Как сократить запуск алюминиевого производства: инженерные решения российских студентов

Запуск новых алюминиевых мощностей – один из наиболее сложных этапов работы металлургического предприятия: от выбранной технологии зависят срок службы электролизеров, расход электроэнергии, объем производственных потерь и экологические показатели производства. Решению этой задачи было посвящено направление «Металлургия» XIV сезона Международного инженерного чемпионата CASE-IN, который проводится при поддержке президентской платформы «Россия - страна возможностей».

По заданию компании РУСАЛ участники - студенты российских вузов - определяли наиболее эффективный способ ввода в эксплуатацию новых электролизеров: сравнили существующие технологии обжига оборудования и разработали комплексные проекты запуска новых мощностей Красноярского алюминиевого завода. Решения студентов включали технические решения, организацию работ и экономическое обоснование, а также применение математической теории игр для оценки эффективности кооперации предприятий при распределении ресурсов и персонала.

Как сократить запуск электролизеров почти вдвое?

Лучшим эксперты признали проект команды «Металл 4.0» Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II. Участники команды из Санкт-Петербурга проанализировали 11 существующих технологий запуска электролизеров, сопоставив их по техническим, экономическим и эксплуатационным показателям и предложили комбинированную технологию, позволяющую сократить подготовку оборудования до 44 часов при одновременном увеличении срока службы подины - одного из наиболее ответственных элементов электролизера.

Основой разработки стал поэтапный запуск оборудования. После предварительного нагрева дизельными горелками в электролизер подаются жидкий алюминий и электрический ток, а дополнительно авторы решения предложили использовать собственный состав тяжелого электролита с добавлением фторидов бария и лития. По расчетам команды, защитный слой препятствует проникновению натрия в углеграфитовые элементы конструкции, герметизирует микротрещины и снижает интенсивность разрушения подины. Это позволяет увеличить срок службы оборудования примерно на треть и экономить около 370 тысяч рублей при каждом запуске.

«Мы разработали комбинированный метод безопасного запуска оборудования. Сначала конструкцию постепенно нагревают специальными дизельными горелками, а затем заливают внутрь жидкий алюминий и подают ток. При этом в подовое пространство добавляется предложенный командой защитный раствор солей - тяжелый электролит с добавкой фторидов бария и лития. Из-за разницы в весе данный состав образует барьер между горячим металлом и углеграфитовым основанием, запечатывает микротрещины и не дает агрессивному натрию разрушать элементы. Расчеты показали, что технология сокращает время подготовки оборудования до двух суток, увеличивает срок его службы на треть и экономит 370 тысяч рублей при каждом запуске», - пояснил капитан команды «Металл 4.0» Кирилл Гришанов.

Как эффективность зависит от организации работ?

Второе место заняла команда «Легированная четверка» НИТУ МИСИС. В отличие от победителей, серебряные призеры сосредоточились не на изменении технологии запуска, а на совершенствовании организации работ.

Студенты НИТУ МИСИС предложили сформировать объединенные пусковые бригады и организовать межзаводскую ротацию специалистов, чтобы избежать кадрового дефицита при одновременном запуске нескольких объектов. Одновременно авторы разработали подробный календарный график ввода электролизеров и систему распределения обязанностей между техническими службами.

По расчетам команды, предложенная модель снижает риск перегрева оборудования, сокращает расход электроэнергии и обеспечивает исключительно высокие экономические показатели: внутренняя норма доходности проекта превышает 700%, а срок окупаемости организационных мероприятий составляет менее одного месяца.

Как уменьшить производственные потери?

Третье место заняла команда «Концентрат» Сибирского государственного индустриального университета. Студенты СибГИУ предложили использовать специальные плавкие вставки, стабилизирующие процесс запуска электролизеров и уменьшающие вероятность технологических отклонений в первые часы работы оборудования. Одновременно команда уделила большое внимание взаимодействию предприятий при поставках сырья и распределении производственных ресурсов. По мнению студентов, координация между заводами позволяет избежать перебоев с поставками и сократить потери алюминия и расход анодов. Экономический эффект предложенных мероприятий авторы оценили в 427 млн рублей, а чистый дисконтированный доход проекта - в 450 млн рублей.

От технологии запуска - к развитию отрасли

Анализ работ финалистов показывает, что участники предложили различные подходы к решению одной производственной задачи.

«Решение команды «Металл 4.0» является наиболее комплексным с точки зрения фундаментальной науки и долгосрочного влияния на активы. «Легированная четверка» предложила наиболее проработанную управленческую модель пуска, а «Концентрат» - эффективное решение для быстрой минимизации текущих издержек при запуске, - пояснил аналитик чемпионата, заместитель проректора по научной работе и международному сотрудничеству - начальник научно-инновационного управления Кузбасского государственного технического университета имени Т. Ф. Горбачева Роман Беляевский. - Все представленные решения направлены на реализацию климатической стратегии РУСАЛа, предполагающей снижение удельных выбросов парниковых газов на 47% к 2050 году. Внедрение подобных инженерных разработок позволяет компании укреплять позиции на мировом рынке за счет производства «зеленого» алюминия с низким углеродным следом».
Несмотря на различие подходов, проекты объединяет общая идея: повышение эффективности алюминиевого производства достигается не одним техническим решением, а сочетанием новых технологий, продуманной организации работ и экономически обоснованного управления производством.

В одних проектах акцент сделан на совершенствовании конструкции и режима запуска электролизеров, в других - на кооперации предприятий, распределении персонала и снижении эксплуатационных затрат. Такой комплексный подход позволяет одновременно повышать надежность оборудования, сокращать производственные потери и снижать экологическую нагрузку.

Чемпионат CASE-IN в данном случае выступил площадкой, где будущие инженеры смогли предложить практические решения одной из ключевых задач современной алюминиевой промышленности.