Оптимизация параметров функционирования горного оборудования железорудных карьеров Казахстана

Развитие черной металлургии является важнейшим условием производства средств производст­ва и технического оснащения всех отраслей народного хозяйства. Увеличение выпуска металла пред­полагает развитие сырьевой базы за счет расширения мощности действующих и освоения новых предприятий по добыче железных руд. Открытый способ добычи, удельный вес которого уже сейчас в железорудном производстве составляет около 90 %, в перспективе останется доминирующим. Будет продолжаться техническое перевооружение карьеров новой буровой техникой, мощными экскавато­рами, автосамосвалами и электровозами с большим сцепным весом.

На сегодняшний день запасы железной руды в Казахстане оцениваются в l6,6 млрд. т, что со­ставляет около 8 % всех мировых запасов, из них примерно 8800 млн. т разведано и подготовлено для эксплуатации. Около 90 % железной руды сосредоточено в Торгайском регионе Северного Казахста­на, остальная часть находится в Центральном Казахстане [l].

В республике эксплуатируется несколько месторождений железных руд с утвержденными запа­сами свыше 6 млрд. т:

Соколовско-Сарбайское (включая Качары) с утвержденными запасами более 2500 млн. т; содер­жание железа — 38-43 %; вредная примесь — сера;

Лисаковское (ЛГОК), утвержденные запасы — более 3000 млн. т; содержание железа — 34­38 %; вредная примесь — фосфор;

Атасуйское (Кентобинское, Каражальское), утвержденные запасы — более 800 млн. т; содержа­ние железа — 48-70 %; вредная примесь — сера;

Атансорское, утвержденные запасы — более 39 млн. т; содержание железа — 37-57 %; вредные примеси отсутствуют.

В настоящее время на АО «Миттал Стил Темиртау» (с 2007 г. АО «Арселор Миттал Темиртау») для выплавки чугуна используется шихта из неблагоприятного железорудного сырья, характеризую­щегося сложным составом:

-    окатыши и концентраты ССГОК с повышенным содержанием серы и низкой механической прочностью;

-    лисаковские концентраты с высоким (до 0,8 %) содержанием фосфора и низким содержанием железа;

-    атасуйские необогащенные железомарганцевые руды, имеющие низкое содержание железа (менее 48,0 %), повышенное содержание марганца и серы;

-    кентобинские необогащенные магнетитовые руды с высоким (до 3,5 %) содержанием серы.

Необогащенные руды добываются в настоящее время методом селективной выемки, что может в

ближайшее время вывести месторождения Атасу, Атансор, Кентобе, Балбраун из активного баланса.

Неконкурентоспособный железорудный концентрат Лисаковского месторождения (содержание железа — 49,2 %, фосфора — 0,7 %, глинозема ~ 5 %) поступает на АО «Арселор Миттал Темиртау» пока в ограниченном объеме (порядка l,5 млн. т в год) [2].

Однако в связи с ориентацией ЕПА на китайский и российские рынки с резким удорожанием стоимости поставляемого с этого комбината концентрата и окатышей АО «Арселор Миттал Темир­тау» вынужден полностью переходить на использование лисаковских руд. Руды других месторожде­ний республики поставляются на АО «Арселор Миттал Темиртау» в сыром виде, без обогащения (применяется только их дробление), так как на соответствующих предприятиях (частных) не имеется обогатительных фабрик. Основные проблемы железорудного комплекса Казахстана таковы:

-   истощение подготовленных запасов основных рудников;

-   высокая степень износа технологического оборудования, строительных конструкций, произ­водственных зданий и сооружений;

-   отсутствие эффективной технологии переработки железных руд, позволяющих комплексно пе­рерабатывать сырье;

-   несовершенство технологии обогащения сырья и ее высокая энергоемкость;

-   недостаточность инвестиций на развитие существующих и подготовку новых месторождений и техперевооружения.

ТОО «Оркен» является структурным (дочерним) подразделением АО «Миттал Стил Темиртау», в состав которого входят Лисаковский ГОК, рудник Кентобе, Атасуйский ГОК. Перспективы разви­тия ТОО «Оркен» приведены в таблице.

Таблица

 Для успешной деятельности комбината ТОО «Оркен» планируется строительство обогатитель­ного комплекса, включающего пиро- и гидрометаллургическую обработку руды с получением не­скольких видов концентрата:

-   для доменного производства, с содержанием железа не менее 62 %, не более 0,3 % фосфора и 3 % глинозема;

-   для сталеплавильного производства, с содержанием железа более 70 % и не более 0,15 % фос­фора.

Отработка Лисаковского месторождения ведется открытым способом на малых горизонтах, без применения буровзрывных работ, что обеспечивает наименьшую себестоимость руды.

Для освоения новых и дальнейшего развития существующих месторождений бурых железняков Казахстана необходимо создание новых, нетрадиционных металлургических процессов, обеспечи­вающих комплексное использование руд с извлечением глинозема и других ценных элементов.

АО «Соколовско-Сарбайское горно-обогатительное производственное объединение» (ССГПО). В объединение входят Сарбайский, Соколовский, Качарский, Кунжульский и Соколовский дейст­вующие карьеры, подземный рудник.

Специализация: производство железорудного концентрата, офлюсованных окатышей, добыча сырой дробленой руды, доломита, известняка и щебня.

Продукция АО «ССГПО» характеризуется высоким качеством, при содержании железа в кон­центрате более 66 % и в окатышах — свыше 62 %.

Основными потребителями продукции комбината являются АО «Магнитогорский металлурги­ческий комбинат» (до 70 %) и АО «Арселор Миттал Темиртау» (30 %).

С переориентацией российских металлургических заводов на отечественное сырье становится проблематичным сбыт продукции концентратов ССГПО из-за разницы в тарифах на российскую и казахстанскую продукцию в России: для российских заводов железнодорожный тариф составляет 4,84 доллара США за 1 т, а для казахстанских — 6,5 доллара, что ведет к неконкурентоспособности отечественной продукции.

На мировом рынке железорудного сырья предъявляются высокие требования к качеству железо­содержащей продукции, в частности, конкурентоспособной признается продукция, содержащая 65­70 % железа с минимальным количеством вредных примесей (диоксида кремния, серы и фосфора). Так, на зарубежных обогатительных фабриках из бедных руд с 25-44 % железа при их обогащении производят концентраты крупностью 0-0,044 мм, с содержанием 64,00-70,50 % железа. Повышение качества железорудного сырья обеспечивает экономию затрат в металлургическом переделе, значи­тельно превышающую дополнительные затраты при его обогащении.

Одна из проблем развития железорудной базы в Казахстане, как и в целом в мире, — разработка месторождений бурых железняков, которые являются наиболее распространенными рудами [1; 2]. Запасы Лисаковского, Аятского и Приаральской группы месторождений в сумме составляют около 12 млрд. т. Поэтому проблема разработки месторождений бурых железняков, обладающих уникаль­ными запасами, является государственной проблемой, ее решение даст возможность вовлечь в эко­номику Казахстана огромные ресурсы, на столетия обеспечить черную металлургию страны качест­венным сырьем и позволит республике стать крупным экспортером конкурентоспособной железо­рудной продукции. Эта проблема, как известно, решается в стране в течение десятилетий на основе разработки и промышленного освоения новой технологии переработки руд Лисаковского месторож­дения (ЛГОК).

ЛГОК перерабатывает бурожелезняковые железоглиноземистые фосфоритные руды, запасы ко­торых оцениваются в 3 млрд. т. Балансовые руды по месторождению содержат в среднем по основ­ным компонентам: 34,8 % Ғе_общ; 0,03 % 8_общ; 1,10 % Р; 5,00 % А1₂О₃. Народнохозяйственное значение Лисаковского месторождения повышается вследствие комплексного характера руд. В запасах содер­жится ориентировочно 86,4 млн. т глинозема и 19,0 млн. т пентаоксида фосфора, что представляет собой значительный резерв получения дополнительной продукции для народного хозяйства.

Проектная мощность комбината составляет 36 млн. т сырой руды в год, с перспективой его раз­вития до 70 млн. т руды в год. В 1974 г. введена в эксплуатацию обогатительная фабрика в составе трех секций гравитационно-магнитного обогащения, с проектной мощностью 12 млн. т сырой руды и 6 млн. т концентрата с содержанием 49,00 % Ғе_общ; 0,70 % Р; 10,46 % SiO₂; 4,01 % А1₂О₃. В настоящее время на ЛГОКе осваивается технологическая схема гидрохимического обогащения руды проектной мощностью 0,7 млн. т концентрата в год, с содержанием 60,00 % Ғе_общ и не более 0,20 % Р.

АО «Арселор Миттал Темиртау» производит на собственном железорудном сырье агломерат с содержанием 47,00 % Ғе_общ и около 0,30 % Р [3]. При доменной плавке агломерата расход кокса дос­тигает 570 кг на 1 т чугуна. В выплавляемом передельном чугуне содержание кремния и фосфора со­ставляет 1,2 и 0,7 % соответственно. Конвертирование чугуна с указанным содержанием названных компонентов производится двухшлаковым процессом. Вследствие отмеченных причин при метал­лургической переработке собственного железорудного сырья комбинат среди родственных отраслей стран СНГ имеет самые высокие удельные расходы материальных и топливных ресурсов, сравни­тельно низкие технологические показатели, большие выбросы в окружающую среду, миллионотон­ные промышленные отходы.

Приоритетные направления развития горно-рудных предприятий отрасли таковы:

1)   по Соколовско-Сарбайскому горно-производственному объединению: на основе разработки комплекса мероприятий по повышению качества сырья выход на мировой уровень, включая создание мощностей по производству металлизированных окатышей и суперконцентрата;

2)   постепенное вовлечение в эксплуатацию руд Качарского месторождения, с последовательным выводом из эксплуатации Соколовско-Сарбайского рудников;

3) по Лисаковскому горно-обогатительному комбинату: ограничение производства гравитаци­онно-магнитного концентрата и освоение новых научно-технических разработок по повыше­нию содержания железа и снижению концентрации фосфора в товарной продукции.

Перспективы развития железорудной базы Центрального Казахстана выглядят следующим образом:

1)  возобновление строительства обогатительной фабрики на АГОКе с совершенствованием схе­мы обогащения по варианту сильной магнитной сепарации — для получения концентрата с 60 % железа (2 млн. т по руде);

2)   обогащение руд месторождения Кентобе для получения концентрата с 63-65 % железа и уда­лением до 50 % серы (l млн. т по руде);

3)  вовлечение в производство месторождения железных руд Балбраун (в 43 км от Жезды) с до­ведением добычи руд в объеме 3 млн. т и получением концентрата железных руд на обогати­тельной фабрике Жездинского рудоуправления с содержанием железа 6l,4 %.

В перспективе повышение эффективности производства железорудной отрасли как наиболее фондоемкой в значительной степени зависит от уровня использования основных производственных фондов. В связи с увеличением рабочих параметров и стоимости карьерного оборудования роль и значение степени и качества использования основных производственных фондов возрастают: про­стои мощного оборудования по техническим и организационным причинам ведут к неоправданным затратам еще в большей мере, чем это имеет место при применении менее мощной техники.

На открытых работах при добыче железных руд за последние годы основные фонды растут бы­стрее, чем выпуск валовой продукции. Темп роста фондовооруженности опережает рост производи­тельности труда. Фондоотдача падает. Снижение фондоотдачи сопровождается повышением себе­стоимости продукции. В ходе анализа было установлено, что главной причиной снижения эффектив­ности основных производственных фондов является неполное использование производственной мощности предприятия и его технологических звеньев.

Улучшение использования основных производственных фондов горного предприятия предпола­гает интенсификацию производственных процессов и повышение отдачи оборудования. Исходя из этого исследования по изысканию оптимальных условий эксплуатации горного оборудования явля­ются актуальными как в научном, так и в практическом плане.

Необходимость определения оптимальных условий эксплуатации горного оборудования по взаимосвязанному комплексу экономических, организационных и технических факторов вытекает из их одновременного действия на практике, а также из теоретических основ формирования производ­ственной мощности, горно-рудного производства. Оценка результатов практической реализации принципов формирования мощности служит отправной основой эффективного управления условия­ми функционирования оборудования. Согласно содержанию категории производственной мощности процесса (предприятия) в работе проанализировано управление факторами, которые характеризуют формирование мощности и степень использования средств труда железорудного предприятия с от­крытым способом добычи:

1)       управление параметрами функционирования оборудования в системе: определение парамет­ров функционирования, обеспечивающих максимальную загрузку оборудования при мини­мальных затратах;

2)       пропорциональное построение производственных звеньев: установление оптимального со­четания агрегатов и механизмов в производственном процессе, производственных процессов —    в системе, обеспечивающего максимальную отдачу основных производственных фондов;

3)       планирование системы: определение уровня плана, обеспечивающего максимальную загруз­ку оборудования при минимальных затратах;

4)       организация труда в системе: выбор единиц измерения, критериев и оценок труда, обеспе­чивающих заинтересованность работающих в улучшении использования горной техники.

Технический прогресс в горно-добывающей отрасли характеризуется увеличением индивиду­альной мощности горного оборудования, стоимость которого значительно опережает рост произво­дительности. В этих условиях повышение фондоотдачи мощного оборудования связано с компенса­цией снижения интенсивной удельной мощности за счет увеличения загрузки.

Повышение отдачи горной техники возможно не только за счет уменьшения простоев в общем балансе времени работы оборудования (экстенсивный фактор), но и за счет создания таких условий эксплуатации (подбора параметров функционирования), при которых сокращаются технологические и организационные регламентированные перерывы, определяющие эксплуатационную производи­тельность (интенсивный фактор). Однако из-за сложной взаимосвязи параметров функционирования горного оборудования с производительностью и друг с другом эффективность использования горной техники обеспечивается лишь путем комплексного управления параметрами. Исходя из таких пред­посылок нами разработан алгоритм комплексной оптимизации параметров функционирования погру­зочно-транспортного оборудования.

Поддержание пропорциональности — общепринятого принципа построения производства — на открытых работах, в силу специфических условий производства, усложнено. Производственная мощ­ность горного предприятия не является величиной постоянной, она зависит от уровня применяемой техники, технологии и организации производства. В ходе анализа условий формирования величины мощности на этапах проектирования, освоения и эксплуатации горного предприятия выявлена высо­кая вероятность нарушения синхронной связи производственных процессов, изменения возможно­стей как отдельных агрегатов, так и всего предприятия. Появление в результате этого диспропорций является причиной недоиспользования мощности и снижения фондоотдачи.

Поддержание пропорциональности на открытых работах железорудной отрасли в силу динамиче­ского характера формирования величины мощности связано с периодической ее переоценкой, ликвида­цией диспропорции в производственных звеньях, корректировкой первоначально установленных тех­нико-экономических показателей. В качестве аппарата переоценки вновь формирующейся производст­венной мощности предлагается способ выявления и ликвидации диспропорций в производственных звеньях горного предприятия. Для характеристики производственной мощности при установлении про­порциональной взаимосвязи производственных звеньев в работе сформулированы категории норма­тивной, возможной и потенциальной производительностей горного оборудования (процесса).

Существующие методы планирования и отсутствие единой объективной оценки напряженности планов и заданий на открытых работах железорудной отрасли затрудняют приведение в действие ре­зервов производства через мобилизующую роль плана. Порядок планирования не способствует обес­печению максимальной загрузки горной техники: плановые объемы па оборудование устанавливают­ся по достигнутому уровню и нередко без оценки возможностей. При динамическом характере фор­мирования величины производственной мощности уровень плана без должного обоснования, в силу обратной связи, является ограничением загрузки горного оборудования. В этих условиях, как пока­зывает практика, анализ результатов работы оборудования исчерпывается лишь констатацией факта лучшего или худшего его использования. Сделать заключение о степени напряженности выполняе­мых заданий в сопоставимых и, тем более, в несопоставимых условиях не представляется возмож­ным.

Нами установлено, что для реализации роли плана как регулятора загрузки производственной мощности горного предприятия в качестве оценки напряженности наиболее целесообразно использо­вать степень освоения возможностей производства:

     (1)

где П_пл — уровень плана предприятия (цеха, участка, процесса, оборудования); П_воз — возможная производительность предприятия (цеха, участка, процесса, оборудования).

Исследованием установлено, что создание условий эффективного использования горной техники связано прежде всего с обеспечением достоверности информативного показателя — степени освое­ния производительности оборудования. Обоснование максимально допустимой нагрузки на налич­ные средства труда предполагает объективную оценку производительности горной техники. Вместе с тем анализ существующих методов определения производительности оборудования показывает, что они не обеспечивают единой и объективной оценки возможностей производства. Разница в величине производительности оборудования, определенной по нормам технологического проектирования, варьирует в широких пределах. За счет этого уже на стадии проектирования возникают диспропор­ции в мощностях. Одними из основных недостатков применяемых методов оценки производительно­сти являются отсутствие системного подхода, игнорирование стохастического и динамического ха­рактера функционирования оборудования.