Устройство контроля и управления вакуумной индукционной плавильной печью для рафинирования меди

Устройство контроля и управления печи рафинирования меди относится к области цветной металлургии, и может быть использовано при огневом рафинировании медного лома, преимущественно электротехнического назначения, загрязненного, главным образом, примесями припоя и посторонними включениями. Техническим результатом является снижение процентного содержания нежелательных примесей в расплаве медного лома, преимущественно электротехнического назначения, загрязненного, главным образом, примесями припоя и посторонними включениями, за счет того, что в устройстве контроля и управления печи рафинирования меди блок сбора информации выполнен в виде анализатора химического состава и уровня кислорода, соединенного входом с печью рафинирования; блок обработки информации выполнен в виде компаратора, вход которого соединен с выходом анализатора, а выход - с блоком управления; устройство снабжено механизмом продувки и подачи гидроксида натрия, входом, соединенным с выходом блока управления, вход которого соединен с компаратором, другой выход блока управления, соединен с исполнительным механизмом печи рафинирования, что позволяет строго контролировать, после каждой продувки, уровень окисленности расплава и химический состав рафинируемого металла, и, исходя из конкретных данных, формировать команду о продолжении операций введения NaOH и продувки, либо команду об окончании стадии рафинирования и перехода к сливу шлака.

1 н.п.ф. 1 ил.

Устройство для управления печью рафинирования расплава медного лома относится к области цветной металлургии, и может быть использовано при огневом рафинировании медного лома, преимущественно электротехнического назначения, загрязненного, главным образом, примесями припоя и посторонними включениями.

Известно «Устройство автоматического управления конвертерной плавкой» по патенту 2281337 от 11.10.2004, опубликовано 10.08.2006, МПК С21С 5/30, содержащее блок запоминания, блок управления режимами работы блока запоминания, блок датчиков информационно-измерительной системы, блоки измерения интенсивности газообразования СО и СО2, блок определения времени продувки, второй и третий ключи, второй и третий блоки сравнения и соответствующие второй и третий пороговые элементы и блок двойного совпадения. Устройство снабжено блоком определения скорости поступления кислорода в шлак, сумматором, блоком контроля количества кислорода в шлаке, блоком анализа режимов управления.

Но данное устройство не содержит блока контроля химического состава металла, причем, уровень окисленности расплава определяется по параметрам печной атмосферы.

Наиболее близким техническим решением является устройство контроля и управления скорости загрузки шихтовых материалов и расхода технического кислорода в печь Ванюкова по патенту 2456353 «Способ автоматического управления содержанием меди в штейне» от 09.08.2010, опубликовано 20.07.2012, МПК С22В 1/10. Устройство содержит измерительные каналы, блок сбора и предварительной обработки информации, связанный через переключающий блок, с блоком управления по алгоритму, и автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора. Блок управления по алгоритму связан с устройствами выработки управляющего воздействия на расход технического кислорода, выработки управляющего воздействия на расход и скорость загрузки металлсодержащих (концентрат+руда) материалов и выработки управляющего воздействия на расход флюса, которые, в свою очередь, связаны с регулирующим вентилем (на схеме не показан) кислородопровода и электродвигателями питателей загрузки соответствующих шихтовых материалов. Оператор с помощью АРМ также имеет возможность воздействовать на расход и скорость загрузки шихтовых материалов и технического кислорода посредством прямого ручного управления устройствами выработки управляющего воздействия через блоки прямого задания расхода технического кислорода, расхода и скорости загрузки металлсодержащих (концентрат+руда) материалов и расхода и скорости загрузки флюса.

Но данное устройство предназначено для первичного извлечения металла, в связи с чем отсутствует необходимость строгого контроля химического состава. Кроме того, процесс в печи Ванюкова существенно отличается от процессов, применяемых при огневом рафинировании сырья с высоким содержанием меди.

Задачей является снижение процентного содержания нежелательных примесей в расплаве, полученном из медного лома, преимущественно электротехнического назначения, загрязненного, главным образом, примесями припоя и посторонними включениями.

Задача решена за счет устройства для управления печью рафинирования расплава медного лома путем подачи гидроксида натрия или его продувки, характеризующегося тем, что оно содержит блок управления, анализатор химического состава расплава и содержания в нем кислорода и компаратор, вход которого соединен с выходом упомянутого анализатора, а выход - с блоком управления, при этом устройство выполнено с возможностью соединения первого выхода блока управления с входом механизма продувки расплава гидроксидом натрия или входом механизма подачи гидроксида натрия на поверхность расплава, при этом второй выход блока управления соединен с исполнительным механизмом печи рафинирования.

Соединение анализатора химического состава расплава и содержания в нем кислорода, с входом с печью рафинирования, выполнение блока обработки информации в виде компаратора, вход которого соединен с выходом анализатора, а выход - с блоком управления, снабжение устройства механизмом продувки и подачи гидроксида натрия, входом, соединенным с выходом блока управления, вход которого соединен с компаратором, другой выход блока управления, соединен с исполнительным механизмом печи рафинирования, позволяет строго контролировать, после каждой продувки, уровень окисленности расплава и химический состав рафинируемого металла, и, исходя из конкретных данных, формировать команду о продолжении операций введения NaOH путем продувки, или подачи на поверхность расплава, либо команду об окончании стадии рафинирования и перехода к сливу шлака.

Устройство для управления печью рафинирования расплава медного лома изображено на чертеже в виде блок-схемы, где печь 1 рафинирования, анализатор 2 химического состава расплава и содержания в нем кислорода, компаратор 3, блок 4 управления с дисплеем, механизм 5 продувки расплава гидроксидом натрия, исполнительный механизм 6 печи рафинирования, механизм 7 подачи гидроксида натрия на поверхность расплава.

Устройство для управления печью рафинирования расплава медного лома выполнено следующим образом.

Для достижения заявленного технического результата - снижения процентного содержания нежелательных примесей в расплаве медного лома, осуществления постоянного контроля процесса рафинирования в печи 1, в предлагаемом устройстве, анализатор 2 химического состава расплава и содержания в нем кислорода, соединен входом с печью рафинирования 1, а выходом - с компаратором 3.

Для определения соответствия или отклонения текущих показателей с анализатора 2, в предлагаемом устройстве, вход компаратора 3, соединен с выходом анализатора 2, а выход - с блоком управления 4.

Для выработки управляющих воздействий, устройство снабжено блоком 4 управления, входом, соединенным с компаратором 3, и выходами, соединенными с исполнительным механизмом 6 печи 1 рафинирования и механизмом 5 продувки и механизмом 7 подачи в расплав гидроксида натрия.

Для прямого задания расхода кислорода и подачи гидроксида натрия, устройство снабжено механизмом 5 продувки гидроксидом натрия и механизмом 7 подачи в расплав гидроксида натрия, соединенными входом, с выходом блока 4 управления, а выходом - с печью рафинирования 1.

Устройство для управления печью рафинирования расплава медного лома работает следующим образом.

Анализатор 2 химического состава расплава и содержания в нем кислорода, после расплавления в плавильном агрегате 1 медьсодержащих материалов, определяет исходные показатели загрязнения металла посторонними примесями, а также содержание кислорода в расплаве.

Данные с анализатора 2 химического состава расплава и содержания в нем кислорода поступают в компаратор 3, осуществляющий сравнение текущих показателей расплава с заданными. Результат сравнения поступает на блок управления 4.

В зависимости от данных, полученных от компаратора 3, блок управления 4 формирует те, или иные управляющие воздействия в соответствии с алгоритмом. Информация об управляющем воздействии также выводится на дисплей блока управления 4, для того, чтобы была возможность оперативного осуществления операций в неавтоматическом режиме, непосредственно оператором.

При показаниях с компаратора о превышении содержания кислорода и превышении содержания примесей с управляющего блока 4 формируется на механизм 7 команда на подачу в расплав гидроксида натрия, или на механизм 5 на продувку расплава.

При превышении содержания кислорода, но удовлетворительном содержании примесей, с управляющего блока 4 на исполнительный механизм 6 печи рафинирования 1, формируются команды на слив шлака, и, затем, на восстановление металла.

При удовлетворительном содержании примесей и нормальном содержании кислорода с управляющего блока 4 на исполнительный механизм 6 печи рафинирования 1, формируется команда на слив металла.

В расплав механизмом 7, порциями, на поверхность расплава, или механизмом 5 вдуванием через фурмы, подают гидроксид натрия (NaOH) в количестве от 0,5% до 3% от массы шихты, в зависимости от исходных показателей загрязнения металла посторонними примесями, анализатора 2.

Расплав в течение определенного времени продувают кислородсодержащим газом (в частном случае - воздухом), и контролируют химический состав рафинируемого металла.

После каждой продувки анализатором 2 контролируют химический состав рафинируемого металла, и, исходя из конкретных данных, блок 4 формирует команду о продолжении операций введения NaOH и продувки механизмом 5, либо команду об окончании стадии рафинирования и перехода к сливу шлака.

По окончании указанных операций расплав выстаивается до образования на поверхности расплава жидкого шлака, имеющего низкую вязкость, представляющего собой смесь оксида меди (I и II) и оксидов примесей, преимущественно свинца, железа, олова, сурьмы.

Шлак удаляют любым удобным способом, например путем слива, или механически, после перевода шлака в твердую фазу, путем подачи на поверхность расплава полифосфата щелочного металла.

После удаления шлака, восстанавливают (раскисляют) расплав любым из известных способов: подачей в расплав мокрых бревен (дразнение), или продувкой природным газом, или введением в расплав смеси тяжелых углеводородов, периодически контролируя расплав, до получения удовлетворительного, ниже 300 ppm (0,03%), показателя содержания кислорода в расплаве.

Предлагаемое устройство при испытаниях показало свою эффективность, существенное снижение концентрации в расплаве таких нежелательных примесей как свинец, железо, олово, сурьма. Данные сведены в таблицу.

	Исходное содержание (ppm)	Конечное содержание (ppm)
Элемент			Степень рафинирования
Sn (олово)	100-210	12-30	7-9
РЬ (свинец)	15-80	5-20	3-4
Fe (железо)	50-150	5-10	10-15
Sb (сурьма)	10-15	5-10	1,5-2

Техническим результатом является снижение процентного содержания нежелательных примесей в расплаве медного лома, преимущественно электротехнического назначения, загрязненного, главным образом, примесями припоя и посторонними включениями, за счет за счет устройства для управления печью рафинирования расплава медного лома путем подачи гидроксида натрия или его продувки, характеризующегося тем, что оно содержит блок управления, анализатор химического состава расплава и содержания в нем кислорода и компаратор, вход которого соединен с выходом упомянутого анализатора, а выход - с блоком управления, при этом устройство выполнено с возможностью соединения первого выхода блока управления с входом механизма продувки расплава гидроксидом натрия или входом механизма подачи гидроксида натрия на поверхность расплава, при этом второй выход блока управления соединен с исполнительным механизмом печи рафинирования, что позволяет строго контролировать, после каждой продувки, уровень окисленности расплава и химический состав рафинируемого металла, и, исходя из конкретных данных, формировать команду о продолжении операций введения NaOH и продувки, либо команду об окончании стадии рафинирования и перехода к сливу шлака.

Устройство для управления печью рафинирования расплава медного лома гидроксидом натрия, характеризующееся тем, что оно содержит блок управления, анализатор химического состава расплава и содержания в нем кислорода и компаратор, вход которого соединен с выходом упомянутого анализатора, а выход - с блоком управления, при этом устройство выполнено с возможностью соединения первого выхода блока управления с входом механизма продувки расплава гидроксидом натрия или входом механизма подачи гидроксида натрия на поверхность расплава, при этом второй выход блока управления соединен с исполнительным механизмом печи рафинирования.