочности на сжатие, при этом значительное увеличение прочности на излом;

- снижение удельного электросопротивления;

- за счет улучшения пропитки анодной массы значительный рост кажущейся плотности и соответственно снижение пористости;

- некоторое снижение разрушаемости анодной массы в токе.

Для снижения вариабельности показателей технологического режима производства и качества анодной массы необходим промышленный выпуск анодной массы на условно-постоянной смеси коксов в зависимости от содержания в них серы.

Проектом определен следующий состав коксовой смеси от разных пставщиков: Павлодарский нефтеперерабатывающий завод + Пермнефтеоргсинтез - 50%, Омский нефтеперерабатывающий завод - 25%, Новокуйбышевский нефтеперерабатывающий завод - 25%. [13]

В ходе исследования теоретических источников и практических показателей работы цеха выявлены нарушения технологических параметров процесса производства алюминия, связанные с качеством анода. Качество анода напрямую зависит от качества анодной массы, формирующей его. Выполнение требований, предъявляемых к качеству анода при работе на повышенной силе тока, потребовало совершенствования технологии производства анодной массы. Для реализации данного мероприятия необходимо оценить технологический и экономический потенциал анодного производства ОАО «РУСАЛ Красноярск».

3. Оценка инновационного потенциала анодного производства ОАО «РУСАЛ Красноярск»

3.1 Оценка технологического потенциала ОАО «РУСАЛ Красноярск»

3.1.1 Тенденции развития алюминиевой отрасли

Современному предприятию для осуществления успешной деятельности в условиях сегодняшней динамично меняющейся внешней среды необходимо регулировать внутреннюю среду с учетом изменений внешней, уточнять стратегию дальнейшего развития. В связи с этим, наряду с оценкой потенциала (внутренней среды) цеха необходимо рассмотреть тенденции развития рынка производства и потребления алюминия, для того, чтобы оценить необходимость проведения мероприятий.

При анализе динамики индексов цен на цветные металлы за последние пять лет представленных на рисунке 10 -- рост цен на алюминий значительно отстает от цен на другие металлы (медь, никель), несмотря на то, что их потребление растет сходными темпами и основным драйвером этого роста является Китай.



Рисунок 10 - Индекс цен алюминия на лондонской бирже металлов (LME)

Объединенная компания "Российский алюминий", которая занимает лидирующую позицию среди мировых производителей алюминия, заверяет, что мировой кризис ее не коснется. Сложившаяся в мировой алюминиевой отрасли ситуация, когда металл торгуется на отметке ниже $2000 за тонну, лишь даст возможность сильным компаниям стать еще более конкурентоспособными, повысить свою эффективность и открыть для себя новые возможности. Компания утверждает, что не планирует сокращать объемы производства, несмотря на кризис, а также пересматривать инвестпрограмму. [13]

Компания РУСАЛ предлагает в качестве мер по стабилизации промышленного развития в РФ, в том числе алюминиевой отрасли, снижение тарифов естественных монополий на 30%, сокращение ставки рефинансирования, а также совместное с государством участие в крупных инвестиционных проектах и создание стабилизационного фонда резерва металлов.

Металлический стабилизационный фонд, позволил бы поддержать цены на алюминий, упавшие с августа 2008 года на 60%. Такой подход разделяют и аналитики. По их оценкам, дополнительный резерв металлов до 2013 г. может обеспечить $2,4 млрд. дополнительных поступлений в бюджет РФ, в том числе за счет роста цен на металлы в будущем и реализации дополнительных объемов продукции.

Рисунок 11 - Рост потребления алюминия по регионам мира

Средние темпы прироста потребления алюминия в мире составляют 2 млн. т. в год по данным Macquarie. Незначительно сокращение потребления коснулось развитых стран Европы, США и Японии. Развивающиеся рынки продолжили свой рост.

Причина такого «неравноправия» развитых и развивающихся рынков очевидна -- рост стоимости энергоресурсов. Именно поэтому алюминиевая отрасль переживает сегодня процесс поиска нового «центра тяжести». К сегодняшнему дню, пожалуй, можно выделить только двух очевидных лидеров этой гонки -- Россию и Китай. Есть, конечно, еще ряд перспективных регионов, однако их перспективность ограничена возможностью создания новых проектов, но по массе они вряд ли смогут соперничать с признанными лидерами.

В краткосрочной перспективе в выигрыше оказываются те компании, которые обладают доступом к энергоресурсам и сделали ставку на производство первичного алюминия, даже в ущерб его дальнейшей переработке. Такая позиция, с точки зрения сегодняшнего рынка, выглядит наиболее привлекательно. Резкий спекулятивный рост цен на рынке алюминия представляется все же не очень вероятным. По-видимому, рынок останется сбалансированным. Рост цен, естественно, может происходить, он будет обусловлен, в первую очередь, ростом цен на электроэнергию, который, скорее всего, будет достаточно плавным. В отрасли сохранится высокий уровень энергетической конкуренции. Это будет приводить к дальнейшему перераспределению долей в мировом производстве от развитых стран к развивающимся.

Рост потребления алюминия обусловливают тем, что на сегодняшний день этот металл занял лидирующее положение среди конструкционных материалов, поскольку, по сравнению с другими, характеризуется значительно меньшей плотностью, высокой коррозионной стойкостью, легкостью формирования и обработки, способностью 100%-ной вторичной переработки.

Использование стали в мировой автомобильной промышленности в 2010-2015 гг.будет сокращаться, в то время как потребление алюминия, меди и цинка вырастет. Такой прогноз подготовлен британским Центром автомобильных исследований (Centre for Automotive Research, CAIR). Согласно прогнозу специалистов CAIR, использование алюминия в 2010 г. составит 13,6 млн. т, увеличившись в 2015 г. на 11%, а в 2020 г.- на 35% до 18,4 млн. т. Рост спроса на «крылатый металл» будет связан с реализации проектов по уменьшению веса транспортных средств. Кроме того, использование алюминиевых сплавов способствует повышению безопасности и сокращению эксплуатационных расходов. По прогнозам Международной алюминиевой конференции, к 2015 году содержание алюминия составит в среднем 170 кг на легковой автомобиль.

Легкость, прочность и долговечность алюминия делает его незаменимым материалом в производстве самолетов и вертолетов. Алюминиевые сплавы не деформируются под сверхсильным атмосферным давлением, отлично переносят огромную разницу температур внутри и снаружи машины, позволяют снизить вес самолета, повышая тем самым его грузоподъемность.

С созданием высокоскоростных (более 90 км/ч) судов длиной 120 м и шириной 40 м с грузоподъемностью 1500 т для морских перевозок людей, автомобилей и др., конкурирующих с воздушным и наземным транспортом, мировая судостроительная промышленность входит в новую фазу развития и проявляет все больший интерес к алюминиевым сплавам.

В зарубежном вагоностроении алюминиевые сплавы все активнее вытесняют сталь из конструкции вагона, что связано с увеличением скоростей движения (до 300 км/час) и необходимостью обеспечения оптимальных характеристик замедления и ускорения состава, его воздействия на путь, а также со стремлением к обеспечению максимальной грузоподъемности вагонов и их коррозионной стойкости, экономии энергии и эксплуатационных затрат.

Благодаря своей легкости и прочности алюминий нашел широкое применение в производстве посуды: даже сковорода большого диаметра легка в использовании. К тому же этот металл не придает еде никакого запаха, привкуса.

Большая доля алюминия, используемого в стройиндустрии, приходится на различную экструдированную продукцию, главным образом на алюминиевые профили. А в последнее десятилетие все большее распространение приобретают алюминиевые оконные конструкции, двери, жалюзи и карнизы.

Структура потребления алюминия на мировом рынке представлена на рисунке 12



Рисунок 12 - Структура потребления алюминия в России

Согласно выше изложенному, можно сделать вывод о том, что потребность в алюминии существует, и, кроме того, даже в рамках финансового кризиса намечена тенденция увеличения спроса на этот металл в будущем.

На основе анализа рынка Правительством РФ была разработана «Стратегия развития металлургической промышленности Российской Федерации на период до 2015 года», согласно которой развитие внутреннего рынка цветных металлов и прогрессивных видов металлопродукции в период до 2015 года будет связано с увеличением их потребления. Согласно «Стратегии…» основными потребителями алюминия станут производства тароупаковочных материалов, строительных конструкций, транспортных средств.

Мировой экономический кризис оказал негативное влияние на строительную индустрию - замораживается реализация многих инвестиционных программ, имеются трудности с финансированием текущих проектов, сокращаются объемы закупок металлопродукции. Все это не может не отражаться на состоянии отрасли по производству алюминиевых профилей и конструкций, которая стоит на пороге кризиса перепроизводства.

Однако после того как будут преодолены кризисные явления, использование продукции из «крылатого металла» в архитектуре и строительстве выйдет на новый уровень развития. Именно поэтому как никогда важно правильное понимание тенденций рынка, всесторонний обмен информацией, общение с коллегами.

В соответствии с изменениями макропоказателей и стратегиями развития отдельных отраслей экономики прогнозируется рост емкости внутреннего рынка алюминия по реалистическому варианту 1055 тысяч тонн к 2010 году (978 и 1087 тысяч тонн соответственно по пессимистическому и оптимистическому вариантам), 1320 тысяч тонн алюминия к 2015 году (1271 тысяч тонн и 1489 тысяч тонн).

Реализация «Стратегии развития металлургической промышленности Российской Федерации на период до 2015 года» предполагает увеличение объемов производства и потребления основных видов продукции, в частности алюминия по реалистическому варианту, представленное в таблицах 2 и 3.

Таблица 2- Прогноз производства / потребления алюминия, тыс. тонн

Года	2005 г.	2006 г.	2008 г.	2010 г.	2015 г.	2015 г. в % к 2006 г
Производство	3668,2	3745,2	4160,0	4492,0	5390,0	143,9
Потребление	708,2	740,2	910,0	1055,0	1320,0	178,3

Таблица 3 - Прогноз производства / потребления алюминия на душу населения, кг/чел.

Года	2005 г.	2006 г.	2008 г.	2010 г.	2015 г.	2015 г. в % к 2006 г
Производство	25,5	26,2	29,7	32,1	38,8	148,1
Потребление	4,9	5,2	6,4	7,5	9,5	182,7

К 2010 году душевое потребление алюминия в России возрастает по сравнению с уровнем 2006 года на 44,2%.В 2015 году по отношению к уровню 2006 года - соответственно на 82,7%.

У российских алюминиевых компаний прочные позиции на мировом рынке по сбыту алюминия первичного и его сплавов. Себестоимость и качество этой продукции позволяют успешно конкурировать и при неблагоприятной конъюнктуре цен. Российские мощности по производству алюминия первичного и его сплавов в настоящее время используются практически полностью. Исходя из сложившейся ситуации на рынке и принимая во внимание ожидаемые перспективы развития отрасли, можно предложить обоснованное внедрение «Проекта модернизации ОАО «РУСАЛ Красноярск»», направленное на повышение выпуска металла и на снижение вредных выбросов.

3.1.2 Характеристика ОАО «РУСАЛ Красноярск»

Акционерное общество "Красноярский алюминиевый завод" - один из крупнейших мировых производителей первичного алюминия, завод, который находится в составе алюминиевого дивизиона Объединенной компании РУСАЛ.

Объединенная компания РУСАЛ, крупнейший в мире производитель алюминия и глинозема, создана в марте 2007 года в результате объединения Компании Русский алюминий, занимавшей третье место в мире по производству алюминия, группы Сибирско-Уральских алюминиевых компаний, входившей в десятку крупнейших мировых производителей алюминия, и глиноземных активов швейцарской компании Glencore. В состав компании входят предприятия по добыче бокситов и нефелиновой руды, производству глинозема, алюминия и сплавов, фольги и упаковочных материалов на ее основе, а также энергоактивы. На пяти континентах в девятнадцати странах мира на предприятиях компании задействованы около ста тысяч человек.

Главной целью деятельности является обеспечение устойчивого развития компании как глобальной корпорации, лидера мировой алюминиевой отрасли. Активно развивая научно-технический потенциал и инвестируя в создание новых экологически совершенных и энергосберегающих технологий, компания продолжает наращивать объемы производства за счет реализации проектов по модернизации существующих предприятий и строительству новых заводов, отвечающих самым высоким международным стандартам в области экологии, охраны труда и промышленной безопасности. Миссия объединенной компании РУСАЛ в том, чтобы развитие бизнеса способствовало социально-экономическому процветанию регионов и стран присутствия компании.

Компания намерена создать международную диверсифицированную энергометаллургическую корпорацию, которая, используя доступ к энергоресурсам, мощную научно-исследовательскую базу и профессионализм сотрудников, сможет обеспечить лидерство по целому ряду новых направлений по добыче сырья и производству металлов.

Объединенная компания построена по дивизиональному принципу, что стало результатом выделения отдельных видов производства и направлений деятельности в самостоятельные бизнес-единицы, имеющие собственные необходимые функциональные подразделения. Всего в компании работает шесть дивизионов: алюминиевый, глиноземный, упаковочный, сырьевой, инжинирингово-строительный, энергетический. В Объединенную компанию входят 15 алюминиевых заводов, 12 предприятий по производству глинозема, 7 предприятий по добыче бокситов, 3 фольгопрокатных завода, 2 катодных завода.

Ежедневно Объединенная компания добывает и производит: 11 500 тонн алюминия; 31 000 тонн глинозема; 53 000 тонн бокситов; 197 тонн фольги. На долю Объединенной компании приходится около 12% мирового рынка производства алюминия и 15% производства глинозема. Клиенты Объединенной компании находятся в 70 странах мира. Основные потребители продукции - транспортная, строительная, упаковочная отрасли промышленности.

Красноярский алюминиевый завод в составе Объединенной компании является вторым алюминиевым заводом мира по объему выпуска. В 1955 года постановлением правительства было принято решение построить в Красноярском крае вблизи от Красноярской ГЭС комплекс предприятий алюминиевой промышленности в состав, которого вошел Красноярский Алюминиевый Завод. В апреле 1964 года была произведена выливка первого красноярского алюминия. В 2000 году предприятие вошло в состав ОАО РУСАЛ, а в 2007 году с образованием Объединенной компании «Российский алюминий» (UC Rusal) автоматически перешел в ее состав. Сегодня Красноярский завод производит около двадцати семи процентов первичного алюминия России и три процента мирового производства. Предприятие обладает мощной производительной базой. Основное направление в работе - непрерывный поиск новых путей в совершенствовании технологии, модернизации производства, в создании обоснованных совместных предприятий и расширении деловых связей.

КрАЗ расположен в Емельяновском районе Красноярского края, на левом берегу реки Енисей в 5 км от г. Красноярска и занимает площадь территории около 3 тыс. гектар.

Структура завода многоуровневая, вертикального типа. В состав завода входят дирекция по персоналу, дирекция по электролизному производству, дирекция по литейному производству, дирекция по анодному производству, дирекция по экологии и качеству, коммерческая дирекция, служба Главного энергетика, отдел охраны труда и промышленной безопасности. На предприятии работает около 5 тыс. человек. Управляющий директор - Жуков Евгений Иванович.

Основными видами деятельности предприятия являются производство и реализация алюминия первичного и на его основе сплавов, лигатур, полуфабрикатов из металлов и сплавов, а также анодной массы, подовой массы, фтористых солей (криолита). Основные страны потребители готовой продукции представлены на рисунке 13.



Рисунок 13 - Географическая структура рынков сбыта готовой продукции

Уровень технологии основного производства ОАО "КрАЗ" - лучший в России, высок и уровень квалификации производственного потенциала, о чем свидетельствуют многочисленные награды международного уровня: за высокие показатели и культуру производства, интеграцию в мировую экономику.

В 2004 году система экологического менеджмента завода сертифицирована на соответствие международному стандарту ISO 14001. В 2006 году Красноярский алюминиевый завод успешно прошел ежегодный сертификационный аудит и подтвердил соответствие новой версии международного стандарта ISO 14001:2004. Также Красноярский алюминиевый завод сертифицирован на соответствие международному стандарту системы управления качеством ISO 9001, ISO/TS 16949 и OHSAS 18001.

В состав завода входят три цеха электролиза, цех по производству анодной массы, цех производства фтористых солей и ряд вспомогательных производств, необходимых для работы завода.

С точки зрения системного подхода выстроим иерархическую структуру Красноярского алюминиевого завода (рисунок 14). Основной технологической целью работы завода является получение первичного алюминия и продукции из него. Красноярский алюминиевый завод - предприятие, работающее по полной технологической схеме.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 14 - Структура производства алюминия с использованием системного подхода

Электролизное производство предназначено для подготовки, транспортировки исходного сырья и получения алюминия-сырца методом электролиза. Корпуса электролиза оснащены электролизерами Содерберга на силу тока 156 кА. В двух корпусах установлены электролизеры с обожженными анодами. Один корпус производит алюминий высокой чистоты. Исходным сырьем для получения алюминия служат глинозем, фтористые соли и анодная масса. КрАЗ стал первым российским предприятием с технологией Содерберга, который полностью оснащен системами автоматического питания глиноземом (АПГ), которые позволяют сделать электролизер более герметичным. Внедрение АПГ сократило количество выбросов фтористых соединений на 10%, смолистых веществ на 3%, пыли на 30%, а также позволило добиться снижения частоты анодных эффектов и, как следствие, существенно сократит выбросы парниковых газов.

Анодное производство представляет собой комплекс технологического оборудования, предназначенного для подготовки, переработки углеродного сырья и производства анодной массы, предназначенной для использования на электролизерах с самообжигающимся анодом.

Литейное производство предназначено для переработки алюминия-сырца в различные виды продукции из алюминия и его сплавов. Оно представлено тремя литейными отделениями, оснащенными соответствующим оборудованием, специализированным на выпуске определенного вида продукции. В рамках модернизации литейного производства на КрАЗе запущен новый литейный комплекс по производству баночных сплавов. В 2007 году на нем произведено 65,6 тыс. тонн сплавов. Кроме того, построен уникальный литейный агрегат для выпуска слитков двойной длины (до 11,5 метра), не имеющий аналогов в России. Плановая мощность комплекса - 134,9 тыс. тонн сплавов фольгового качества в год. Также введены в эксплуатацию две новые линии французской фирмы Sermas для резки слитков и новый контейнерный терминал. В 2007 году доля выпуска сплавов от общего объема выпускаемой продукции составила 23,3%, к 2011 году будет достигнута стратегическая цель завода - увеличение доли сплавов до 44 %.

При производстве алюминия в окружающую среду выделяются загрязняющие вещества, для улавливания которых на заводе применено современное газоочистное оборудование, расположенное в непосредственной близости от источников загрязнения. В комплексе с газоочистными сооружениями Участок по производству фтористых солей обеспечивает защиту окружающей среды от вредных выбросов и фторсодержащих промышленных стоков, утилизацию газообразных и твердых отходов электролизного производства и извлечение ценных технологических фторсодержащих компонентов для их последующего вовлечения в производство.

Электроэнергию для Красноярского алюминиевого завода поставляет ОАО «Красноярскэнерго». В состав электроэнергетической системы входит Красноярская ГЭС, а также ТЭЦ, работающие на угле в данном регионе.

Мощность, потребляемая заводом, составляет 1990 МВт. Алюминиевый завод подключен через подстанцию прямо к Красноярской ГЭС посредством четырех линий. Завод потребляет около 70% от общего объема производимой Красноярской ГЭС электроэнергии. Кроме того, есть еще три дополнительные линии, которые подключены к Сибирской энергосистеме. Энергосистема обеспечивает надежную взаимосвязь с Красноярской и Братской электростанциями, гарантируя тем самым высокую степень безопасности энергоснабжения. Обеспечение производств завода сжатым воздухом, теплом, водой производственного и хозпитьевого назначения, а также отведение канализационных и промливневых стоков осуществляет энергоцех.

Для обеспечения производств завода исправными механизмами, зданиями и сооружениями, между Красноярским Алюминиевым Заводом и филиалом ООО «РУС Инжиниринг» в г. Красноярске заключен договор подряда, по условиям которого филиал ООО «РУС Инжиниринг», несет полную ответственность за техническое состояние оборудования и в сроки согласованные со специалистами завода выполняет планово-предупредительные ремонты. Для их выполнения, ООО «РУС Инжиниринг» имеет специализированное оборудование, площадки, на которых производится ремонт технологического оборудования, высококвалифицированных инженерно-технических работников и работников рабочих специальностей.

3.1.3 Технология получения алюминия на ОАО «РУСАЛ Красноярск»

Основным производственным процессом на Красноярском алюминиевом заводе является электролиз. В конце 80-х годов позапрошлого столетия химические способы получения алюминия вытеснил электролитический способ, который позволил резко снизить его стоимость и создал предпосылки к быстрому развитию алюминиевой промышленности. Основоположники современного электролитического способа производства алюминия Пол Эру во Франции и Ч. Холл в США независимо друг от друга подали в 1886 г. почти аналогичные заявки на патентование способа получения алюминия электролизом глинозема, растворенного в расплавленном криолите. С момента появления патентов Эру и Холла и начинается современная алюминиевая промышленность, которая более чем за 115 лет своего существования выросла в одну из крупнейших отраслей металлургии. [16]

Электролитическое восстановление окиси алюминия или глинозема Al2O3, растворенной в расплаве на основе криолита Na3AlF6 , осуществляется при 950-980°С в электролизере. Электролизер состоит из футерованной углеродистыми блоками ванны, к подине которой подводится электрический ток. Выделившийся на подине, служащей катодом, жидкий алюминий тяжелее расплава соли электролита, поэтому собирается на угольном основании, откуда его периодически откачивают. Сверху в электролит погружены угольные аноды, которые сгорают в атмосфере выделяющегося из окиси алюминия кислорода, выделяя окись углерода CO или двуокись углерода CO2:

Al2O3(растворенный в электролите) + С Al(ж) + CO2

В электролитическом производстве алюминия применяются следующие виды сырья и материалов:

- глинозём (оксид алюминия - Al2O3, ГОСТ 30558-98) - представляет собой кристаллический гигроскопичный порошок белого цвета. Для питания ванн используется первичный глинозем, поставляемый заводом-производителем, и вторичный глинозем, поступающий из системы сухой газоочистки;

- криолит искусственный технический (Na3AlF6, ГОСТ 10561-80, представляет собой мелкокристаллический порошок от слабо-розового до серовато-белого цвета) и вторичный криолит;

- фтористые соли (алюминий фтористый технический, натрий фтористый технический, фтористый кальций и др.);

- обожженные анодные блоки (ТУ 48-5-148-84);

- анодная масса для электролизеров Содерберга (ТУ 48-5-80-86).

Для получения тонны алюминия необходимо:

глинозема, кг	1925 - 1930
углерода анода, кг	500 - 600
фтористых солей, кг	50 - 70
электроэнергии (в переменном токе), кВт-ч	14500 - 17500

Процесс получения алюминия можно представить как систему, в которой входными параметрами является сырье и электроэнергия, а выходной параметр - алюминий первичный и отходящие газы. Схематически процесс получения алюминия представлен на рисунке 15.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 15 - Технологический процесс получения алюминия на Красноярском алюминиевом заводе

Основным технологическим оборудованием, в котором происходит переработка и преобразование входных параметров в готовый продукт, является электролизер. Сила тока на электролизерах составляет 159 кА. Они включаются в сеть последовательно, т. е. получается система (серия) -- длинный ряд из 180 электролизеров, которые территориально располагаются в двух корпусах.

К компонентам электролизера относят электролит, глинозем, катод, анод.

Электролит представляет собой расплав солей, состоящий из криолит-глиноземного расплава, обогащенного AlF3. Его температура примерно 950-980°С, рабочая температура процесса на 10-15°С выше, чем температура плавления электролита. Эта разность называется перегревом электролита.[17]

Главная функция глинозема в электролизере - исходное сырье. Концентрация глинозема должна быть строго нормирована, в противном случае произойдут технические нарушения. Если концентрация будет выше, то глинозем будет плохо растворяться в электролите и оседать на дне. Если ниже одного процента - произойдет анодный эффект, который влечет за собой резкое увеличение напряжение на электролизере до 30-50В, снижение вязкости и плотности электролита, ухудшение смачиваемости анода, снижение выхода по току, увеличение удельного расхода электроэнергии.

Глинозем имеет очень полезное свойство - отлично сорбирует на себе фториды, образующиеся в электролизере. Это позволяет использовать сухую газоотчистку на некоторых заводах, в том числе и на КрАЗе. В такую систему газоотчистки подается первичный глинозем, который сорбирует на себе HF и твердые фториды, образующиеся при конденсации паров. Фторидный глинозем возможно возвратить в электролизную ванну.

Катод представляет собой жидкий алюминий, нижнюю часть электролизера, которая состоит из угольных блоков, имеющих между швами подовую массу, которая спекается, в них вставляются стальные штыри - блюмсы, по которым идет ток, затем расположен слой огнеупорных кирпичей, слой теплоизоляции, это все помещено в стальной кожух толщиной 7-10 мм.

Электролитический способ получения алюминия невозможно представить без применения угольного анода. На практике находят применение два типа анодов: самообжигающиеся аноды Содерберга, оборудованные боковым или верхним токоотводом, и обожженные аноды из больших угольных блоков. На Красноярском алюминиевом заводе широко распространены электролизеры Содерберга с верхним токоподводом.

В электролизерах Содерберга аноды непрерывны, сверху в них загружают анодную массу, состоящую из пека и кокса. Анодная масса спекается за счет тепла, генерируемого в электролизере. Анодный кожух заполнен анодной массой, загружаемой в виде мелких брикетов и образующей на поверхности анода жидкую фазу толщиной 35-45 см по центру и 70-80 см по периферии. Ниже жидкой фазы образуется скоксовавшаяся твердая фаза, или, по производственной терминологии, конус спекания. Алюминий, полученный с помощью таких электролизеров, позволяет на 150 долларов США снизить себестоимость 1 тонны. Но этот способ имеет весомый недостаток: при обжиге анодной массы выделяется полиароматические углеводороды - бенз(о)пирены, являющиеся сильными концерагенами, вызывающими онкологические заболевания. В настоящее время заводы, работающие на электролизерах Cодерберга, не строят. В России эта технология широко используется, на 80% всех заводов установлены электролизеры Cодерберга. Жидкий металл периодически выливают из электролизера и в открытых ковшах перевозят в литейное отделение. В этом же отделении проводится чистка ковшей и расположен склад готовой продукции. Металл в ковшах отстаивается, снимается шлак с поверхности, затем металл переливается в карман миксера. Температуру металла в миксере поддерживают на уровне 7000С. После заполнения миксера, дополнительного отстоя и снятия шлака, отбирается проба на химанализ. В зависимости от полученного анализа металла он может быть направлен либо на машину полунепрерывного литья, либо через сливную летку - на разливочный конвейер. Готовые мелкие чушки укладываются в штабели и отвозятся погрузчиками на остывочные площадки. Готовая продукция в виде штабелей чушек вывозится на склад готовой продукции.

3.1.4 Характеристика анодного производства ОАО «РУСАЛ Красноярск»

Производство алюминия является сырьеемким, так, если рассмотреть калькуляцию себестоимости одной тонны алюминия-сырца, то на основное сырье приходится свыше 50% затрат. Данные затраты формируются из затрат на глинозем, криолит, фторалюминий, фторкальций, а также из затрат на анодную массу и анодные блоки. Из рисунка 16 можно сделать вывод, что продукция анодного производства составляет примерно 16,5% затрат на основное сырье для производства алюминия-сырца и находится на втором месте среди затратообразующих факторов в рамках статьи «Основное сырье» после глинозема.

а) б)

а) структура затрат на тонну алюминия, %; б) структура затрат на сырье, %.

Рисунок 16 - Структура затрат электролизного производства

На Красноярском алюминиевом заводе используется анодная масса собственного производства. Как упоминалось выше, анодное производство представляет собой комплекс технологического оборудования, предназначенного для подготовки, переработки углеродного сырья и производства анодной массы, предназначенной для использования на электролизерах с самообжигающимся анодом.

Цех по производству анодной массы введен в эксплуатацию в 1970 году. Проектная мощность - 530 тыс. тонн в год, фактическая мощность в 2007 году составила 474588 тонн. Работа цеха характеризуется использованием его производственных мощностей. Так, использование мощностей технологических линий №№ 3,4,5,6 составляет примерно 65-70 %, а прокалочных печей №№ 1,2,3,4 - 89,5 %. Цех обеспечивает анодной массой 3 завода Объединенной компании: ОАО «РУСАЛ Красноярск», ОАО «РУСАЛ Братск», ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Помимо анодной массы цех реализует подовую массу, подштырьевую массу, прокаленный кокс, а также вырабатывает пар для технологических нужд завода.

Основные технологические звенья производственной цепочки представлены на рисунке 17.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 17 - Организационная структура цеха анодной массы

Сырьем для производства анодной массы и обожженных анодов служат электродные каменноугольные пеки и электродные коксы (нефтяные или пековые).

В состав производства входят размольно-смесильное и дозировочное отделения, прокалочное отделение с утилизационной котельной и узлами выдачи анодной массы, склады кокса, склад пека, склад анодной массы, котельная высокотемпературного теплоносителя. Технологическая схема анодного производства представлена на рисунке 18.

Участок разгрузки сырья, прокаливания кокса и выработки пара включает в себя отделение разгрузки сырья (склад кокса, узел предварительного дробления кокса, претензионную площадку) и прокалочно-котельное отделение. До недавнего времени цех работал на привозном прокаленном коксе, но состав коксовой смеси не всегда удовлетворял требованиям технологии. В настоящее время цех самостоятельно производит прокаленный кокс из покупного сырого. Коксы, поступающие на завод в открытых полувагонах, разгружаются в складе кокса (1), который имеет четыре пролета, каждый из которых разделен на три секции для хранения кокса по поставщикам, общая вместимость склада кокса составляет 36000 тонн. Коксы в складе хранятся отдельно по пролетам: в первом складируют прокаленные коксы, в оставшихся - сырые коксы.

Основными поставщиками нефтяных коксов являются Павлодарский нефтеперерабатывающий завод, Пермнефтеоргсинтез, Омский нефтеперерабатывающий Завод, Новокуйбышевский нефтеперерабатывающий завод.

1 - склад кокса (схема); 2 - бункер; 3 - диско-зубчатые дробилки; 4 - элеватор; 5 - бункер печи; 6 - печь прокаливания кокса; 7 - холодильник; 8 - силос прокаленного кокса; 9 - бункер молотковых дробилок; 10 - молотковые дробилки; 11 - питатели; 12 - валковые дробилки; 13 - верхний грохот; 14 - нижний грохот; 15 - шаровая мельница; 16 - сортовые бункера; 17 - дозаторы; 18 - шнек; 19 - подогреватель; 20 - смеситель BUSS; 21 - расходный бак пека; 22 - пековый дозатор; 23 - склад пека (схема); 24 - формовочное устройство (виброфильера); 25 - конвейер готовой продукции; 26 - бункер готовой продукции

Рисунок 18- Принципиальная схема производства анодной массы

Со склада коксы поступают на узел предварительного дробления. Загрузка бункеров дробилок производится согласно регламента загрузки бункеров прокалочных печей, который предусматривает время заполнения бункеров, пропорции шихтовки или раздельного вовлечения коксов.

Предназначение узла предварительного дробления кокса - своевременно наполнить бункера прокалочных печей дробленым до фракции 70 мм коксом согласно регламента. Основное оборудование на переделе - двухвалковая зубчатая дробилка ДДЗ-6М. Дробилку по производительности настраивают с помощью лоткового питателя КТ -10. Рекомендуемая производительность дробилки - 80-100 т/ч. Крупность дробленых кусков сырого кокса регулируют величиной зазора между валками дробилки. Проверку и регулировку дробилки на крупность дробления коксов производят не реже одного раза в месяц.

После дробления кокс при помощи конвейеров и элеватора направляется в нужный бункер прокалочной печи. Прокалочно-котельное отделение предназначено для прокаливания (термической обработки) углеродистых материалов - коксов, при высокой температуре (+11501250С) и утилизации отходящих газов от прокалочных печей с дальнейшей выработкой пара и горячей воды для нужд завода. Основное оборудование прокалочная печь барабанного типа. Печь представляет собой сварные цилиндры из листовой стали, футерованные внутри огнеупорным кирпичом. Для охлаждения прокаленного кокса после каждой печи установлены холодильники. Кокс охлаждается за счет орошения водой наружной стенки барабана холодильника. Из холодильника прокаленный кокс выгружается на ленточные конвейера, затем подается в отделение производства анодных масс (далее ОПАМ). Дымовые газы, образующиеся при прокаливании кокса в печи, поступают после печи в котел - утилизатор, где передают тепло поверхностям нагрева котла, проходят доочистку в циклоне и выводятся через дымосос в дымовую трубу.

Помимо кокса для изготовления анодной массы необходим каменноугольный пек. Следовательно, цех по производству анодной массы имеет в своем составе отделение подготовки пека, склад пека. Отделение подготовки пека помимо склада пека включает и 4-й отсек склада анодной массы для выгрузки , хранения и вовлечения гранулированного пека.

Склад пека состоит из 12 пекоприемников для размещения пека массой по 450 т в каждом и 20 пекоплавителей для размещения пека по 170 т в каждом. Пекосклад разделен на четыре секции по 3 пекоприемника и 5 пекоплавителей в каждой. Емкость склада пека составляет 8800 тонн. Для подачи готового пека в производство имеются 3 пекотрассы (парообогреваемые трубопроводы).

Основным технологическим переделом цеха по производству анодной массы является непосредственно отделение по производству анодных масс. Оно включает в себя пять независимых технологических блоков, узел выдачи анодной массы и узел сушки подштыревой анодной массы, а также склады анодной массы №1,2. Для планово-предупредительного ремонта или капитального ремонта останавливается одна технологическая нитка. Стандартная производительность технологических блоков № 1, 3, 5 составляет 10 тонн в час анодной массы; для блоков № 4, 6 - 16 тонн в час.

В отделение производства анодных масс пек поступает двух типов среднетемпературный с температурой размягчения 72-80°С и высокотемпературный с температура размягчения 85-90°С. Пеки поступают как в жидком состоянии (в термоцистернах), так и гранулированного вида (в полувагонах навалом и в «биг-бегах»).

Перед подачей на производство пек проходит процесс подготовки, цель которого заключается в удалении влаги, стабилизации пластифицирующих свойств и в уменьшении вариантности основных показателей.

Подготовленный в пекоприемниках пек битумными насосами перекачивается в пекоплавители, где он проходит препарирование - удаляется остаточная влага и стабилизируются пластические свойства - не менее двух суток. Препарированный пек битумными насосами по пекотрассам подается в отделение производства анодных масс. Рассев кокса на отдельные компоненты проводят на грохотах трех типов (ГУП, Locker-523, Locker-83-2), после чего проводят дозирование компонентов коксовой шихты при помощи весовых дозаторов фирмы «Procon». В процессе производства анодной массы коксовую шихту подогревают с помощью подогревателей. На технологических линиях № 4,6 подогрев суммарной коксовой шихты проводят в подогревателе HOLO-FLITE фирмы «Denver», на линиях 1,3,5- электрическими подогревателями прямого нагрева типа ПШ-10 конструкции «Сибцветметавтоматика». Далее следует смешение пекококсовой композиции. На технологических линиях 1,3,5 его проводят в смесителях непрерывного действия СНС/2-400 «Анод», а на линиях 4,6 в смесителях непрерывного действия СН-4133 фирмы «Buss».

При выпуске подштыревой анодной массы возможна подача её на узел сушки подштыревой анодной массы, для удаления из массы излишков влаги. Сушка производится подводом нагретого калориферами воздуха и удалением излишков влаги через рукавный фильтр.

Помимо отделения производства анодной массы в цехе выделяют отделение производства подовой массы, которое включает одну нитку размола и помола и одну нитку дозирования, а так же 2 смесителя компонентов подовой массы цикличного действия MZ- 2500. За один цикл производится 2 тонны подовой массы.

В качестве сырья для производства подовой массы используют термоантрацит (ТА) или электрокальцинированный антрацит (ЭКА), каменноугольный среднетемпературный пек (СТП), каменноугольное поглотительное масло, твёрдые (борная кислота) и жидкие (диэтиленгликоль) добавки.

Так как несколько электролизных корпусов завода работают по технологии обожженного анода, в анодном производстве выделяют участок подготовки обожженных анодов. Посредством погрузчика из корпусов на участок подготовки обожженных анодов доставляются анододержатели с огарками обожженных анодов. Огарки демонтируются с анододержателей, анододержатели при необходимости ремонтируются. Готовые анодные блоки монтируются на анододержатели и заливаются жидким чугуном. Аналогично происходит процесс подготовки катодных (графитовых) блоков.

Участок контроля анализа углеродных материалов и масс, функционирующий в цехе по производству анодной массы оснащен специализированным лабораторным оборудованием и приборами, которые позволяют осуществлять контроль качественных параметров сырья используемого в производстве подразделениями анодного производства, контроль параметров процесса производства в соответствии с картами контроля, регламентами, технологическими инструкциями, контроль отгрузки продукции потребителям на соответствие спецификациям и регламентам.

Контроль производства анодной массы предусматривает контроль технологических параметров и контроль качества готовой продукции. Готовую анодную массу оценивают по стабильности, с которой выдерживались заданные регламентом параметры при ее производстве. Окончательный вывод по качеству произведенной анодной массы можно сделать только по ее поведению в аноде, как на поверхности анода, так и при дальнейшем ее движении вплоть до выхода к подошве анода.

Также в цехе ведется контроль за параметрами загрязнения воздуха рабочей зоны и окружающей среды и разрабатываются мероприятия по снижению вредных выбросов.

3.2 Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды

Целью данного раздела является составление мероприятий по охране труда и окружающей среды в анодном производстве филиала ОАО «РУСАЛ Красноярск». Цех анодной массы (ЦАМ) располагается в центральной части завода, между цехами электролиза 1 (на юго-востоке) и 2 (на северо-западе). Основной продукцией цеха является сухая анодная масса, которая направляется как на внутреннее, так и на внешнее потребление электролизного производства. Помимо анодной массы цех выпускает подштыревую, подовую массы, прокаленный кокс и пар для технологических нужд завода.

3.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

Право на безопасный труд является одним из основных прав рабочих, которое гарантируется Конституцией Российской Федерации. Под охраной труда в соответствии с «Основами законодательства Российской Федерации об охране труда» понимается «система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно - профилактические, реабилитационные и иные мероприятия».

Вопросы безопасности и охраны труда являются одной из основных обязанностей специалиста любого ранга, выполнение которых требует высокого чувства ответственности и занимает значительную часть рабочего времени. Виновные за неприятие мер по созданию безопасных условий труда могут подвергаться дисциплинарным и административным взысканиям, а в некоторых случаях - несут уголовную ответственность.

Согласно федеральному закону №116-ФЗ от 21.06.1997г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» производство «сухой» анодной массы опасным не является и разработки декларации промышленной безопасности не требует.

Выявим все опасные и вредные факторы процесса производства анодной массы, которые могут привести к травмам и профессиональным заболеваниям работников. Группа производственных процессов в цехе анодной массы по СНиП 2.09.04.87 - 1б (процессы, вызывающие загрязнение веществами 3-го и 4-го класса опасности тела и спецодежды).

Существенное влияние на условия труда в цехе оказывает выделение тепла в прокалочно-котельном отделении от печей прокаливания кокса, в результате чего в летний период температура на рабочих местах нередко превышает 50°С, а зимой нередко отличается от наружной температуры вследствие большого воздухообмена.

Отдельные технологические операции, проводимые в цехе, сопровождаются значительным шумом, который воздействует на органы слуха и организм в целом. Перемещение большого количества сырья, инструмента, готовой продукции и отходов производства, выполняемого с помощью различных подъемных и транспортных устройств, связано с потенциальной опасностью непреднамеренного наезда на человека, опрокидывания, обрыва и падения груза, что представляет опасность для здоровья.

В таблице 4 приведен перечень опасных и вредных факторов, образующихся на рабочих местах в анодном производстве.

Таблица 4 - Анализ опасных производственных факторов цеха по производству анодной массы

Рабочее место или операция технологического процесса	Наименование оборудования	Наименование опасного (вредного) фактора	Ед. изм.	Величина фактора	Норматив (безопасная величина) со ссылкой на ГОСТ, СНиП и т.п.
Дробление кокса	Диско-зубчатые, валковые, молотковые дробилки	Запыленность; электрический ток; вибрация; шум.	мг/м3 мА дБ дБ	5,7 0,27 14 70	6 ГОСТ 12.1.005-02 0,5 ГОСТ 12.1.038-82 31 ГОСТ 12.1.012-96 80 ГОСТ 12.1.003-02
Прокаливание кокса	Печь прокаливания кокса, холодильник	Электрический ток; тепловыделение.	мА кВт/м3	0,24 95	0,5 ГОСТ 12.1.038-82 348 ГОСТ12.1.003-02
Грохочение и измельчение кокса	Инерционный грохот, шаровая мельница	Электрический ток; вибрация; шум; запыленность.	мА дБ дБ мг/м3	0,14 11 70 5,8	0,5 ГОСТ 12.1.038-82 31 ГОСТ 12.1.012-96 80 ГОСТ 12.1.003-02 6 ГОСТ 12.1.005-02
Дозирование коксовой шихты	Сортовые бункера, дозаторы, шнек.	Запыленность; шум.	мг/м3 дБ	5,7 55	6 ГОСТ 12.1.005-02 80 ГОСТ 12.1.003-02
Склад пека	Пекоплавители, пекотрассы, подогреватели пека	Электрический ток; тепловыделение; возгоны пека (в т.ч. бенз(а)пирен)	мА кВт/м3 мкг/м3	0,12 60 0,08	0,5 ГОСТ 12.1.038-82 348 ГОСТ12.1.003-02 0,05-0,2 ГН 2.2.5.1313-03
Смесильное отделение	Смеситель BUSS виброфильера	Запыленность; электрический ток; тепловыделение.	мг/м3 мА кВт/м3	4,5 0,12 60	6 ГОСТ 12.1.005-02 0,5 ГОСТ 12.1.038-82 348 ГОСТ12.1.003-02

Технологические процессы всегда сопровождаются образованием большого количества вредных газов, пыли. Применяемое в процессе производства сырье и материалы в ряде случаев могут оказать негативное влияние на человека. Целесообразно рассмотреть токсикологическую оценку основных видов сырья применяющихся при производстве анодной массы.

Одним из основных видов опасности в цехе анодной массы является возможность отравления вредными веществами - парами каменноугольного пека и пылью нефтяного кокса. Их токсическое действие зависит от степени вредности, концентрации и продолжительности воздействия.

Анодная масса - электродный материал, из которого формируются самообжигающиеся аноды, состоящий примерно на 70% из нефтяного кокса и примерно на 30% из связующего, в качестве которого используют каменноугольный пек. Пек состоит в основном из ароматических углеводородов с конденсированными ядрами, некоторые из которых являются канцерогенными веществами. При нагреве анодной массы свыше 120?С из нее начинают выделяться смолистые вещества, состоящие из легких углеводородов. В главном корпусе цеха смолистые возгоны и газы выделяются от оборудования смесильного передела: смесителей, дозаторов пека, экструдеров.