2.3.1. Организация основного производства в медеплавильном цехе

Изучение организации основного производства при пирометаллургии ведется на примере распространенных в Уральском регионе медеплавильных заводов (СУМЗ, Кировградский, Красноуральский и др.). Основные цехи завода: медеплавильный (МПЦ), сернокислотный (СКЦ), производства продукции на базе серной кислоты. Возможна обогатительная фабрика. Ведущим по стоимости производимой продукции и другим параметрам является МПЦ.

Сырьем для МПЦ служат медные концентраты (собственного производства и привозные). В качестве флюсов используются известняки, кварциты. Продукция медеплавильного цеха: медь черновая, сернистый газ (утилизируемый СКЦ), тепло (частично утилизируемое в цехе, передаваемое другим цехам и для нужд жилищного сектора). При ограниченной номенклатуре продукции медеплавильное производство относится к массовому типу.

Производственный процесс цеха представлен на рис. 2.8.

Основные переделы:

участок подготовки сырья и шихтовки (УПСиШ). Осуществляет дробление и измельчение флюсов, усреднение состава шихты. Основное оборудование участка: экскаваторы, скреперы, дробилки, мельницы;

участок сушки. Назначение – удаление излишней влаги из шихты. Процесс идет в сушильных барабанах за счет утилизации тепла, выделяющегося при обжиге. Содержание меди в получаемом продукте 12-13 %;

Рис. 2.8. Производственный процесс МПЦ:

− операции (процессы); − передача продукта труда

участок обжига. Назначение – удаление серы (если на последующих этапах процесса сернистый газ не улавливается и идет "в трубу"). Продукты обжига: огарок с содержанием меди  18 % и сернистый газ, направляемый в сернокислотный цех. Оборудование – печи кипящего слоя. Процесс экзотермический, за счет тепла выгорания серы;

плавильное отделение. Назначение – удаление шлаков. Продукт плавки – штейн (смесь меди и железа) с содержанием меди  25 %, при плавке в печи Ванюкова  45 %. Оборудование – отражательные печи. Процесс идет за счет сжигания мазута и природного газа;

отделение конвертирования. Назначение – получение черновой меди. Процесс идет в два этапа. На первом в конвертер заливается штейн с добавкой флюсов, продувается обогащенный кислородом воздух, образовавшийся шлак, содержащий до 8% меди, возвращается в плавильное отделение. Изложенная процедура, именуемая "зарядкой", повторяется несколько раз. В результате остается обогащенный штейн с содержанием меди  80 % (белый матт). На втором этапе проводится окончательное выжигание серы и получается черновая медь (98,5-99 % Cu).

Вспомогательные процессы МПЦ: транспортировка (шихты, огарка, штейна, шлака, черновой меди), контроль качества, ремонтное обслуживание оборудования. Транспортные операции выполняются в непрерывном или цикличном режиме, передача штейна, шлака, меди производится в горячем виде. Организационные характеристики процессов приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Наименование процесса	Характеристика процесса
	по применяемым орудиям труда	по протеканию во времени	по автоматизации
Шихтовка сырья	Машинный	Цикличный	Неавтоматизированный
Сушка	Аппаратурный	Непрерывно-поточный	Полуавтоматизированный
Обжиг	Аппаратурный	Непрерывно-поточный	Полуавтоматизированный
Плавка	Аппаратурный	Непрерывно- поточный	Полуавтоматизированный
Конвертирование	Аппаратурный	Циклично- поточный	Полуавтоматизированный

Первостепенное значение для обеспечения устойчивости технологического процесса и получения высоких технико-экономических показателей (извлечение меди, расход топлива и др.) имеет стабильное качество шихты. Эта задача решается УПСиШ. Поиск оптимального плана стабилизации концентратов может проводиться с применением метода математического (квадратичного) программирования. Задача ставится на максимальное приближение качества шихты к плановому. Математическая модель задачи:

х_i ≤ d_i (по всем i );

х_i = М ;

х_i β_i ≤ М× S ;

Ф = ( х_i α_i - М×Cu)² → min.

Здесь х_i – количество концентрата i-го сорта (n – количество сортов), которое следует подать в шихту, т/см.;

d_i – возможная отгрузка концентрата i-го сорта, т/см.;

α_i – содержание меди в концентрате i-го сорта, %;

β_i – содержание серы в концентрате i-го сорта, %;

М – плановое количество концентрата за смену, т/см.;

Cu – плановое содержание меди в сменной дозе, %;

S – предельно допустимое содержание серы в концентрате в сменной дозе, %.

Практикум. На складе n = 4 отсека, содержание меди в концентрате в них 8, 10, 12, 14 % (соответственно), серы 20, 22, 23, 25 %. Отгрузка из отсека за смену – до 250 т. Плановое количество концентрата за смену 700 т. Плановое содержа­ние меди 12 %. Содержание серы не должно превышать 22,5 %.

Решение задачи на компьютере в режиме Excel дает оптимальные зна­чения х₁ = 250 т, х₂ = 0, х₃ = 250 т, х₄ = 200 т при среднем содержании меди в сменной дозе 11,14 % и серы 22,5 %.

Поскольку полученное содержание меди заметно отличается от планового, условия задачи предлагается переформулировать так, чтобы содержание меди в большей степени приближалось к плановому при допущении некоторого увеличения содержания серы. Так, увеличив предельное содержание серы до 23 %, получим оптимальный план х₁ = 150 т, х₂ = 50 т, х₃ = 250 т, х₄ = 250 т при среднем содержании меди в сменной дозе 11,71 %. При увеличении предельного содержания серы до 24 % получим х₁ = 25 т, х₂ = 200 т, х₃ = 225 т, х₄ = 250 т при среднем содержании, меди в сменной дозе 12 % и серы 23,32 %. Лицо, принимающее решение, определяет, на каком варианте плана остановиться. Приведенная математическая модель управления качеством сырья может применяться на рудниках и обогатительных фабриках для усреднения руды.

Как отмечалось в п. 2.1, для цветной металлургии не возникает проблем в части специализации и прямоточности. Производство является технологически специализированным. Принцип прямоточности реализуется за счет расстановки оборудования. В МПЦ оборудование размещено по смешанной схеме: одно­типные агрегаты каждого передела установлены параллельно, сами переделы работают последовательно (рис. 2.9). Продукт из предшествующего передела поступает в любой агрегат последующего передела.

Такая схема позволяет наиболее эффективно загрузить оборудование, осуществлять ремонты с остановкой отдельных агрегатов, а при необходимости – также замену старых агрегатов новыми. Между переделами имеются бункеры. Между плавильным и конвертерным отделениями имеется миксер с подогревом для штейна, а после конвертеров – миксер с подогревом для черновой меди. Из миксера медь сливается в изложницы. Как отмечалось в п. 1.3, использование миксеров требует больших затрат на топливо, в связи с чем может оказаться выгоднее иметь резерв транспортного оборудования, позволяющего ускорить операции передачи разогретого продукта.

Переделы:

К онцентраты, флюсы I. Участок подготовки

сырья и шихтовки

Шихтарник

I I. Сушильные

барабаны

Бункеры

Сернистый газ

I II. Печи кипящего слоя

в СКЦ (обжиговые)

Бункер огарка

Шлаки в отвал

IV. Отражательные печи

(плавильный передел)

Мостовые краны для транспортировки штейна, шлаков, меди

Медь черновая

V . Конвертеры

Рис. 2.9. Схема размещения оборудования и промежуточных бункеров

Реализация принципа пропорциональности достигается через соответствие производственных мощностей переделов (см. п. 1.4.2) и создание промежуточных емкостей. Расчет производственных мощностей для МПЦ СУМЗ по данным 2004 г. приведен в табл. 2.4 (расчет выполнен с помощью формулы (1.25)).

Таблица 2.4

Передел i	Количество агрегатов ni	Производительность агрегата по исходному материалу Pi	Коэффициент комплекс-ных затрат Bi	Коэффициент ис­пользования по мощности Ki	Производственная мощность передела в пересчете на медь, т/сут
Сушка Обжиг Отражательная печь Печь Ванюкова Итого плавильный передел Конвертирование	3 4 1 1 4	60 т/час по шихте 50 т/час по огарку 400 т/сут по штейну 450 т/сут по штейну 60 т/см. по меди	8,11 5,41 4,00 2,25 1	0,75 0,75 0,90 0,90 0,75	400 665 90 180 270 540

Из таблицы видно, что "узким местом" среди переделов являлся плавильный, в связи с чем отражательная печь в нем была заменена второй печью Ванюкова.

Вопросы параллельности и непрерывности производственных процессов в МПЦ затрагивают прежде всего работу отражательных печей, конвертеров, миксеров, обслуживающих транспортных средств. Нужно увязать их время работы. К примеру, нельзя допускать одновременной остановки нескольких конвертеров на слив шлаков или длительного ожидания передачи штейна в конвертеры. Нужны циклограммы и графики работы отдельных агрегатов, на их основе должен разрабатываться сводный график работы цеха. В качестве примера на рис. 2.10 приведена циклограмма работы конвертера, а на рис. 2.11 – фрагмент графика работы конвертерного цеха черной металлургии.

Представленная циклограмма работы конвертера предусматривает две зарядки. В практике число их меняется от одной до трех, конвертер может вообще работать с неполной загрузкой. Технологический режим и организация производства в цехе неустойчивы. Идет непрерывный процесс приспособления под меняющуюся ситуацию, на которую влияет много разных факторов: наличие штейна, содержание в нем металла и примесей, содержание кислорода в воздухе, необходимость разогрева конвертера в начале цикла, заполненность миксеров, занятость транспортного оборудования и другие причины.

Р ис. 2.10. Циклограмма работы конвертера:

− операции; − операции, выполняемые с привлечением крана

Рис 2.11. График работы конвертерного цеха черной металлургии (фрагмент):

− подготовка конвертера (зарядка); − продувка;

− разливка металла; − работа крана (в кружке № обслу-

живаемого конвертера)

Между тем, мировая практика давно доказала преимущества стандартизации в организации производства. В условиях металлургии принцип стандартизации предусматривает регламентацию характеристик сырья, параметров технологического режима, продолжительности, последовательности и параллельности операций. Реализация этого принципа обеспечивает устойчивость протекания производственных процессов, улучшение качества продукции, снижение затрат.

Пример регламентированной работы цеха приведен на рис. 2.11. В цехе три конвертера по получению стали. Цикл включает операции подготовки конвертера (зарядку) 6 мин, продувки 20 мин, разливки металла 7 мин, итого 33 мин. Для разливки металла отделение имеет кран. За время цикла работы одного конвертера (33 мин) кран должен обслужить три разливки (7×3 = 21 мин). Оставшиеся 33 – 21 = 12 мин распределяются равномерно по 4 мин между разливкой из разных конвертеров. График составляется сначала для крана, к нему привязывается режим работы конвертеров. (Данный условный пример взят применительно к черной металлургии, где режим работы более стабильный и цикл конвертирования короче).

Для организации работы МПЦ по графикам, в которых была бы увязана работа плавильного и конвертерного отделений, требуется большая подготовительная работа отдела организации производства. Она включает:

1. наблюдения за работой агрегатов с выявлением продолжительности операций, простоев, причин неритмичной работы, аварийных ситуаций;

2. анализ результатов наблюдений, выбор оптимального режима работы основных агрегатов, необходимого количества вспомогательного оборудования;

3. разработку стандартных параметров технологического режима для всех агрегатов;

4. разработку нормативных циклограмм работы конвертеров, графиков работы другого основного и вспомогательного оборудования;

5. разработку суточных графиков работы цеха;

6. организацию группы контроля за работой цеха в стандартном режиме и решения всех возникающих организационных вопросов.

Отдел организации производства может и должен доказать, что работа в упорядоченном стандартизированном режиме гораздо эффективнее, чем хаотическое приспособление к цеховой "текучке".

Наряду с внедрением графиков цикличной работы в цехе должно проводиться изучение и внедрение передовых приемов и методов труда: по совмещению операции подготовки конвертеров к зарядке с операцией разливки меди; согласованной работе мастера, сигналиста, крановщика при сливе шлаков; согласованной работе конвертерщиков и плавильщиков по приему конвертерных шлаков и других.

Преимущественная форма организации труда в медеплавильном цехе – специализированные сменные бригады по переделам. Бригады работают по скользящему графику. Целесообразная система оплаты труда – за полученную черновую медь с надбавками и скидками за качественные показатели. Формируемый на этой основе цеховой фонд оплаты труда делится между коллективами переделов по заранее установленным коэффициентам. За снижение качественных показателей (например, высокое содержание меди в шлаках), перерасход топлива, аварийность бригады могут быть депремированы.