Фьюминг-печь

Когда говорят про фьюминг-печь, многие сразу представляют себе просто огромный стальной короб с горелками. Это, конечно, основа, но суть-то не в железе. Суть в том, чтобы заставить летучие металлы — цинк, свинец, олово — улетучиться из шлака или промежуточного продукта, а потом грамотно их поймать. Если печь спроектирована без понимания этого, получится дорогая грелка. У нас на одном из старых проектов так и было — печь работала, а извлечение было ниже плинтуса, потому что не продумали температурные зоны и газовые потоки. Вот об этих нюансах, которые в книгах не всегда найдешь, и хочется порассуждать.

Конструкция: где кроется дьявол

Основная ошибка — пытаться сделать печь универсальной. Для переработки медных шлаков и, скажем, вторичных свинцовых материалов — это два разных агрегата. В первом случае нужны высокие температуры и стойкость футеровки к железистым шлакам. Во втором — точный контроль атмосферы, чтобы не ушло мимо чего-то ценного. Конструкция фьюминг-печи всегда начинается с вопроса ?что на входе??. От этого зависит всё: сечение шахты, расположение фурм, угол наклона, система охлаждения.

Вот, к примеру, охлаждение стен. Водяные рубашки — классика, но если качество воды плохое (а на многих площадках именно так), быстро зарастут и будут локальные перегревы. Приходится либо ставить сложную систему водоподготовки, что дорого, либо переходить на панельное испарительное охлаждение. Но это уже другая история с паровым хозяйством. Мы на проекте в Средней Азии через это прошли — изначально заложили простые рубашки, а потом полгода мучились с солеотложениями и прогарами. Переделывали на ходу.

Или футеровка. Хромомагнезит — хорошо, но не для всех шлаков. При высоком содержании оксидов железа он быстро разъедается. Иногда выгоднее использовать дорогой, но стойкий спеченный периклаз-хромит. Это решение, которое предлагают не все поставщики. Компания ZHONGJI SUNWARD, с которой мы пересекались на одном тендере, как раз делала упор на адаптацию футеровочных материалов под конкретный химизм сырья. У них за этим стоит их материнский институт из ЧАЛКО — Чаншаский институт, у них там накоплены огромные данные по поведению огнеупоров в разных средах. Это не просто ?поставим кирпич?, а именно инженерный расчет.

Процесс сжигания и восстановление

Сердце процесса — это зона горения. Подаешь пылеугольное топливо, природный газ, иногда мазут — через фурмы. Здесь важно не просто дать температуру, а создать нужную атмосферу. Немного переборщишь с углем — пойдет сильное восстановление, железо из шлака перейдет в чугун, который потом забьет всё. Недоберешь — оксиды цинка или свинца не восстановятся до металла и не улетят в виде паров. Нужен тонкий баланс, который настраивается неделями на пуско-наладке.

Часто забывают про подготовку топлива. Уголь должен быть определенной крупности и влажности. Если подавать мокрый уголь, он будет ?шлепаться? в ванне, не сгорит полностью, и процесс пойдет вразнос. Приходится ставить дополнительные сушильные барабаны или дробилки-сушки, что усложняет всю линию. На одном из наших первых объектов эту проблему проигнорировали, думали, ?и так сойдет?. Не сошло. Пришлось экстренно монтировать узел подготовки уже в процессе эксплуатации, с остановкой на две недели.

А еще есть нюанс с подачей вторичного сырья — пылей, окалины. Их нужно вдувать через отдельные фурмы, равномерно распределяя по сечению. Если сбросить всё в одну точку, возникнут холодные зоны и ?недоплав?. Технологи с ZHONGJI SUNWARD как-то на конференции рассказывали про свою систему пневмоподачи с точной дозировкой и подогревом транспортирующего газа. Идея в том, чтобы сырье не охлаждало факел, а сразу в него входило. Звучит логично, но на практике такая система требует идеальной автоматики.

Улавливание паров: самая дорогая часть

Собственно, фьюминг — это испарение. А вот конденсация — это уже отдельная головная боль. Пары металлов выходят с огромной температурой и несут кучу пыли. Первый этап — котлы-утилизаторы. Они должны быть спроектированы так, чтобы минимизировать налипание пыли на трубах. Иначе КПД падает, а чистка — это остановка производства. Часто ставят ударные или радиационно-конвективные котлы, но это уже выбор между капитальными затратами и эксплуатационными.

Потом газ идет в систему пылеулавливания — циклон, электрофильтры или рукавные фильтры. Здесь ловят уже готовый оксидный продукт — в основном, оксид цинка. Качество этого продукта напрямую зависит от того, насколько чистый был газ до конденсации. Если в печи был перекос по температуре, часть металлов может конденсироваться в виде мелких капель, которые ?замазывают? фильтрующие элементы. Видел, как на одном заводе рукавные фильтры превращались в монолитный блок из-за такого эффекта. Чистили динамитом, в прямом смысле.

И, наконец, тонкая очистка газа. После всего этого в нем еще могут оставаться следы диоксида серы, пары хлоридов. Тут уже нужна скрубберная система, часто с щелочным раствором. Это целый химический цех по сути. Многие проекты ?под ключ?, особенно от китайских подрядчиков вроде ZHONGJI SUNWARD, включают в себя весь этот комплекс. Их подход как EPC-подрядчика — взять на себя ответственность за всю цепочку: от загрузки шлака до получения товарного оксида цинка и очищенного газа на выходе в трубу. Это удобно для заказчика, но требует от подрядчика колоссального опыта во всех смежных областях — от теплотехники до газоочистки.

Автоматизация и человеческий фактор

Современную фьюминг-печь уже невозможно представить без развитой АСУ ТП. Но здесь есть ловушка: можно поставить кучу датчиков и красивых экранов, но если алгоритмы управления написаны без понимания физики процесса, оператор будет тупо смотреть на графики, не зная, что делать. Лучшие системы — те, где софт писали совместно технологи и программисты, и где есть режимы на разные случаи жизни: ?пуск?, ?работа на бедном шлаке?, ?работа на богатом?, ?аварийное гашение?.

Однако никакая автоматика не заменит опытного мастера смены. Он по цвету пламени, по звуку работы фурм может определить, что процесс начинает ?сваливаться?. У нас был случай, когда датчик температуры в ванне вышел из строя, а АСУ продолжала работать по старым данным. Мастер заметил, что пламя стало слишком ярко-белым (признак роста температуры), и вручную сбросил подачу угля. Предотвратили прогар футеровки. После этого в систему внедрили косвенные алгоритмы контроля — по температуре отходящих газов, по составу газа и т.д., как резервный контур.

Кстати, про обучение персонала. Это часто недооцениваемая статья расходов. Привезти печь, смонтировать и запустить — это полдела. Нужно, чтобы местные кадры прониклись процессом, понимали не только как нажимать кнопки, но и почему так происходит. Хорошие подрядчики, реализующие проекты EPC, как раз включают длительный этап пуско-наладки и обучения. На сайте https://www.zjsunward.ru видно, что они позиционируют себя именно как интегратор технологий и поставщик полного цикла услуг. Подразумевается, что они передают не только оборудование, но и ноу-хау по управлению им. На бумаге это выглядит гладко, но на практике успех сильно зависит от того, насколько их инженеры-технологи готовы ?вариться? на площадке вместе с заказчиком, а не уехать после приемочных испытаний.

Экономика и экология: вечный компромисс

Строительство фьюминг-установки — капиталоемкая история. Окупается она только при больших объемах переработки и при условии, что извлекаемые металлы дороги. Сейчас, с ростом цен на цинк и олово, интерес к технологии снова растет. Но считать нужно не только стоимость печи, а всю инфраструктуру: подготовка сырья, энергоснабжение, газоочистка, утилизация вторичных отходов (например, того же железистого остатка).

Экологический аспект сегодня решающий. Старые фьюминг-печи были страшными загрязнителями. Современные проекты обязаны обеспечивать ПДК по диоксиду серы, пыли, тяжелым металлам на выходе из трубы. Это удорожает проект на 20-30%, но это неизбежно. Интересно, что некоторые технологии, которые продвигает ZHONGJI SUNWARD, как раз делают акцент на глубокой очистке отходящих газов и рецикле продуктов очистки обратно в процесс. Это замкнутый цикл, который снижает как экологическую нагрузку, так и потери металлов. В их портфолио, если покопаться, есть проекты, где они как раз реализовывали такие решения для сложных шлаков с высоким содержанием серы.

В итоге, фьюминг-печь — это не оборудование, которое можно купить по каталогу. Это всегда индивидуальный проект, сшитый по меркам конкретного сырья, конкретной площадки и конкретных экономических условий. Успех зависит от глубины предпроектного изучения сырья, от опыта команды, которая будет это все рассчитывать и монтировать, и от готовности всех участников к долгой и кропотливой настройке процесса. Быстрых результатов здесь не бывает. Но если все сделать с умом, эта ?печь? может стать золотым дном для металлургического передела.