Автоматизация печи кислородно-факельной плавки при переработке медных концентратов

Монтажнаяv13.cdw

Функциональная схема.cdw

Схема функциональная
Давление в газопроводе
Расход техн. кислорода
Температура под сводом
Разряжение под сводом
Температура перед КУ

Внешних проводок.cdw

Схема внешних проводок
Расход техн. кислорода
Температура в аптейке
Разряжение под сводом печи

Технологическая схема.cdw

Давление в газопроводе
Расход техн. кислорода
Температура под сводом
Разряжение под сводом
Температура перед КУ

Спецификацияv13.cdw

Тензодатчик 65058С Vishay Sensentrionik
Преобразователь сигнала SENECA 256
Нормирующий преобразователь НП-02
Исполнительный механизм МЭО-91
Нормирующий преобразователь НП-03
Кнопки дистанционного переключения
Контроллер ОВЕН ПЛК 63
Спецификация оборудования

Спецификация.dwg

Тензодатчик 65058С Vishay Sensentrionik
Преобразователь сигнала SENECA 256
Нормирующий преобразователь НП-02
Исполнительный механизм МЭО-91
Нормирующий преобразователь НП-03
Кнопки дистанционного переключения
Контроллер ОВЕН ПЛК 63
Спецификация оборудования

принципиальная элкетрическая.cdw

Функциональная схемаv13.cdw

Схема функциональная
Давление в газопроводе
Расход техн. кислорода
Температура под сводом
Разряжение под сводом
Температура перед КУ

принципиальная элкетрическаяv13.cdw

Спецификация.cdw

Тензодатчик 65058С Vishay Sensentrionik
Преобразователь сигнала SENECA 256
Нормирующий преобразователь НП-02
Исполнительный механизм МЭО-91
Нормирующий преобразователь НП-03
Кнопки дистанционного переключения
Контроллер ОВЕН ПЛК 63
Спецификация оборудования

Внешних проводок.dwg

Схема внешних проводок
Расход техн. кислорода
Температура в аптейке
Разряжение под сводом печи

Внешних проводокv13.cdw

Схема внешних проводок
Расход техн. кислорода
Температура в аптейке
Разряжение под сводом печи

Монтажная.cdw

Технологическая схема.dwg

Давление в газопроводе
Расход техн. кислорода
Температура под сводом
Разряжение под сводом
Температура перед КУ

Технологическая схемаv13.cdw

Давление в газопроводе
Расход техн. кислорода
Температура под сводом
Разряжение под сводом
Температура перед КУ

Функциональная схема.dwg

Схема функциональная
Давление в газопроводе
Расход техн. кислорода
Температура под сводом
Разряжение под сводом
Температура перед КУ

Пояснительная записка.docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Кафедра: Автоматизации технологических процессов и производств
«Проектирование автоматизированных систем»
(наименование дисциплины)
Пояснительная записка
Разработка элементов проектной документации по автоматизации печи кислородно-факельной плавки при переработке медных концентратов
(группа)(подпись)(Ф.И.О.)
Краткая характеристика процесса8
Перечень параметров подлежащих контролю и регулированию10
Назначение и функции КТС АСУТП11
Расчет сужающего устройства13
Сисок используемой литературы17
В данной работе разрабатываются элементы проектной документации автоматизации технологических процессов проходящих в кислородно-факельной печи при обработке медных концентратов. Также проводится расчет сужающего устройства для измерения расхода технического кислорода в дутье. Все исходные данные берутся из литературных источников.
In this paper we develop the elements of the design documentation process automation taking place in an oxygen-torch furnace processing of copper concentrates. Also we calculate the orifice flow measurement of technical oxygen in the blast. All source data are taken from the literature
Медь — один из первых металлов человеческой цивилизации. Древнейшие медные предметы и куски руды обнаружены на раннеземледельческих поселениях Передней Азии (4-е тысячелетие до н.э.). Сплавы меди были основным материалом для производства орудий труда и оружия в бронзовом веке (конец 4-го — начало 1-го тысячелетия до н.э.). Древнейшие бронзовые орудия найденные в Южном Иране Турции и Месопотамии относятся к 4-му тысячелетию до н.э. Позднее они распространяются в Египте (с конца 4-го тысячелетия до н.э.) Индии (конец 3-го тысячелетия до н.э.) Китае (с середины 2-го тысячелетия до н.э.) и в Европе (со 2-го тысячелетия до н.э.).
Медная промышленность в России возникла в начале 17 в. В 1630-53 были построены Пыскорский и Казанский заводы. В начале 18 века Россия выплавляла ежегодно примерно 3 тысячи т меди (20% общемирового производства) а к концу 18 в. — 62 тысяч т. Низкий технический уровень производства привёл к застою и упадку медной промышленности в конце 18 века. Плавка производилась в шахтных печах при большом расходе древесного угля (до 40% от всей проплавляемой шихты) и значительных потерях металла (около 50% от содержания меди в руде). В 1908-12 в связи с переходом на пиритную плавку сернистых медных колчеданов отмечался подъём медной промышленности. В 1914-16 наиболее крупные медеплавильные заводы находились на Урале: Карабашский (годовая мощность свыше 7 тысяч т) Богословский (свыше 3 тысяч т) Калатинский (около 2 тысяч т). Остальные заводы представляли собой мелкие кустарные производства с суммарной выплавкой около 4 тысяч т в год. 75% меднорудных предприятий дореволюционной России находилось в руках иностранных концессионеров.
Во время 1-й мировой войны 1914-18 и Гражданской войны 1918-20 меднорудные предприятия были полностью разрушены. В 1922 пущен первый медеплавильный завод — Калатинский (ныне Кировградский). К 1928 были восстановлены и частично реконструированы медные рудники и заводы Урала. За годы довоенных пятилеток (1929-40) вступили в строй Красноуральский Среднеуральский и Балхашский медеплавильные заводы Медногорский медно-серный комбинат и медеэлектролитный завод в Пышме. Больших успехов достигла медная промышленность CCCP в первые годы 3-й пятилетки (1938-40). К 1940 CCCP занял одно из ведущих мест в мире по производству меди. Во время Великой Отечественной войны 1941-45 медная промышленность была в основном сосредоточена на Урале.
В 1946-60 наряду с расширением и реконструкцией старых промышленных центров на Урале в Казахстане и Закавказье были созданы новые комплексы с высоким уровнем технологии производства в Средней Азии Сибири Казахстане на Кавказе и Южном Урале что позволило CCCP выйти в число передовых среди стран-производителей меди.
Все горнодобывающие и перерабатывающие предприятия медной промышленности оснащены современной техникой и передовой технологией. Наиболее распространены открытые разработки. При добыче руд используется транспортная система разработки. На шахтах применяются модификации систем разработки с открытым очистным пространством и системы подэтажного и этажного обрушения. С целью снижения потерь руд внедряют системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. При разработке медно-никелевых месторождений получил развитие механизированный вариант системы разработки горизонтальными слоями с закладкой. На подготовительных работах используют высокопроизводительные буровые и погрузочные комплексы самоходного оборудования. Основной объём бурения производят буровыми машинами оснащёнными манипуляторами; при бурении скважин большого диаметра применяют буровые установки с погружными пневмоударниками.
Обогащение медных руд флотационное распространено доизмельчение грубых концентратов. Внедрение прогрессивных коллективно-селективных схем обогащения при переработке комплексных медьсодержащих руд обеспечивает селективное выделение высококачественных концентратов и высокую степень извлечения металлов. Большинство медно-никелевых обогатительных фабрик работает с применением коллективной флотации сульфидов и последующим получением никелевого медного и пирротинового концентратов. На отдельных фабриках пирротиновый концентрат получают методом магнитной сепарации. В мировой практике 80% меди выплавляют из концентратов пирометаллургическими методами. Наиболее применяемая схема производства меди включает: плавку (в основном в отражательных печах или электропечах) конвертирование огневое или электролитическое рафинирование. Для более полного извлечения всех металлов из медных концентратов отражательная плавка заменяется новыми процессами (кислородно-взвешенная плавка плавка в жидкой ванне). Гидрометаллургические методы получения меди применяют для бедных окисленных и самородных руд (избирательное растворение медьсодержащих минералов электролиз). Распространяются автоклавные процессы. Разработка и внедрение гидрометаллургических схем и совершенствование прометаллургических процессов способствуют повышению комплексного использования сырья и интенсификации производства.
Среди зарубежных социалистических стран медная промышленность развита в Польше Монголии Чехословакии Болгарии. Значительно возрос выпуск меди в СФРЮ и КНДР.
В капиталистических странах к началу 20 века суммарное производство руд выросло до 1 млн. т а накануне 2-й мировой войны 1939-45 превысило 2 млн. т; в 50-х — начале 80-х гг. отмечался быстрый рост: за 1950-84 годовой объём производства среди промышленно развитых капиталистических и развивающихся стран увеличился почти в 3 раза и достиг 63 млн. т. Значительные сдвиги произошли и в размещении медной промышленности. Если в середине 19 века Великобритания вышла на одно из первых мест в мире по производству меди то в конце 19 — начале 20 веков центр добычи переместился из Европы в Северную Америку. С начала 60-х гг. отмечается дальнейшее расширение добычи медных руд в развивающихся странах а также в Канаде и Австралии (табл.).
В 1984 на развивающиеся государства приходилось свыше 60% всей добываемой руды; увеличение их доли в производстве меди в начале 80-х годов обусловлено главным образом наращиванием добычи в Чили Перу на Филиппинах а также освоением месторождений в Папуа-Новой Гвинее и в Индонезии.
Подземным способом обеспечивается 30% общей добычи руд 70% — открытым. Тенденция к увеличению доли добычи открытым способом связана с преобладанием в запасах низкосортных вкрапленных медных руд. В 1980 в промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах действовало около 80 собственно медных рудников 60 медно-молибденовых и медно-никелевых и 200 рудников по добыче полиметаллов в которых медь — основной вид продукции.
К началу 80-х гг. вследствие национализации медьдобывающих предприятий в развивающихся странах а также конкурентной борьбы между монополистическими объединениями различных стран на долю 8 крупных медьдобывающих монополий которые в течение полувека обеспечивали до 70% мировой капиталистической добычи приходилось лишь 25% всего объёма производства меди. С конца 70-х гг. ведущие позиции в производстве меди стали занимать государственные компании развивающихся стран которые в начале 80-х годов обеспечили свыше 30% производства меди в капиталистическом мире.
До середины 60-х гг. руды и концентраты не играли существенной роли в международной торговле медью. На внешний рынок поступало небольшое количество руд от мелких компаний которые не могли сами осуществлять полную переработку сырья. В 1965-84 мировой капиталистический экспорт руд и концентратов вырос почти в 6 раз вследствие увеличения мощностей плавильных заводов в странах — основных потребителях меди а также строительства добывающих предприятий в развивающихся странах зачастую финансировавшихся иностранными компаниями на условиях оплаты кредитов поставками их продукции. Важной особенностью международной торговли медью является образование в 1967 Межправительственного совета стран — экспортёров меди (SGPEC) в который входят Чили Перу Замбия Заир Индонезия ассоциированные страны: Папуа-Новая Гвинея Мавритания Югославия. В начале 80-х гг. доля руд и концентратов в совокупном капиталистическом экспорте меди всех видов составила (%): 25-30 (против 8 в 1965) черновой меди — 15-16 (28) рафинированного металла — 55-60 (64). Основные поставщики медных концентратов (в 1984 72% совокупного экспорта) — Канада Филиппины Папуа-Новая Гвинея и Чили. Ведущими покупателями медных руд и концентратов на мировом рынке выступают Япония и ФРГ (свыше 34 суммарного капиталистического импорта) медеплавильные предприятия которых работают преимущественно на импортном сырье.
Краткая характеристика процесса
Автогенными называются технологические процессы которые осуществляются полностью за счет внутренних энергетических ресурсов без затрат посторонних источников тепловой энергии – топлива или электрического тока. При переработке сульфидного сырья обладающего достаточно высокой теплотворной способностью автогенность пирометаллургического процесса (плавки) достигается за счет тепла экзотермических реакций горения (окисления) сульфидов перерабатываемой шихты. В качестве окислительного реагента при плавке можно использовать воздух обогащенное кислородом дуться или технологических кислород.
Таким образом автогенная плавка является окислительным процессом. При её осуществлении степень десульфуризации можно изменять в широких пределах изменяя соотношение между количествами перерабатываемого материала и дутья. Это позволяет в широком диапазоне варьировать составом штейнов вплоть до получения черновой меди.
Все автогенные плавки являются совмещенными. Они объединяют в одном металлургическом аппарате процессы обжига плавки и частично или полностью конвертирование. Это позволяет наиболее рационально и концентрировано (в одном месте) переводить серу шихты в газы. При этом в зависимости от содержания кислорода в дутье можно получать газы с различным содержанием SO2? Вплоть до чистого сернистого ангидрида.
Автогенные процессы позволяют создавать технологические схемы обеспечивающие минимальные энергетические затраты высокую комплектность использования сырья и предотвращение загрязнения воздушного и водного бассейнов.
В основе любого автогенного способа плавки сульфидных медных медно-цинковых и медно-никелевых концентратов и руд лежит следующая суммарная реакция:
Эта экзотермическая реакция протекает в две стадии. Сначала проходит окисление сульфида железа:
а затем образовавшийся оксид железа ошлаковывается кварцевым флюсом:
При окислении сульфидных материалов возможно также переокисление железа до магнетита:
с последующим его разрушением сульфидом железа:
Плавка во взвешенном состоянии на подогретом и обогащенном кислородом дутье является в настоящее время самым распространенным в цветной металлургии автогенным процессом.
В печах КФП сжигают сухую сульфидную шихту в горизонтальном факеле для чего на одной из торцовых стен печи установлены специальные горелки. Образовавшиеся при плавке капли сульфидно-оксидного расплава падают на поверхность шлаковой ванны в которой происходит разделение жидких продуктов плавки и отстаивание штейна от шлака. На противоположный стороне печи установлены горелки для факельного сжигания в кислороде пиритного концентрата что сопровождается образованием бедного по содержанию меди сульфидного расплава служащего для промывки шлака с целью обеднения его медью. Обедненный шлак содержит 06-065% Cu. При плавке получают штейн с 47-50% Cu.
Газы плавильной и обеднительной зон удаляются через общий газоход установленный в центре печи. Они содержат до 80% SO2 и используются для получения жидкого сернистого ангидрида или в производстве серной кислоты.
Производительность печи составляет 10-12 т(м2сут).
Плавка характеризуется выделением в самой печи большого количества избыточного тепла оказывающего сильное воздействие на конструкцию печи. Рациональное использование этого тепла затруднено. Отвод избытка тепла от стен свода и газохода осуществляется с помощью водо-охлаждаемых устройств.
Основные технологические параметры:
Производительность печи 10 тч;
Расход технического кислорода 200 м3ч;
Разряжение под сводом печи -20 кПа.
Содержание меди в штейне 40%
Содержание меди в шлаке 12%
Крупность шихты 01мм
Содержание О2 в дутье 95%
Содержание SO2 в газах 75%
Перечень параметров подлежащих контролю и регулированию
Расход технического кислорода
Концентрация технического кислорода в дутье
Давление в трубопроводе подачи технического кислорода
Температура под сводом печи
Разряжение под сводом печи
Температура перед котлом-утилизатором
Разряжение перед котлом-утилизатором
Температура перед электрофильтром
Разряжение перед электрофильтром
Назначение и функции КТС АСУТП
Сбор и обработка аналоговых и дискретных сигналов от датчиков в процессной зоне;
Формирование аналоговых дискретных и импульсных выходных сигналов управления регулирования и блокировки;
Выполнение операций логического программного управления регулирования и сложной обработки аналоговых сигналов;
Вывод текущих значений параметров технологических сообщений и рапортов динамики и истории процесса на видеомониторы и печать;
Сигнализацию отклонения параметров от нормы;
Дистанционное управление исполнительными органами и оборудованием;
Обмен информацией с ВК верхнего уровня управления
Экспертное управление по основным контурам.
Газоанализатор ГИАЦИНТ
Тензодатчик 65058С Vishay Sensetronik
Преобразователь сигнала SENECA 256
Нормирующий пребразователь НП-02
Исполнительный механизм МЭО-91
Нормирующий преобразователь НП-03
Кнопки дитсанционного переключения
Контроллер ОВЕН ПЛК 63
Расчет сужающего устройства
Сисок используемой литературы
Уткин Н.И. Металлургия цветных металлов. М.: Металлургия 1985 г 400с.
Мечев Автогенные процессы
Деамидовский Д.А. Шалыгин Л.М. Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии
Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов
Номенклатурный каталог приборов систем и средств автоматизации технологических процессов