72_220301_b

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Санкт-Петербургский государственный горный институт
имени Г.В. Плеханова
(технический университет)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
_____________проф. М.А. Иванов
«__» ___________2009г.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
"АВТОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ. ТЕХНОЛОГИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ,
АВТОМАТИЗАЦИЯ"
(72 час.)
Санкт-Петербург
2009 г.
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСА
Целью курса "Автогенные процессы. Технология, оборудование, автоматизация"
ознакомление слушателей с технологией получения цветных, благородных и редких
металлов из рудного и вторичного сырья, с новыми приемами и методами производства
металлов, способами обогащения исходного сырья, очистки газовых выбросов, с
основными датчиками контроля технологического процесса.
Задачей курса является:
– изучение теоретических основ процесса производства металлов;
– обучение необходимым металлургическим расчетам;
– детальное
изучение
промышленных
печей
(конструкция
печей,
гидроаэродинамика и теплообмен печного агрегата);
– изучение процесса контроля технологических параметров.
Появление новых процессов
и технологий определяется необходимостью
совершенствования существующих производств, повышения их экономичности,
безопасности, уменьшения загрязнения окружающей среды. Новые процессы в
металлургии можно разделить на эволюционные процессы, основанные на
совершенствовании уже существующих технологий, и принципиально новые, связанные
с использованием достижений фундаментальных наук.
Задачей данного курса является изучение теории и технологии промышленных способов
производства тяжелых цветных и благородных металлов из различных видов рудного
сырья с применением современных процессов, определяющих научно-технический
прогресс.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КУРСА
В результате освоения курса "Автогенные процессы. Технология, оборудование,
автоматизация" слушатель должен знать:
 историю развития печей производства металлов;
 требования, предъявляемые к исходному сырью, и методы его подготовки для
переработки в печах производства металлов;
 конструкцию печей производства черных и цветных металлов, особенности
устройства их отдельных узлов;
 технологию производства металлов в различных печах;
 закономерности и особенности гидродинамического, теплообменного и
теплогенерирующего процессов в различных печах производства металлов;
 особенности взаимосвязи технологических, конструктивных, энергетических и
других характеристик печей производства металлов;
 параметры и показатели печей производства металлов, методику их расчета
(проектирование), направление их усовершенствования;
 физико-химическую сущность процессов, положенных в основу новых и
перспективных технологий производства цветных, редких и благородных металлов;
 достоинства и недостатки новых и перспективных процессов, а также спектр
технологий для их реализации.
 принципиальные взаимосвязи технологических процессов и эксплуатируемого
оборудования;
В результате прохождения курса слушатель должен уметь:
 анализировать особенности устройства и работы различных печей производства
металлов с точки зрения оптимальности их показателей;
 производить расчет технологии и процессов гидроаэродинамики, теплообмена,
теплогенерации в печах производства металлов;
 производить расчет и выбор параметров печи производства металлов,
основываясь на положениях комплексной теории печей;
2
 осуществлять графическую проработку конструкции печи в целом и ее отдельных
узлов;
 анализировать, критически сопоставлять и выбирать рациональные решения для
разработки новых процессов в металлургии цветных, редких и благородных металлов;
 осуществлять комбинацию новых и перспективных процессов для разработки
эффективных технологий в металлургии цветных, редких и благородных металлов.
 выбрать и обосновать рациональную технологическую схему переработки
рудного сырья.
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
Раздел дисциплины
пп.
1 Современное состояние сырьевой базы
2 Подготовка руд к пирометаллургической переработке
3 Пирометаллургические методы переработки рудного сырья
Процессы, освоенные промышленностью во второй половине
4
ХХ века, и их перспективы
5 Методика расчета технологических процессов
Методика расчета и выбора пирометаллургического
6
оборудования
7 Автогенные технологии в системе твердое – газ
8 Автогенные технологии в системе жидкое – газ
9 Свойства сульфидных и шлаковых систем
Сущность
10
процессов конвертирования
11 Совмещенные (комбинированные) агрегаты
Производство никелевого и медно-никелевого файнштейнов и
12
их переработка
13 Теплообмен в промышленных печах
Автоматический контроль теплотехнических параметров
14
промышленных печей
Автоматизированный контроль физико-химических параметров
15
промышленных печей
Лекци
и, час.
2
2
2
2
ПЗ,
час.
2
6
-
2
2
6
6
2
4
2
4
2
2
4
4
4
2
4
2
2
2
3.2. Содержание разделов дисциплины
РАЗДЕЛ 1. Современное состояние сырьевой базы. Медные, свинцово-цинковые,
никелевые, сурьмяные и ртутные руды, алюминиевое, магниевое и титановое сырье, руды
редких металлов. Комплексный характер сырья для производства цветных металлов.
Характеристика попутных полезных ископаемых и компонентов. Анализ технологических
схем переработки руд основных цветных металлов с позиции образования отходов.
Основные виды твердых отходов (шлаки, шламы, пыли, полупродукты) и их состав,
количество, направления использования и переработки.
Отвальные шлаки медеплавильных и никелевых заводов. Обеднение шлаков.
Использование для производства цемента, минеральной ваты, шлакового щебня, вяжущих
материалов. Использование цинксодержащих шлаков свинцового производства.
Комплексная переработка жидких шлаков и твердых шлаков с отвала.
РАЗДЕЛ 2. Подготовка руд к пирометаллургической переработке. Значение
подготовки рудного сырья. Характеристики различных видов исходного рудного сырья.
Рудное сырье, поступающее с горного производства. Требования, предъявляемые к
3
сырью, для различных пирометаллургических переделов. Основные виды подготовки
сырья к пирометаллургической переработке: дробление, измельчение, дезинтеграция,
классификация руд и флюсов. Основные способы обогащения руд. Магнитная сепарация,
гравитационное обогащение, флотация. Обезмеживание сырья, оборудование и
показатели сгущения и фильтрации пульп. Сушка материалов. Сушильное оборудование,
теплофизика процессов сушки. Конструкция, параметры и показатели работы барабанных
сушил. Трубы – сушила. Холодное окускование материалов. Физические основы
окускования. Окатывание. Требования к исходным материалам. Конструкции и
показатели грануляторов (окатывателей). Прессование. Требования к исходным
материалам. Конструкции и показатели прессов.
РАЗДЕЛ 3. Пирометаллургические
методы
переработки
рудного
сырья.
Использование электропечей для переработки сульфидных медно-никелевых шихт на
штейн; прокаленных окисленных никелевых руд на ферроникель; обеднение шлаков.
Использование шахтных печей для плавки агломерата окисленных никелевых руд на
штейн; плавки агломерата свинцовых шихт на черновой свинец; плавки свинцовоцинковых агломератов с отгонкой цинка.
РАЗДЕЛ 4. Процессы, освоенные промышленностью во второй половине ХХ века,
и их перспективы. Интенсивные высокотемпературные процессы. Применение
кислорода в металлургии. Общие сведения. Интенсификация процессов плавки с
использованием кислорода или воздуха, обогащенного кислородом. Разновидности
процессов плавки с использованием кислорода. Критический анализ современного
состояния и перспектив развития процессов плавки с использованием кислорода.
РАЗДЕЛ 5. Методика расчета технологических процессов. Исходные данные для
расчета технологии. Расчет извлечения и состава продуктов. Определение количества и
состава оборотов и отходов. Материальные балансы процессов и баланс металлов.
Определение параметров технологических показателей.
РАЗДЕЛ 6. Методика расчета и выбора пирометаллургического оборудования.
Исходные данные для расчета оборудования. Методы расчета металлургических печей.
Технико-экономическое обоснование.
Современные направления в развитии исследования пирометаллургических
аппаратов.
Энерготехнологическое
использование
всех
продуктов
пирометаллургического производства. Охрана природы. Механизация и автоматизация
производства.
РАЗДЕЛ 7. Автогенные технологии в системе твердое – газ. Теория и практика
окислительных и агломерирующих обжигов в металлургии тяжелых металлов.
Взвешенные виды автогенных плавок (ПВП, КФП). Особенности кинетики и механизма
формирования штейна, шлака и газовой фазы. Условия, обеспечивающие автогенный
режим плавок.
РАЗДЕЛ 8. Автогенные технологии в системе жидкое – газ. Теория, практика и
характерные особенности конвертирования медных, никелевых, медно-никелевых и
полиметаллических штейнов в горизонтальных конвертерах. Техническое обеспечение
при использовании вертикальных конвертеров КВК. Рафинирование чернового
ферроникеля. Особенности проведения штейновых плавок медных и медно-никелевых
шихт в печи Ванюкова (ПЖВ), обеспечивающие высокие технико-экономические
показатели.
РАЗДЕЛ 9. Свойства сульфидных и шлаковых систем. Особенности состава и
строения штейнов, полученных в окислительных и восстановительных условиях.
Современная оценка строения шлаков и оптимизация их состава и свойств.
Строение штейнов. Система медь-железо-сера. Второстепенные компоненты штейнов.
Структура и термодинамические свойства штейнов. Обобщение имеющихся сведений по
строению штейнов.
4
Строение шлаков. Диаграмма состояния. Термодинамические свойства шлаков.
Обобщение имеющихся сведений по строению шлаков.
Природа жидких шлаков. Минералогический состав шлаков. Диаграмма плавкости
основных компонентов металлургических шлаков. Строение расплавленных шлаков.
Эволюция взглядов на природу шлаков. Теория ионного строения шлаков. Химические
свойства шлаков. Физические свойства шлаков. Шлакообразование.
РАЗДЕЛ 10. Сущность процессов конвертирования. Сталеплавильные конвертеры.
Основы конструкции. Технология сталеплавильного конвертерного процесса. Рабочие
операции
конвертера.
Гидродинамика
процесса.
Основные
закономерности
взаимодействия дутья с ванной. Тепловая работа конвертера, его тепловой баланс.
Конструкция и параметры работы дутьевой фурмы. Номенклатура конвертеров, их
параметры. Методика расчета (выбора) конвертера. Конструкция отдельных узлов
агрегата. Показатели работы сталеплавильных конвертеров. Направления их
усовершенствования. Применение сталеплавильных конвертеров для переработки
расплавов цветной металлургии. Конвертирование чернового ферроникеля дуплекспроцессом; его организация, технология и основные показатели. Конвертирование
никельсодержащего «белого матта»; технология и основные параметры и показатели.
Горизонтальные конвертеры. Основы
конструкции. Технология конвертирования
медных,
медно-никелевых,
никелевых
и
полиметаллических
штейнов.
Гидроаэродинамика конвертерного процесса. Тепловой баланс конвертирования.
Использование холодных материалов. Конструкция отдельных узлов конвертера;
воздухораспределительная система. Параметры и показатели конвертирования. Методика
расчета (выбора) конвертера.
Направление совершенствования горизонтального
конвертера. Непрерывное «взвешенное» конвертирование.
Конвертерные процессы. Физико-химические основы процесса. Гидродинамика газовой
струи в расплавленной ванне. Скорость окислительных процессов при продувке расплава
в конвертере. Термодинамика конвертерных процессов. Термохимия плавки. Тепловой и
материальный процессы. Контроль и управление конвертерным процессом. Поведение
кислородной струи и гидродинамика расплавленной ванны. Температурные условия
кислородной продувки. Особенности химизма реакций окисления.
Образование магнетита. Свойства окислов железа. Магнетит в конвертере. Условия
образования магнетита. Обобщение имеющихся сведений об образовании магнетита.
Потери меди и никеля в конвертерном процессе. Формы меди, кобальта, никеля в
конвертерных шлаках. Факторы, влияющие на потери металлов.
Извлечение серы из конвертерных газов.
Удаление примесей при конвертировании. Общие соображения по вопросу удаления
примесей. Удаление висмута. Удаление селена, теллура.
РАЗДЕЛ 11. Совмещенные (комбинированные) агрегаты. Принципы совмещенного
процесса. Общие основы конструкции комбинированного агрегата. Массообменные
процессы. Процессы и агрегаты Уоркра, как крайний вариант комбинаций разнородных
процессов; примеры агрегатов. Процесс и агрегат Норанда; первоначальная идея и
практическая реализация. Примеры отечественных предложений и разработок
комбинированных агрегатов. Перспективы реализации совмещенных процессов и
комбинированных агрегатов.
Продувка штейна в конвертере. Участие кислорода в конвертировании. Роль упругостей
диссоциации металлических окислов и сернистого ангидрида в конвертировании.
Окисление сульфидов. Окислы железа и шлакообразование при конвертировании.
Воздушный и тепловой режимы при конвертировании. Изменение состава штейна и
продуктов конвертирования.
Альтернативные способы переработки сульфидных медно-никелевых руд.
Электроплавка медно-никелевых шихт на штейн. Автогенные технологии переработки
медно-никелевых руд и концентратов на штейн.
5
РАЗДЕЛ 12. Производство никелевого и медно-никелевого файнштейнов и их
переработка. Конвертирование никелевых и медно-никелевых штейнов. Особенности
поведения кобальта. Обзор промышленных способов разделения медно-никелевых
файнштейнов. Окислительный обжиг никелевого файнштейна и никелевого концентрата
до закиси никеля. Восстановительный обжиг технической закиси никеля и
восстановительная электроплавка восстановленного продукта.
Печи взвешенной плавки (ПВП). Сущность процессов взвешенной плавки. История и
разновидности ПВП. Печь фирмы Оутокумпу (печь «финской» плавки). Основы
конструкции. Технологический процесс в печи. Процессы в реакционной шахте и в
отстойной части печи. Аэродинамика и теплообмен в печи. Тепловой баланс ПВП.
Условия автогенности процесса. Печные газы ПВП, их использование. Конструкция
отдельных узлов печи. Методика расчета ПВП. Разновидности «финских» печей ПВП.
Примеры применения печей на предприятиях медного и никелевого производств.
Параметры и показатели печей ПВП. Направления совершенствования печей.
Перспективы применения «финских» печей ПВП.
Кислородно-факельная плавка (КФП). Основы конструкции печи. Аэродинамика КФП.
Тепловой баланс печи; ее охлаждение. Параметры и показатели КФП. Перспективы ее
применения. Кислородно-взвешенная плавка ИНКО. Ее основные особенности,
показатели и параметры.
Печи плавки в жидкой ванне (ПЖВ). Сущность процессов плавки в жидкой ванне.
История и разновидности печей ПЖВ. Печь Ванюкова (ПВ). Основы конструкции.
Технологический процесс
печи. Гидроаэродинамика ПВ. Теплообмен в рабочем
пространстве печи. Тепловой баланс ПВ и условия автогенности процесса. Тепловая
работа шахты печи; ее охлаждение. Конструкция отдельных узлов ПВ. Методика расчета
ПВ. Разновидности печи. параметры и показатели ПВ. Направления усовершенствования
печей. Перспективы применения ПВ.
Автогенный агрегат с верхним кислородным дутьем (АП). Теплообмен в ванне агрегата.
Тепловой баланс и условия автогенности. Параметры, показатели и сфера применения
АП. Общие сведения о конструкции, особенностях технологии, параметрах и показателях
печей реакционной плавки свинцовых концентратов, кислородно-взвешенной циклонно
электротермической плавки цинкового и свинцового сырья (КИВЦЭТ-ЦС), печей плавки
медных концентратов фирмы Мицубиси.
РАЗДЕЛ 13. Теплообмен в промышленных печах. Решающая роль теплообменных
процессов в печах. Виды теплообмена. Основные характеристики теплообмена. Формула
Ньютона-Рихмана, коэффициент теплообмена. Теплопроводность, постулат Фурье,
коэффициент теплопроводности. Передача теплоты через плоскую стенку. Понятие о
нестационарной теплопроводности. Конвекция, её виды, факторы, на неё влияющие.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией, методика его расчета. Основные понятия
лучистого теплообмена. Законы Планка и Стефана-Больцмана. Степень черноты тела.
Лучистый теплообмен в газовом пространстве печи. Суммарный теплообмен. Потери
тепла печью во внешнюю среду. Структура теплового баланса печи.
РАЗДЕЛ 14. Автоматизированный
контроль
теплотехнических
параметров
промышленных печей. Измерение температуры, расхода сыпучих и газообразных
потоков, давления, уровня сыпучих материалов и расплавов, и других физических
параметров. Сущность и основные характеристики измерений. Методы измерений.
Погрешности измерительных устройств. Надежность средств измерений. Сведения о
средствах измерений государственной системы промышленных приборов и средств
автоматизации.
РАЗДЕЛ 15. Автоматизированный контроль физико-химических параметров
промышленных печей. Классификация методов измерения физико-химических
параметров. Измерение влажности сыпучих материалов, плотности, давления
насыщенных паров, состава и запыленности газов. Принцип действия физических и
6
физико-химических анализаторов. Качество сырья и продукций технологических
процессов промышленных печей. Измерение состава продуктов металлургического
производства. Спектральный анализ по оптическим спектрам испускания и поглощения.
Рентгеноспектральный анализ.
4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Набойченко С.С., Агеев Н.Г., Дорошкевич А.П. и др. Процессы и аппараты цветной
металлургии. –Екатеринбург.: УГТУ, 1997.
2. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Технологии современной металлургии. -М.: Высшая
школа, 2005.
3. Шалыгин Л.М. Конвертерный передел в цветной металлургии.-М.:Металлургия, 1965.
4. А.с.120646 СССр. Способ конвертирования медных и медно-никелевых штейнов
/Диомидовский Д.А., Шалыгин Л.М., Гальнбек А.А., Южанинов И.А. – опубл. БИ.1959.
5. Диомидовский Д.А., Шалыгин Л.М. , Гальнбек А.А., Южанинов И.А. //Цветные
металлы.-1959.-№ 2.- с.27-34.
6. Методы комплексного исследования технологии и аппаратуры конвертерного
передела штейнов : печи / Л. М. Шалыгин, Т. Р. Косовцева, Г. В. Коновалов //
Цветные металлы. - 2006. - №10
7. Разработка новой технологии извлечения никеля из окисленных никелевых руд / Л.М.
Шалыгин, А.С. Курныгин, Н.М. Теляков и др. // Отчет по НИР, 1986.
8. Шалыгин Л.М., Коновалов Г.В., Колтон Г.А. Перспективное направление автогенной
переработки сульфидных руд и концентратов на основе пространственно
ориентированного кислородного дутья. // Цветные металлы. - 2006. - №1
9. Шалыгин Л.М. Оценка энерготехнологической и экологической эффективности
применения кислорода при конвертировании штейнов//Цвет.металлы.- 1996.- N2.
10. Бледнов Б.П. Автогенные процессы в металлургии меди и никеля. книга. Учебное
пособие. -М.: Металлургия, 2006.
11. Смирнов И.И., Кокорин В.С. Расчеты оборудования в металлургии тяжелых цветных
металлов: Учебное пособие.-М.: Металлургия, 2005.
12. Биронт В.С. Теория термической обработки металлов: Учебное пособие.-М.:
Металлургия, 2007.
13. Ветюков А.В., Зайцев В.Я. Теория пирометаллургических процессов. -М.:
Металлургия, 1997
14. Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексное использование медного и никелевого сырья. М.: Металлургия, 1989.
15. Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С.. Металлургия меди, никеля
и кобальта.- М.: Металлургия, 1977, ч.1, с.266, ч.2.
16. Диомидовский Д.А., Шалыгин Л.М. Расчеты пиропроцессов и печей цветной
металлургии. -М.: Металлургиздат, 1963.
Дополнительная:
17. Зайцев В.Я., Маргулис Е.В. Металлургия свинца и цинка. Учебное пособие для вузов.
-М.: Металлургия, 1985.
18. Пискунов И.Н., Смирнов Ю.М. Пирометаллургия цинка. Учебное пособие. -Л.: РИО
ЛГИ, 1978.
19. Пискунов И.Н., Орлов А.К. Металлургия свинца. Универсальный процесс. Л.: РИО
ЛГИ, 1978.
20. Разумов К.А., Перов В.А. Проектирование обогатительных фабрик. –М.: Изд-во
"Недра", 1971.
7
21. Материалы научно-проектных институтов ВАМИ, Гипроникеля, Гинцветмета,
Гипрохима, Гиредмета и др.
5. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
– образцы минералов, руд, концентратов, огарков, агломератов, металлов.
– плакаты с изображением технологического оборудования, диаграмм состояния и
схем.
Исполнитель,
доцент
Заведующий кафедрой ПТПЭ,
профессор
С.Н. Салтыкова
Н.М. Теляков
Декан МФ,
профессор
Н.М. Теляков
8