И в железной руде, из которой делают чугун, и в металлоломе, из которого выплавляют сталь, есть примеси. Кремний, марганец, фосфор, сера. Если их не убрать, металл получается хрупким и ломким.
Сами собой эти соединения никуда не уходят, нужен флюс. Не тот, который на десне!
Самый распространённый флюс на наших широтах — известь.
Химия простая и красивая: CaCO₃ (известняк) при обжиге превращается в CaO (негашёную известь) и CO₂ (углекислый газ). В установке десульфурации чугуна CaO связывает серу, превращая её в CaS. Позже, при взаимодействии с SiO₂ (кремнезёмом), образуется CaSiO₃ — шлак, который отделяется от металла и уносит с собой вредные примеси.
А где взять этот CaCO₃? В карьере же!
Меня зовут Ирина Якунина, я работаю в НЛМК ИТ и, честно, обожаю карьеры. В этом есть что-то первобытное и захватывающее. А ещё это огромная часть нашего производства: Стойленский ГОК снабжает железной рудой, известняковые карьеры дают флюсы, без которых сталь никогда не стала бы такой прочной и надёжной.
Чтобы понять, как всё работает на практике, я съездила на Стагдок — крупнейшее предприятие по добыче известняка. Здесь умеют работать так, чтобы угодить и сталелитейному гиганту, и природе. Генеральный директор Сергей Третьяков показал мне карьер так, как видит его сам: глазами человека, по-настоящему влюблённого в своё дело.
Что за Стагдок
Стагдок — это Студёновская акционерная горнодобывающая компания, она находится в Липецком муниципальном округе. Предприятие одним из первых присоединилось к Новолипецкому металлургическому комбинату, так стала зарождаться Группа НЛМК. Стагдок — старожил индустрии, работает уже 98 лет. Сейчас он даёт 17% всего флюсового известняка в России. Запасов на балансе — 122 млн тонн. В год отсюда выходит 6,5 млн тонн горной массы, из которой получается больше 4 млн тонн фракционированного щебня. С одного карьера таких объёмов больше никто в стране не делает.
Стагдок отправляет к нам в НЛМК около 150 вагонов в сутки основного продукта (фракции для обжиговых печей). Это маршруты по 50 вагонов каждые 8 часов. Один такой маршрут ≈ 3,5 тыс. тонн.
Первый известняковый карьер когда-то был прямо в Липецке. Район, где он располагался, теперь так и называется — Карьер. Тогда это никому не мешало, город ещё только рос, но к концу семидесятых всё вокруг уже застроилось. Дома, стоящие впритык, и постоянные взрывы при работе карьера — вещи не очень совместимые. Развивать его дальше стало невозможно, пришлось искать другое место. Нашли всего в семи километрах от старого, и в 1984-м карьер начал работу.
Липецкая область — это бывшее море. Всё здесь лежит на известняке. По сути, это останки древних организмов, которые жили сотни миллионов лет назад. При разработке карьера попадаются отпечатки ракушек, завитушки, похожие на рапанчиков.
Известняк и известь: функции и сложности
В двух словах: известняк добывают в карьере, обжигают в огнеупорном цехе НЛМК (ОГЦ) и получают негашёную известь.
Обжигают в специальных печах-трубах огромной длины, температура внутри достигает более 1000°C. Тепловой режим строго контролируют: на него влияют температура воздуха, влажность известняка, теплоизоляция и состояние самого агрегата.
Известь добавляют в плавку, чтобы примеси — сера, фосфор и другие — связывались в шлак и легко удалялись с поверхности металла.
Но не каждый известняк одинаково полезен.
Нужны фракции правильного размера, короткая логистика (чем ближе, тем быстрее и дешевле свежий флюс в печи) и стабильный контроль качества, чтобы в печь не попало что-нибудь не то, например глина.
Вскрыши, взрывы и рекультивация
Сначала проводится геологоразведка, берутся лабораторные пробы, и на основе результатов составляются карта и проект разработки. Чтобы качественно взорвать породу, нужно учитывать её прочностные характеристики. В известняке, например, могут попадаться карстовые включения — рыхлые, мягкие участки, размытые водой.
Снятие верхнего слоя почвы (вскрышные работы)
Дальше аккуратно до суглинка снимают чернозём, это 50–70 см. Чернозём — это ценность, поэтому его укладывают в специальные бурты, чтобы потом вернуть на место при рекультивации.
Малые и точные работы ведут гидравлические экскаваторы с обратной лопатой и ковшами на 2–3 куба — ими удобно зачищать поверхность. Для тяжёлых операций — электрические карьерные экскаваторы с прямой лопатой и ковшами до 10 кубов. Обратная лопата копает под себя, заглубляясь вниз. Ими удобно рыть траншеи, котлованы и вообще всё, что ниже уровня, где стоит машина. Прямая лопата — наоборот, стоит внизу и черпает породу вверх перед собой.
Итог на этом этапе: слой снят, ковш за ковшом порода улетела в БелАЗ и поехала на дальнейшее использование при рекультивации выработанного пространства карьера.
Буровзрывные работы — как разбивают монолит
Вскрыли месторождение, получили большую прочную стену известняка.
За дело берётся гусеничная буровая установка с габаритами 9x4x4 м. У неё высокая мачта с буром. Бур держит штангу: она длинная, но если глубины не хватает, то её наращивают. Например, надо пробурить 20 метров — берут две штанги по 10 метров и соединяют.
Сверлят сетку скважин до 20–25 метров (в зависимости от залегания пласта). В каждую скважину закладывают заряд. Массу взрывчатого вещества и порядок подрыва рассчитывают так, чтобы на выходе была оптимальная фракция: минимум пыли (это всё, что мельче 20 мм) и минимум чемоданов — глыб по 2,5 метра. Работа серьёзная и ответственная: у каждого взрывника есть соответствующий документ, а Ростехнадзор ежегодно проводит аттестацию.
В неделю два-три взрыва, каждый даёт около ста тысяч тонн горной массы.
Погрузка и транспортировка к фабрике
После взрыва начинается вывоз горной массы. В карьер заходят экскаваторы. Один ковш — это двадцать тонн камня. Экскаватор грузит БелАЗы, и тут тоже масштабы: каждый самосвал рассчитан на пятьдесят пять тонн.
Дальше идёт короткий маршрут — всего полтора километра. Это дорога от места добычи до дробильно-сортировочной фабрики. Там из горной массы делают готовый продукт.
Ритм конвейерный: сделал рейс, высыпал в приёмный бункер, повторил цикл.
Дробление и сортировка
Из приёмного бункера по пластинчатому питателю горная масса попадает в щековую дробилку.
На входе куски размером до двух с лишним метров, а на выходе — материал фракцией не больше 350 мм. Дальше идёт вторичное дробление. Здесь уже используется новая шнеко-зубчатая дробилка, которая доводит сырьё до необходимых параметров.
После этого наступает этап сортировки.
Камень пропускают через грохоты — огромные вибрационные сита, которые разделяют массу по фракциям. Самый мелкий отсев размером до 10 мм уходит в отвал или на продажу, часть его используют строители и аграрии. Более крупные куски в диапазоне от 5 до 20 мм востребованы в строительстве. Основные же объёмы для металлургии формируются во фракциях 20–60 и 50–100 мм. Именно они идут на НЛМК.
Перед отправкой ещё одно грохочение — контрольное. На нём отсеивается последняя мелочь, чтобы на завод ушёл материал с остаточной измельчённостью не выше 2%. Готовая продукция аккумулируется на складах и отгружается в вагоны. Для отгрузки есть промежуточные бункеры: под ними проложены железнодорожные пути с весами. Вагон заезжает на весы, и прямо сверху из бункера в него ссыпается готовый продукт.
Логистика и поставки
Маршрут формируется по 50 вагонов. В сутки идёт три таких маршрута — отсюда и те самые 150 вагонов в день. Причём это только НЛМК, ещё 20–30, в основном с более мелкими фракциями, уходят «третьим лицам».
У Стагдока своя железнодорожная сеть, около сорока километров путей. Вагоны передаются с путей Стагдока на пути РЖД через три собственные станции, после этого их подхватывают тепловозы НЛМК. Расстояние до комбината небольшое — всего 15 км. Для сравнения: другие потенциальные карьеры находятся в 50 км, а везти известняк оттуда придётся автотранспортом.
Цепочка выстроена так, что от момента взрыва до момента, когда свежедобытый известняк оказывается в обжиговой печи, проходит всего шестнадцать часов. Это очень короткий цикл.
Рекультивация: как убираем за собой
В отличие от железорудных карьеров, которые копают вглубь и оставляют огромную воронку, разработка известняковых месторождений идёт горизонтально. И порядок наводить здесь проще.
Схема обычно такая:
Вскрышные породы возвращают на место.
Сверху кладут плодородный слой, аккуратно сохранённый в буртах в самом начале.
Перепахивают, засевают сидератами — это такие растения, которые улучшают почву, делают её мягче, удобряют и помогают бороться с сорняками.
Зовут Россельхознадзор для отбора проб.
После подтверждения качества земля возвращается в сельхозоборот.
На это обычно уходит лет пять.
Дальше возможны варианты: террасные склоны, озёра, рекреационные зоны, виноградники — в зависимости от проекта. Главное — вернуть почву.
В общем, добыча известняка — дело серьёзное: взрывы, десятки больших машин, аккуратно встроенные процессы дробления и сортировки, железная дорога, где каждый вагон считается, и забота о земле. Главное же в том, что без этого карьера металлургический комбинат остался бы без качественного флюса, который помогает делать качественную сталь.