Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Производство магния на ОАО «СМЗ»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермский государственный технический университет

Березниковский филиал

Курсовая работа

По дисциплине: «Основы химического производства»

На тему «Производство магния на ОАО «СМЗ»

Выполнил: студент 4 курса

группы ЭиУ-04

Соловаров П.Л.

Проверил: научный руководитель

Рахимова О.В. .

Березники, 2007 г

Содержание

Введение…………………………………………………………………………3

Характеристика сырья и энергоресурсов……………………………7

Поставщики основных видов ресурсов……………………………………..7

Характеристика готовой продукции………………………………….8

Потребители…………………………………………………………………..9

Требования, предъявляемые к качеству готового продукта………………11

Описание технологического процесса получения готового продукта………………………………………………………………….13

Принципиальная схема производства……………………………………...13

Описание принципиальной схемы……………………………………….....13

Выявление основных факторов и параметров, характеризующих потребительскую ценность продукции.

Определение ограничений, накладываемых технологией………………………………………………………………....19

Введение

АО "Соликамский магниевый завод", построенный в 1936 году как один из цехов "Союзкалия", в настоящее время является современным мощным предприятием, которое производит продукцию мирового качества. Первоначальная проектная мощность составляла 1000 тонн магния. Являясь старейшим предприятием этой отрасли в СНГ, СМЗ стало пионером использования большинства применяемых в бывшем СССР технологических процессов, предназначенных для производства магния. Опытный цех СМЗ, созданный в 1946 году, до настоящего времени обеспечивает конкурентоспособность продукции СМЗ за счет постоянного внедрения в производство эффективных и прогрессивных технологий.

В 1941 году СМЗ стал самостоятельным предприятием, выделившись из «Союзкалия».

С 1973 по 1991 входило в состав Березниковского титано-магниевого комбината (сейчас АО "АВИСМА").

В содружестве с научно-исследовательскими и проектными институтами (ВАМИ, Титан МиТХТ, УНИХИМ, Свердловский УПИ и др) был выполнен комплекс работ, позволяющий провести ряд реконструкций магниевого производства, что дало возможность на имеющихся производственных площадях довести выпуск магния и сплавов до 20 тыс.т./год; значительно улучшить технико-экономические показатели и расширить номенклатуру выпускаемой продукции. В настоящее время ОАО "СМЗ" является крупнейшим в Российской Федерации производителем товарного магния и легких сплавов на его основе, а также соединений тугоплавких редких металлов. Продукция предприятия пользуется большим спросом во всем мире и играет значительную роль в развитии многих промышленных отраслей, таких, как металлургическая, авиастроительная , электронная, автомобилестроение и т.д

Ассортимент выпускаемой продукции

Предлагаемая на рынках сбыта продукция завода включает в себя:

- м а г н и е в ы е п р о д у к т ы

это магний и магниевые сплавы:

магний первичный (товарный) Mg

диски для автомобильных колес

магниевые сплавы Mg (Al, Mn, Zn)

магниевые сплавы Mg (Zr, Nd)

- р е д к о з е м е л ь н ы е м е т а л ь н ы е п р о д у к т ы

это ниобиевые, танталовые и титановые соединения :

пентахлорид ниобия и тантала (Nb, Ta) Cl 5

гидроксид ниобия, тантала (Nb,Ta)2O5 х H2O

оксид ниобия Nb2O5

оксид тантала Ta2O5

ниобат лития LiNbO3

карбид тантала TaC

оксид титана TiO2

тетрахлорид титана TiCl4

- х и м и ч е с к и е п р о д у к т ы

это продукты и удобрения: удобрение "Калимаг" (KCl + MgO)

хлорид кальция (жидкий,гранул-й) CaCl2

известковая паста Ca(OH)2+Mg(OH)2

бертолетовая соль KClO3

Предприятие имеет современное оборудование и уникальные технологии и производит изделия мирового качества, поставляя на экспорт 91-92% всей продукции ( 37 видов ).

Производственная структура предприятия

На АО "Соликамский магниевый завод" функционируют следующие производства:

Металлургическое (цех №1) с участками:

- подготовка сырья;

- электролиза;

- водо-газоочистных сооружений;

-опытно-промышленные участки производства дисков автомобильных колес и гранулированного магния.

Химическое (цех № 4) с участками:

- обжига извести;

- сжижения хлора;

- получение известкового молока и растворов хлористого кальция;

- опытно-промышленный участок производства титанового дубителя.

Редкометальное производство (цех № 7) с участками:

- подготовка сырья:

- хлорирование концентрата;

- очистки и разделения хлоридов ниобия и тантала;

- получение пятиокисей и пентахлоридов ниобия и тантала различной степени чистоты, плава хлоридов и карбонатов РЗМ;

- газоочистных сооружений;

- опытно-промышленный участок производства двуокиси титана и окислов редкоземельных элементов.

Вспомогательные производства представлены следующими цехами:

- ремонтно-механический (цех № 20);

- ремонтно-строительный (цех № 21);

- КИПиА (цех № 16);

- энергоцех (цех № 18)

- теплоэнергетический с собственными паровой и водогрейной котельными

(цех № 19);

- экспериментальный цех с исследовательской базой (цех № 3);

- аналитическая лаборатория (цех № 17);

- складское хозяйство (цех № 12).

1.Характеристика сырья и энергоресурсов

Поставщики основных видов ресурсов

1. Основным поставщиком сырья (обогащенного карналлита) для производства магниевой продукции является АО "Сильвинит" г.Соликамск , который является одновременно одним из крупнейших производителей хлористого калия в мире. Иногда карналлит поставляется от АО "Уралкалий" г.Березники. Оба эти предприятия разрабатывают Верхнекамское месторождение калийных солей, общие запасы которого составляют 150млрд.тонн. Заменителем карналлита является брусит (Mg(OH)2), месторождение которого находится в Хабаровском крае. Бруситовая технология отработана на заводе, поэтому СМЗ имеет возможность выбора сырья, а значит и воздействия на своих поставщиков в ценовой политике.

2. Исходным сырьем для получения тантала, ниобия и редкоземельных металлов цериевой группы - является лопарит и конценцентрат на его основе ( Na Ce Ca ) (Ti NbTa ) O3, который завод берет в АО "Севредмет" ( Лавозерский ГОК ) п.Ревда Мурманской области на Кольском полуострове. В настоящее время ведется налаживание связей с Бразилией по поставке аналогичного сырья.

2.Характеристики готовой продукции.

Характеристика производимой продукции ОАО «СМЗ»

магний – лёгкий металл, серебристо-белого цвета, способен воспринимать большие ударные нагрузки, обладает высокой химической активностью. Используется для легирования сплавов на основе алюминия, модификации стали и обессеривания чугуна, для получения титана, ванадия и хрома. Сплавы на основе магния используют в аэрокосмической технике;
сплавы магниевые – отличаются лёгкостью, повышенной механической прочностью и химической стойкостью. Благодаря высоким эффективным свойствам магниевые сплавы успешно применяют в качестве конструкционных материалов для самолётостроения, автомобильной промышленности, в точном приборостроении, пиротехнике, медицине, фотографии и антикоррозионной защите;
титан губчатый – используется в качестве легирующего, рафинирующего и модифицирующего компонента при производстве металлов и сплавов в цветной и чёрной металлургии. Жаропрочность, хорошая пластичность при малой плотности, высокая коррозионная стойкость;
тетрахлорид титана – бесцветная или слегка окрашенная жидкость. Применяется в производстве губчатого титана, пигментной двуокиси титана, в качестве катализатора в химической промышленности;

Основными продуктами производства ОАО «СМЗ» являются магний и его сплавы.

Потребители магниевой продукции.

Магниевая продукция ( магний и магниевые сплавы )

ВНЕШНИЙ РЫНОК

Приходится удовлетворять требования заказчиков по качеству товарного магния. Большая часть идет под маркой Mg 90S - это означает, что магний дополнительно контролируется по примесям свинца, цинка, мышьяка, натрия, олова, то есть металл более чистый.

ОАО "СМЗ" работает по заказам фирмы Дженерал Моторс ("General Motors").

Заключаются договора с Канадой, Японией по реализации дисков колес.

В июне этого года в Торонто прошла очередная 54-я Конференция, проводимая Международной ассоциацией магния ( IMA ). Один из ее делегатов, представитель компании "Форд" заинтересовался продукцией СМЗ и намерен сотрудничать.

Запланировано и частично осуществляются проекты с такими фирмами как "ЛАДА" (LADA), ВОЛКСВАГГЕН ( VOLKSWAGGEN ), АУДИ ( AUDI) МАЗДА (MAZDA ) по производству магниевой продукции: автомобильных дисков для колес.

Важным потребителем магния стала в последние годы черная металлургия, где магний используется главным образом при десульфуризации (очистки от вредных примесей) чугуна и стали.

Многообещающим для завода остается спрос на магний со стороны автомобилестроения.

Крупнейшие мировые лидеры в этой отрасли переходят к использованию магния в качестве основного материала автомобильных дисков, подвесок, стоек, спинок, сидений, облицовки, а также идет разработка двигателей из магниевых сплавов.

ВНУТРЕННИЙ РЫНОК

Практически полное отсутствие внутреннего рынка магния заставляет завод ориентироваться на западные рынки. Потеря СМЗ внутреннего рынка связана со многими причинами:

уменьшение оборонного заказа, изменение российской военной доктрины (магниевые сплавы перестали быть предметом первой необходимости). В настоящее время СМЗ проводит работу по формированию отечественного рынка за счет выхода на него с новыми продуктами.

Созданное в 1996 году СП ЗАО "Соликамский завод десульфураторов", (50% уставного капитала которого принадлежит АО "СМЗ", 50% - "АЛМАМЕТ" (AlmaMet), Германия), производит магниевые гранулы для черной металлургии России. Удаление с помощью гранул серы из расплава чугуна, стали, цветных металлов улучшает их свойства. поэтому это производство имеет большие перспективы. Дополнительным фактором является то, что это- новый продукт, не уступающий западным аналогам.

Проектная мощность 4 - 6 тыс.тонн в год.

Основные потребители : Магнитогорский, Нижнетагильский и Новолипецкий металлургические комбинаты.

Россия, производящая 7% стали в мире ( по оценке Международного института чугуна и стали ) имеет огромный внутренний потенциал для потребления соликамских десульфураторов.

Рост производства алюминиевых сплавов может произойти в следствии продолжении госполитики на более глубокую переработку алюминия, в том числе, идущего по толлингу. Рост потребления алюминиевых сплавов ожидается и вследствии дальнейшего осуществления проектов на Самарском и Красноярском алюминиевых заводов по выпуску пищевых емкостей.

АО "СМЗ" планирует в ближайшие годы довести выпуск автомобильных дисков до 100 тыс.штук в год. Потенциальными покупателями являются производители отечественных машин 8 и 9 моделей ВАЗа, "Москвич 2141", "Волга", на которые могут ставиться магниевые колесные диски.

Потребители на внешнем рынке магниевой продукции и их среднегодовое

потребление :

СТРАНЫ ЗАПАДА : Северная Америка - 180 - 190 тыс.тонн/год

Южная Америка - 16 - 20 тыс.тонн/год

Западная Европа - 80 - 90 тыс.тонн/год

Азия + Океания - 45 - 50 тыс.тонн/год

Африка + Ближний Восток 5 - 8 тыс.тонн/год

СТРАНЫ ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ : Венгрия, Болгария, Румыния, Чехия, Словакия

КИТАЙ - 25 -30 тыс.тонн/год

ОАО "СМЗ" заключил контракты на поставку магния и сплавов для обеспечения венгерских предприятий в количестве 4000 тонн.

Около 500 тонн ежегодно потребляется Болгарией, около 1000 - Польшей.

После выхода из кризиса ожидается рост потребления в Румынии до уровня не ниже

3000 тонн, не менее 2000 тонн Чехией и Словакией. Потребление магния в этом регионе в 2000-2005 гг., оценивается в количестве 15-20 тыс.тонн/год.

Требования, предъявляемые к качеству готового продукта.

ГОСТ 804-93

3. Описание технологического процесса получения готового продукта

Описание принципиальной схемы магниевого производства 1. Обезвоживание сырья (производство безводного карналлита). Обезвоживание карналлита идет в две стадии: 1.1. Первая стадия обезвоживания в печи кипящего слоя. В качестве топочного газа используется смесь природного газа и воздуха.

98-200°С

КС1 • MgCl₂ • 6Н₂ О-> КС1 • MgCl₂ • 2Н₂ О + 4Н₂ О,

550-850°С

КС1 • MgCl2 • 2Н2О-> КС1 • MgCl2 + 2H2О

Обогащенный карналлит в полувагонах поступает на склад карналлита массой не менее 1200т. Мостовым грейферным краном карналлит загружается из траншеи в приемный бункер, (масса вмещающегося обогащенного карналлита не более 12 т), и из него пластинчатым питателем и системой ленточных транспортеров подается в расходные бункера печей КС, откуда скребковыми питателями подается в печь КС для обезвоживания. В печь КС обогащенный карналлит подается с размерами частиц (25+5) мм.

По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит обезвоживание его за счет тепла топочных газов.

Процесс обезвоживания идет в три стадии:

в первой камере происходит удаление гигроскопической влаги и
нагревание материала;
во второй камере шестиводный карналлит обезвоживается до
двухводного;

3. в третьей камере двухводный карналлит обезвоживается до
значения массовой доли воды 2-5%.

Обезвоженный карналлит выгружается из печей в скребковые транспортеры и элеватором подается в силоса для складирования, транспортерами подается на вторую стадию обезвоживания в отделение печей СКН и хлораторов, или с помощью камерных питателей в силоса.

Общая масса вмещающегося обезвоженного карналлита в силоса не более 4800 т.

1.2. Вторая стадия обезвоживания осуществляется в хлораторе. В хлораторе обезвоженный карналлит плавится из него удаляются остатки воды. Массовая доля оксида магния сокращается до одного процента и менее. В результате получается безводный карналлит по формуле:

MgOHCl + С1₂ + С = MgCl ₂ + НС1+СО ₂

MgO + С1₂ + С = MgCl₂ + СО₂

Обезвоживание карналлита производится в хлораторах. В хлораторах одновременно с обезвоживанием осуществляется хлорирование окиси магния, образующейся в результате гидролиза хлористого магния.

Обезвоженный карналлит, получаемый на первой стадии обезвоживания в агрегатах печей обезвоживания транспортируется скребковыми транспортерами, расположенными в транспортной галерее, связывающей силоса для хранения обезвоженного карналлита с отделением второй стадии обезвоживания. Из транспортеров карналлит пересыпается по течкам в бункера, установленные над каждым агрегатом, откуда с помощью винтовых питателей загружается в плавильники хлораторов.

Хлоратор состоит из трех основных узлов: плавильника, служащего для расплавления обезвоженного карналлита (а в хлораторах, работающих с реакторами НС1. также для хлорирования продуктов гидролиза), хлорирующих камер, служащих для прогрева расплавленного карналлита и хлорирования окиси магния, миксера, предназначенные для накопления и осветления расплава

Обезвоженный карналлит расплавляется и окончательно обезвоживается за счет тепла, выделяющегося при протекании электрического тока через расплав. Из плавильника расплав через преточный канал поступает в первую хлорирующую камеру. В средней стенке, разделяющей хлорирующие камеры, имеются два вертикальных канала. По одному из них расплав перетекает из первой камеры в другую, по другому каналу- из второй камеры в миксер. Из второй хлорирующей камеры расплав с массовой долей оксида магния не более 2,5% самотеком поступает в миксер хлоратора, где происходит отстаивание взвешенных в расплаве оксида магния, диоксида титана и других твердых примесей. Осветленный расплав через летку сливного устройства выпускается в ковши, установленные на электрокарах или другой вид транспорта и транспортируется в цех электролиза магния.

2. Электролиз

На следующей стадии магний-сырец получают электролитическим способом. Процесс идет в электролизерах. Сырьем служит безводный карналлит и (или) хлорид магния титанового производства. Процесс осуществляется в электролизерах. В качестве рабочего электролита применяется расплав смеси хлоридов магния, калия, натрия и кальция.

Особенностью, используемой при получения магния из хлоридных расплавов, является разная плотность электролита и магния. Плотность электролита больше плотности магния. Благодаря этому, магний всплывает на поверхность.

В расплаве хлорид магния диссоциирует с образованием ионовб

MgCl₂-Mg²⁺+2Cl-

При прохождении постоянного электрического тока через электролит ионы направленное движение. Положительно заряженные катионы магния направляются к отрицательно заряженному катоду и, разряжаясь, переходят в магний металлический. Отрицательно заражение анионы хлора, разряжаясь на аноде с потерей электрона, превращаются в газообразный хлор.

Газообразный хлор в виде пузырьков с поверхности анода поднимается через слой электролита и собирается в анодном пространстве, откуда его непрерывно отсасывают. Находящиеся в сырье примеси, а также продукты гидролиза осаждаются на подину в виде шлама, который периодически выводят.

При использовании карналлитового сырья в электролизере быстро накапливаются балластные соли в виде отработанного электролита или шламоэлектролитной смеси (ШЭС), которую периодически удаляют из электролизера. ШЭС используют в производстве удобрений и противогололедного материала.

Магний-сырец с поверхности электролита извлекают вакуум- ковшом

и на электрокаре доставляют в литейное отделение либо отправляют в химико-металлургический цех для использования в процессе получения титановой губки.

3. Производство товарного магния и сплавов

Для приготовления товарного магния и сплавов на его основе используют магний-сырец. Полученный электролитическим методом, он содержит ряд неметаллических и металлических примесей, которые отрицательно влияют на свойства магния.

В литейном отделении магний-сырец сливают в печь непрерывного рафинирования ПНР или в тигель, в зависимости от того, какой конечный продукт нам требуется получить.

3.1. Получение первичного магния Мг-90 в печи непрерывного
рафинирования

Приготовление магния первичного сводится к процессу очистки магния-сырца от примесей посредством отстаивания металла в ПНР.

3.2. Получение Мг-95 в тигле

Для снижения содержания примесей магний-сырец подвергают рафинированию - плавки металла в тигле с добавлением флюса. Химическое действие флюса заключается в том, что щелочные металлы переходят в виде хлоридов в флюс, а нитриды и другие неметаллические примеси осаждаются на дно тигля.

3.3. Производство магниевых сплавов в тигле.

Для приготовления сплавов в тигель загружаются навески шихтовых металлов- алюминия, цинка и других, а также флюсы.

3.4. Розлив первичного магния и сплавов на конвейере
Переработка магния-сырца начинается с его заливки из вакуум-ковша

в рафинированную камеру колокола печи, при этом верхний слой расплава магния, уже свободный от примесей, перекачивается в литейную камеру электромагнитным насосом и разливается в изложницы.

Оксидная пленка удаляется с каждого слитка механически. Молодая сера используется для предотвращения окисления поверхности слитков.

Затем производится механическое клеймение чушек. Все чушки проходят визуальный контроль.

Магниевые протекторы льются вручную либо механически как в водоохлаждаемые, так и неохлаждаемые формы.

Выявление основных факторов и параметров, характеризующих потребительскую ценность продукции. Определение ограничений, накладываемых технологией.

Дополнительное охлаждение анодных блоков, вследствие Т анодов уменьшается, следовательно меньше расход графита, => увеличивается срок службы анодов с 27 до 39 месяцев, => увеличивается мощность с 25689 т. (мг-сырца/год) до 27177 т. (мг-сырца/год).

1. Таблица 1

Ключевые факторы

Параметры продукции опред. велич.примеси – 0,001%

Примечания

Количество Mg

Mg – не < 99,9%

Fe – не > 0,04%

St – не > 0,009%

Ni – не > 0,001%

Cu – не > 0,004%

∆e – не > 0,002%

Mn – не > 0,003%

ГОСТ 804-93

Ключевой фактор продукции, количество параметров продукции – это показатели качества. Для выяснения основных факторов и параметров продукции создаваемых на базе действующих технологий заполняем таблицу 1.

2.при проведении обратного анализа, указывают ограничения по улучшению параметров, которая накладывает действующая технология.

Таблица2

параметры		Ключевые факторы		Необходимый Ур.		-\\-
наименование	Направ,предел.изм	наименование	Направ,предел.изм.	параметры	факторы
Mg Fe – St – Ni – Cu – ∆e – Mn –	не < 99,9% не > 0,04% не > 0,009% не >0,001% не >0,004% не >0,002% не >0,003%	Кач. Mg	ГОСТ	не< 99	ГОСТ
↑ срока службы анодов	↑ с 27 до 39 месяцев	↑ мощности	↑ с 25689 т. до 27177 т.	39 мес.	27177т/mg-сырца

Таблица 3

параметр	Предел изменения 2-го параметра	Факторы огранич. Техн.		Возм. альтернативные применения			предложение
параметр	Предел изменения 2-го параметра	Наименование	Вел.огран.	наименование	Предел огран.	Пробема	предложение
1	2	3	4	5	6	7	8
↑ срока службы анодов	Не < 39 мес.	мощность	25689	Увеличение нагрузки на электролизер	-\\-	Уменьшение выхода по току => ↑ энерго- затраты	Принудительное охлаждение анода