где n^/ - содержание мелких частиц в единице объема;

В - аттракционный объем, создаваемый крупными частицами в единицу времени в процессе их осаждения.

Потоки сульфидных частиц при таком представлении рассматриваемых явлений представили как суммы потоков крупных частиц, потоков мелких частиц, не изменяющихся в процессе осаждения, и потоков мелких частиц, осаждаемых при слиянии с крупными частицами. При этом соотношение потока крупных частиц приняли пропорциональным:

р = р₀ - р_1*С

Математическую модель разделения расплава на шлак и штейн получили в виде системы уравнений материальных балансов по участвующим в процессе веществам:

В этом уравнении в квадратных скобках представлены потоки сульфидных частиц из зоны разделения в штейн, они определяют состав штейна по уравнению:

Для определения вязкости расплава необходимо дополнительно определять текущее значение содержания SiO₂ в расплаве и его температуру.

Материальный баланс по двуокиси кремния для зоны разделения расплава имеет вид

Полученная система уравнений материальных балансов по участвующим в процессе веществам представлена ниже на рис. 3.

Рис. 3. Математическая модель процесса плавки сульфидного сырья в КФП

При исследовании полученной модели процесса плавки сульфидного сырья, мы установили следующее:

- при увеличении содержания меди в шихте, содержание меди в штейне возрастает (рис.4).

Рис. 4 Характеристика изменения содержания меди в штейне при изменении содержания меди в шихте

- при увеличении содержания меди в шихте, содержание меди в шлаке возрастает (рис.5).

-

Рис. 5. Характеристика изменения содержания меди в шлаке при изменении содержания меди в шихте

- при уменьшении содержания меди в шихте, содержание меди в штейне уменьшается (рис.6).

Рис. 6. Характеристика изменения содержания меди в штейне при изменении содержания меди в шихте

- при уменьшении содержания меди в шихте, содержание меди в шлаке уменьшается (рис.7).

Рис. 7. Характеристика изменения содержания меди в шлаке при изменении содержания меди в шихте

- при увеличении содержания SiO₂ в шихте, содержание меди в штейне уменьшается (рис.8).

Рис. 8. Характеристика изменения содержания меди в штейне при изменении содержания SiO₂ в шихте

- при увеличении содержания SiO₂ в шихте, содержание меди в шлаке уменьшается (рис.9).

Рис. 9. Характеристика изменения содержания меди в шлаке при изменении содержания SiO₂ в шихте

Необходимо построить статические характеристики процесса плавки сульфидного сырья.

Таблица 20

Рис. 10. Статическая характеристика содержание Cu штейна = f (содержание Cu шихты)

• Таблица 21

Содержание Cu шихты	Содержание Cu шлака
15,2	0,737
17,1	0,883
19	0,9995
20,9	1,115
22,8	1,23


• Рис. 11. Статическая характеристика содержание Cu шлака = f (содержание Cu шихты)
• Таблица 22

Содержание SiO2 шихты	Содержание Сu штейна
0,15	50,12
0,17	50,06
0,19	50,01
0,21	49,95
0,23	49,9
0,25	49,84
0,27	49,79
0,29	49,74
0,31	49,69
0,33	49,64
0,35	49,59
0,37	49,54
0,39	49,49


• Рис. 12. Статическая характеристика содержание Cu штейна = f (содержание SiO₂ шихты)
• Таблица 23

СодержаниеSiO2 шихты	Содержание Сu шлака
0,15	1,013
0,17	1,006
0,19	0,9995
0,21	0,9929
0,23	0,9865
0,25	0,9801
0,27	0,9738
0,29	0,9676
0,31	0,9615
0,33	0,9554
0,35	0,9494
0,37	0,9436
0,39	0,9377


• Рис. 13. Статическая характеристика содержание Cu шлака = f (содержание SiO₂ шихты)
• Таким образом, при исследовании полученной модели плавки сульфидного сырья в печи КФП при увеличении содержания меди в шихте, содержания меди в штейне и в шлаке возрастает и, наоборот, при уменьшении содержания меди в шихте, содержания меди в штейне и в шлаке уменьшается. Однако при увеличении содержания SiO₂ в шихте, содержание меди в штейне и в шлаке уменьшается.

Это соответствует справочным данным, значит, исследования были проведены верно.

Технологический процесс плавки сульфидного сырья в печи КФП относится к высокоскоростным процессам переработки сырья. При этом формировать типовую структуру управления по возмущению, а именно - состав продуктов переработки (входные управляющие параметры) не представляется возможным по причине большого транспортного запаздывания в системе получения информации о составе продуктов и дискретности получения этой информации.

Для обеспечения автогенности процесса требуется система регулирования теплового режима.

В связи с тем, что процессы, протекающие в факеле, практически безинерционны, а жестко выдержать подачу шихты с практически нулевой влажностью затруднительно, следовательно, возникают также ситуации, в которых если расход шихты в какой-нибудь период времени получается меньше заданного, то происходит переокисление расплава, а, следовательно, что ведёт к потерям меди со шлаками.

При избытке шихты по отношению к заданному получается медный по меди штейн. Это приводит к более продолжительному времени переработки такого штейна, а следовательно, к дополнительным расходам.

Значит, основная задача заключается в организации управления соотношения шихта - дутьё.

Для организации температурного режима необходимо вводить определённое количество теплового потока с дутьём, то есть при заданном расходе дутья температура дутья должна быть постоянной. Следовательно, температура в печи в факельной зоне должна быть постоянной.

Для того чтобы отработать возмущения, необходима система регулирования, которая бы обеспечивала компенсацию температуры и корректировала расход штейного потока с дутьем по температуре в факельной зоне.

4. Экономическая часть

4.1 Общая характеристика плавильного отделения

Плавильное отделение цеха предназначено для плавки сульфидных медных концентратов с получением богатого штейна и отвального шлака, а также очищенных и охлажденных газов плавильной зоны, пригодных для производства элементарной серы и серной кислоты. Производительность по концентрату 34,25 т/сут. (годовая производительность комплекса - 300 тыс. т/год).

В состав оборудования входят:

1. печь КФП;

2. теплообменный аппарат (газоохладитель);

3. аптейк;

4. загрузочный тракт печи.

Богатый штейн, образующийся при плавке, периодично выпускают из печи и передается на варку металлов. Шлак непрерывным потоком поступает в обеднительные электропечи и далее на грануляцию и откачивается в виде пульпы на шлакоотвал с последующим возвратом воды на грануляцию. Газовые потоки плавильной зоны применяются для производства элементарной серы и серной кислоты.

4.2. Калькуляция себестоимости продукции.

Себестоимость выпускаемой продукции определяется на основании приведенных расчётов сырьевых и топливно-энергетических затрат, расходов на содержание и эксплуатацию оборудования и цеховых расходов.

Для определения себестоимости продукции составляется калькуляция.

Таблица 24 Калькуляция себестоимости продукции

Наименование статей затрат и материалов	Единица измерения	Цена за единицу, тыс. руб.	По проекту	Фактически
			Количество	Сумма, тыс. руб.	Количество	Сумма, тыс. руб.
Концентрат	т	31	1,25	38,75	1,25	38,75
Флюс	т	5	0,05	0,25	0,05	0,25
Вода	тыс. м3	1,21	0,003	0,0036	0,003	0,0036
Дутьё	тыс. м3	12,1	0,20	2,42	0,20	2,42
Энергозатраты	МВт*час	0,6	0,3	0,18	0,38	0,228
Основная заработная плата производственных рабочих	тыс. руб.			0,16		0,21
Дополнительная заработная плата производственных рабочих	тыс. руб.			0,02		0,04
Единый социальный налог	тыс. руб			0,05		0,05
Содержание оборудования	тыс. руб			0,70		0,72
Цеховые расходы	тыс. руб			0,20		0,24
Итоговая стоимость	тыс. руб			42,73		42,91

4.3 Расчёт экономической эффективности

Экономический эффект достигается за счёт внедрения автоматизированной системы управления, а также за счёт внедрения более современных ПЛК.

Экономическая эффективность определяется как разница между фактической и проектируемой себестоимостью:

Э_с = (С₁ - С₂)*А = (42,91 - 42,73)* 300 = 54 тыс. руб.

Экономический эффект определяется по формуле:

Э = Э_с * (1-0,24) = 54 * (1-0,24) = 41,04 тыс. руб.

Срок окупаемости оборудования вычисляется по следующей формуле:

 года,

где К₁ - капитальные вложения базового варианта;

К₂ - капитальные вложения по проектируемому объекту;

С₁ - себестоимость годового выпуска базового варианта;

С₂ - себестоимость годового выпуска по проектируемому объекту.

Таблица 25 Сводные технико-экономические показатели проекта

Наименование	Единица измерения	Значение показателей
		По проекту	Фактически
Годовой выпуск продукции	тыс. т	300	300
Капитальные вложения в основные фонды	тыс. руб	176,93	-
Численность трудящихся	чел	50	52
В том числе:
рабочих	чел	40	42
ИТР	чел	10	10
Себестоимость продукции	тыс. руб	42,73	42,91
Экономический эффект	тыс. руб	41,04	-
Срок окупаемости	год	3,3	-

Заключение

Для плавки на штейн медного рудного сырья и концентратов в настоящее время используется множество пирометаллургических процессов. В дипломном проекте проведен расчет комплекса печи для плавки медного сульфидного концентрата в кислородно-факельной печке (КФП).

В дипломном проекте произведён расчёт материального баланса взвешенной плавки, теплового баланса.

В данном проекте была разработана математическая модель процесса плавки шихты, получены статические характеристики процесса, разработана структурная схема автоматизации.

Библиографический список

1. Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья, 1988.

2. Гальнбек А.А., Шалыгин Л.М., Шмонин Ю.В. Расчёты пирометаллургических процессов и аппаратуры цветной металлургии, 1990.

3. Гудима Н.В., Швейц Я.П. Краткий справочник по металлургии цветных металлов, 1975.

4. Диомидовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургии, 1970.

5. Диомидовский Д.А. Контроль и автоматизация процессов в цветной
металлургии, 1967.

6. Иванов В.А., Юбдеев Ю.М. АСУП и АСУ ТП цветной металлургии, 1980.

7. Кудасов В.И., Шульгин А.И. Организация, планирование, управление производством и основы АСУТП, 1989.

Размещено на Allbest.ru