Горенский Б.М., Кирякова О.В., Даныкина Г.Б. Информационные технологии в металлургии. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 6.3

Значения задатчиков теплового режима печи

Расход

ших-

ты,

/ч

Расход

мазута,

т/ч

Расход

угля,

т/ч

Расход

пыли,

Расход

возду-

ха,

Расход

возду-

ха,

Влагоем-

кость

спека, %

Извле-

чение,

Концен-

трация

, %

115

100

105

10. Повторите пункты 5 и 6.

11. Увеличьте расход шихты до 105 м

/ч.

12. Повторите пункты 5 и 6.

13. Сравните полученные результаты.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите основные физико-химические процессы, происходящие

во вращающейся печи.

2. Опишите материальный баланс вращающейся печи.

3. Опишите тепловой баланс вращающейся печи.

4. Приведите основные технологические параметры процесса. Какие из

них характеризуют качество процесса спекания?

5. Назовите входные и выходные параметры процесса. Какие из них

являются управляющими?

6. В

чем заключается основная задача управления вращающейся печью

5×185 м процесса спекания?

7. Какой параметр отражает качество управления пирометаллургиче-

скими агрегатами? Объясните на примере вращающейся печи 5×185 м.

8. Объясните принцип построения математической модели теплового

поля вращающейся печи.

9. В чем преимущества и недостатки обучения на компьютерном тре-

нажере?

Лабораторная работа № 6.2

ИМИТАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ ВРА-

ЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ 5 × 185 М В РЕЖИМЕ «СОВЕТЧИКА»

Цель работы: Ознакомится с технологией процесса спекания нефели-

но-известняковой шихты; закрепить изученный материал; приобрести навы-

ки имитационного управления вращающейся печью 5 × 185 м в режиме «со-

ветчика».

Последовательность выполнения работы

1. Ознакомится с технологией процесса спекания нефелино-известняковой

шихты.

2. На главной форме КТ выберите режим обучения.

3. Выберите меню «Таймер» и установите необходимое ускорение.

4. Выберите меню «Выполнение»

и нажмите «Старт».

5. Нагрузка печи должна составлять 115 м

/ч, изменяя значения задатчиков

входных материальных потоков, добейтесь требуемых показателей качества

(извлечение глинозема > 86%, а концентрация кислорода 3 – 4%).

6. Заполните таблицу 6.4.

Таблица 6.4

Значения задатчиков теплового режима печи

Расход

шихты,

/ч

Расход

мазута,

т/ч

Расход

угля,

т/ч

Расход

пыли,

Расход

возду-

ха, %

Расход

возду-

ха, %

Влагоем-

кость

спека, %

Извле-

чение,

Концен-

трация

, %

115

советчик

100

советчик

7. Примените режим советчика и заполните таблицу 5.

8. Уменьшите расход шихты до 100 м

/ч.

9. Повторите пункты 6 и 7.

10. Уменьшите расход шихты до 85 м

/ч.

11. Повторите пункты 6 и 7.

12. Сравните полученные результаты.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается основная задача управления вращающейся печью

5×185 м процесса спекания?

2. В чем заключается основная функция работы режима «советчика»?

3. Как влияет на эффективность управления использование режима

«советчика»?

4. Что является основой решения задачи имитационного управления?

5. Назовите входные и выходные параметры процесса. Какие из них

являются управляющими?

6. Объясните принцип построения математических моделей технологи-

ческих параметров процесса спекания.

7. В чем преимущества и недостатки обучения на компьютерном тре-

нажере?

Лабораторная работа № 6.3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗ-

ДЕЙСТВИЙ НА ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ 5 ×

185 М

Цель работы. Приобрести навыки управления вращающейся печью 5 ×

185 м.

Последовательность выполнения работы

1. На главной форме КТ выберите режим исследования.

2. Установите режим загрузки печи 100 м

/ч.

3. Введите управляющие воздействия варианта №1 (таблица 6.5).

4. Заполните таблицу 6.5.

Таблица №6.6

Анализ теплового режима печи

Вариан-

ты

Расход

мазута,

т/ч

Расход

угля,

т/ч

Расход 1

воздуха,

Расход

2 воз-

духа,

Влаго-

ем-

кость

спека,

Из-

вле-

чение,

Кон-

цент-

рация

, %

1 2,2 12 55 42

2 1,5 12 55 42

3 4 12 55 42

4 2,2 8,2 55 42

5 2,2 16,5 55 42

6 2,2 12 30 42

7 2,2 12 80 42

8 2,2 12 55 20

9 2,2 12 55 55

5. Примените вариант №2.

6. Примените вариант №3.

7. Примените вариант №4.

8. Примените вариант №5.

9. Примените вариант №6.

10. Примените вариант №7.

11. Примените вариант №8.

12. Примените вариант №9.

13. Проанализируйте результаты.

Контрольные вопросы и задания

1. Как влияет увеличение (уменьшение) расхода мазута на показатели

качества?

2. Как влияет увеличение (уменьшение) расхода первичного воздуха на

показатели качества?

3. Как влияет увеличение (уменьшение) расхода вторичного воздуха на

показатели качества?

Лабораторная работа № 6.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НА ТЕ-

ПЛОВОЙ РЕЖИМ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ 5 × 185 М

Цель работы. Приобрести навыки управления вращающейся печью

5×185 м.

Последовательность выполнения работы

1. На главной форме КТ выберите режим исследования.

2. Установите режим загрузки печи 105 м

/ч.

3. С помощью задатчиков входных материальных потоков, добейтесь

требуемых показателей качества (извлечение глинозема > 86%, а концентра-

ция кислорода 3 – 4%).

4. Увеличьте расход шихты до 110 м

/ч и 120 м

/ч.

5. Заполните таблицу 6.6.

Таблица 6.7

Анализ теплового режима печи

Производительность,

/ч

Влагоемкость

спека, %

Извлечение,

Концентрация

, %

6. Уменьшите расход шихты до 90 м

/ч и 80 м

/ч.

7. Заполните таблицу 6.6.

8. Проанализируйте результаты.

Контрольные вопросы и задания

1. Как влияет увеличение нагрузки на показатели качества?

2. Как влияет уменьшение нагрузки на показатели качества?

3. Можно ли использовать расход шихты в качестве управляющего па-

раметра?

4. Какие параметры характеризуют качество управления вращающейся

печью?

5. Составьте тепловой баланс печи. Как с его помощью рассчитывается

температура?

6. Объясните преимущества

проведения исследования на КТ?

Лабораторная работа № 6.5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

ШИХТЫ НА КАЧЕСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Цель работы. Изучить технологию процесса спекания; проанализиро-

вать влияние основных возмущающих воздействий.

Последовательность выполнения работы

1. На главной форме КТ выберите режим исследования.

2. Установите любой режим загрузки печи и с помощью задатчиков

входных материальных потоков, добейтесь требуемых

показателей качества

(извлечение глинозема >86%, а концентрация кислорода 3–4%).

3. Последовательно увеличивая значения известнякового модуля до

2.05, 2.1, 2.15 и 2.2 добейтесь с помощью задатчиков входных материальных

потоков требуемых показателей качества.

4. Верните щелочной модуль на значение 2.0 и повторите п.2.

5. Последовательно увеличивая значения щелочного модуля до 1.05,

1.1, 1.15 и 1.2 добейтесь с помощью задатчиков входных материальных пото-

ков требуемых

показателей качества.

6. Проанализируйте результаты.

Контрольные вопросы и задания

1. Как сказывается на качестве спека изменение известнякового моду-

ля?

2. Как сказывается на качестве спека изменение щелочного модуля?

3. Какими управляющими воздействиями можно выровнять ход про-

цесса спекания при изменении щелочного и известнякового модулей шихты?

Лабораторная работа №7

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

КОНВЕРТИРОВАНИЯ МЕДНЫХ ШТЕЙНОВ

Цель работы. Получить теоретические знания о процессе конвертиро-

вания медных штейнов, изучить влияние управляющих воздействий на ос-

новные технико-экономические

показатели, характеризующие процесс. При-

обрести навыки контроля и управления процессом конвертирования.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА

Для переработки медьсодержащего сырья применяют как гидро- так и

пирометаллургические процессы. В общем объеме производства меди на до-

лю пирометаллургических способов приходится около 85% выпуска этого

металла.

Пирометаллургическая технология предусматривает переработку ис-

ходного сырья на черновую медь с последующим его рафинированием. Если

принять во внимание, что основная масса медной руды или концентрата со-

стоит из сульфидов меди и железа, то конечная цель пирометаллургии меди –

получение черновой меди – достигается за счет полного удаления пустой по-

роды, железа и серы.

Задача получения черновой меди в настоящее время повсеместно ре-

шается путем окисления железа и серы продувкой через слой расплавленного

штейна воздуха или дутья, обогащенного кислородом. Такой процесс полу-

чил название «конвертирование». Продувка штейна сопровождается перево-

дом оксидов железа в шлак, а SO

в газы.

Для конвертирования штейнов используют агрегаты называемые гори-

зонтальными конвертерами, которые представляют собой цилиндрические

поворотные аппараты периодического действия.

В верхней части конвертера имеется горловина, через которую залива-

ют жидкий штейн, загружают холодные материалы, отводят газы и сливают

конвертерный шлак и черновую медь.

Для подачи дутья в штейновый расплав на одной из сторон конвертера

по образующей установлены фурмы.

В современной практике медной промышленности используют гори-

зонтальные конвертеры вместимостью по меди 40, 75, 80 и 100 т. На них ус-

тановлено от 32 до 62 фурм диаметрам 3852 мм. Длина конвертеров 6  10

м, диаметр 34 м.

Основными рабочими положениями конвертера (рисунок 7.1) в зави-

симости от угла его поворота вокруг горизонтальной оси являются

: I – залив-

ка штейна, II – продувка штейна (фурмы погружены в расплав), III – слив

конвертерного шлака, IV – разлив черновой меди.

Процесс конвертирования начинается с заливки в предварительно хо-

рошо разогретый конвертер нескольких ковшей жидкого штейна, расплав

при этом должен занимать чуть меньше половины объема конвертера. Для

приема штейна конвертер поворачивают таким образом, чтобы фурмы нахо-

дились над расплавом. После приема штейна конвертер ставят в рабочее по-

ложение и фурмы погружаются в расплав на 300500 мм. Перед погружени-

ем фурм в расплав начинают подачу дутья.

III

Рис. 7.1 – Рабочие положения конвертера

В соответствии с видом перерабатываемого сырья различают медные,

медно-никелевые и никелевые штейны. Практически любой штейн является

полиметаллическим, так как, помимо основного цветного металла, содержит

в заметных количествах еще один или несколько. В медных штейнах «побоч-

ными» металлами могут быть цинк, свинец, никель. Кроме цветных метал-

лов, все штейны содержат железо.

Основной формой нахождения в штейнах цветных металлов и железа

является сульфидная: FeS, Cu

S, ZnS и др. Наряду с сульфидами штейны со-

держат свободные металлы и оксиды железа: магнетит Fe

или вюстит

FeO.

Процесс конвертирования медных штейнов протекает в два периода.

Цель первого периода конвертирования – получение белого матта за

счет окисления железа штейна и его перевода в конвертерный шлак.

Основные реакции окисления первого периода:

2Fe + O

 2FeO

(7.1)

3Fe + 2O

 Fe

(7.2)

FeS + 1,5O

 FeO + SO

(7.3)

3FeS + 5O

 Fe

+ 3SO

(7.4)

Для связывания образующихся оксидов железа и получения шлаковой

фазы добавляют кремнистый флюс.

2FeO + SiO

 2(FeO  SiO

)

(7.5)

При чисто медных и медных цинксвинецсодержащих штейнах после

удаления железа в конвертере остается относительно чистый или содержа-

щий другие металлы (цинк, свинец) сульфид меди Cu

S – так называемый

«белый матт». Он является промежуточным продуктом. Дальнейшая продув-

ка (второй период конвертирования) ведет к окислению сульфида меди:

S + 1,5O

 Cu

O + SO

(7.6)

S + 2Cu

O  6Cu + SO

(7.7)

Металлическая медь, полученная по реакции (7), вместе с примесями

является конечным продуктом конвертирования и называется черновой ме-

дью. При этом цинк восстанавливается по реакциям:

ZnS + 1,5O

 ZnO + SO

(7.8)

2ZnO + ZnS  3Zn + SO

(7.9)

ZnS + 2Cu  Zn + Cu

(7.10)

Реакции (7.1)(7.10) протекают при продувке ванны расплава воздухом,

который подается через фурмы конвертера с околозвуковой скоростью

(120150м/с) и под избыточным давлением (0,10,12МПа). Поэтому вести

теоретические расчеты по гидродинамике и массообмену ванны расплава

становится практически невозможно.

Анализ влияние основных факторов на управление процессом кон-

вертирования

Процесс конвертирования медных штейнов в горизонтальных конвер-

терах является периодическим и состоит из двух периодов.

Первый период процесса конвертирования носит циклический харак-

тер. Каждый цикл состоит из операций заливки жидкого штейна, загрузки

кварцевого флюса, продувки расплава воздухом, слива

конвертерного шлака.

Длительность каждого цикла составляет 30  60 мин. После каждой продувки

в конвертере остается обогащенная медью сульфидная масса, количество ко-

торой по мере увеличения числа продувок постепенно возрастает. В связи с

этим первый период на практике часто называют периодом набора массы.

Продолжительность первого периода зависит от содержания меди в

штейне

и количества подаваемого воздуха, которое в свою очередь зависит в

основном от размеров и состояния конвертера и организации работы. При

богатом штейне (> 4045% Cu) первый период продолжается 69 ч, при бед-

ном (< 20% Cu) 1624 ч. На 1 кг FeS, содержащегося в штейне, требуется

около 2 м

воздуха.

Коэффициент использования конвертера под дутьем в первом периоде

составляет 7080%. Остальное время тратится на слив конвертерного шлака

и на загрузку конвертера.

По окончании первого периода и слива последней порции конвертер-

ного шлака в конвертере остается полусернистая медь – белый штейн, со-

держащий 7880% меди.

Второй период конвертирования (получение черновой меди

за счет

окисления ее сульфида) проводится непрерывно в течение 23 ч без загрузки

каких-либо материалов при подаче только воздуха. Готовность меди опреде-

ляют по ломковой пробе.

Однако в некоторых случаях при конвертировании медных никельсо-

держащих белых штейнов осуществляют загрузку охлаждающих присадок и

удаляют никелевый шлак, а затем осуществляют доводку черновой меди, т.е.

второй период протекает в две стадии.

Производительность конвертера находится в прямой зависимости от

количества подаваемого дутья, состава штейна и времени работы конвертера

под дутьем.

Удельный расход воздуха на 1 см

сечения фурм в пересчете на нор-

мальные условия изменяется в пределах 0,51,2 м

/(см

мин) и зависит от

давления дутья и состояния фурм. Чрезмерное увеличение удельного расхода

воздуха и скорости его истечения из фурм может привести не только к боль-

шому разбрызгиванию расплава, но и к сильной вибрации конвертера. Пре-

дельные допустимые скорости истечения должны быть уточнены специаль-

ным исследованием. Обычно давление дутья на

коллекторе, создаваемое воз-

духодувкой, составляет 0,10,12 МПа, а давление на самой фурме 0,050,09

МПа. Чем выше температура протекания процесса конвертирования и лучше

состояние фурм, тем меньше сопротивление прохождению воздуха, ниже

давление на фурмах и больше удельный расход дутья. Для обеспечения вы-

сокой производительности необходима прочистка фурм всякий раз, как толь-

ко

начинает повышаться давление.

Расход воздуха на 1 т штейна в зависимости от содержания в нем меди

меняется сравнительно мало (в 1,21,4 раза), поэтому относительно невелики

и изменения производительности конвертера по количеству перерабатывае-

мого штейна. В то же время производительность по черновой меди с увели-

чением содержания меди в штейне возрастает очень

резко.

Для увеличения производительности конвертеров перспективно при-

менение дутья, обогащенного кислородом. При постоянном общем расходе

дутья она прямо пропорциональна содержанию кислорода в дутье.

Однако главным препятствием для использования в конвертерах дутья,

обогащенного кислородом, является специфический характер тепловой рабо-

ты конвертера, заключающийся в том, что в зоне подачи дутья возникает ло-

кальный

очаг интенсивного тепловыделения, тесно контактирующий с огне-

упорной кладкой фурменного пояса и оказывающий на нее разрушительное

воздействие. Срок службы футеровки фурменной зоны при этом резко со-

кращается. Для богатых медных и медно-никелевых штейнов [более 30%

(Cu+Ni)] срок службы фурменного пояса обычно составляет 40  45 суток.

Загрузка холодных присадок на поверхность ванны конвертера

при этом ма-

лоэффективна. Снижая среднюю температуру расплава, они почти не оказы-

вают влияния на температуру в области фурм. Поэтому в конвертерах суще-

ствующей конструкции повышать содержание кислорода в дутье можно

лишь незначительно (до 2425 %).

В то же время каждый добавочный процент кислорода на 1т штейна

среднего состава (60% FeS) сберегает тепла

порядка 6010

кДж, т.е. за счет

обогащения дутья появляется резерв энергии, который может быть использо-

ван для проплава в конвертере дополнительного количества различных хо-

лодных материалов. Реальным средством осуществления подачи дутья, обо-

гащенного кислородом, является установка на конвертере верхних фурм, ра-

ботающих без погружения в расплав.

Время работы конвертера под дутьем, а вместе с этим и его производи-

тельность, всецело зависят от правильной организации

работы цеха. Чем

меньше будет в работе конвертера непроизводительных простоев (остано-

вок), тем выше будет коэффициент использования его под дутьем. Обычно в

практике конвертирования медных штейнов конвертер под дутьем находится

6580 % от общей продолжительности процесса.

Тепловая работа конвертера характеризуется постоянным повышением

температуры при продувках сульфидного расплава и соответственно охлаж-

дением

при выводе конвертера из-под дутья. Рост температуры в первом пе-

риоде происходит со скоростью до 7°С/мин, а во втором он не превышает

2°С/мин. При любой остановке конвертера, его температура падает со скоро-

стью 14°С/мин. При этом чем длительнее остановка, тем больше конвертер

охлаждается.

Извлечение меди

в черновую медь при конвертировании в основном

зависит от выхода конвертерного шлака и концентрации в нем меди. Выход

конвертерного шлака снижается с обогащением штейна медью, и, несмотря

на некоторое увеличение содержания меди в меньшем объеме шлака, ее из-

влечение при конвертировании богатых штейнов возрастает.

Конвертерные шлаки не являются отвальными и поэтому

их направля-

ют в оборот или подвергают специальной переработке. Однако вследствие

того, что увеличение количества оборотных материалов и обогащение их из-

влекаемым металлом ведут к увеличению его конечных потерь, следует

стремиться к получению конвертерных шлаков с минимально возможной

концентрацией меди.

Для уменьшения перехода меди в конвертерные шлаки необходимо:

вести процесс

при высокой температуре для обеспечения более полно-

го восстановления магнетита и одновременного снижения содержания в

шлаках растворенных металлов и мелких частиц штейна (оптимальная Т =

1280  1320°С);

проводить очередной слив конвертерного шлака после приема свежей

порции штейна с целью промывки шлака бедным штейном и снижения со-

держания меди в общей массе

расплава;

поддерживать оптимальную кислотность шлака.

Проведенный анализ влияния основных входных и управляющих пара-

метров на эффективность процесса конвертирования показал, что оптималь-

ная температура процесса конвертирования медных штейнов находится в

диапазоне 12801320С, извлечение меди в черновую медь зависит от коли-

чества подаваемого дутья, состава штейна и времени работы под дутьем, а

также от выхода конвертерного шлака и концентрации в нем меди, что в