بخشی از مقاله
-1 چکیده
مس خام محصول کنورتر برای حذف اکسیژن و گوگرد به کوره های آند منتقل میشود . در این کورهها عملیات سربارهگیری، اکسیداسیون و احیا جهت حذف ناخالصیها صورت گرفته و مس با عیار %99/85 ریختهگری میشود. در کوره آند مجتمع مس سرچشمه، بر اساس اصل پایستاری جرم و روش تجربی موازنه مواد، درصد وزنی مواد ورودی و خروج ی از کوره مشخص بوده و توسط وزن اجزای سازنده، مقادیر موردنظر انداز گیری می گردد.
موازنه حرارتی طبق اصل بقای انرژی و موازنه جرمی انجام شده بوسیله مشخصات فازها، انرژی حرارتی مشعل، اتلاف حرارتی دیواره، سقف و واکنشهای انجام شده در طول فرایندها، تنظیم میشود. کاربرد این روش بطور گستردهای در طراحی کوره، محاسبه اتلاف مواد و انرژی در کوره، مقدار انرژی حرارتی لازم برای ثابت نگه داشتن دمای مذاب داخل کوره، تعیین راندمان، مقدار و درصد شارژ مناسب و نیز مقدار سوخت لازم برای ثابت نگه داشتن دمای مذاب داخل کوره میباشد. برای مدل کردن کوره فرض بر این است که شرط تعادل در کوره برقرار است. نتایج حاصله با مقادیر محاسبه شده در شرایط عملیاتی و نیز طراحی کوره، تطابق دارد.
-2 مقدمه
معمولا مس خام محصول کنورتور برای مصارف صنعتی، قابل استفاده نبوده و برای حذف ناخالصیها به دو مرحله تصفیه حرارتی و الکتریکی نیاز است . انجام تصفیه حرارتی قبل از تصفیه الکتریکی برای کاهش بیشتر ناخالصیهاست تا مس ، قابل تصفیه الکتریکی یا الکترولیز گردد. انترکویتچ_ ونزل به بررسی واکنش بین فلزات مختلف بعنوان تابعی از دما و مقدار آنها در ترکیبات سرباره و نیز بررسی دلایل اتلاف مس در سرباره پرداخت.[1] پژوهش دیگری استفاده از گاز طبیعی و مایع را در کوره های آندی مس، از نظر تئوری و در مقیاس های آزمایشگاهی و عملیاتی مورد مطالعه قرار داد.[2]
همچنین مطالعاتی تحت عنوان "شبیه سازی جریان گاز طبیعی در کورههای آند مجتمع مس سرچشمه" بر روی فاصله تویرها از سطح آزاد در کوره به عنوان متغیر انجام شد و با توجه به میزان کسر حجمی گاز پخش شده در مذاب، حالت بهینه از لحاظ اختلاط بدست آمد که در آن تحقیق نظر به اینکه در کوره های آند به علت کم بودن ناخالصیها، اکسیداسیون آنها برای جبران تلفات حرارتیکوره کافی نبوده و نیاز به مشعل وجود دارد، بررسی موازنه جرم و حرارت برای تعیین چگونگی انجام واکنشها، بهینه کردن عملکرد کوره و تأثیر عوامل مختلف بر روی شرایط عملیاتی، انجام شد.[3] در این تحقیق تاثیر نوع هوای فرآیند، دمای پیشگرم هوا، میزان مصرف سوخت و مقدار هوای لازم برای انجام واکنشهای اکسایشی و احتراقی بررسی شد.
-3 روش تحقیق
کوره آند مجتمع مس سرچشمه، استوانهای افقی دوار با قطر 4297mm، طول 9144mm، مجهز به لولههای دمش هوای 50mm که در مراحل اکسیداسیون و احیای مس استفاده میشود، میباشد . برای موازنه جرم و حرارت، کوره بصورت یک حجم قابل کنترل در نظر گرفته شده و با استفاده از اصل بقای جرم و داشتن درصد اجزای ورودی به کوره و رسیدن به مس آندی با عیار %99/85، محاسبات بصورت گام به گام بطوری که مقدار گازهای خروجی در مراحل اکسیداسیون و احیا در نظر گرفته شده است، صورت میگیرد .
برای موازنه حرارت در کوره باید مقادیر حرارت ورودی، حرارت خروجی، حرارت تولید شده و همچنین حرارتهای محسوس و نهان، محاسبه شوند. حرارت ورودی به کوره شامل حرارت ناشی از احتراق سوخت در مشعل و حرارت محسوس و نهان ناشی از شارژ کوره - مس بلیستر - میباشد. حرارت تولیدی حرارتی است که در اثر واکنشهای شیمیایی گرمازا، در طی مراحل احیا و اکسیداسیون به وقوع میپیوندد.
اکسیداسیون:
بخش قابل توجهی حرارت از کوره خارج میشود که شامل گرمای گازهای خروجی - گازهای تولید شده در مراحل احیا و اکسیداسیون و گازهای تولید شده در محصولات احتراق - ، حرارت نهان و محسوس سرباره، حرارت نهان و محسوس مس آندی و حرارت تلف شده از دهانه و بدنه کوره از طریق هدایت، جابجایی طبیعی و تشعشع میباشد. با داشتن مقدار انرژی حرارتی موردنیاز کوره برای ثابت نگه داشتن دمای مذاب و تقسیم آن بر مقدار انرژی آزاد شده حاصل از احتراق یک کیلوگرم سوخت در شرایط تعادل کوره در دمای 1250œC، مقدار مصرف سوخت حاصل میشود.
-4 نتایج
-1-4 تاثیر دمای مواد ورودی و خروجی کوره آند بر مصرف سوخت
کاهش دمای مسخام ورودی موجب افزایش مصرف سوخت میشود. طبق شکل1، برای 240تن شارژ کوره با دمای 1250، مقدار سوخت مصرفی 293 است که در صورت افت دمای شارژ کوره تا 1000، مقدار مصرف سوخت به 368 میرسد و سبب %25 افزایش سوخت مصرفی میشود. تغییر دما و مقدار تناژ ورودی، بر مصرف سوخت تاثیر دارد بطوریکه با افزایش تناژ و کاهش دما ی آن، مقدار سوخت مصرفی افزایش مییابد. در شکل2 برای چهار دمای مختلف از 1100 تا 1250 با تغییر تناژ از 200تن تا 280تن مقدار سوخت مصرفی گزارش شده است. در دمای 1150 تغییر تناژ ورودی تاثیر بسیار کمی بر مصرف سوخت گذاشته و در دمای 1200 تغییر تناژ ورودی تقریبا تاثیری بر مصرف سوخت ندارد.
مصرف سوخت برحسب تغییر تناژ ورودی در دماهای مختلف
با افزایش دمای محصولات احتراق خروجی از دهانه کوره، میزان انرژی که برای ثابت نگه داشتن دمای مذاب نیاز است، کاهش یافته لذا مصرف سوخت افزایش مییابد. با افزایش دمای گازهای خروجی از 1250°C تا 1650°C مصرف سوخت %47 افزایش دارد و از 250kg/hr به 368kg/hr میرسد. شکل3 مقدار مصرف سوخت بر حسب دمای محصولات را نشان میدهد.
