Проблемы комплексной переработки алюминиевых отходов

Бажин Владимир Юрьевич *
Гарсия Лурдес Мария**

В настоящее время производство вторичного алюминия (рециклинг алюминия) является одной из наиболее быстро развивающихся направлений цветной металлургии передовых зарубежных стран и позволяет заменить недостающее количество металла, что свидетельствует о рациональном использовании природных ресурсов и высокой эффективности производства.

Крупнейшие потребители сплавов активно внедряют в свое производство вторичные сплавы, заменяя ими более дорогостоящие первичные. Благоприятные технико-экономические показатели: в структуре себестоимости производства вторичных алюминиевых сплавов затраты на сырье и материалы составляют около 86%, а на энергию – около 2-4%, в то время как на производство первичного алюминия затраты на электроэнергию достигают 40% [3]. По переработке алюминиевых отходов в мире работают более 1200 предприятий. Главным потребителем вторичного алюминия является автомобильная промышленность, 60% алюминия, используемого в автомобилях, представляет собой вторичные алюминиевые сплавы. По прогнозам аналитиков, в будущем, вторичный алюминий будет составлять 80-90% от алюминия, используемого в автомобильной промышленности [2].

В последнее время наблюдается тенденция роста потребления вторичных алюминиевых сплавов и внутри стран Карибского бассейна. Так, на Кубе отсутствует производство первичного алюминия, но с другой стороны при большом скоплении алюминиевых ломов и отходов производится их экспорт в Канаду и Японию, и лишь 10% алюминия используются в качестве раскислителя на предприятиях черной металлургии. Представляет научно-практический интерес разработка методологических основ для создания рентабельного и высокотехнологичного производства изделий из алюминиевых сплавов и лигатур из ломов и отходов при совершенных методах контроля и автоматизации на всех технологических переделах. В условиях возрастающего дефицита сырья для выплавки высококачественных вторичных алюминиевых сплавов внедрение рациональных схем подготовки и металлургической переработки лома и отходов алюминия, повышающей извлечение и качество металла является актуальной задачей для кубинской металлургической промышленности.

Во всем мире проявляется тенденция к росту количества засоренных ломов и низкосортных отходов (шлаки, фольга, упаковка, банки из-под напитков и т.д.). Непрерывное расширение областей применения алюминия и увеличение объемов его потребления привело к увеличению количества мелкодисперсных и загрязненных отходов с содержанием алюминия от 60 до 85%, эффективная переработка которых невозможна на традиционном оборудовании, вследствие нестабильного химического и дисперсного состава. Поэтому, в последние годы наблюдается рост интереса к разработке новых плавильных агрегатов, имеющих более высокие технологические и экологические характеристики, например, разработка научной концепции по созданию современных технологий извлечения алюминия из отходов алюминия с применением роторных наклонных печей (РНП), создание новых конструкций миксеров и литейных машин для их широкого внедрения на предприятиях вторичной металлургии алюминия.

Широкое использование инноваций и укрупнение компаний, рециклинга алюминий, позволяют вести высокоэффективное автоматизированное высокотехнологичное производство, обеспечивающие качество продукции при строгом соблюдении экологических требований.

Современные автоматизированные системы управления часто позволяют решить задачу оперативного планирования производства и при прогнозе потребности в материальных ресурсах. Однако, применительно к производству алюминиевых сплавов и лигатур, решение этой задачи затруднено по следующим причинам:

– использование основных материалов в производстве алюминиевых сплавов и лигатур, которая характеризуется инвариантностью и связана с ограниченными допусками содержания химических элементов в получаемых сплавах (в пределах 0,1–3% для различных сплавов), а также с множеством комбинаций исходных материалов, при котором может быть получен сплав требуемого состава и технических свойств;

– определение составов исходных материалов при формировании номенклатуры сплавов на большинстве предприятий при планировании потребности в материалах используются нормативы, которые отражают лишь усредненные величины расхода материалов;

– фактическая величина перерабатываемых шихтовых материалов зависит от конкретного технологического процесса, специфики оборудования, параметров отливок, и в каждом случае может значительно отличаться от установленного нормативами, и является предпосылкой для некорректного планирования и управления технологического процесса в целом;

– в процессе оперативного планирования и автоматизации производственно-диспетчерскими службами предприятий не учитываются прогнозные величины запасов оборотных материалов, планируемых к поступлению в процессе выполнения плана, либо учитываются их усредненные величины;

– при планировании потребности и анализе обеспеченности плана производства материалами, как правило, не применяются научно-обоснованные методики оптимизации состава отходов, производится нерациональный выбор печных агрегатов, что не обеспечивает необходимый выход годной продукции.

За последние 15 лет во всех странах резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспетчерского управления и сбора данных с использованием систем SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) [1]. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. Для идентификации связей между элементами производства, отражения вариативности технологий и выявления их узких мест необходимо создание формализованного описания процессов управления производством и обеспечением материальными ресурсами в виде моделей технологических процессов, с целью создания эффективного производства по рециклингу алюминия.

Список литературы:

1.  Кузьмина И.А. Развитие систем автоматизации от SCADA к MES на базе современных технологий от Invensys Wonderware / И.А. Кузьмина, А.Д. Павлюченко // Автоматизация производства. №7. 2007. - С.22-26.

2.  Фомин, Б.А. Металлургия вторичного алюминия: учебное пособие / Б.А. Фомин, В.И. Москвитин, С.В. Махов. - М.: ЭКОМЕТ, 2004. - 240 с.

3.  Шмитц, К. Рециклинг алюминия / К. Шмитц [и др.] пер. с англ. Г.С. Макарова. - М.: АЛЮСИЛМВиТ, 2008. – 528 с.