Устройство для охлаждения стен печи ванюкова

Обновлено: 04.05.2024

НЕЙРОСЕТЕВЫЕ МОДЕЛИ / НЕЙРОННЫЕ СЕТИ / МЕДНОЕ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩЕЕ СЫРЬЕ / ПРОЦЕСС ПЛАВКИ / ПЕРЕРАБАТЫВАЕМАЯ ШИХТА / ПЕЧИ ВАНЮКОВА / ВАНЮКОВА ПЕЧИ / МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ / СИНТЕЗИРОВАННЫЕ СЕТИ / КЛАССИФИКАТОР КОХОНЕНА / КОХОНЕНА КЛАССИФИКАТОР / МЕДЬ / НИКЕЛЬ / ПЛАВКА / RBF СЕТЬ / РАДИАЛЬНО-БАЗИСНАЯ ФУНКЦИЯ АКТИВАЦИЯ / СЕТЬ КОХОНЕНА

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Костин Евгений Владимирович, Писарев Александр Иванович

Предложена нейросетевая модель процесса плавки медного никельсодержащего сырья в печах Ванюкова . Отмечено, что особенность модели заключается в использовании системы нейронных сетей на базе классификатора Кохонена и сети радиально-базисных функций.

Текст научной работы на тему «Нейросетевая модель процесса плавки медного никельсодержащего сырья в печах Ванюкова»

Математическое моделирование: методы, алгоритмы, технологии

Е.В. Костин, А.И. Писарев

НЕйРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ МЕДНОГО

никельсодержащего сырья в печах ванюкова

Печь Ванюкова представляет собой агрегат непрерывного действия, задача которого сводится к обогащению медных штейнов и обеднению шлаков, полученных в результате процесса плавки, называемого процессом Ванюкова 4. Компоненты перерабатываемой шихты (богатая по содержанию меди руда, отфильтрованный медный концентрат, бедные обороты, песчаник и прочие материалы) загружаются на поверхность интенсивно барботируемого расплава, где окисляются кислородо-воздушной смесью (рис. 1). Продуктами плавки являются медный штейн, шлак и отходящие газы.

Обогащение штейна осуществляется за счет реакций диссоциации высших сульфидов 5:

2 CuFeS2 ^ Си^ + 2 FeS + 1/2 S2

Качество обогащения штейнов и обеднения шлаков характеризуется содержанием меди в конечных продуктах: Си - в штейне, Си -

в шлаке. Для управления процессом плавки необходимы данные о химическом составе штейна в режиме реального времени, что невозможно осуществить в настоящее время. Задачу прогнозирования качественных показателей плавки можно решить с помощью математической модели процесса Ванюкова.

В работах [1-5, 11, 12], описаны зависимости между концентрацией магнетита ^е^) и содержанием меди в шлаке. Также экспериментально подтверждена кривая потерь меди со шлаком в зависимости от состава штейна. Предложенные зависимости применимы для глубокого теоретического анализа процесса Ванюкова, но использование их в целях автоматического управления процессом невозможно, т. к. не учитывается влияние случайных факторов, оказывающих как прямое, так и косвенное влияние на результаты плавки.

В работе [10] проанализированы факторы, влияющие на процесс Ванюкова, а также пред-

Рис. 1. Печь Ванюкова в разрезе

К - коэффициент глубины окисления сульфидов, который определяется по выражению:

где Q°2 - расход технологического кислорода на окисление сульфидов; Fmx - суммарная загрузка шихты в печь; Сишх - содержание меди в исходной шихте; S - содержание серы в исходной шихте; Сишх(? - т) - содержание меди в штейне с запаздыванием т; Fn - расход песчаника на плавку.

Однако частота измерения таких параметров, как содержание меди и серы в шихте составляет от 1 до 10 суток, что не позволяет синтезировать модель для оперативного управления процессом. В связи с этим предлагается использовать в качестве входного параметра расход загружаемых металлосодержащих материалов FMs, который рассчитывается по выражению:

Запаздывание т равно дискретности измерения выходного параметра и составляет 2 ч. Таким образом, в момент поступления анализа химического состава штейна, разрабатываемая модель должна будет рассчитывать состав штейна на текущий момент времени. Тем самым, модель будет прогнозировать химический состав штейна на 2 ч вперед.

Для синтеза такой модели предлагается использовать математический аппарат искусственных нейронных сетей (ИНС). В качестве структуры сети выбрана однослойная топология с радиально-базисной функцией активации (Radial basis function network - RBF) [6, 8]. Ее отличительная особенность заключается в отсутствии итераций при настройке весовых коэффициентов.

Для описания принципа работы RBF сети введем следующие понятия:

• Вектор-столбец входных X j и выходных Yj параметров в фиксированный момент времени j:

У1 =Т =Т> (5) где х1 у, у у - соответственно значения /-го входного и выходного параметров в момент времени у; М = 4, N = 1 - соответственно количество входных и выходных параметров.

• Число временных отсчетов, в результате которых получены векторы входных и выходных параметров, равно Ь.

Для всех временных отсчетов объединим векторы входных параметров и получим матрицу входных данных ХмхЬ . Аналогично определим матрицу выходных данных УмхЬ .

• Вектор-столбец центров радиально-базисной функции, описывающей выход нейрона р «скрытого» слоя:

где с1 - значение центра базисной функции для /-го входного параметра р-го нейрона (р=1^Р); Р - количество нейронов в слое RBF сети.

• Весовые коэффициенты - связи между р-м нейроном «скрытого» слоя и /-м выходом нейронной сети - м>1 .

• Матрица весовых коэффициентов:

• Радиально-базисная функция - описывает вид активационной функции нейронов RBF сети:

f (X., Ср) = е Пр2 , (8)

где ст - ширина радиально базисной функции.

• Интерполяционная матрица - описывает узлы интерполяции пространства выходных параметров:

гХ1) . f(Xl,X) . Х1*1,ХрР

у/(Хр ,Х1) . f(Xp ,Х) . f (Xр, Xр ),

Для расчета матрицы весовых коэффициентов воспользуемся методикой, описанной в работах 7. В соответствии со структурой RBF сети, можно записать выражение для расчета содержания меди в штейне в момент времени у:

С^/Х) = Ё^ • f(XJ,Ср). (10) р=1

Математическое моделирование: методы, алгоритмы, технологии

С учетом введенных обозначений запишем выражение (10) в виде матричного уравнения:

Ум хР =ФР,Р X Кр . (11)

Решение уравнения (11) дает искомые значения весовых коэффициентов. Ошибка аппроксимации зависит от того, насколько адекватно выбраны центры и ширины активационных функций при построении интерполяционной матрицы.

В литературе [6, 7] в качестве центров акти-вационных функций предлагается использовать значения входных параметров (С = X), а количество нейронов принять равным количеству обучающих примеров (Р = L). Применение такого метода обладает существенным недостатком. Расчет матрицы весовых коэффициентов требует значительных компьютерных мощностей и времени, т. к. число отсчетов Ь, как правило, составляет более 103.

При построении модели объекта предлагается руководствоваться методикой, описанной в работе [10], и дополнительно классифицировать статистику при помощи карты Кохонена [9]. Этот подход позволяет выделить наиболее информативные группы данных, исключить повторения, а также уменьшить число временных отсчетов.

Опробование алгоритма проведено на статистических данных, полученных в результате работы печи Ванюкова Медного завода (МЗ) «ГМК

«Норильский никель» за 2009 г. Число временных отсчетов исходной статистики составило Ь = 8350. После классификации число Ь значительно уменьшается, в нашем случае - почти в 58 раз (до 144). Такое количество экспериментальных данных позволяет синтезировать RBF сеть с размером слоя Р = 144.

Однако проблема выбора ширины радиально-базисной функции а остается нерешенной. Поэтому предлагается использовать не все нейроны сети Кохонена, а только два нейрона - «победитель» и предшествующий ему, тогда размер слоя RBF сети будет Р = 2.

Обозначим весовые коэффициенты нейрона «победителя»:

жк = (ж , . ж , . ж, >, (12)

V ^ 1, V' 'г, V' ' М, V> ' 4 '

а весовые коэффициенты нейрона, «предшествующего победителю»:

жК-1 = . ЖV. Жт,у-1>. (13)

Верхний индекс к указывает на принадлежность весовых коэффициентов слою Кохонена, а нижний индекс V - на их принадлежность нейрону «победителю». Примем центры радиально-базисных функций равными коэффициентам нейронов «победителей»:

Рис. 2. Определение ширины радиально-базисной функции

Рис. 3. Функциональная схема нейросетевой модели

Имея всего два центра, можно рассчитать расстояние между ними (рис. 2), которое будет равно ширине радиально-базисной функции:

ар = С - С =2«р)2 -IК-/)2. (15)

Таким образом, классифицировав статистику и определив параметры RBF сети, получаем

функциональную схему модели, прогнозирующей содержание меди в штейне (рис. 3).

Режим функционирования предложенной модели осуществляется следующим образом.

Этап 1. По измеренным значениям параметров процесса рассчитываются входные параметры сети: глубина окисления сульфидов по выражениям (3), (6) и (7) [10], расход металло-

Математическое моделирование: методы, алгоритмы, технологии

Рис. 4. График изменения содержания меди (а) и серы (б) в шихте, глубины окисления сульфидов (в), содержания меди в штейне на предыдущем (г) и текущем шаге (д) (-) - экспериментальная; (-----) - расчетная кривая

содержащих компонентов шихты по выражению (3). Рассчитанные входные параметры поступают на вход уже обученного классификатора Кохоне-на. По мере близости входных параметров отбираются нейрон «победитель» и предшествующий ему нейрон.

Этап 2. В соответствии с выражениями (14) и (15) выбираются центры и рассчитываются ширины радиально-базисных функций RBF сети. Затем строится интерполяционная матрица (9) и рассчитываются значения весовых коэффициентов слоя RBF сети исходя из уравнения (11).

Этап 3. На входы вновь синтезированной RBF сети подается совокупность входных параметров и окончательно рассчитывается значение выходных параметров по выражению (10).

Опробование модели произведено на статистических данных, полученных в процессе работы печи Ванюкова МЗ за 2010 г. На рисунке 4 представлены результаты работы предложенной математической модели. Графики (рис. 4 а—г) отображают изменение входных параметров. По графику изменения выходного параметра (рис. 4 д) видно, что модель качественно повторяет содержание меди в штейне.

Оценка точности модели осуществлялась по

1. Гречко, А.В. [Текст] / А.В. Гречко [и др.] // Цветная металлургия. -1988. -№ 11.

2. Ванюков, А.В. [Текст] / А.В. Ванюков, В.П. Быстров [и др.] // Цветная металлургия. -1994. -№ 9.

3. Быстров, В.П. Исследование состава шлейно-шлаковой эмульсии при плавке в жидкой ванне [Текст] / В.П. Быстров, А.В. Ванюков, А.Д. Васкевич [и др.] // Цветные металлы. -1980. -№ 10. -С.56-59.

4. Ванюков, А.В. Комплексная переработка медного и никелевого сырья [Текст] / А.В. Ванюков. -Алма-Ата: Наука, 1979. - Ч. 1. -210 с.

5. Ванюков, А.В. Плавка в жидкой ванне [Текст] / А.В. Ванюков. -М.: Металлургия, 1988.

6. Вороновский, Г.К. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности [Текст] / Г.К. Вороновский. -Харьков: Основа, 1997. -112 с.

7. Круглов, В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика [Текст] / В.В. Круглов, В.В. Борисов. -М.: Горячая линия - Телеком, 2001 - 382 с.

F-критерию Фишера. Эмпирическое значение критерия Фишера составило F = 1,535. При уровне значимости P = 0,05 и числе степеней свободы сравниваемых дисперсий n = 61, критическое значение критерия Фишера составило F^ = 1,528. Сравнив эмпирические и критические значения критерия (1,535 > 1,528), было принято решение о справедливости гипотезы о равенстве дисперсий.

Таким образом, разработанная нейросетевая модель с достаточной для практики точностью отражает реальное изменение содержания меди в штейне при плавке в печах Ванюкова.

Синтезирована нейронная сеть, моделирующая качественный показатель процесса плавки в печах Ванюкова - содержание меди в штейне.

Особенностью предложенной сети является предварительная классификация статистики самоорганизующейся картой Кохонена и использование двух нейронов «победителей» для синтеза RBF сети.

Проведена экспериментальная проверка предложенной нейросетевой модели.

Для реализации модели не требуется внедрять дополнительное оборудование, достаточно существующего уровня автоматизации на МЗ.

8. Хайкин, С. Нейронные сети - полный курс [Текст] / С. Хайкин. -2006.

9. Kohonen, T. Self-Organizing Maps [Текст] / T. Kohonen. -Springer, 1995.

10. Костин, Е.В. Подготовка статистических данных для построения нейросетевой модели процесса плавки в печах Ванюкова [Текст] / Е.В. Костин, А.И. Писарев // Научный вестник Норильского индустриального ин-та. -2011. - №9.

11. Шехирев, Д.В. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка технологии плавки медно-никелевого концентрата в модернизированной печи Ванюкова с получением маложелезистого сульфидного расплава и отвального шлака» [Текст] / Д.В. Шехирев, В.П. Быстров, А.Н. Федоров. -М.: МИСиС, 2001.

12. Shimpo, R. A study on equilibrium between cooper matte and slag [Текст] / R. Shimpo, S. Goto, O. Ogawa [et al.] // The Canadian Institute of Mining and Metallurgy 23 Annual Conf. of Metallurgists. -Quebec, Canada, 1986. -Vol. 25. -№ 2. -P. 113-121.

Печь Ванюко́ва (плавка в жидкой ванне) — автогенная плавильная печь для переработки медных, медно-никелевых и медно-цинковых концентратов. Плавка происходит в шлако-штейновой ванне печи, куда интенсивно подается кислородно-воздушная смесь.

Технология предложена советским металлургом Андреем Владимировичем Ванюковым.

Промышленные печи Ванюкова применяются для плавки следующих типов сырья: сульфидных никелевых руд, медных, никелевых и свинцовых концентратов: две печи на горно-металлургическом комбинате в городе Балхаше, Республика Казахстан; три печи в городе Норильске, Россия; две печи в городе Ревда, Россия; одна печь двухзонной конструкции в городе Орск, Россия

Содержание

Особенности технологического процесса плавки в жидкой ванне (на примере медного сульфидного сырья)

Теоретические основы процесса плавки в печи Ванюкова

В шлаке, благодаря непрерывно вводимому дутью кислорода, протекают экзотермические реакции. Тепло выделяемое в этих реакциях и поддерживает необходимую температуру процесса. Вследствие этого через некоторое время температура частицы в шлаке достигает средней температуры в печи и приповерхностная пленка шлака нагревается и разжижается, что приводит к ускорению химических реакций взаимодействия между частицами шихты и шлаком. При попадании в ванну расплава сульфидных минералов медного сырья последовательно происходит диссоциация медных сульфидов, например:

Происходит также разложение известняка:

Низшие сульфиды (Cu₂S, FeS) расплавляются и образуют капельки штейна и частично растворяются в шлаке При подаче кислородсодержащего дутья в расплав происходит окисление компонентов шихты и расплава. В соответствии с термодинамическими характеристиками реакций при использовании топлива «в первую очередь» окисляются углеводородные компоненты шихты:

Оставшийся кислород идет на окисление элементарной серы газовой фазы, сульфидов железа штейна и сульфидов железа и меди, растворенных в шлаке.

В соответствии с термодинамикой в газовой фазе помимо СО₂, Н₂О, SO₂ в некоторых количествах должны присутствовать и компоненты неполного окисления, например, такие как Н₂, СО, SO, S₂, H₂S и др. Содержание горючих компонентов в газовой фазе определяется прежде всего термодинамическими параметрами системы — активностями компонентов и температурой процесса. Происходят и ряд других реакций, например, ошлакования и частичного окисления FeО до магнетита. Наличие в расплаве в фурменной зоне сульфидов железа, серы и восстановителей создает хорошие возможности для восстановления магнетита, возможно также сульфидирование шлака элементарной серой газовой фазы.

Технология плавки

Процесс представляет собой непрерывное плавление и окисление в шлаковой ванне расплава медного сульфидного сырья. Ванна барботируется кислородсодержащим дутьем. Образующийся при плавке штейн непрерывно выводится из печи через штейновый сифон в нижней части шлаковой ванны.

Сульфидная шихта подается в ванну расплава печи через три загрузочные течки. Кусочки холодной шихты, при загрузке в печь, погружаются в горячий жидкий шлак с температурой 1250—1600 °C.. Жидкий шлак смачивает поверхность твердых частиц шихты и нагревает их до температуры, при которой между ними начинается интенсивные физические и химические взаимодействия, в результате чего формируются конечные продукты плавки. Одновременно, на глубине около 0,5 м от поверхности, на плавку в шлаковый расплав подается кислородсодержащее дутье (если необходимо для теплового баланса, природный газ или жидкое топливо).

Кислород дутья и природный газ вступают во взаимодействие со шлаком, генерируя тепло за счёт экзотермических реакций, и создают требуемые окислительно-восстановительные условия в расплаве. Скорость движения газовой струи на срезе фурмы составляет 150—220 м/сек. Перемешивание газом расплава и включений перерабатываемых материалов интенсифицирует химические и физические взаимодействия в надфурменной зоне ванны расплава.

Такие высокие скорости подачи газовой струи обеспечивают устойчивый канальный характер струи на расстоянии 100—400 мм от среза фурмы. Далее движение газов дутья перестает иметь канальный характер и струя разбивается на газовые пузыри. Химическое взаимодействие кислорода дутья и расплава протекает на стенках канала, поверхностях газовых пузырей и капель расплава.

Фурменная (барботируемая) зона печи ПВ является местом, где происходят основные физико-химические взаимодействия — окисление кислородом дутья компонентов шихты, растворение кварца и других тугоплавких составляющих шихты, формирование шлака и штейна. Образующиеся капли штейна оседают в подфурменную зону и далее в донную штейновую фазу. В условиях непрерывного поступления сульфидной шихты в фурменную зону и отсадки из неё штейновых капель в зоне барботажа образуется шлако-штейновая эмульсия с определённым соотношением шлака и штейна. При этом сплошной фазой в эмульсии является, шлак и диспергированной — штейн. Шлако-штейновая эмульсия состоит на ~95 % по объёму из шлака и ~5 % по объёму из штейна. Большие скорости тепло- и массообмена обеспечиваются барботажем и энергичным перемешиванием шлако-штейновой эмульсии в фурменной зоне печи. Загружаемый в фурменную зону материал быстро распределяется по всему объёму шлака в барботируемой зоне. Это приводит к быстрому выравниванию средней температуры и состава продуктов плавки по всей барботируемой зоне. Ниже оси фурм (подфурменной зоне) жидкие фазы, образующиеся в результате реакций, формируют отдельные слои, разделяясь по удельному весу. Затем жидкие фазы выводятся по раздельным выпускным каналам. При непрерывной загрузке в расплав шихты, подаче дутья и выпуске расплавов и газов в печи при неизменности входных параметров устанавливаются некоторые постоянные во времени условия, которые определяют состав получаемых жидких и газообразных продуктов плавки. Многочисленные исследования показывают, что эти условия весьма близки к условиям термодинамического равновесия, что достигается, прежде всего, за счёт высоких скоростей физико-химических превращений в процессе Ванюкова.

Количество штейна в условиях плавления шихты в барботируемой шлаково-штейновой эмульсии невелико — не превышает 5-8 %. Мелкие капли имеют высокую вероятность встречи, они коалисцируют, укрупняются и уходят из надфурменной зоны. Таким образом, разрушение крупных капель и укрупнение тонких включений приводит к тому, что основное количество штейна шлако-штейновой эмульсии содержится в каплях размером 100—500 мкм. Такие капли оседают в подфурменной зоне с большой скоростью.

Характеристика отходящих газов

В процессе плавки Ванюкова часть шихты (до 2 % от веса загрузки) и мелкие брызги шлака уносятся отходящими газами в газоходный тракт, не достигая ванны расплава.

Следует отметить, что частицы шихты, двигаясь по газоходу, окисляются подсосами воздуха и сульфатизируются. Этому способствует понижение температуры газов по длине газохода. Так, если в пыли котла—утилизатора около половины соединений составляет сульфиды меди и железа, часть — оксиды железа и цинка, и лишь около трети — сульфаты, то пыль электрофильтра практически целиком представлена сульфатами при небольшой доле оксидов железа.

Температура отходящих газов в аптейке 1100—1300 °C. Содержание диоксида серы в отходящих газах зависит от степени обогащения дутья и состава штейна по меди: чем выше процент обогащения дутья по кислороду и ниже содержание меди в штейне, тем выше концентрация диоксида серы в газе. Отходящие газы перед подачей на сернокислотное производство необходимо охладить и очистить от грубой и тонкой пыли.

Конструкция печи Ванюкова

Проведение процесса плавки в печи ПВ неотделимо от непрерывной работы систем, составляющих комплекс ПВ; систем подачи шихты, подачи кислородсодержащего дутья и природного газа, охлаждения кессонированных элементов печи, непрерывного отвода продуктов плавки — шлака, штейна и технологических газов, очистки, охлаждения и утилизации технологических газов, аспирации, систем. Все кессонированные элементы печи охлаждаются оборотной химически очищенной водой в количестве до 1000 м³/ч при давлении на входе в кессоны и фурмы 0,6 МПа

Комплекс печи ПВ работает с потреблением различных видов топлива: угля и природного газа — для технологических нужд и для отопления сифонов штейна и шлака, обогрева желобов для выдачи штейна и шлака. Основным видом топлива является природный газ.

Строение печи

Печь ПВ состоит из нескольких узлов:

Подины.
Горна, вмещающего донный штейн.
Кессонированной шахты, состоящей из трех рядов кессонов.
Кессонированного фурменного пояса для продувки расплава.
Фурменных устройств второго и третьего ряда.
Сифонов для непрерывной выдачи штейна и шлака с желобами.
Кессонированного свода
Загрузочных устройств.
Желоба для заливки конвертерного шлака в заливочное окно печи.
Аптейка для отвода технологических газов.
Каркаса печи с площадками для обслуживания печи.
Столбчатого железобетонного фундамента.

Прямоугольное рабочее пространство печи выполнено из водоохлаждаемых кессонов и огнеупоров. Боковые и торцевые стены шахты смонтированы из массивных водоохлаждаемых медных кессонов с залитыми внутри змеевиками. На поверхности кессонов, обращенной внутрь печи, образуется гарнисаж, который надежно защищает их от воздействия высоких температур и эрозии. Кессоны монтируют в три яруса по высоте. Ниже кессонированного пояса рабочее пространство выполнено из хромомагнезированного кирпича на шамотной засыпке. В кессонах нижнего яруса на высоте 2…2,5 м от подины предусмотрены отверстия для установки водоохлаждаемых фурм для подачи дутья, а если необходимо, через них подается и углеродистое топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).

Печь ПВ оснащена двумя рядами фурм на каждой из боковых сторон. Через нижний ряд фурм подается воздух, обогащенный кислородом, совместно с природным газом. Второй ряд фурм служит для поддержания расплава в жидкотекучем состоянии при остановке печи в «горячий резерв» на время свыше 10—20 часов и для дожига горючих составляющих технологических газов.

Фурменный ряд разделяет ванну печи на две горизонтально расположенные зоны: надфурменную и под фурменную. В надфурменной зоне происходит интенсивное перемешивание расплава, шихты и газовой фазы. Благодаря этому во всем объёме зоны поддерживается оптимальный состав шлака, происходит быстрое растворение кварца и других компонентов шихты. В подфурменной зоне движущийся поток расплава уже не пермешивается, и в нём можно создавать соответствующие градиенты температур, состава и других параметров, способствующих обеднению шлака и постепенному опусканию более тяжелых капель штейна на дно печи. Штейн удаляют непрерывно через штейновый сифон, расположенный на одном из торцов печи. В торцовой разделительной стенке имеется переточный канал высотой 490 мм, соединяющий рабочее пространство со штейновым сифоном. Уровень штейна в печи не должен опускаться ниже отметки 500 мм, чтобы исключит возможность попадания шлака в штейновый сифон. В сифоне предусмотрено щелевидное окно, через которое штейн по обогреваемому газовыми горелкамит желобу поступает в миксер, где накапливается и его периодически выпускают в ошлакованные ковши. Для аварийного выпуска штейна предусмотрено шпуровое отверстие.

С противоположного торца к печи примыкает шлаковый сифон, в разделительной стенке которого предусмотрен переточный канал. Шлак непрерывно удаляют по обогреваемому кессонированному переточному желобу в накопительную шлаковую емкость объёмом 25 м³ по мере накопления шлака его периодически выпускают в чаши железнодорожных шлаковозов. Накопительная емкость частично выполняет и роль отстойника. Поэтому из неё примерно один раз в сутки через специальное шпуровое устройство выпускают 10… 12 т. штейна того же состава, что и из штейнового сифона.

Свод печи, так же, как и штейнового и шлакового сифонов, выполнен из водоохлаждаемых коробчатых сифонов. Фундамент ленточного типа выполняют из железобетона. Для его теплоизоляции, как обычно, укладывают выстилку. Отходящие от рабочего пространства газы поднимаются по вертикальному газоходу прямоугольного сечения, выполненного из огнеупорного кирпича. К газоходу примыкает кессонированная пылевая камера, в которой за счёт резкого уменьшения скорости газового потока осаждаются крупные фракции пыли и брызги расплава. Они попадают в бункерную часть камеры, и по мере накопления их периодически выгружают шнеком в оборотный пылевой бункер шихтового отделения. Из пылевой камеры газы попадают в котел-утилизатор, а затем после очистки в циклонах их передают в сернокислотное производство. Шихту загружают непрерывно через отверстия в своде по двум независимым загрузочным трактам. Загружаемая в печь шихта в результате интенсивного перемешивания равномерно распределяется по всему объёму барботируемого слоя.

Печь Ванюкова — (плавка в жидкой ванне) автогенная плавильная печь для переработки медных, медно никелевых и медно цинковых концентратов. Плавка происходит в шлако штейновой ванне печи, куда интенсивно подается кислородно воздушная смесь. Технология… … Википедия

печь электрошлакового переплава — [electroslag remelting furnace, ESR furnace] печь сопротивления косвенного действия с жидким теплоносителем в виде расплавленного синтетического шлака, рафинирующего переплавланный металл; применяется в спецэлектрометаллургии, в машиностроении… … Энциклопедический словарь по металлургии

печь-теплообменник — [heat exchange furnace] печь, в которой теплота получается из других видов энергии в зоне генерации теплоты и передается теплообменом в зону технологического процесса. Смотри также: Печь электронно лучевая печь электродоменная печь … Энциклопедический словарь по металлургии

печь-теплогенератор — [heat generation furnace] печь, в которой теплота генерируется непосредственно в зоне технологического процесса за счет введения в нее топлива или электрической энергии либо за счет химической энергии обрабатываемых материалов. Смотри также: Печь … Энциклопедический словарь по металлургии

печь с шагающим подом — [walking hearth furnace] проходная печь теплообменник непрерывного действия, в которой нагреваемые заготовки транспортируются вдоль рабочего пространства, периодически перекладывая их подвижными продольными элементами пода шагающими балками (ШБ) … Энциклопедический словарь по металлургии

печь с роликовым подом — [roller bottom furnace] проходная нагревательная или термическая печь с подом из 50 80 вращающихся роликов, т.е. рольгангом. Конструкция роликов зависит от назначения и температуры рабочего пространства: при 800 1000 °С неохлаждающие ролики; при… … Энциклопедический словарь по металлургии

печь сопротивления — [resistance furnace] электрическая печь, принцип действия которой основан на тепловом действии (по закону Джоуля Ленца) электрического тока в проводнике. Таким проводником может быть нагреваемое тело (печь сопротивления прямого действия) или… … Энциклопедический словарь по металлургии

печь скоростного нагрева — [rapid heating furnace] нагревательная или термическая печь, в которой обеспечивается высокая скорость нагрева металла для пластической деформации или химико термической обработки. В печах теплообменниках скорость нагрева увеличивают либо… … Энциклопедический словарь по металлургии

печь с вращающимся подом — [rotary hearth furnace] нагревательная печь, в которой нагреваемые изделия транспортируются через рабочее пространство на вращающемся поде. Под печи может быть дисковым диаметром до 5 м, вращающимся на центральной цапфе в цилиндрическом рабочем… … Энциклопедический словарь по металлургии

печь периодического действия — [batch furnace] печь, температурный режим которой изменяется во время периодического (циклического) технологического процесса. В общем случае цикл технологического процесса имеет следующие периоды: загрузка нагреваемого материала, нагрев с… … Энциклопедический словарь по металлургии

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Е. А. Алсуфьев

Изучены возможности контроля температуры кессонированного пояса печи Ванюкова. Рассмотрен процесс теплопередачи через многослойную стенку печи и процесс теплоотдачи от кессона к охлаждающей воде. По итогам расчетов и данных литературы установлена связь между температурой кессонированного пояса печи и изменением температуры воды, поступающей на охлаждение кессонов.

Текст научной работы на тему «Исследование возможности контроля температуры кессонированного пояса печи Ванюкова»

Металлургический факультет, группа АПМ-99,

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КЕССОНИРОВАННОГО ПОЯСА ПЕЧИ ВАНЮКОВА

The given article is dedicated to analysis of possibility to control of temperature of a belt of torsion boxes of Vanukov's board. The process of heat transfer through a multilayer wall of board and process of heat rejection from a torsion box to cooling water is reviewed. Under the totals of calculations and data of the literature is drawn a conclusion about a system log-on between temperature of a belt of torsion boxes and temperature variation of water going through for cooling the torsion boxes.

Среди современных технологий переработки сульфидных медных руд наиболее перспективными являются автогенные плавки. Из последних по многим параметрам выделяется процесс Ванюкова - плавка в жидкой ванне ПЖВ. Она позволяет получать богатые штейны заданного состава и отвальные шлаки, не требующие дополнительного обеднения. Отходящие газы печи Ванюкова богаты сернистым ангидридом и пригодны для утилизации, соответствующей высоким требованиям современной экологии. Таким образом, печь ПЖВ как новый и перспективный агрегат вызывает интерес к исследованию возможностей автоматизации.

Для продления эксплуатационного цикла печи необходимо вести контроль состояния стен печи в зоне повышенных температур. В этой зоне стенка печи представляет собой кессонированный пояс, состоящий из трех рядов медных кессонов - надфурмен-ного, подфурменного и фурменного. При

работе печи на внутренних стенах охлаждаемых кессонов застывает корка шлака (гарнисаж) толщиной 15-30 мм. При тепло-съеме с кессона 25-105 кДж/(м2'Ч) корка шлака сохраняется даже при самой высокой интенсивности перемешивания, предохраняя стены печи от разрушения. Это позволяет печи работать непрерывно более трех лет.

Контроль температуры кессонов, а следовательно, и стен печи может осуществляться с помощью контроля температуры воды, поступающей на охлаждение кессонов. Температура воды измеряется на входе и на выходе из кессона с помощью термопар.

Для использования информации о перепаде температуры воды в кессонах А? = Гвых - 4Х необходимо изучить зависимость перепада от температуры поверхности кессонированного пояса. Статическую зависимость можно получить, изучив стационарное поле распределения температур в одном кессоне. При этом примем следующие условия:

• задача считается плоской, т.е. рассматривается сечение кессона;

• расход воды, подаваемой на охлаждение кессонов, постоянен;

• между поверхностью трубы кессона и охлаждающей водой происходит конвективный теплообмен.

При заданных условиях температура воды на выходе из кессонов ?вых является функцией температуры воды на входе ?вх, температуры поверхности кессонированно-го пояса /к и свойств материала кессона к.

Наиболее перспективными для агрегатов автогенной плавки являются охлаждаемые элементы, полученные из высокотеплопроводного материала, с увеличенной толщиной стенки со стороны расплава. Достаточная толщина стенок и высокая теплопроводность (например, медного проката) предотвращают или значительно снижают возможные последствия кратковременных отклонений от стационарных тепловых условий - локальных тепловых ударов, обеспечивая быстрое растекание тепла по всей массе кессона. Один из конструктивных вариантов таких кессонов, разработанных для системы водяного охлаждения, приведен на рисунке.

Водоохлаждаемые кессоны печи Ваню-кова выполнены в форме прямоугольных плит размером 600 х 1300 мм и толщиной 80-100 мм и соединены в секции. Кессоны могут быть из электролитной меди с залитыми медными змеевиками или же из прокатных медных плит различной толщины.

Схема конструкции медного литого кессона со змеевиком 1 - трубы змеевика; 2- медное тело; 3 - слой гарнисажа

Условия теплопередачи определяются коэффициентом к, который зависит от свойств кессона - толщины и коэффициента теплопроводности 8К и Хк кессона, толщины и коэффициента теплопроводности бх и трубы змеевика и коэффициента теплопередачи ав от кессона к воде. Коэффициент ав определяется из критериальной зависимости

Количество тепла, уносимое водой

равно количеству тепла, передаваемому воде кессоном:

где G - расход охлаждающей воды; с - теплоемкость воды; tcp - средняя температура воды в кессоне,

Тогда зависимость (1) принимает вид k(tK + 0,5/вх) + Gctm

Значения коэффициентов и критериев вычисляются при средней температуре воды. Эта температура в начальный момент неизвестна, и определить значения коэффициентов и безразмерных критериев заранее нельзя. Поэтому расчет ведется с применением итерационного цикла с заданием начального приближения, а необходимые справочные величины с помощью сплайновой аппроксимации задаются как функции температуры и рассчитываются на каждом шаге.

Проведенный в МаШСАГ) расчет показал, что данный итерационный цикл сходится за 3-4 шага. Рассчитанное по одному кессону удельное значение теплосъема сопоставимо со значением, указанным в книге А.В.Ванюковым*.

* Ванюков А.В. Плавка в жидкой ванне. М.: Металлургия, 1988. 208 с. _ 161

Изучение зависимости изменения температуры воды, поступающей на охлаждение кессонов, в дальнейшем позволит создать систему автоматического управления температурным режимом процесса Ванюко-ва, сохраняя постоянным состав штейна. Наиболее целесообразно добиваться требуемой температуры, сохраняя неизменным расход кислорода на 1 т шихты. При этом эффективное регулирование температуры достигается согласованным изменением расходов воздуха и угля; еще больший эффект дает управление расходом технического кислорода и содержанием кислорода в дутье.

Управлять температурой можно и при согласованном изменении загрузки кон-

центрата (производительности), а также состава и расхода дутья. Однако коэффициенты чувствительности в этом случае невелики и имеют различные знаки. Рост производительности при добавке воздуха вызывает снижение температуры, добавка кислорода дает небольшой прирост температуры.

Из практических данных известна взаимосвязь изменения перепада температуры воды в кессонах и температуры плавки. Изменение температуры воды на один градус связано со сдвигом температуры ванны на 20 градусов. Это значение является базовым для оценки результатов моделирования.

Металлургическая печь Ванюкова – автогенная плавильная печь для переработки, как правило, медных, медно-никелевых и медно-цинковых концентратов, шлаков либо отходов.

Описание:

Металлургическая печь Ванюкова – автогенная плавильная печь для переработки, как правило, медных , медно-никелевых и медно-цинковых концентратов, шлаков либо отходов.

Она получила название по имени ее изобретателя – Ванюкова А.В.

Плавка происходит в шлако-штейновой ванне печи, куда интенсивно подается кислородно-воздушная смесь и сырье металлургического производства. Если необходимо для поддержания теплового баланса в печь также подается природный газ , жидкое топливо либо уголь .

Благодаря непрерывному дутью кислородно-воздушная смеси непосредственно в ванну расплава в печи происходит автогенный металлургический процесс, т.е. технологический процесс , который осуществляется полностью за счет внутренних энергетических ресурсов, без затрат посторонних источников тепловой энергии — топлива или электрического тока. Тепло выделяется за счет протекания экзотермических химических реакций в расплаве печи в зоне барботажа. В дальнейшем тепло, выделяемое в этих реакциях, поддерживает необходимую температуру процесса плавки.

Расплав достигает высоких температур в интервале от 1200 до 1700 °С, его тепловая энергия может быть использована для отопления и иных нужд.

Образующийся при плавке штейн (смесь сульфидов железа , никеля , меди , кобальта и других элементов, промежуточный продукт при получении некоторых цветных металлов (Cu, Ni, Pb и другие) из их сульфидных руд), а также отходящие газы непрерывно выводятся из печи.

Металлургическая печь Ванюкова представляет собой один из вариантов агрегата плавки в жидкой барботируемой ванне, ее аналог в чёрной металлургии – печь Ромелт.

Преимуществом данной печи является то, что ее сырьем могут быть накопленные за десятилетия отходы металлургического производства, шлак и низкосортный уголь , в отличии от доменной печи , которая не способна перерабатывать отходы и шлаки.

Другим преимуществом печи Ванюкова является то, что она может быть использована для утилизации твердых бытовых, промышленных и прочих отходов (отходы животноводческих хозяйств, в том числе птицефабрик, автомобильные покрышки, золы ТЭЦ, отработанные ГСМ, высокотоксичные и биологически опасные отходы). В такой печи полностью распадаются высокотоксичные органические соединения (диоксины, фураны и пр. соединения).

простейшая кривандин металлургическая печь
виды топливо теория конструкции и теплотехнические расчеты конструкция производство металлургических печей
доменная печь металлургическая
отверстие в металлургических печах
материалы помещенные в металлургическую печь для обработки
металлургическая мини доменная печь
температура устройство металлургической печи
металлургические печи черной металлургии цветной металлургии учебник
облицовка внутренних поверхностей металлургических печей

Читайте также:

Устройство для охлаждения стен печи ванюкова

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Костин Евгений Владимирович, Писарев Александр Иванович

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Костин Евгений Владимирович, Писарев Александр Иванович

Текст научной работы на тему «Нейросетевая модель процесса плавки медного никельсодержащего сырья в печах Ванюкова»

Содержание

Особенности технологического процесса плавки в жидкой ванне (на примере медного сульфидного сырья)

Теоретические основы процесса плавки в печи Ванюкова

Технология плавки

Характеристика отходящих газов

Конструкция печи Ванюкова

Строение печи

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Е. А. Алсуфьев

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Е. А. Алсуфьев

Текст научной работы на тему «Исследование возможности контроля температуры кессонированного пояса печи Ванюкова»

Описание: