Сверло для кессонов

«Норникель» в этом году планирует изготовить новую обеднительную электропечь (ОЭП) для Надеждинского металлургического завода (НМЗ), крупнейшего промышленного предприятия в мировом Заполярье. Проект уникален тем, что основные элементы агрегата, прежде всего, кессоны, в компании теперь произведут полностью во внутреннем контуре, а не закупят на «материке», как ранее. По расчетам «Норникеля», это позволит сэкономить свыше 700 млн рублей. Но уникальность проекта, конечно, не только в финансовом эффекте.

Для начала немного теории. ОЭП предназначена для переработки шлаков, образующихся на основных этапах пирометаллургического передела рудных концентратов – в случае НМЗ, после печей взвешенной плавки (ПВП) и конвертеров. Хотя эти автогенные процессы и позволяют получать расплавы с повышенным содержанием цветных металлов, шлаки все равно получаются богатыми нецелевыми компонентами, которые, очевидно, слишком расточительно и нецелесообразно отправлять в хвостохранилища. 

Собственно, в обеднительных электропечах эти шлаки окончательно обедняют, то есть извлекают все, что технологически можно «забрать» из руды – отсюда и название таких агрегатов. 

На НМЗ установлены четыре ОЭП – по две на каждую из двух ПВП. Эти печи работают круглосуточно, перерабатывая около 10 тыс. тонн сырья в сутки, и извлекают из шлаков никель, медь, кобальт и металлы платиновой группы. Все это затем снова уходит в конвертеры для получения штейна, а отвальный шлак скачивается на грануляцию. Штейн, если кто не в курсе, далее перерабатывают в конечную продукцию пирометаллургического этапа технологической цепочки «Норникеля» – файнштейн, который из Норильска уплывает на Кольский полуостров, в рафинировочный центр компании. От стабильной работы электропечей зависит эффективность производства всего НМЗ. 

Каждая из ОЭП представляет собой агрегат цилиндрической формы диаметром 14,9 метра, и высотой 5,4 метра. Несмотря на конструктивную простоту, исторически в Норильске использовали электропечи финской Metso. Оборудование поступало с «материка» и в готовом виде. Но после известных событий иностранная компания свою деятельность в России свернула. Аналогичные предложения других западных производителей для «Норникеля» также оказались недоступны. Поэтому с 2022-го в компании решили все делать своими силами.

На самом деле, в эту сторону в «Норникеле» смотрели уже давно, как минимум с предыдущей ремонтной кампании ОЭП – с 2014-го. Но, как это часто бывает, не хватало мощного стимула… За проект на данном этапе отвечают специалисты Механического завода Заполярного филиала.

Главная сложность заключалась в организации производства ключевой части каждой ОЭП – кессонов. Это элементы системы охлаждения, в которых во время работы печи циркулирует обычная вода. Именно это «железо» требовало высокой точности изготовления. 

Как рассказал «Кислород.ЛАЙФ» главный металлург Механического завода Александр Жданов, кессоны, которые компания ранее получала в готовом виде, производились на «материке» в т.н. машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Но такие мощные комплексы эффективны только на крупных производствах, при эффекте масштаба. Строить МНЛЗ в Норильске исключительно для производства кессонов оказалось бы бессмысленным делом.

При этом заготовки для кессонов в Заполярном филиале произвести не проблема. В качестве сырья используют катоды Медного завода – высококачественная медь, которую переплавляют в Литейно-кузнечном цехе на сталеплавильном участке, и получают ковочные слитки массой от 500 кг до 1 тонны. Затем они обрабатываются на кузнечном участке методом свободной ковки на паровоздушном молоте. После этого заготовки проходят еще и термическую обработку – отжиг в электрических камерных печах, и только затем поступают на финальную механическую обработку.

«Наш метод отличается от стандартной технологии изготовления подобных изделий, так как мы используем свободную ковку под молотом, протягивая слиток до сечения поковки 86×390 мм, а затем обрубаем его кузнечными топорами, придавая заготовке нужный размер в зависимости от длины кессона». – объясняет Жданов. Такой производственный цикл обеспечивает высокое качество заготовок, полностью соответствующих требованиям для дальнейшего изготовления кессонов. 

В готовых кессонах, поступавших с «материка», каналы для циркуляции охлаждающей воды уже были сформированы на этапе обработки заготовок. В Норильске пришлось искать свой путь. В итоге формировать каналы решено было методом глубокого сверления (до 1300 мм). Как отметил Жданов, в России подобные работы с медными заготовками ранее практически не проводились. Несмотря на то, что в оборонно-промышленном комплексе существуют технологии сверления металла, они в основном применяются для стали, а требования к меди – иные из-за ее специфических свойств. Готового «под ключ» решения на рынке не было, и даже в Китае, несмотря на его технологические возможности, приемлемый вариант найти не удалось. 

В результате «Норникель» выбрал сложный, но наиболее надежный путь – разработку нестандартного сверлильного оборудования, полностью адаптированного под собственные нужды. С 2023-го компания сотрудничает в этом проекте с неким отечественным партнером, для которого этот проект также стал инновационным. Технология нова как для технологов, так и для производителей оборудования, и в России подобным опытом обладают единицы. «Мы рассматривали несколько компаний, но их возможности по параметрам сверления были ограничены. Нам же требовалось достичь минимальной глубины в 500 мм при максимальной – 1375 мм. Поскольку обработка возможна с двух сторон, этот показатель создает задел для будущей модернизации», – отметил Жданов.

По его словам, кроме основного оборудования, необходимо было подобрать и специальные сверла, и даже особую смазочную жидкость! Впрочем, все получилось – поставка уже готового спецоборудования в Норильск ожидается в ближайшее время. 

В прошлом году пробная партия кессонов собственного производства была изготовлена и установлена в ОЭП №3, которая находилась на ремонте в рамках масштабной модернизации второй технологической линии НМЗ (про этот тоже уникальный проект читайте по ссылке). Если бы не это, то для проведения столь сложной операции специалистам Механического завода пришлось бы ждать, когда подойдет срок ремонтной кампании электропечи – обычно от семи лет и выше (столько же лет, получается, «живут» и кессоны). 

«Для испытаний потребовалось при монтаже печи установить новые экспериментальные кессоны, – пояснил Жданов. – В рамках тестовой партии были изготовлены компактные кессоны размером до 600 мм. Мы наблюдали за их работой в зоне эксплуатации, проверяя, насколько они подвержены прогоранию. Предварительные результаты показали, что они не уступают по надежности импортным аналогам. Это означает, что теперь мы можем использовать кессоны собственного производства, экономя на логистике и зарубежных поставках». 

Учитывая успешные промежуточные результаты, в 2024 году «Норникель» планирует завершить доработки и собрать полностью новую электропечь – начнут с ОЭП №1 на НМЗ. Контрольная сборка пройдет на площадке Механического завода, после чего печь будет доставлена на НМЗ для монтажа. Запуск запланирован на февраль 2026-го. 

Для работы одной ОЭП на Механическом заводе изготовят более 500 кессонов общим весом свыше 100 тонн. Они не типовые и со строгими требованиями к химическому составу (по сере и фосфору) и структуре металла, всего нужно будет выпустить 13 видов, различающихся по габаритным размерам. Среди них – как прямые кессоны (988×375×76 мм), так и радиальные. Технология их производства, а именно сгибание в специализированном штампе, также была разработана на Механическом заводе. 

В итоге, если раньше компания зависела от поставщиков импортного оборудования, то сегодня сделала важный шаг к технологической независимости. И может создать обеднительную электропечь самостоятельно – от литья до сборки. «Для крупного металлургического предприятия, каким является НМЗ, и уж тем более для «Норникеля», речь, казалось бы, идет о рядовом событии, но в действительности данный проект отражает глубинный тектонический сдвиг, происходящий в металлургии России. «Норникель» активно развивает не только прямой, но и обратный инжиниринг, заключающийся в изучении комплектующих изделий для агрегатов, их 3D-сканировании, цифровом моделировании, подготовке конструкторской документации, изготовлении и тестировании опытных образцов и налаживании их серийного выпуска. Тем самым компания в долгосрочном плане снижает свою зависимость от значительного объема иностранных компонентов и оборудования и укрепляет собственный технологический суверенитет, не говоря уже про сокращение издержек», – говорит промышленный эксперт Леонид Хазанов. По его словам, экспансия крупнейших игроков российского рынка металлов в промышленный инжиниринг с целью экономии финансовых ресурсов и повышения операционной устойчивости бизнеса на горизонте ближайших десяти лет будет только расширяться.