автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка на основе концепции интенсивного энергосбережения перспективной модели теплотехнологической системы производства черновой меди

На правах рукописи

ООЗ163802

ЛОПАТИН МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА НА ОСНОВЕ КОНЦЕПЦИИ ИНТЕНСИВНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ЧЕРНОВОЙ МЕДИ

Специальность 05 14 04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/

Москва 2007

003163802

Работа выполнена на кафедре Энергетики высокотемпературной технологии Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Морозов Игорь Петрович

кафедра Энергетики высокотемпературной технологии Московски о энергетического института (технического университета)

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Крейнин Ефим Вульфович

ОАО «Промгаз»

кандидат технических наук профессор Ефимов Андрей Львович

кафедра Тепломассообменных процессов и установок Московски о энергетического института (технического университета)

Ведущая организация

ГНЦ РФ - ФГУП "Институт "ГИНЦВЕТМЕТ"

Защита диссертации состоится «14» декабря 2007 г в 15 часов 30 минут в аудитории Г-406 на заседании диссертационного совета Д 212 157 10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул , д 17

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул , д 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета)

Автореферат разослан « А2 •>> НОЯБРЯ 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета —" 7

кандидат технических наук, доцент _С К Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследований

Задачи энергосбережения становятся все более актуальными в России, где длительное время этим вопросам не уделялось должного внимания

Цветная металлургия - одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Медь - третий по объему производства металл после железа и алюминия В 2005 г в Российской Федерации было произведено около 950 гыс тонн меди при энергоемкости 1 тонны, по разным оценкам, 2 9 6 5 т у т

По тем же оценкам, доля металлургического производства в структуре энергоемкости составляет 20 80 %, остальное приходится на добычу и обогащение руды Большая часть производимой меди выплавляется из сульфидных руд, доля которых в сырьевом балансе составляет 85 . 90 %

Основным источником энергии для металлургических процессов являемся тепловой эффект экзотермических реакций окисления сырья (сульфидных медных концентратов), и при рациональном использовании этой теплоты существует возможность сокращения энергозатрат

Высокая энергоемкость продукции в сочетании со значительными резервами энергосбережения определяют актуальность исследований энергетического аспекта производства меди Цель и задачи работы

Цель работы состоит в выявлении потенциала интенсивного энергосбережения и разработке реализующей его перспективной модели теплотехнологической системы производства черновой меди

Поставленная цель обусловила решение следующих задач.

1 Установление представительной структуры действующей теплотехнологической системы (TTC) производства черновой меди в замкнутых системных границах

2 Анализ энергетической эффективности, определение энергоемкости производства и потенциала интенсивного энергосбережения в действующей TTC производства черновой меди

3 Выявление энергосберегающих мероприятий, отвечающих наиболее полному использованию теплотворной способности сульфидного сырья.

4 Разработка структурной и тепловой схем энергосберегающей TTC производства черновой меди в замкнутых системных границах

5 Разработка математической модели обработки сульфидного медного сырья в условиях теплотехнического принципа взвешенного слоя

6 Разработка методики расчета и определение удельной производительности камеры автогенной плавки сульфидного сырья в условиях кипящего слоя расплава

Методы проведения исследований

Определение показателей удельного расхода топливно-энергетических и сырьевых ресурсов, определение эффективности энергоиспользования в

действующей TTC производства черновой меди выполнено с помощью апробированных методик расчетов на основе информации из общедоступных источников

Поиск перспективных направлений совершенствования, формирование термодинамически идеальной модели TTC, отбор наиболее эффективных средств реализации потенциала энергосбережения для действующей TTC производства черновой меди проведен на базе концепции интенсивного энергосбережения, разработанной профессором МЭИ (ТУ) А Д Ключниковым, включающей теорию тепловых схем и методологию выбора теплотехнических принципов осуществления теплотехнологических процессов

Исследование обработки сульфидного медного сырья в условиях взвешенного слоя материала выполнено методом численного эксперимента на разработанной автором математической модели Научная новизна

Методология интенсивного энергосбережения впервые применена для анализа энергоиспользования в теплотехнологической системе производства черновой меди

Разработана экстремальная тепловая схема производства черновой меди, на ее основе определен теоретический минимум энергозатрат на производство и потенциал интенсивного энергосбереженич в теплотехнолошческой системе производства черновой меди

Разработан и защищен пагентом на изобретение комбинированный способ обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое и в продуваемой ванне расплава

Разработана магематическая модель обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое и методика расчета удельной производительности камеры кипящего слоя расплава для прямой плавки на черновую медь предложенным способом

Практическая ценность результатов работы

Результаты работы позволяют проводить сравнительную оценку энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий в теплотехнолошческой системе производства черновой меди

Разработанная математическая модель обработки сульфидного медного сырья позволяет исследовать процесс во взвешенном слое для любого, имеющего место на практике, дисперсного состава сырья, содержания кислорода в дутье и уровня температур в рабочей камере

Методика расчета удельной производительности камеры кипящего слоя расплава может быть использована при проектировании агрегата, реализующего разработанный комбинированный способ плавки На защиту выносятся

1 Результаты энергетического анализа и оценки потенциала интенсивного энергосбережения в пиромет аллергической TTC производства черновой меди

2 Комбинированный способ обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое и форсированно продуваемой ванне расплава

3 Математическая модель обработки сульфидного сырья в условиях предложенного теплотехнического способа обработки материала

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции-конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению "Энергетика и энергосбережение" (г Томск, 2006 г), Второй и Третьей Всероссийских школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Энергосбережение — теория и практика" (г Москва, 2004 и 2006 гг); Девятой, Десятой, Одиннадцатой и Двенадцатой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г Москва, 2003, 2004, 2005 и 2006 гг), Международной научно-практической конференции "Рациональное использование природного газа в металлургии" (г Москва, 2003 г)

Работа является лауреатом всероссийского конкурсного отбора инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению "Энергетика и энергосбережение" федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 гг " Публикации

По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, получен патент РФ

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 12 таблиц Список литературы содержит 123 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблематики исследования, сформулированы цель и задачи работы, представлены научная новизна и практическая ценность полученных результатов

В первой главе выпочкен анализ энергоиспользования в действующей теплотехнологической системе производства черновой меди

Показан значительный разброс величины энергоемкости черновой меди у разных авторов 2 9 6 5 т у т /т Расхождение в оценках объясняется сложностью анализа энергозатрат, необходимостью сравнения различных технологических схем, дифференциацией составов сырья на конкретных заводах, отсутствием единой методики расчета энергоемкости меди

Рассмотрены действующие ГОСТы, устанавливающие общие методические положения по определению энергоемкости производства

продукции, методика расчета технологических топливных чисел (ТТЧ), методика расчета энергоемкости технологии производства продукта *, оперирующая рядом удельных расходов топлива. Обосновано применение последней для целей настоящего исследования.

Определены системные границы объекта исследования - замкнутого теплотехнологического комплекса (ЗТТК) производства черновой меди, включающего теплотехнологический и энергетический комплексы.

Энергетический комплекс (рис. 1), поставляющий в ЗТТК энергоносители, рассмотрен в полных границах: энергоемкость его продукции включает затраты энергии на добычу, подготовку (переработку), транспорт (передачу) и преобразование энергоносителя.

Теплотехнологический комплекс производства черновой меди (рис. 2) также рассмотрен в границах от источников сырьевых материалов до целевого продукта - черновой меди.

Первичные эяергоресурсы

! органическое топливо

Транспорт

npso5pbsoe9iW

Передача

Энергоносители

Рис. 1. Структура энергетического комплекса

TTC производства флюса

j источник флюса 1

TTC производства концентрата

TTC производства черновой меди

Г

Сырье

Г

J1

Подготовка флюса

_2L.

Шихтоподготовке и суика шихты

ПлявК! «а ш

-Т

j Попущение кислороде !

-!--4-—

Кадйертаровен^е

Теиюпог/ческий предует

Рис, 2. Структура теплотехнологического комплекса

Установлена представительная структура действующей

теплотехнологической системы (TTC) производства черновой меди, для которой в качестве процесса получения штейна выбрана взвешенная плавка, реализованная более чем на 35 медеплавильных заводах в разных странах мира. Тепловая схема действующей TTC с позонным температурным графиком представлена на рис. 3.

Энергоемкость технологии производства черновой меди:

эг = Ъ7?в + ьг6р+ъг+bf ( 1 )

Здесь: о""" - удельный расход органического топлива. Определяется на уровне первичного топлива, т.е. включает дополнительно к регистрируемому

* Ключников А.Д., Попов С.К. Диагноз энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения теплотехнологической системы. М: Издательство МЭИ, 1999.

КИП видимому расходу топлива затраты энергии на его добычу, переработку в товарный вид и транспорт до конечного потребителя (рис 1)

Ь"реобр - удельный расход первичного топлива, преобразованного в другие формы энергии и энергоносители (электроэнергию, технологический кислород), потребляемые на производство черновой меди

Ь™1 - удельный расход эквивалентного топлива - энергетический эквивалент теплоты, выделяющейся при протекании экзотермических реакций

- удельный расход первичного топлива, израсходованного на этапах добычи, переработки (подготовки) и транспортировки сырьевых материалов, потребляемых на производство черновой меди

Рис. 3 Тепловая схема и температурный график действующей TTC:

Т - топливо, В - воздух, Д - дутье, ОГ - отходящие газы, УГ - уходящие газы, Ш - шихта, Шл - шлак, КУ - котел-утилизатор, ПВ - питательная вода, НП - насыщенный пар, 4M - черновая медь, о с - окружающая среда

Основными сырьевыми материалами являются сульфидный медный концентрат и кварцевый флюс

Концентрат превосходит флюс по энергоемкости в 20 60 раз, по удельному расходу (на 1 тонну меди) в 6 раз, так что в составе Ь!" доля флюса - менее 1 %

Энергоемкость медного концентрата (на 1 т ч м ) существенно зависит от

содержания меди в исходной руде и составляет 827 2597 кг у т /т ч.м (Си в руде 2 0 0 6 % соответственно) Вклад сырьевых материалов в энергоемкость меди при заданном проплаве постоянен, поэтому целесообразно выделить Ь*'' из энергоемкости технологии производства, исключив влияние состава руды на энергетический анализ и рассматривать энергоемкость производства в границах TTC

•"у: „ ^уерв ^преобр ^экв

Для действующей TTC энергоемкость производства черновой меди составляет = 1147 кг у т на совокупный продукт (1 т ч м +6 ГДж пара)

Эта величина сопоставима с bf" следовательно, доля сырья (фактически, медного концентрата) в энергоемкости технологии производства черновой меди составляет от 42 до 69 %

В свою очередь, анализ стр}?луры энергоемкости производства з границах TTC показывает что наибольшая доля в энергоемкости металлургического производства (39 %) принадлежит теплоте, выделяющейся при окислении сульфидных минералов концентрата (Ь™)

Влияние высокоэнергоемкого сырья на энергоемкость черновой меди может быть скомпенсировано рациональным использованием его же собственной энергии (теплоты экзотермических реакций окисления), а также за счет извлечения содержащихся в нем ценных элементов в дополнительные технологические продукты

Приведены обстоятельства, препятствующие более полному использованию теплотворной способности сырья в действующей TTC

Пилообразный температурный график с характерными участками технологически нерегчаментированного охлаждения (ТНРО) указывает на потери теплоты (рис 3)

Переход на полностью непрерывную технологию способен резко сократить эти потери, а также разрешить проблемы, обустовленные периодичностью работы конвертера Пирса-Смита разубоживание отходящих газов и снижение их температуры из-за сложности герметизации напылышка невозможность использования зысокообогащенного дутья из-за ограничений на стойкость огнеупорной футеровки, сложность обслуживания, трудности автоматизации и необходимость ручного труда

Констатируется, что ступенчатая технологическая схема «плавка на штейн — конвертирование» ограничивает более полное использование энергетического потенциала сырья Таковые ограничения снимаются при переходе к прямой непрерывной плавке на черновую медь в стационарном агрегате, что является перспективной задачей в металлургии меди

Во второй главе изложена методика и результаты разработки энергосберегающей модели TTC производства черновой меди

В соответствии с концепцией интенсивного энергосбережения поиск энергосберегающих решений для действующего производства осуществляется

с ориентацией на теоретический, принципиально возможный минимум энергозатрат Это требование реализуется путем формирования термодинамически идеальной модели (ТИМ) TTC производства черновой меди с экстремальной тепловой схемой

В ТИМ TTC предлагается непрерывное окисление сульфидного концентрата в одном агрегате до черновой меди в автогенном режиме (без затрат внешнего топлива) Осуществление такого режима, как следует из теплового баланса плавки, возможно при обращении дутья кислородом, что также уменьшает объем отходящих газов, повышает содержание в них диоксида серы и экономическую эффективность их переработки

Повышение удельной производительности одностадийного агрегата непрерывного окисления достигается применением комбинированного теплотехнического принципа начальная обработка мелкодисперсного концентрата осуществляемся во взвешенном слое с максимальным обогащением дутья кислородом, окончательная - в кипящем слое расплава

Кипящий слой расплава образуется при форсированной продувке жидкой ванны и по интенсивности массообмена превосходит барботажный режим Он характеризуется газосодержанием 0 55 < m < 0 9 и достигается при газовой нагрузке более 1 м/с (при ну)

Применение кислорода предполагает переход к гарниссажной футеровке Неизбежный при этом рост плотности теплового потока на ограждения компенсируется снижением их общей поверхности за счет повышения удельной производительности агрегата

Практическая осуществимость непрерывного прямого получения черновой меди из сульфидного сырья в реакторах с кипящим слоем расплава подтверждена результатами опытных плавок, проводимых в лаборатории кафедры Энергетики высокотемпературной технологии Московского энергетического института (технического университета) в период с 1972 по 1991 годы

При плавках на огневом стенде (рис 4) производительностью по шихте 7 2 т/сутки получена черновая медь (98 % Си) и шлак с содержанием меди 6 7 % Удельная производительность составила 2 0 т/(м3 ч) - реактора в целом. 22 3 т/(м3 ч) - камеры кипящего слоя расплава

Высушенная шихта подавалась в камеру 1, где подвергалась начальной обработке во встречных струях газа Интенсивная десульфуризация протекала во взвешенном слое (зона 2)

Завершалась плавка в зоне кипящего слоя расплава 3, продуваемой продуктами сгорания природного газа из форкамеры 5 через решетку 4 Сепарация уноса осуществлялась в вихревой зоне б с аксиальным отводом газов

ТИМ TTC производства черновой меди сформирована на основе следующих энергосбере! ающих мероприятий (рис 5)

- непрерывная технология переработки сульфидного сырья на черновую медь,

полное использование физической теплоты полупродукта (шихты, оборотного штейна) в последующих переделах;

Рис. 4. Опытный плавильный реактор

- камера со встречными струями газа; 2 - зона взвешенного слоя; 3 - зона кипящего слоя расплава; 4 - распределительная решетка; 5 - форкамера; б - вихревая зона

прямая автогенная окислительная плавка на черновую медь в агрегате с гарниссажной футеровкой, работающем в стациокзрном режиме; использование физической теплоты отходящих газов плавки для выработки пара в котле-утилизаторе;

внешнее теплоиспользование физической теплоты шлака и отходящих газов сушки шихты;

выработка пара в системе испарительного охлаждения плавильного и обеднительного агрегатов;

применение кислорода при плавке сульфидов, а также при обеднении шлаков (для повышения качества вторичного топлива из отходящих газов); использование процесса пиролиза природного газа для регенерации теплоты отходящих газов обеднения шлаков и получения сажеводородной смеси; использование топливо-кислородного источника энергии (сажеводородная смес.ь и технологический кислород) для интенсификации обеднения шлаков.

Рис. 5. Тепловая схема и температурный график ТИМ TTC производства черновой меди: КУ - котел- утилизатор; УВТ - установка внешнего тенлоиспользования; КЦ - конденсатор цинка; СИО - система испарительного охлаждения; ВТУ - высокотемпературная установка; ГШ - питательная вода; ИГ1 - насыщенный нар; рпол - полезное тепловосприятие; Qoc - поток теплоты в окружающую среду; ВтТ - вторичное топливо; СВС - сажеводородная смесь; ПГ' - природный газ; В - воздух; Д - дутье; ОГ - отходящие газы; УГ - уходящие газы; III - шихта; 4M - черновая медь; ШтОб - штейн оборотный; Шл - шлак;

Доб - добавки

В третьей главе выполнены расчеты энергоемкости производства черновой меди в ТИМ TTC и технически реализуемой (практической) модели (ТРМ) TTC, определен потенциал интенсивного энергосбережения, сделана оценка энергетической эффективности предлагаемых мероприятий Энергоемкость производства черновой меди в ТИМ TTC э^ = (Ь"рь )• + Ь^°бр + ЬГ + Abf (3)

Здесь (b;ep")\ Ь^с6р, ь;" - то же, что и в (2), но в ТИМ TTC, Abf -энергоемкость флюса и пиритного концентрата, потребляемых в ТИМ TTC в процессе восстановительно-сульфидирующего обеднения шлака

Энергоемкость производства в ТИМ TTC составляет Э^ =1100 кгу.т (на совокупный продукт, включающий 1 т черновой меди, 15 7 ГДж пара и др ), в то время как в действующей TTC в сопоставимых условиях 2175 кг у.т

Потиснциол интенсивного знсргосб^роэтссним 2 2 - ¡фитсргШ оценки принципиально возможного резерва энергосбережения в действующей TTC

П = Эа -Э° (4)

TTC ITC k'J

Величина П определена на уровне 1075 кгут на совокупный продукт, что составляет 49 4 % от энергоемкости действующего производства (2175 кг у т ), что свидетельствует о потенциальной возможности значительного сокращения затрат ТЭР для металлургических предприятий, уже применяющих автогенные способы плавки (такие как взвешенная плавка) Практические возможности экономии ТЭР АЭ определяются по (5) АЭ = Эят-Э;с (5)

Здесь Э."г._ - энергоемкость производства черновой меди в ТРМ TTC, формируемой на основе ТИМ TTC с учетом реальной незавершенности тепломаесообменных процессов в металлургических агрегатах и неизбежных потерь тепла в окружающую среду, определяется по (3), но для практических условий

Энергоемкость производства черновой меди в ТРМ TTC составляет Э^с =1343 кгут на совокупный продукт, следовательно, практическая экономия ТЭР оценивается в 832 кг у т При этом достигается использование потенциала интенсивного энергосбережения на 77 4 % и снижение энергоемкости производства в границах металлургической TTC на 38 % (с 2175 до 1343 кгут)

Коэффициент полезного использования (КПИ) энергии, участвующей в реализации теплотехнологии, определяется для действующей TTC

К^ =|^100% (6)

для ТРМ TTC

KL =^-100% (7)

Здесь b^ - технологическое теплоэнергопотребление - количество энергии, фактически усвоенное технологическим материалом на всех этапах его переработки в технологический продукт в границах ТИМ TTC

Результаты расчета показали, что в действующей TTC КПИ энергии составляет 44 6 %, а в ТРМ TTC 72 2 % Следовательно, энергетическая эффективность производства черновой меди в границах металлургической TTC повышается на 62 % отн (с 44 6 % до 72 2 %)

В четвертой главе разработана математическая модель обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое и методика расчета удельной производительности камеры кипящего слоя расптава для предложенного комбинированного способа плавки на черновую медь

Практика показала, что комбинирование теплотехнических принципов в одном агрегате позволяет достигать высоких удельных производительностей Предложен способ, предполагающий обработку медного концентрата с флюсом во взвешенном слое кислородсодержащего газа до момента воспламенения с последующим полным окислением сульфидов в продуваемой ванне расплава

Математическая модель обработки сырья во взвешенном слое построена на двух основных положениях

Первое пористые частицы мелкодисперсного (менее 100 мкм) медного концентрата, высушенные до влажности менее 1 %, обладают высокой сорбционной активностью Второе интенсивность сорбции твердым концентратом газообразного кислорода намного превосходит интенсивность разложения промежуточных сорбционных соединений с образованием конечных продуктов окисления сульфидов

Моделируется движение разновеликих частиц полидисперсного сульфидного концентрата в потоке окислителя с заданным начальным содержанием кислорода Дисперсная характеристика описывается модифицированным уравнением Розина-Раммлера

(

D- i - exd

( d

I ' и 1 -| —

(8)

Весь диапазон дисперсного состава разбивается на N отрезков На каждом отрезке выбирается представительная частица диаметром (1 = [1 Л']) для которой выполняются все промежуточные вычисления, после чего локальные параметры интегрируются по всей массе концентрата

Задача расчета - получить функции степени десульфуризации и степени насыщения кислородом от координаты п

Скорость И',, координата /г, и время нахождения в потоке Т1 частицы размером а", определяются из решения дифференциальных уравнений движения

^ = п^аГ-^К-^ (9)

с!т Яе, ри

с/г

Внешний теплообмен описывается дифференциальными уравнениями нагрева и тепловосприятия:

Л, ,

( •' - ' ) (11)

¿/г <5?РЧС1

dq: 6ау

"(С "О

с/г " (12)

Внутренний теплообмен не рассматривается, поскольку для всех частиц критерий Био меньше 0.1 и, следовательно, частицы являются термически тонкими телами.

Температура воспламенения частиц в зависимости от их крупности лежит в диапазоне 300... 500 СС и задается функцией, полученной обработкой экспериментальных данных:

^ =-160-ехр(- 28000-4)+440 (13)

Для описания процессов массообмена в системе "газ — твердое тело" используется модель частицы с невзаимодействующим ядром (другое название "модель сужающегося ядра'7).

1.

\ \ у

с*,с0г С0, /

/ Г

а) г = 0 Я, = Л,

б)

г > 0

я, л,

Рис. 6. Изменение концентрации сульфидов и кислорода в ходе реакции:

1 - ядро; 2 — слой продуктов реакции; 3 - пограничный слой газа

Данная модель предполагает, что реакция начинается на внешней поверхности (рис. 6, а) и фронт реакции постепенно перемещается внутрь частицы. За фронтом реакции остаются продукт реакции и инертная часть твердого реагента. По мере протекания реакции размер ядра частицы

уменьшается, при этом концентрация исходного реагента (сульфидов) в инертной части снаружи фронта реакции равна нулю, а в ядре частицы она сохраняет первоначальное значение и постоянна по сечению ядра (рис 6, 6)

Концентрация газового реагента (кис порода), напротив, в ядре частицы равна нулю, возрастает в направлении внешней поверхности и достигает максимального значения в потоке газа, окружающего частицу.

По аналогии со степенью десульфуризации вводится понятие степени насыщения кислородом, как отношение массы фактически сорбированного кислорода к стехиометрически необходимой массе для полного окисления сульфидов Алгоритм расчета степени десульфуризации и степени насыщения кислородом во взвешенном слое представлен на рис 7

Поток массы кислорода на частицу J, описывается уравнением dJt _ 4яОэ/г2(С.-С,)

dr~ + L (14)

Я, ßA

Показано, что в случае ограничения обработки во взвешенном слое расстоянием, на котором происходит лишь нагрев основной массы материала до температуры воспламенения, и переноса дальнейшей обработки в ванну расплава достигаются следующие положительные эффекты (рис 8)

- количество образующегося во взвешенном слое магнетита может быть сведено до минимума, так как фактически выгорает не более 10 % серы,

- до 38 % от необходимого для полной десульфуризации кислорода попадает в ванну печи, будучи уже сорбированным частицами материала, уменьшая время окисления в ванне расплава,

- резко снижается необходимый объем рабочей шахты взвешенного стоя, что повышает удельную производительность плавильного агрегата

Подчеркивается важность обогащения дутья кислородом, как мощного средства интенсификации обработки сульфидного медного концентрата во взвешенном слое при переходе с воздушного дутья на технологический кислород SO2 увеличилась с 7 2 до 37 5 % (рис 8)

В соответствии с предложенным способом окислительная дообработка сульфидного сырья завершается совместно с флюсом в ванне расплава, интенсивно продуваемой кислородсодержащим газом

Методика расчета плавки в режиме кипящего слоя расплава в части гидродинамики основана на результатах исследований, проводимых в лаборатории кафедры Энергетики высокотемпературной технологии Московского энергетического института (технического университета) в период с 1972 по 1991 годы

Зависимость между относительной высотой продуваемого слоя и влияющими параметрами (относительной интенсивностью продувки, физическими свойствами расплава, газовой нагрузкой) устанавливается критериальным уравнением, полученным экспериментально

— = 9 6Б(— #„

р/

Ч-О 19

с0„

СУ

V "р У

(15)

/ Ввод исходных данных

/ 1 Материал дисперсный и минеральный состав, р., г™ / / 2 Газ (,.и>,уг Аг,1, д. /

/ 3 Дутье Ког,Х„ /

/ 4 Начальное значение шага по высоте ДА /

5 Точность по степени десупьфуризации е^О /

Разбиение дисперсно го состава ¿1 = /(/). • е 0, V) Температура воспламенения частиц г® = /(¿)

Начальные условия

Г, = 0 уу, = 0,к =0,КопсКопс„^ =0

:______г

I I

¿г Яг, '/>,

йт

р,

И

Блок

численного интегрирования дифференциальных уравнений

Расчет Не, Ш, а ,,аг„а1 ~____*____

-1 У* 1

Л 6ау,

Блок ]

численного интефирования ' дифференци альных уравнений |

Расчет В, Яс ЯЛ.

й.

I

! ¿¿/, ^ 4п03^(Си - С,)

! Д, ), оэ

! Д ДА

1______

Блок

-►) численного интефирования

| дифференци альных уравнений !

а !

Расчет Д5 д30,,

Да /—ч Нет

Уменьшение ДА

-^^Дисперсныйинтервал пройден полностью ''У _¿~Да_

Расчет SO.es, А опс

Н

Нет

А = А+ ДА

Нет

Погрешност ь расчета & ^ ердЬР

> Да ^

Канал пройден полностью ? | Да

у^ывод результатов /

/ !

Рис. 7. Алгоритм расчета степени десульфуризации А? и степени насыщения кислородом ¿02 сульфидного сырья во взвешенном слое

Физические свойства расплава здесь учитываются комплексом М

М ■

3/2 1

Рр 8>1гК

(16)

км

Рис. 8. Зависимость степени насыщения кислородом бО? (1 - 4) и степени десульфуризации <55 (5 — 8) от высоты рабочей шахты //

Коэффициент обогащения дутья кислородом:0.95 (1, 5); 0.7 (2, 6); 0.45 (3, 7); 0.21 (4,8)

В качестве лимитирующей стадии обработки рассматривается время усвоения расплавом тугоплавкого кварцевого флюса.

Поток массы J с поверхности сферической частицы, движущейся в расплаве с относительной скоростью и, определяется уравнением:

J = 4ттО&Са{1 + 0 МРе"3) (17)

где Реа - диффузионный критерий Пекле:

Реа=-~ (18)

* В

Уравнение (17) учитывает как диффузионную, так и конвективную составляющую массопереноса. В наихудших условиях длительность растворения флюса определяется исключительно диффузионным переносом массы. В этом случае, при заданном времени обработки, максимально допустимый размер частицы флюса определяется по уравнению:

V Рч

Расчетом показано, что при средней для медеплавильных печей агрегатной производительности 50 т/ч (по шихте) в режиме кипящего слоя расплава могут быть достигнуты удельные производительности 11.6т/(м3-ч) и 5.8 т/(м2-ч) на воздушном дутье (рис. 9). Использование технологического кислорода позволяет увеличить данные показатели до 35.1 т/(м"-ч) и 31.8 т/(м"-ч) соответственно, но требует более тонкого размола флюса.

~ 30 т

80 70

\

60

50

40

30

20

10

О

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

й)„,м/с

Рис. 9. Зависимость удельной производительности камеры КСР ру от приведенной скорости газа (газовой нагрузки) а/„р

Коэффициент обогащения дутья кислородом: 0.21 (3, 4); 0.95 (1, 2) Коэффициент расхода окислителя: 1.0 (1.3), 1.6 (2, 4)

Переход на плавку сульфидного сырья в режиме кипящего слоя расплава ужесточает требования к крупности тутоплавкого кремнистого флюса: возникает необходимость в сверхтонком размоле (менее 75 мкм). Показано, тем не менее, что современные технологии измельчения кремнистых материалов способны обеспечить необходимую тонину помола, а дополнительные энергозатраты на размол (не более 27 кг у.т./т ч.м.) компенсируются достигаемым энергосберегающим эффектом (832 кг у.т./т ч.м).

Основные результаты работы

1. На основе концепции интенсивного энергосбережения проведен анализ энергетической эффективности производства черновой меди в металлургической теплотехнологической системе на базе плавки на штейн с последующим конвертированием.

2. Разработана перспективная модель энергосберегающей теплотехнологической системы производства черновой меди на базе прямой плавки.

3. Определен потенциал интенсивного энергосбережения (49.4 % от энергоемкости металлургического производства) и практически; возможная экономия ТЭР (832 кг у.т./т черновой меди) при реализации комплекса мероприятий интенсивного энергосбережения.

4. Разработан комбинированный способ обработки сульфидного медного сырья последовательно во взвешенном слое и в продуваемой ванне расплава (защищен патентом РФ).

5. Разработана математическая модель обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое и методика расчета удельной производительности

камеры кипящего слоя расплава для прямой плавки на черновую медь предложенным способом.

Список публикаций

1 Лопатин М.Ю., Морозов И.П. Оптимизация переработки сульфидных медьсодержащих полидисперсных материалов во взвешенном слое // Вестник МЭИ.- 2006.- №2.- С. 11-15.

2 Лопатин М Ю , Морозов И П Разработка новой теплотехнологической схемы переработки медесодержащих концентратов на черновую медь // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика Тез докл 9-й Международной науч -техн конф студентов и аспирантов - М МЭИ, 2003 - Т 2 - С 264-265

3 Лопатин М Ю , Морозов И П Определение потенциала энергосбережения и пути его реализации в теплотехнологическом комплексе переработки сульфидных руд // Рациональное использование природного газа в

, Д fl'T '1 -111 / r-W1 т i "Г,-, тт^м^тт AleMfn I Т Л - - ■ Т T-r^l-л .r/il А ОЛА"3 /-* 11/1

JSiCicJJIJiypI ИЛ I £3 ДОКЛ -i.Aw.vv 1 iij/un i кипЦу - 1V1 1V. I i v, ¿.\j\jJ - i j -t-

115

4 Лопатин M Ю , Морозов И П Резервы энергосбережения при производстве меди И Радиоэлектроника, электротехника и энергетика' Тез докл 10-й Международной науч -техн конф студентов и аспирантов - М МЭИ, 2004 - Т 2 - С 322-323

5 Лопатин М Ю , Морозов И П Методы учета энергосбережения при составлении прогноза энергопотребления региона // Энергосбережение - теория и практика Тр 2-й Всероссийской школы - семинара молодых ученых и специалистов - М Издательство МЭИ, 2004 - С 170-172

6 Лопатин М Ю , Морозов И П Роль массопереноса на стадии тепловой обработки сульфидного концентрата во взвешенном слое // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика Тез докл 11-й Международной науч-техн конф студентов и аспирантов - М МЭИ, 2005 - Т 2 - С 362-363

7 Лопатин М Ю , Морозов И П Совершенствование математической модели плавки сульфидного сырья во взвешенном слое // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика Тез докл ! 2-й Международной науч-техн конф студентов и аспирантов - М МЭИ, 2006 - Т 2 - С 391-392

8 Лопатин М Ю , Морозов И П К расчету процесса конвертирования медного штейна в реакторе с кипящим слоем расплава // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика Тез докл 12-й Международной науч-техн конф сгудентов и аспирантов - М МЭИ, 2006 - Т 2 - С 389-391

9 Лопатин М Ю , Морозов И П Интенсивное энергосбережение и его организация в ТТК переработки сульфидных медных руд // Энергосбережение - теория и практика Тр 3-й Всероссийской школы - семинара молодых ученых и специалистов - М Издательский дом МЭИ, 2006 - С 206-210

10 Лопатин МЮ Разработка на базе концепции интенсивного энергосбережения перспективной модели энергоматериалосберегающей системы производства черновой меди // Всероссийский конкурс инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному

направлению "Энергетика и энергосбережение"* Каталог заявленных инновационных проектов - Томск ТПУ, 2006 - С. 104-105

11 Лопатин МЮ. Разработка энергоматериалосберегающей системы производства черновой меди // Материалы Всероссийской конф - конкурсного отбора инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы "Энергетика и энергосбережение"' (Томск, 26 - 29 сент)-Томск ТПУ,2006-С 329-337

12 Способ переработки сульфидных медьсодержащих полидисперсных материалов. Патент №2298587 РФ, МПК7 С 22 В 15/00 / ИП Морозов, М Ю. Лопатин (РФ) - Заявлено 27 12 05, Опубл 10 05 07, Бюл № 13

Подписано в печать ¿0,10'ШЪ- Заказ Тираж 100 Печл 1,25

Почиграфический центр МЭИ (ТУ), Красноказарменная ул., д 13

Сокращения.

Введение.

1 Энергозатраты в действующей TTC производства черновой меди.

1.1 Методические основы определения энергозатрат в TTC.

1.2 Установление представительной структуры действующей TTC производства черновой меди.

1.3 Расчет энергозатрат в действующей TTC производства черновой меди.

1.4 Выводы.

2 Разработка энергосберегающей TTC производства черновой меди.

2.1 Технологические аспекты интенсивного энергосбережения в TTC производства черновой меди.

2.2 Опыт экспериментальных исследований прямого получения черновой меди в лаборатории кафедры ЭВТ МЭИ (ТУ)

2.3 Теплотехнологическая и тепловая схемы энергосберегающей TTC производства черновой меди.

2.4 Выводы.

3 Энергозатраты в энергосберегающей TTC производства черновой меди.

3.1 Расчет энергозатрат в ТИМ TTC производства черновой меди

3.2 Расчет энергозатрат в технически реализуемой (практической) модели TTC производства черновой меди.

3.3 Оценка энергетической эффективности мероприятий интенсивного энергосбережения.

3.4 Выводы.

4 Математическое моделирование прямой плавки на черновую медь.

4.1 Состояние вопроса и постановка задачи моделирования.

4.2 Исследование физико-химических основ механизма окисления сульфидов во взвешенном слое и в продуваемой ванне расплава

4.3 Математическая модель теплотехнологической зоны взвешенного слоя.

4.3.1 Моделирование динамики.

4.3.2 Моделирование теплообмена.

4.3.3 Моделирование массообмена.

4.3.4 Результаты апробации модели.

4.4 Математическая модель теплотехнологической зоны кипящего слоя расплава.

4.4.1 Гидродинамика ванны в режиме кипящего слоя расплава

4.4.2 Определение объема продуваемой ванны расплава.

4.4.3 Определение времени технологической обработки материала в кипящем слое расплава.

4.4.4 Результаты апробации модели.

4.5 Выводы.

Вопросы энергосбережения привлекают все больше внимания в современном мире. Стремительно возрастающая потребность развивающихся экономик в энергоресурсах стимулирует рост мировых цен на топливо. Однако богатые собственные запасы газа и нефти в Российской Федерации отнюдь не гарантируют высокую конкурентоспособность отечественным товарам.

Известно, что энергоемкость экономики России высока и превышает энергоемкость экономик ведущих мировых держав. В первую очередь, это относится к таким отраслям, как металлургия, машиностроение и промышленность строительных материалов. Высокий уровень энергозатрат в значительной степени обусловлен низким коэффициентом полезного использования энергии в технологиях, зачастую реализуемых на морально (и физически) изношенном оборудовании.

Энергетическая расточительность усугубляется недостаточной природоохранной деятельностью, расходы на которую находятся на относительно низком уровне и не мотивируют производителя к экологическому совершенствованию технологии.

На государственном уровне в настоящее время прилагаются определенные усилия по осуществлению политики энергосбережения. Принят Федеральный закон "Об энергосбережении", разрабатываются механизмы экономического стимулирования потребителей энергоресурсов, осуществляются региональные энергосберегающие программы.

В 2004 году Россия ратифицировала Киотский протокол, призванный предотвратить катастрофические последствия выбросов в атмосферу парниковых газов.

Важнейшая роль в деле энергосбережения отводится научной сфере. Отечественная промышленность остро нуждается в инновационных решениях назревших проблем. В решениях, способных удовлетворить современным требованиям экономии энергии и защиты окружающей среды.

Актуальность исследований

По объему производства и потребления медь занимает 3-е место среди металлов, уступая лишь железу и алюминию. Трудно переоценить роль, которую играет медь в электронике, электротехнике, машиностроении, транспорте и строительстве. На долю этих пяти отраслей приходится 95 % общего объема потребления меди в мире [101]. Страны, активно развивающие электронику и электротехнику (Китай, Южная Корея и др.) поддерживают стабильный рост спроса на медь. Так, за период с 1993 по 1997 годы потребление меди в целом по миру выросло на 20 %, в Китае - на 30% [102].

Возможности по увеличению предложения ограничены в связи с вовлечением в переработку все более бедных руд. В результате стоимость меди на мировом рынке за последние годы увеличилась в несколько раз.

Доля Российской Федерации в общемировом объеме производства составляет около 4% (580 тыс. тонн по состоянию на 1997 год) [102]. Основные производственные мощности сосредоточены в Норильске и на Урале. В настоящее время меднометаллургическое производство России полностью покрывает внутренние потребности страны, значительная часть выпускаемой меди экспортируется, обеспечивая валютные поступления в государственный бюджет. Нелишне отметить, что медь является следующим после нефти по объему оборота мирового рынка сырьевым ресурсом.

Благоприятная мировая конъюнктура и оптимистические настроения, связанные с продолжающимся устойчивым ростом экономики внутри страны, позволяют прогнозировать повышение интереса к инновационным разработкам, направленным на решение актуальных проблем в производстве меди. В первую очередь, это проблемы охраны окружающей среды и проблемы энергосбережения.

Исторически развитие медеплавильных заводов было нацелено главным образом на наращивание объема выпуска, позднее - на извлечение сопутствующих ценных компонентов сырья (золота, серебра, серы, свинца, цинка и др.). Вопросам охраны окружающей среды, как и вопросам энергосбережения, не уделялось должного внимания.

Экологические проблемы, такие как выбросы в атмосферу серосодержащих газов, токсичных оксидов металлов, окислов азота и парниковых газов, а также медленное отравление почв и грунтовых вод вблизи шлакоотвалов, характерны для меднометаллургического производства.

Длительное время основным агрегатом для выплавки медного штейна (промежуточный продукт в технологии производства меди) оставалась отражательная печь, безвозвратно устаревшая по современным представлениям.

Большая часть производимой меди выплавляется из сульфидных руд, доля которых в сырьевом балансе составляет 85 — 90% [110]. В процессе плавки за счет окисления содержащихся в них серы и железа выделяется количество теплоты, часто достаточное для поддержания температурного режима без дополнительных затрат топлива.

В отражательной печи эта теплота, большей частью, теряется, что вынуждает использовать органическое топливо. Большой объем топочных газов в сочетании с низкой десульфуризацией сырья снижает концентрацию диоксида серы в отходящих газах до 1 - 2%. И поскольку извлечение серы из газов с такой низкой концентрацией экономически нерентабельно, они в полном объеме выбрасываются в атмосферу. С учетом того, что крупные металлургические предприятия в большинстве своем являются градообразующими, целые города вынуждены "дышать" отравленным воздухом. Так, в результате производственной деятельности ОАО "СУМЗ" в жилых массивах городов Первоуральск и Ревда предельно допустимые нормы загрязнения атмосферы по диоксиду серы превышены в 4.5 раза, по оксиду свинца - в 10.5 раз [55]. Кроме того, диоксид серы в атмосфере способен перемещаться на значительные расстояния и вызывать кислотные дожди далеко от источника выброса.

Шлаковые отвалы существуют в соответствии с концепцией, согласно которой содержание цветных металлов в отвальных шлаках позволяет рассматривать их как потенциальное сырье. Текущий уровень развития технологий допускает экономически эффективное обеднение шлаков плавильных процессов до уровня 0.3 - 0.5 %. В то же время, перерабатываемые руды содержат 0.5 - 2 % меди. Постепенное истощение сырьевых запасов и вовлечение в переработку все более бедных руд приближает то время, когда в новых экономических условиях глубокое извлечение ценных компонентов из шлаков станет рентабельным.

Радикальным решением проблемы шлаковых отвалов является комплексная переработка шлаков с использованием минерального остатка на производство товарной продукции (теплоизоляционные материалы, шлакоситаллы, цемент, щебень и др.). Эта концепция получила наибольшее развитие в странах, где действуют жесткие экологические нормы (США, Канада), а также ограничена располагаемая территория (Япония).

Вопросы экологической безопасности находятся в тесной связи с энергетическим совершенством производства. В то же время, повышение эффективности энергоиспользования при производстве меди составляет самостоятельную актуальную задачу. Низкая энергетическая эффективность отражательных печей послужила стимулом к интенсивному развитию автогенных способов плавки за последние 20-30 лет. В настоящее время более 80 % меди выплавляется по автогенным технологиям [102]. Внедрение новых способов плавки позволило существенно снизить энергозатраты в пирометаллургическом переделе за счет повышения содержания меди в штейне с 25-30 до 60-75% и утилизации обогащенных по 80г газов с получением серной кислоты и элементарной серы. Новые способы плавки относительно просто вписываются в сложившуюся технологическую последовательность переделов, сохраняют структуру производства, заменяя морально устаревшую отражательную печь на более совершенный плавильный агрегат.

Вместе с этим, при сохранении сложившейся структуры остаются некоторые присущие действующей системе недостатки. Плохо поддающийся автоматизации, требующий затрат ручного труда конвертер Пирса-Смита остается главным источником выбросов 802 в атмосферу из-за нестационарного режима работы. Периодический режим работы обуславливает потери тепла промежуточных продуктов. Создание полностью непрерывной технологии - перспективная задача на будущее.

Ступенчатая схема "плавка на штейн - конвертирование" не позволяет полностью использовать скрытую в сырье энергию, чем сохраняет значительный потенциал энергосбережения. Такая схема хорошо зарекомендовала себя в то время, когда шлаки не подвергались переработке, и каждый дополнительный процент меди в отвальных шлаках оборачивался в прямые потери. В настоящее время, в связи с переходом на выплавку богатых штейнов (вплоть до белого матта) дополнительное обеднение шлаков стало обязательным практически для всех способов плавки. И поскольку обеднение шлаков в любом случае стало необходимым, переход на новую технологическую схему, построенную на основе прямой плавки на черновую медь с последующей восстановительной обработкой расплава, становится главным направлением дальнейшего развития пирометаллургии меди, позволяя полностью реализовать энергетический потенциал сульфидного сырья.

Таким образом, несмотря на то, что автогенные способы плавки существенно улучшили экологические и энергетические показатели медеплавильного производства, значительные резервы совершенствования по этим направлениям сохраняются. Металлургия меди по-прежнему остается одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности.

На 1 тонну меди необходимо добыть и переработать до 150 тонн руды; израсходовать 835 кг у.т. органического топлива, 1.54 МВт-ч электрической и 2.1 ГДж тепловой энергии (не включая затрат на добычу и переработку) [13].

Энергоемкость 1 тонны меди (выраженная в первичном топливе) по разным оценкам составляет 2.8 - 6.5 т у.т.

Широкий диапазон оценок объясняется сложностью анализа энергозатрат и сравнения различных технологических схем, дифференциацией составов перерабатываемого сырья на конкретных заводах, а также закрытостью данных об объемах потребляемых энергоресурсов. В литературе приводятся многочисленные данные по энергоемкости, но они весьма разноречивы и могут отличаться более чем на порядок, так что считается наиболее объективным подходом совместный анализ по публикациям в отечественной и зарубежной печати [57]. Табл. 1 иллюстрирует сказанное.

Таблица 1. Энергозатраты на производство меди по данным из различных источников

Энергозатраты, т у.т./т меди (%)

123] [5, 6] [115] [93]

Добыча руды 0.39 (14) 0.71 (25) 0.05 (2) 2.87 (44)

Обогащение 1.08 (37) 1.57 (54) 0.56(18) 1.70 (26)

Металлургическое производство 1.42 (49) 0.62 (21) 2.46 (80) 1.95 (30)

Итого 2.89(100) 2.90 (100) 3.07 (100) 6.52 (100)

Как следует из табл. 1, максимум энергозатрат приходится на обогащение и металлургический передел.

Влияние состава исходной руды и способов плавки на энергозатраты в соответствующем переделе показано в табл. 2 и 3. Отмечается взаимное влияние переделов по линии энергозатрат. Так, переход на выпуск богатых штейнов (вплоть до белого матта) не только повышает эффективность плавки, но и позволяет снизить в 1.5-2 раза энергозатраты на последующее конвертирование по сравнению с переработкой штейнов, содержащих 45 -50 % меди [123].

Таблица 2. Влияние содержания меди в руде на энергозатраты при добыче и обогащении (по данным [123])

Содержание меди в руде, % 2.0 1.0 0.6 0.4 0.3

Затраты ТЭР, т у.т./т меди 0.82 1.47 2.59 3.21 4.22

Однозначно можно лишь констатировать, что традиционные способы -отражательная и электроплавка - являются наиболее энергозатратными и не выдерживают конкуренции с автогенными процессами.

В свою очередь, энергетическая эффективность автогенных способов плавки существенно зависит от степени обогащения дутья кислородом и достигаемой удельной производительности (проплава) [33].

В [33, 57] на основе обобщающего анализа этих зависимостей для различных способов плавки показано, что увеличение проплава, как и обогащение дутья кислородом, действительно ведет к снижению удельных энергозатрат на процесс, а наименее затратными признаны плавка Ванюкова и кислородно-взвешенная плавка.

В приведенном анализе обращает на себя внимание следующее обстоятельство: несмотря на тот факт, что плавка Ванюкова по удельной о производительности (8-13 т/(м-сут)) в несколько раз превосходит кислородно-взвешенную плавку (2 - 2.5 т/(м -сут)), удельные энергозатраты у обоих этих способов практически одинаковы (11-15 ГДж/т меди). В [33,57] также отмечается, что минимальные энергозатраты в металлургическом переделе в настоящее время стабилизировались на уровне 11-13 ГДж/т меди.

Таблица 3. Энергозатраты в металлургическом переделе по данным из различных источников

Энергозатраты, ГДж/т меди

5] [6] [8] [35]

Электроплавка 28.2 49.85 46.0

Отражательная плавка огарка необожженной шихты 18.1 21.5 35.87 40.78 31.4

Процесс "Норанда" на воздушном дутье на обогащенном дутье 24.6 14.3 27.84 25.1

Взвешенная плавка (ВП) на подогретом дутье на обогащенном дутье 17.9 14.2 21.95 19.2

Кислородно-взвешенная плавка (ЕЧСО) 11.7 24.65 23.0

Процесс "Мицубиси" 16.3 22.92 20.9

Кислородно-факельная плавка (КФП) 15.6

Плавка Ванюкова (ПВ) сырой шихты сухой шихты 10.9 13.3

Об определенной стабилизации энергозатрат свидетельствует и перечень предлагаемых мероприятий дальнейшего совершенствования теплотехнологии: достижение рациональных гидроаэродинамических характеристик в барботажных агрегатах; соблюдение оптимальных условий тепловой работы основных агрегатов и теплоутилизационных установок; разработка более совершенных конструкций узлов и элементов оборудования; оптимизация геометрических параметров агрегатов, аппаратов, устройств по всей технологической цепочке и др. Как можно заметить, мероприятия носят оптимизационный характер, что не предполагает дальнейшего глубокого снижения энергоемкости производства.

Цель работы

Цель работы состоит в выявлении потенциала интенсивного энергосбережения и разработке реализующей его перспективной модели теплотехнологической системы производства черновой меди.

Поставленная цель обусловила решение следующих задач.

1. Установление представительной структуры действующей теплотехнологической системы (TTC) производства черновой меди в замкнутых системных границах.

2. Анализ энергетической эффективности, определение энергоемкости производства и потенциала интенсивного энергосбережения в действующей TTC производства черновой меди.

3. Выявление энергосберегающих мероприятий, отвечающих наиболее полному использованию теплотворной способности сульфидного сырья.

4. Разработка структурной и тепловой схем энергосберегающей TTC производства черновой меди в замкнутых системных границах.

5. Разработка математической модели обработки сульфидного медного сырья в условиях теплотехнического принципа взвешенного слоя.

6. Разработка методики расчета и определение удельной производительности камеры автогенной плавки сульфидного сырья в условиях кипящего слоя расплава.

Методы проведения исследований

Определение показателей удельного расхода топливно-энергетических и сырьевых ресурсов, определение эффективности энергоиспользования в действующей TTC производства черновой меди выполнено с помощью апробированных методик расчетов на основе информации из общедоступных источников.

Поиск перспективных направлений совершенствования, формирование термодинамически идеальной модели TTC, отбор наиболее эффективных средств реализации потенциала энергосбережения для действующей TTC производства черновой меди проведен на базе концепции интенсивного энергосбережения, разработанной профессором МЭИ (ТУ) А.Д. Ключниковым, включающей теорию тепловых схем и методологию выбора теплотехнических принципов осуществления теплотехнологических процессов.

Исследование обработки сульфидного медного сырья в условиях взвешенного слоя материала выполнено методом численного эксперимента на разработанной автором математической модели.

Научная новизна

Методология интенсивного энергосбережения впервые применена для анализа энергоиспользования в теплотехнологической системе производства черновой меди.

Разработана экстремальная тепловая схема производства черновой меди, на ее основе определен теоретический минимум энергозатрат на производство и потенциал интенсивного энергосбережения в теплотехнологической системе производства черновой меди.

ВВЕДЕНИЕ

Разработан и защищен патентом * на изобретение комбинированный способ обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое и в продуваемой ванне расплава.

Разработана математическая модель обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое и методика расчета удельной производительности камеры кипящего слоя расплава для прямой плавки на черновую медь предложенным способом.

Практическая ценность результатов работы

Результаты работы позволяют проводить сравнительную оценку энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий в теплотехнологической системе производства черновой меди.

Разработанная математическая модель обработки сульфидного медного сырья позволяет исследовать процесс во взвешенном слое для любого, имеющего место на практике, дисперсного состава сырья, содержания кислорода в дутье и уровня температур в рабочей камере.

Методика расчета удельной производительности камеры кипящего слоя расплава может быть использована при проектировании агрегата, реализующего разработанный комбинированный способ плавки.

На защиту выносятся

1. Результаты энергетического анализа и оценки потенциала интенсивного энергосбережения в пирометаллургической TTC производства черновой меди.

2. Комбинированный способ обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое и форсированно продуваемой ванне расплава.

-- - -

Способ переработки сульфидных медьсодержащих полидисперсных материалов: Патент 2298587 РФ, МПК7 С 22 В 15/00 / Морозов И.П., Лопатин М.Ю. (РФ). Заявл. 27.12.05, Опубл. 10.05.07, Бюл. № 13.

3. Математическая модель обработки сульфидного сырья в условиях предложенного теплотехнического способа обработки материала.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции-конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению "Энергетика и энергосбережение" (г. Томск, 2006 г.), Второй и Третьей Всероссийских школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (г. Москва, 2004 и 2006 гг.), Девятой, Десятой, Одиннадцатой и Двенадцатой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 2003, 2004, 2005 и 2006 гг.), Международной научно-практической конференции "Рациональное использование природного газа в металлургии" (г. Москва, 2003 г.).

Работа является лауреатом всероссийского конкурсного отбора инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению "Энергетика и энергосбережение" федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 гг."

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 12 таблиц. Список литературы содержит 123 наименования.

4.5 ВЫВОДЫ

1. Предложен (и защищен патентом на изобретение *) новый способ обработки сульфидного медного концентрата в газовом потоке высокого окислительного потенциала, заключающийся в организации процесса таким образом, чтобы во взвешенном слое протекала, в основном, интенсивная сорбция кислорода частицами концентрата, а выгорание сульфидов происходило в форсированно перемешиваемой газовым дутьем ванне расплава. Целью является уменьшение габаритов и повышение удельной производительности печи, а также более полное ошлаковывание оксидов железа и снижение содержания меди в шлаках.

2. Разработана математическая модель плавки сульфидного медного сырья в условиях предложенного способа комбинированной обработки материала во взвешенном слое и в кипящем слое расплава.

3. С помощью разработанной математической модели показана эффективность предложенного способа обработки сульфидного сырья во взвешенном слое. Установлено, что в этом случае до 35-45 % от необходимого для полной десульфуризации кислорода переносится в ванну расплава в сорбированном концентратом состоянии, уменьшая время окисления сульфидов в ванне. При этом во взвешенном слое выгорает не более 10 % серы, что снижает образование магнетита.

4. Подчеркивается важность максимального обогащения дутья кислородом: переход с воздушного дутья на технологический кислород повысил степень насыщения концентрата кислородом во взвешенном слое с 7.2 до 37.5 %.

5. Разработана методика расчета удельной производительности камеры прямой плавки сульфидного сырья на черновую медь в режиме кипящего слоя расплава.

Подробнее см. сноску на стр. 15.

6. Показана эффективность предложенного способа обработки сульфидного сырья в кипящем слое расплава. Так, при средней для медеплавильных печей агрегатной производительности 50 т/ч (по шихте) могут быть достигнуты удельные производительности в режиме КСР 11.6т/(м -ч) и 5.8 т/(м ч) на воздушном дутье. Использование технологического кислорода позволяет увеличить данные показатели до 35.1 т/(м -ч) и 31.8 т/(м2-ч) соответственно. Фактором, осложняющим переход на плавку сульфидного сырья в режиме КСР, является ужесточение требований к крупности частиц тугоплавкого кремнистого флюса: возникает необходимость в сверхтонком размоле (менее 75 мкм). Дополнительные энергозатраты на размол составляют не более 27.5 кг у.т./т ч.м и компенсируются энергосберегающим эффектом (832 кг у.т./т ч.м).

ЗБ

Рис. 17. К определению температуры воспламенения сульфидных материалов: дБ- степень десульфуризации; температура газа внутри реакционной шахты; I - температура воспламенения

Си3Ре83 СиРеЭ2

Рис.18. Температура начала разложения (1,2) и воспламенения (3-6) различного сульфидного сырья по данным литературы:

1 - [60], [104]; 2 - [78]; 3 - [113], тип сульфида не указан; 4 - [23]; 5 - [105]; 6 - [104]; НК, КК, ЗК -соответственно норильский, красноуральский и золотушинский концентраты 1

0.8 0.6 0.4 0.2 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 мкм

Рис. 19. Дисперсная характеристика концентрата: Б - массовая доля частиц с диаметром <й\й— диаметр частиц, мкм О

-► с ^ К } ТР ' тяж 77 77 Р £ тяж аэро ' аэро и щ с аэро г^ £ тяж аэро г ТЯЖ

V с 1 аэро ) ^ = 0 ' тяж к

Рис. 20. Схема движения частицы в спутном потоке газа: к - высота рабочей шахты; IV, Щ , - соответственно скорость газа и текущая скорость частицы; , р - соответственно сила тяжести, сила аэродинамического сопротивления и суммарная сила

С с а г = 0 б) г>0 Я, Д2

Рис. 21. Изменение концентрации сульфидов С5 и кислорода С02 в ходе реакции: 1 - ядро; 2 - слой продуктов реакции; 3 - пограничный слой газа; г - текущий радиус; ^ - радиус фронта реакции; Я2 - радиус внешней поверхности частицы; т - время

Ввод исходных данных:

1. Материал : дисперсный и минеральный состав, рм, см, гм,

2. Газ

3.Дуть е-.К02,Кю

4. Начальное значение шага по высоте А/г

5. Точность по степени десульфуризации еряЗР

Масштабные коэффициенты: о. ¿о.Ч.^о.^о.Л.^ОИСр х

Расчет КопсШРШ

Разбиение дисперсного составана ТУ интервалов по расчет = /(0, /е(1,лр

Температура воспламенения частиц:

Г =№) Т

Начальные условия: т. = о, у. = о, /г = 0,1 = Г4, д = 0, Ж. = 0, /Сопс = £оис0, / = 0 I

А + О.ПДе») г Яе< >, 0^ т <1т ¿¡РА рг - ^к - ^

Блок численного интегрирования дифференци альных уравнений I

Расчет Ле, аКара£; щ> Ь

Расчет Д Л7г , Д, £> V

Блок численного интегрирования дифференци альных уравнений

Блок численного интегрирования дифференциальных уравнений Л

Расчет А,5,, А,да, Т

Да т й М

Нет

-^^Дисперсныйинтервал пройден полностью?)» Да"

Уменьшение Ай

Нет С

Расчет Юг, Ж, Копе к = к+АН

Нет

Погрешност ь расчета Ж < ерт5Х> >> I Да

Канал пройден полностью ?

Да Вывод результатов: / б5=жаог=м /

Рис. 22. Алгоритм расчета степени десульфуризации и степени насыщения кислородом <5С>2 материала во взвешенном слое

4 математическое моделирование прямой плавки на черновую медь 50 so2,% ss,%

40 зо 20 10 о о 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 h, м

Рис.23. Зависимость степени насыщения кислородом SO2 (1-4) и степени десульфуризации SS (5 - 8) от высоты рабочей шахты h при температурах газа, °С: 1000 (1, 8); 1200 (2, 7); 1400 (3, 6); 1600 (4, 5)

40 д02,% ss,% зо

20

10 о о 0.002 0.004 0.006 0.00 8 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 г,м

Рис. 24. Зависимость степени насыщения кислородом д(?2 (1-4) и степени десульфуризации гй* (5 - 8) от высоты рабочей шахты к при скоростях газа, м/с: 5 (1,5); 10 (2, 6); 15 (3,7); 20(4,8)

40

802,% зо

20

10 0

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02

Рис. 25. Зависимость степени насыщения кислородом дОг (1-4) и степени десульфуризации ёБ (5 - 8) от высоты рабочей шахты к при коэффициенте обогащения дутья кислородом, %: 0.95 (1, 5); 0.7 (2, 6); 0.45 (3, 7); 0.21 (4,8) Ввод исходных данных: и 1. Расплав: состав, р , и , а , г

2. Дутье :К02,а,Ул,рА,1л

3. Агрегатная производительность Р

4.Режим продувки: Р//-;, й^,, т

Рис. 26. Алгоритм расчета удельной производительности плавильной камеры с КСР

90

51,мкм

80 70 60 50 40 30 20 10 0

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 пр>м/с

Рис. 27. Зависимость максимально допустимой крупности частиц флюса <5Ч от приведенной скорости газа (газовой нагрузки) супр при Кё = 7, К02 = 0.21, а = 1.0 и площади "живого сечения" распределительной решетки, %: 2 (1); 5 (2); 10 (3); 15 (4) пр,м/с

Рис. 28. Зависимость максимально допустимой крупности частиц флюса 6Ч от приведенной скорости газа (газовой нагрузки) сопр при /^с ¡Рк = 2%, К02 = 0.21, а = 1.0 и коэффициенте загрузки материала 7(1); 13 (2); 19(3); 25 (4)

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 пр. м/с

Рис. 29. Зависимость максимально допустимой крупности частиц флюса от приведенной скорости газа (газовой нагрузки) соар при Рс /Рк = 2%, К& = 1, а = 1.0 и коэффициенте обогащения дутья кислородом Ко2'. 0.21 (1); 0.45 (2); 0.7 (3); 0.95 (4)

100 с)ч,мкм

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 пр,м/с

Рис. 30. Зависимость максимально допустимой крупности частиц флюса <5Ч от приведенной скорости газа (газовой нагрузки) супр при Кё = 7, Рс!Рк = 2%, Ког = 0.21 и коэффициенте расхода окислителя а: 1.6(1); 1.4 (2); 1.2 (3); 1.0(4)

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 пр.м/с

Рис. 31. Зависимость удельной производительности камеры КСР ру от приведенной скорости газа (газовой нагрузки) а>пр при Рс = 2%, коэффициенте расхода окислителя а = 1.0 (1, 3) и а = 1.6 (2, 4) и коэффициенте обогащения дутья кислородом Ко2-0.21 (3,4); 0.95 (1,2)

70 т

60 50 40 30 20 10 0

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 пр,м/с

Рис. 32. Зависимость удельной производительности камеры КСР рр от приведенной скорости газа (газовой нагрузки) сопр при Рс = 2%, коэффициенте расхода окислителя а = 1.0 (2, 4) и а = 1.6 (1, 3) и коэффициенте обогащения дутья кислородом К02' 0.21 (1,2); 0.95 (3,4)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Энергоиспользование в теплотехнологической системе производства черновой меди впервые исследовано на основе методологии интенсивного энергосбережения.

2. Для металлургической теплотехнологической системы на базе печи взвешенной плавки определена энергоемкость производства черновой меди, составляющая 1147 кг у.т. (на совокупный продукт "А", включающий 1 т черновой меди и 6 ГДж пара). Полная энергоемкость черновой меди составляет 1974. 3744 кг у.т. в зависимости от содержания меди в руде (соответственно 2.0 . 0.6 %).

3. Показано, что доля энергоемкости медного концентрата в полной энергоемкости черновой меди составляет от 42 до 69 % и для снижения энергозатрат необходимо более полное использование теплотворной способности концентрата, вклад которой в энергоемкость металлургического производства наибольший (39 %).

4. Разработана структура энергосберегающей теплотехнологической системы производства черновой меди с экстремальной тепловой схемой на базе непрерывной прямой плавки на черновую медь. Энергоемкость производства черновой меди в данной модели теплотехнологической системы оценивается в 1343 кгу.т. (на совокупный продукт "Б", включающий 1 т черновой меди, 15.7 ГДж пара и др.), в то время как в действующей теплотехнологической системе в сопоставимых условиях -2175 кг у.т. (на совокупный продукт "Б").

5. Определен потенциал резерва интенсивного энергосбережения в действующей теплотехнологической системе производства черновой меди, составляющий 1075кгу.т. (на совокупный продукт "Б"), что составляет 49.4 % от энергоемкости производства.

6. Показана возможность экономии до 832 кг у.т. (на совокупный продукт "Б") при степени использования потенциала резерва интенсивного энергосбережения на 77.4 %, энергоемкость производства при этом снижается на 38 % (с 2175 до 1343 кг у.т.).

7. Показано, что реализация таких энергосберегающих мероприятий, как переход от последовательного процесса «плавка на штейн конвертирование» к прямой плавке на черновую медь, применение сажеводородной смеси в качестве восстановителя при обеднении шлака, утилизация тепла отходящих газов и шлака, дополнительное извлечение ценных компонентов медного концентрата в сумме позволяет повысить коэффициент полезного использования энергии при производстве черновой меди с существующих 44.6 % до 72.2 %.

8. Предложен (и защищен патентом на изобретение *) новый комбинированный способ обработки сульфидного медного концентрата в газовом потоке высокого окислительного потенциала. Цель - уменьшение габаритов и повышение удельной производительности печи, снижение содержания меди в шлаках.

9. Разработана математическая модель обработки сульфидного медного сырья во взвешенном слое, с помощью которой установлено, что при обработке предложенным способом до 35-45 % от необходимого для полной десульфуризации кислорода переносится в ванну расплава в сорбированном концентратом состоянии, уменьшая время окисления сульфидов в ванне. При этом во взвешенном слое выгорает не более 10 % серы, что снижает образование магнетита и потери меди со шлаком.

10.Установлена важность максимального обогащения дутья кислородом при обработке предложенным способом: переход с воздушного дутья на технологический кислород повысил степень насыщения концентрата кислородом во взвешенном слое с 7.2 до 37.5 %.

11. Разработана методика расчета удельной производительности камеры плавки сульфидного сырья на черновую медь в режиме кипящего слоя расплава, показана эффективность обработки в кипящем слое расплава:

Подробнее см. сноску на стр. 15. при производительности 50 т/ч (по шихте) могут быть достигнуты удельные производительности камеры кипящего слоя расплава

3 9

11.6 т/(м -ч) и 5.8 т/(м ч) на воздушном дутье. Использование технологического кислорода позволяет увеличить данные показатели до 35.1 т/(м ч) и 31.8 т/(м -ч) соответственно. Осложняет переход на плавку сульфидного сырья в режиме кипящего слоя расплава необходимость в сверхтонком размоле флюса (менее 75 мкм).

1. FrösslingN. Über die Verdunstung fallenden Tropfen // Gerlands beitrage zur Geophusik.- 1938.- Bd. 52.- № 2.- S. 170-216.

2. Jorgensen F.R.A. Heat Transfer Mechanism in Ignition of Nickel Sulfide Concentrate under Simulated Flash Smelting Conditions // Proc. Australas Inst. Min. Metall.- 1979.- № 271.- P. 21-25.

3. Jorgensen F.R.A. The Ignition Temperature of a Nickel Concentrate from Kambalda under Simulation Flash Smelting Conditions // Proc. Australas Inst. Min. Metall.- 1978.- № 268.- P. 47-55.

4. Jorgensen F.R.A., Segnit E.R. Copper Flash Smelting Simulation Experiments // Proc. Australas Inst. Min. Metall.- 1977.- № 261.- P. 39-46.

5. Pitt C.H., Wadsworth M.E. Current Energy Requirements in the Copper Producing Industries // Journal of Metals.- 1981.- Vol. 33.- N 6.- P. 25-34.

6. Technology Partnerships: Enhancing the Competitiveness, Efficiency, and Environmental Quality of American Industry. Technical Report № DOE/GO-10095-170 / National Renewable Energy Lab. Washington, DC, USA, 1995.- 142 p.

7. Trauisen H.R., Taylor J.C., George D.B. Copper Smelting an Overview // Journal of Metals.- 1982.- Vol. 34.- № 8.- P. 35-40.

8. A. c. 1406440 СССР, F 27 В 15/00. Устройство для непрерывной плавки тонкоизмельченной сырьевой смеси / А.Д. Ключников, И.П. Морозов,

9. A.C. Ковалев и др. // Открытия. Изобретения.- 1988.- № 24.- С. 149-150.

10. Авдеева A.B. Получение серы из газов.- М.: Металлургия, 1977.- 172 с.

11. Автогенные процессы в цветной металлургии / В.В. Мечев,

12. B.П. Быстрое, A.B. Тарасов и др.- М.: Металлургия, 1991.- 412 с.

13. БабенкоР.А., Тихонов А.И., Смирнов В.И. Некоторые особенности окисления сложных сульфидов меди и железа // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1972.- № !. с. 8-13.

14. Багров О.Н., КлешкоБ.М., Михайлов В.В. Энергетика основных производств цветной металлургии.- М.: Металлургия, 1979.- 376 с.

15. Бармин JI.H., Есин O.A., Медведевских Ю.Г. Скорость выгорания серы из жидких сульфидов меди и железа // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1970.- № 4.- С. 22-26.

16. Баяхунов А.Я., Вдовенко М.И., ЕршинаЛ.М. О скорости окисления сульфидов меди // Изв. АН КазССР. Сер. энерг.- Алма-Ата, 1962.-Вып. 2.- С. 63-70.

17. Беляев A.A. Совершенствование технологии сжигания низкосортных твердых топлив во взвешенном слое: Дисс. . докт. техн. наук.- М., 1996.- 393 с.

18. Ванюков A.B. Комплексная переработка медного и никелевого сырья.-Алма-Ата: Наука, 1980.- Ч. 1: Металлургия черновой меди.- 272 с.

19. Ванюков A.B., Зайцев В.Я. Шлаки и штейны цветной металлургии.- М.: Металлургия, 1969.- 406 с.

20. Ванюков A.B., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья.- Челябинск: Металлургия, 1988.- 432 с.

21. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.- М.: Физматгиз, 1963.- 708 с.

22. Вдовенко М.И., Баяхунов А.Я., Кондин В.Ф. Изучение окисления сульфида железа во взвешенном состоянии // Вестник АН КазССР.-Алма-Ата, 1961.- № 2.- С. 52-61.

23. Взвешенная плавка: контроль, анализ и оптимизация / У.Г. Дэвенпорт, Д.М. Джоунс, М.Дж. Кинг и др. Пер. с англ. Под ред. Р.В. Старых.-М.: МИСИС, 2006.- 400 с.

24. Воспламенение сульфидов меди, цинка, железа и свинца / А.П. Сычев, Н.И. Копылов, Е.В. Маргулис и др. // Изв. Вузов. Цветнаяметаллургия.- 1975.- № 5.- С. 23-28.

25. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки / И.И. Перелетов, J1.A. Бровкин, Ю.И. Розенгарт и др. Под ред. А.Д. Ключникова.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 336 с.

26. Галущенко В.В. Физико-химические исследования и разработка технологии автогенной плавки пиритных концентратов с целью повышения извлечения ценных компонентов: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- М, 1998.- 20 с.

27. Горение углерода. Опыт построения физико-химических основ процесса / A.C. Предводителев, JI.H. Хитрин, O.A. Цуханова и др. Под ред. A.C. Предводителева.- M.-JL: Изд-во АН СССР, 1949.- 407 с.

28. ГОСТ 27322-87. Энергобаланс промышленного предприятия. Общие положения.- М.: Изд-во стандартов, 1987.- 16 с.

29. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения.- М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000.20 с.

30. ГОСТ Р 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей. Общие положения.- М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000.- 12 с.

31. ГОСТ Р 51750-2001. Энергосбережение. Методика определения энергоемкости при производстве продукции и оказании услуг в технологических энергетических системах. Общие положения.- М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001.- 29 с.

32. Гречко A.B. Параметры дутья и отопительно-дутьевых устройств барботажных пирометаллургических агрегатов // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1985.- № 2 С. 60-66.

33. Гречко A.B. Снижение энергозатрат и повышение экономической эффективности при фьюминговании шлаков цветной металлургии // Промышленная энергетика.- 1999.- № 4.- С. 2-7.

34. Гречко A.B. Энергосбережение в пирометаллургии меди //

35. Промышленная энергетика.- 1996.- № 9.- С. 2-6.

36. Гречко A.B., Ермаков А.Б., Немировский И.А. Испарительное охлаждение агрегатов автогенной плавки сырья в цветной металлургии // Промышленная энергетика.- 1997.- № 6.- С. 31-35.

37. Деев В.И. Перспективы внедрения автогенных процессов в металлургии тяжелых цветных металлов // Цветные металлы.- 1981.-№ 12.- С. 21-22.

38. Диев Н.П., Падучев В.В. Изучение механизма и скорости окисления медных штейнов в расплавленном состоянии // ЖПХ.- 1952.- Т. XXV.-№ 8.- С. 892-895.

39. Добросельская Н.П., ГудимаН.В., Васильев Б.Т. Утилизация сернистых газов заводов цветной металлургии.- М.: Металлургия, 1976.- 160 с.

40. Есин O.A., ГельдП.В. Физическая химия пирометаллургических процессов.- М.: Металлургия, 1966.- 704 с.

41. Ипполитов В.А. Повышение эффективности процесса плавления зернистых материалов на основе кипящего слоя расплава: Дисс. . канд. техн. наук.- М., 1982.- 193 с.

42. Исаев В.А. Энергоемкость продукции предприятий черной металлургии // Тр. IV конгресса сталеплавильщиков.- М.: Черметинформация, 1997.- С. 31-34.

43. Исаченко В.П, ОсиповаВ.А, Сукомел A.C. Теплопередача.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоиздат, 1981.- 418 с.

44. Исследование и разработка способа плавки медноникелевых концентратов и руд с применением природного газа и кислорода в прямоточно-вихревой плавильной камере: Отчет о НИР / МЭИ; рук. Ключников А.Д.- ГР 71041777.- М., 1972.- 210 с.

45. Исследование температурного режима печи взвешенной плавки / В.В. Кохабидзе, Л.Д. Талис, A.A. Каждан и др. // Цветные металлы.-1991.- №6.- С. 19-22.

46. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива.- М.: Изд-во АН СССР, 1958.- 598 с.

47. Картавцев C.B. Природный газ в восстановительной плавке. СВС и ЭХА.- Магнитогорск: МГТУ, 2000.- 188 с.

48. КафаровВ.В. Основы массопередачи. Системы газ-жидкость, пар-жидкость, жидкость-жидкость.- 2-е изд., перераб.- М.: Высш. школа, 1972.- 494 с.

49. Ключников А.Д. Интенсивное энергосбережение: предпосылки, методы, следствия//Теплоэнергетика.- 1994.-№ 1.- С. 12-16.

50. Ключников А.Д. Критерии энергетической эффективности и резерва энергосбережения теплотехнологии, теплотехнологических установок, систем и комплексов.- М: Издательство МЭИ, 1996.-38 с.

51. Ключников А.Д. Теплотехническая оптимизация топливных печей.- М.: Энергия, 1974.- 344 с.

52. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения.-М.: Энергоатомиздат, 1986.- 126 с.

53. Ключников А.Д., Картавцев C.B. Интенсивное энергосбережение в промышленности: предпосылки, научно-методическое и кадровое обеспечение // Промышленная энергетика.- 1996.- № 8.- С. 2-5.

54. Ключников А.Д., Кузьмин В.Н., Попов С.К. Теплообмен и тепловые режимы в промышленных печах.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 174 с.

55. Ключников А.Д., Попов С.К. Диагноз энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения теплотехнологичес-кой системы.- М: Издательство МЭИ, 1999.- 70 с.

56. Козицын A.A. Комплексное управление отходами на предприятии (напримере медеплавильного производства): Дисс. . канд. экон. наук.-Екатеринбург, 2003.- 201 с.

57. Колесников С.Л. Агрегат высокого давления для измельчения и дезагломерации кремнеземистых материалов: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- Белгород, 2000.- 20 с.

58. Кубасов B.JL, Гречко A.B. Энергозатраты в производстве меди из сульфидного сырья и пути их снижения // Цветные металлы.- 1995.-№ 1.- С. 7-11.

59. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Физматгиз, 1959.- 700 с.

60. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочник в 2-х кн. / Под ред. В.Г. Лисиенко.- М.: Теплотехник, 2005.- Кн. 1.- 688 с.

61. Луганов В.А. Изучение удельной поверхности пиритного концентрата при термическом разложении // Изв. Вузов. Цветная металлургия.-1984.-№6.- С. 45-49.

62. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин.-М.: Машиностроение, 1989.- 112 с.

63. Математическая зависимость температур воспламенения сульфидов от условий процесса / А.П. Сычев, Н.И. Копылов, Е.В. Маргулис и др. // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1975.- № 6 С. 31-34.

64. Математическая модель автогенной плавки сульфидного медного сырья / В.А. Каплан, Т.А. Багрова, A.B. Тарасов и др. // Цветные металлы.- 1989.- № 8.- С. 40-43.

65. Математическая модель динамики работы над фурменной зоны печи ПЖВ / A.B. Ванюков, А.Д. Васкевич, М.Л. Сорокин и др. // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1987.- № 5.- С. 27-34.

66. Моделирование процесса массопередачи при окислении сульфида железа водяным паром / В.П. Голдобин, В.П. Жуков, И.Ф. Худяков и др. // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1977.- № 6.- С. 62-67.

67. Монтильо И.А. Совмещение процессов плавки и конвертирования // Цветные металлы.- 1979.- № 12.- С. 20-26.

68. Морозов И.П. Исследование оптимальной организации тепловой работы прямоточно-вихревой плавильной камеры: Дисс. . канд. техн. наук.- М., 1978.- 223 с.

69. Морозов И.П., Ипполитов В.А., Ключников А.Д. Расчет тепловой обработки полидисперсного материала в газовзвеси на ЭВМ.- М.: МЭИ, 1987.- 32 с.

70. Морозов И.П., Ковалев A.C. Направления реализации предельно высокого энергосбережения при переработке медных концентратов // Проблемы энергетики теплотехнологии: тез. докл. 2-ой всесоюз. науч. конф.- М.: МЭИ, 1987.- С. 56.

71. Морозов И.П., Ковалев A.C. Энергетические проблемы многоцелевого теплотехнологического комплекса переработки сульфидных медных руд и концентратов // Тр. МЭИ. Энергетика высокотемпературной теплотехнологии.- 1980.- Вып. 476.- С. 19-23.

72. Морозов И.П., Ковалев A.C., ЖулинВ.Н. Оптимизация теплотех-нологической схемы получения черновой меди // Проблемы энергетики теплотехнологии: тез. докл. всесоюз. науч. конф.- М.: МЭИ, 1983.1571. Т. 1.- С. 97.

73. Новожилов А.Б., Гречко A.B., Кириллин И.И. Окисление сульфидов в штейно-шлаковых расплавах печи Ванюкова // Цветные металлы.-1993.-№ 12.- С. 16-18.

74. О механизме и кинетике окислительных процессов при автогенных плавках медьсодержащего сульфидного сырья / И.С. Грозданов, П.Н. Бакрджиев, Б.С. Стефанов и др. // Цветные металлы.- 1980.- № 3.-С. 17-21.

75. Общая химическая технология / А.Г. Амелин, А.И. Малахов, И.Е. Зубова и др. Под ред. А.Г. Амелина.- М.: Химия, 1977.- 400 с.

76. Онаев И.А., Спитченко B.C., Калашников М.Ю. Изучение термического поведения медных минералов // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1989.- № 1.- С. 44-46.

77. Парецкий В.М. Развитие научных основ, внедрение и совершенствование автогенной плавки медных сульфидных концентратов на основе факельного и барботажного принципов: Дисс. . докт. техн. наук.- М., 1993.- 115 с.

78. Пензимонж И.И., Гришанкина Н.С. О механизме окисления расплавленного сернистого железа // Тр. ИМиО АН КазССР.- Алма

79. Ата, 1972.- Т. 45.- С. 11-15.

80. Пенный режим и пенные аппараты / Э.Я. Тарат, И.П. Мухленов, А.Ф. Туболкин и др. Под ред. И.П. Мухленова и Э.Я. Тарата,- Л.: Химия, 1977.- 304 с.

81. Переработка шлаков цветной металлургии / М.М. Лакерник, Э.Н. Мазурчук, С.Я. Петкер и др.- М.: Металлургия, 1977.- 158 с.

82. Плавка в жидкой ванне / A.B. Ванюков, В.П. Быстров, А.Д. Васкевич и др. Под ред. A.B. Ванюкова.- М.: Металлургия, 1988.- 208 с.

83. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / Под общ. ред. A.B. Клименко и В.М. Зорина.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Издательство МЭИ, 2004.- 632 е.- (Кн. 4: Теплоэнергетика и теплотехника).

84. Разработка концепции интенсивного энергосбережения в теплотехнологическом комплексе переработки сульфидных медных руд при внедрении автогенных процессов: Отчет о НИР (заключ.) / МЭИ; рук. Ключников А.Д.- ГР 01890060381.- М., 1991.- 92 с.

85. Разработка методов высокоэффективного использования природного газа и кислорода в процессах комплексной безотходной переработки сульфидных руд и концентратов: Отчет о НИР (заключ.) / МЭИ; рук. Ключников А.Д.- ГР 79037316.- М., 1981.- 138 с.

86. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Недра, 1978.- 392 с.

87. Романков П.Г., Рашковская Н.Б., Фролов В.Ф. Массообменные процессы химической технологии.- Л.: Химия, 1975.- 336 с.

88. Румянцев П.А. Исследование и оптимизация автогенной плавки медных сульфидных шихт методом машинного имитационного эксперимента: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- Владикавказ, 1998.20 с.

89. РущукВ.И. Сквозные затраты топливно-энергетических ресурсов на полный цикл производства цветных металлов от добычи руды до получения товарного продукта // Промышленная энергетика.- 1991.-№3.- С. 11-14.

90. Смирнов В.И., Тихонов А.И. Обжиг медных руд и концентратов.- М.: Металлургия, 1968.- 286 с.

91. Смирнов В.М. Исследование теплотехнических процессов в ванне расплава технологической кольцевой циклонной камеры: Дисс. . канд. техн. наук.- М., 1981.-314 с.

92. Снурников А.П., Макарова С.Н. Футеровка автогенных агрегатов и способы их охлаждения // Цветные металлы.- 1989.- № 8.- С. 35-37.

93. Соболев C.B. Разработка расчетных моделей, исследование и оптимизация теплообмена в автогенных печах факельно-барботажной плавки для переработки медного сульфидного сырья: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- Красноярск, 1996.- 18 с.

94. Совершенствование математической модели автогенной плавки сульфидного сырья / A.B. Тарасов, Т.А. Багрова, В.А. Каплан и др. // Цветные металлы.- 1992.- № 7.- С. 15-16.

95. Справочник теплоэнергетика предприятий цветной металлургии / Под ред. О.Н. Багрова и 3.JI. Берлина.- М.: Металлургия, 1982.- 456 с.

96. Талис Л.Д. Совершенствование тепловой работы печи взвешенной плавки на штейн путем рациональной организации процессовтеплообмена в технологическом факеле: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- М, 1998.-20 с.

97. Тарасов A.B. Новое в металлургии меди // Цветные металлы.- 2002.-№2.- С. 38-45.

98. Тарасов A.B. Производство цветных металлов и сплавов: Справочник в 3-х т. (4-х кн.).- М.: Металлургия, 2001.- Т. 2.- Кн. 1: Производство тяжелых цветных металлов.- 408 с.

99. Тарасов A.B., Ковган П.А. Плавка сульфидных медных концентратов в комбинированной барботажной печи // Цветные металлы,- 1995.- № 5.-С. 11-12.

100. ТациенкоП.А. Обжиг руд и концентратов.- М.: Металлургия, 1985.232 с.

101. Теория тепломассообмена / С.И. Исаев, И.А. Кожинов, В.И. Кофанов и др. Под ред. А.И. Леонтьева.- М.: Высш. школа, 1979.- 496 с.

102. Техника защиты окружающей среды / Н.С. Торочешников, А.И. Родионов, Н.В. Кельцев и др.- М.: Химия, 1981.- 368 с.

103. Туркдоган Е.Т. Физическая химия высокотемпературных процессов. Пер. с англ.- М.: Металлургия, 1985.- 344 с.

104. Уткин Н.И. Производство цветных металлов.- М.: Интермет Инжиниринг, 2004.- 442 с.

105. Уткин Н.И. Цветная металлургия (технология отрасли).- М.: Металлургия, 1990.- 446 с.

106. Филимонов Ю.П., Косых В.И. Плавление медной руды в жидком шлаке и штейне // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1983.- № 5.- С.82-86.

107. Финкелыптейн A.B., БрукЛ.Б. Особенности массопереноса при окислении сульфидов в газовой струе // Цветные металлы.- 1992.- № 7.-С. 13-15.

108. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике.- 3-е изд., испр. и доп.- М.: Наука, 1987.- 490 с.

109. Хачатрян Г.Х., Васильев Ю.А., Симонов В.Ф. Оптимизация схемных решений и параметров теплотехнологических установок медеплавильного производства // Цветная металлургия.- 1997.- № 2-3.-С. 14-18.

110. Цемехман Л.Ш. Автогенные процессы в медном и медно-никелевом производстве // Цветные металлы.- 2002.- № 2.- С. 48-51.

111. Чубинидзе В.А. Исследование процесса и разработка технологии варки силикатных расплавов в печи с циклонной камерой: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- М., 1977.- 20 с.

112. Шагарова О.Н. Обоснование и выбор способов повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка: Дисс. . канд. техн. наук.- М., 2005.- 133 с.

113. Шаталов A.B. Помольный комплекс для измельчения кремеземистых материалов: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.- Белгород, 2002.- 20 с.

114. Шелудяков Л.Н., КосьяновЭ.А. Комплексная переработка шлаков цветной металлургии.- Алма-Ата: Наука, 1990.- 168 с.

115. Энергетический анализ. Методика и базовое информационное обеспечение / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, С.Е. Розин и др.-Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001.- 100 с.

116. Энергоиспользование в цветной металлургии / О.Н. Багров, В.П. Андреев, В.И. Деев и др.- М.: Металлургия, 1990.- 112 с.