Материал: Обоснование замены печей переменного тока на печь постоянного тока и миксер с целью повышения эффективности производства

Обоснование замены печей переменного тока на печь постоянного тока и миксер с целью повышения эффективности производства

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время индустрия развитых стран огромными скачками развивается, пропорционально этому истощаются ресурсы необходимые для этого развития, поэтому человечество вынуждено задействовать все более новые источники сырья, которые раньше не рассматривались, как сырьевые, это в свою очередь требует развития более рациональных технологий в переработке имеющегося сырья. Не стала исключением и цветная металлургия, можно смело сказать, что это одна из проблемных областей по рациональному использованию ресурсов, поиска новых решений в области переработки.

ОАО ГМК «Норильский никель» - крупнейший в мире производитель никеля и палладия, один из крупнейших производителей платины и меди. На отечественном рынке на долю компании приходится около 96% всего производимого в стране никеля.

Целью курсового проекта является обоснование замены печей переменного тока на печь постоянного тока и миксер с целью повышения эффективности производства. Улучшения экологической обстановке в цехе и за его пределами. Использование печей постоянного тока практически исключает угар металла, значительно снижает пылевыбросы, и, что тоже не маловажно для производственных рабочих, снижает уровень шума на рабочих местах.

1. Технико-экономическое обоснование замены печей переменного тока на постоянный в плавильном цехе

.1 Анализ существующей технологической схемы

Для извлечения никеля из всех видов рудного сырья используют как пиро- так и гидрометаллургические процессы. Применяемые в настоящее время при производстве никеля технологические схемы построены преимущественно на сочетании пирометаллургических и гидрометаллургических методов с преобладанием пирометаллургических переделов.

В технологических схемах переработки окисленных и сульфидных никелевых руд много кажущейся общности, например применение одинаковых процессов и аппаратуры. Однако в целом эти схемы существенно отличаются друг от друга. На это оказывают влияние не только различия в исходном сырье, но и конечные цели переработки.

Наиболее распространенная технологическая схема получения никеля из сульфидных медно-никелевых руд пирометаллургическим методом приведена на рисунке 1.1.

Особенности этой схемы следующие:

) Как и в схеме переработки сульфидных медных концентратов, она включает обязательную стадию плавки на штейн. Это обусловлено тем, что поведение никеля при плавке в принципе аналогично поведению меди. Вместе с никелем в штейн переходят медь, кобальт, платиновые металлы, золото и серебро.

) Обязательной технологической операцией является разделение меди и никеля (медно-никелевого файнштейна) с получением медного и никелевого промпродуктов (богатых концентратов), подвергающихся самостоятельной переработке. Отсутствие этого процесса в технологии привело бы к получению при восстановительной плавке очень сложного полиметаллического сплава на основе меди и никеля, выделение из которого всех ценных компонентов в виде самостоятельных продуктов оказалось бы технически невозможным.

) Технологическая схема пирометаллургической переработки сульфидных медно-никелевых руд в отличие от технологии получения никеля из окисленного сырья заканчивается обязательным рафинированием чернового (огневого) никеля. Электролитическое рафинирование чернового никеля после предварительного отделения меди позволяет, не только получать никель высокой чистоты (до 99,99% Ni и более), но и извлекать при электролизе кобальт, благородные и редкие металлы в удобные для дальнейшей переработки продукты - кобальтовые кеки и электролизные шламы.

Медно-никелевые штейны по своим физико-химическим свойствам близки к чисто медным. При проведении плавки в окислительных условиях они, как и медные штейны, содержат около 25% серы. В них также присутствует кислород в форме магнетита. Содержание кислорода в медно-никелевых штейнах может быть определено так же, как и для чисто медных штейнов.

Однако в этом случае нужно вместо меди учитывать суммарное содержание меди и никеля. Медно-никелевые штейны восстановительных плавок характеризуются заметной металлизацией.

Особенностью электроплавки медно-никелевого сырья - малая десульфуризация, так как сера из шихты удаляется в основном за счет диссоциации сульфидов, а пирротин, являющийся основным компонентом шихты, выделяется при этом меньше серы, чем пирит медного сырья. При достижении температуры равной 1000^оС начинает протекать процесс разложения термически-неустойчивых соединений:

Fe₇S₈ → 7FeS + S(1.1)

CuFeS₂ → 2FeS + Cu₂S + ½ S₂(1.2)

(Fe, Ni)S→ 3FeS + Ni₃S₂ + ½ S₂(1.3)₄ → MeO + SO₃(1.4)₃ → MeO + CO₂(1.5)(OH)₂ → MeO + H₂O(1.6)

На практики десульфуризация в электропечах при плавки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов колеблется в пределах 15-25% в зависимости от содержания серы в сырье. Она меньше, чем в шахтных и отражательных печах.

В шихту электроплавки добавляют восстановитель - коксовую или угольную мелочь с целью обеднения шлаков никелем и кобальтом. Добавка восстановителя уменьшает десульфуризацию и способствует получению более бедных штейнов, так как твердый кислород окислов железа расходуется не на окисление серы, а на горение углерода более твердых шлаков.

Часть закиси железа восстанавливается до металлического железа, окись кобальта также восстанавливается углеродом, что повышает извлечение кобальта в процессе электроплавки. При достижении температуры равной

^оС начинают протекать реакции штейнообразования:

Cu₂O + FeS → Cu₂ S + FeO(1.7)

3NiO + 3FeS →Ni₃ S₂ + 3FeO + ½ S₂(1.8) + FeS → CoS + FeO(1.9)

Cu₂ О + Cu₂ S → 6Cu + SO₂(1.10)

Cu + FeS → Cu₂ S + Fe(1.11) _‘ Fe₂O₃ + (Cu₂ S + FeS) → 3Cu + Fe₃O₄ + S₂(1.12)

Состав штейна электроплавки зависит от содержания пирротина в концентратах: чем больше в них содержится пирротина и чем меньше никеля и меди, тем беднее штейн.

В шлаки электроплавки сульфидной медно-никелевой шихты переходит пустая порода руды и концентратов и окислы железа, образующиеся в печи.

Рисунок 1.1 - Схема получения никеля из сульфидных медно-никелевых руд пирометаллургическим методом

Медно-никелевые штейны по своим физико-химическим свойствам близки к чисто медным. При проведении плавки в окислительных условиях они, как и медные штейны, содержат около 25% серы. В них также присутствует кислород в форме магнетита. Содержание кислорода в медно-никелевых штейнах может быть определено так же, как и для чисто медных штейнов. Однако в этом случае нужно вместо меди учитывать суммарное содержание меди и никеля. Медно-никелевые штейны восстановительных плавок характеризуются заметной металлизацией.

Близкая аналогия в технологическом поведении меди и никеля и близость физико-химических свойств медных и медно-никелевых штейнов позволяют использовать для переработки медно-никелевых руд и концентратов те же методы плавки на штейн и другие технологические процессы, которые применяются в пирометаллургии меди.

Для плавки медно-никелевого. сырья на штейн пригодны все виды рассмотренных выше процессов, включая и автогенные процессы.

В таблицах 1.1 и 1.2 приведены годовые материальные балансы плавки в печах переменного тока (аналог) и постоянного (проект).

Таблица 1.1

Годовой материальный баланс плавки в печи переменного тока (аналог)

Таблица 1.2

Годовой материальный баланс плавки в печи постоянного тока (проект)

Технические показатели плавки представлены в таблице 1.3

Таблица 1.3

Технические показатели плавки в печах переменного тока (аналог) и постоянного (проект)

1.2 Расчет изменения выпуска никеля в штейне

а) определим объём выпуска штейна, расчёт производится по формуле:

В_ме= где

m₀ - объем перерабатываемого сырья, т;

α - содержание металла в сырье, %;

ε - извлечение металла, %;

-содержание металла в промпродукте, %.

В_Ni^A = т;

В_Ni^П = т.

б) определим содержание никеля в штейне, расчёт производится по формуле:

B = m_о × α × ε,

В_Ni ^а = 152924,7×0,822×0,988 = 124195,7 т;

В_Ni ^п = 152924,7×0,822×0,995 = 125075,96 т;

ΔВ_Ni = 125075,96 - 124195,7 = 880,26 т.

.3 Расчет изменения стоимости основных средств и капитальных вложений аналога и проекта по оборудованию (К_об) определяем по формуле

К_об= n × Ц_об, где

n - количество оборудования, шт.;

Ц_об - цена за единицу оборудования, тыс. руб.

N = , где

Р^сут - суточная производительность оборудования;

Т_д - действительный фонд работы оборудования, дн./год.

Р^сут = , где

t - длительность плавки, час.

Р_А^сут =  = 150 т/сут.;

Р_П^сут =  = 600 т/сут.

Тогда потребуется количество оборудования:

n_А==2,95, принимаем 3 печи + 1 резервная;

n_П==0,74, принимаем 1 печь + 1 резервная.

Исходя из количества оборудования, рассчитываем капитальные вложения:

Аналог Печь переменного тока:

К_об=4*47000 = 188000 тыс. руб.;

Проект Печь постоянного тока и миксер:

К_об=2*126500+107000=360000 тыс. руб.

По результатам расчётов для действующего производства определяем изменение стоимости основных средств (ΔС_ос) после внедрения мероприятий:

ΔС_ос= К_об^А - К_об^П,

ΔС_ос= 141000 - 233500= - 92500 тыс. руб.

1.4 Изменение себестоимости

.4.1 За счет материальных ресурсов

ΔС = Нр^п ·Ц^п - Нр^а ·Ц^а, где

Нр - норма расхода; Ц - цена.

.4.2 Изменение себестоимости за счет электроэнергии

С = Нр ·Ц, где

Нр - норма расхода; Ц - цена.

С^а = 780*3,5 = 2730 руб./т;

С^п = 550*3,5 = 1925 руб./т;

∆С_эл.эн. = 1925 - 2730 = - 805 руб./т.

.4.3 Изменение себестоимости за счет амортизации

С_аморт = К_ос * На/В

Расчёт приведен в таблице 1.4

1.4.4 Изменение себестоимости за счет заработной платы рабочих