Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

В. Ю. Бажин, заведующий кафедрой металлургии, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: bazhin_vyu@pers.spmi.ru
Т. Р. Косовцева, доцент кафедры информатики и компьютерных технологий, канд. техн. наук, эл. почта: Kosovtceva_TR@pers.spmi.ru
А. З. Музипов, аспирант кафедры автоматизации технологических процессов и производств, эл. почта: s225026@stud.spmi.ru

Конвертирование медных штейнов успешно применяют в течение длительного времени на многих предприятиях по всему миру. Для устойчивой работы печей и конвертеров необходим рациональный подбор режимов дутья, направленных на снижение потерь сырья и количества вредных выбросов. В целях развития программы ресурсоэнергосбережения, а также для решения экологических задач рассмотрена цифровая модель конвертера с регулируемыми водоохлаждаемыми фурмами. Предложен вариант переработки медьсодержащей шихты, основанный на принципиально новом способе подачи кислородно-воздушной смеси в расплав — пространственно-ориентированном, который позволяет максимально совместить в агрегате зоны теплогенерации и теплообмена. Экспериментально подтверждено многократное увеличение удельной дутьевой нагрузки по сравнению с известными способами подачи дутья. При помощи математического моделирования и построения 3D-моделей доказана целесообразность увеличения удельной производительности автогенной функции конвертера с цилиндрическим профилем при снижении потерь капель расплава и теплового излучения путем формирования прост ранственно-ориентированных струй, исходящих из фурм конвертера. Полученные математические модели указывают на возможность обеспечения устойчивой работы конвертера при регулярном, управляемом тепломассопереносе за счет создания центробежного эффекта газовой фазы над расплавом и при его заданном движении внутри рабочей зоны конвертера. С учетом размеров агрегата для плавки и, соответственно, различных значений кинетической энергии струй, новых условий поведения расплава исследованы процессы изменения поля скоростей вращения расплава. Разработанная схема может быть применена для вертикальных конвертеров, что обеспечит более эффективную переработку медьсодержащей шихты. Представленную цифровую модель возможно адаптировать и для других печей, в частности при переработке медьсодержащего сырья.

1. Litvinenko V. S., Tsvetkov P. S., Molodtsov K. V. The social and market mechanism of sustainable development of public companies in the mineral resource sector. Eurasian Mining. 2020. No. 1. pp. 36–41. DOI: 10.17580/em.2020.01.07
2. Litvinenko V., Bowbrick I., Naumov I., Zaitseva Z. Global guidelines and requirements for professional competencies of natural resource extraction engineers: Implications for ESG principles and sustainable development goals. Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 338. pp. 1–9. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.130530
3. Shalygin L. M. Analyzing the efficiency of using oxygen for matte conversion. Tsvetnye Metally. 1996. No. 2. pp. 12–16.
4. Baptizmanskiy V. I. Theory of basic oxygen process. Moscow : Metallurgiya, 1975. 374 p.
5. Tsemekhman L. Sh., Ryabko A. G., Lukashev L. P. Autogenous smelting of copper and copper-nickel sulphide material and middlings in top-blown oxygen converters. Tsvetnye Metally. 1998. No. 2. pp. 26–32.
6. ANSYS CFX, Release 11.0. Ansys Inc., 2007.
7. Menter F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal. 1994. Vol. 32, No. 8. pp. 1598–1605.
8. Snegirev A. Yu. Applied physics and high-performance calculations. Numerical modelling of turbulent flows: Learner’s guide. St. Petersburg : Izdatelstvo Politekhnicheskogo universiteta, 2008. 142 p.
9. Menter F. R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of experience with the SST turbulence model. Turbulence, Heat and Mass Transfer 4. Ed. by K. Hanjalic, Y. Nagano, M. Tummers. Begell House Inc., 2003. pp. 625–632.
10. Colton H. A., Konovalov G. V., Kosovtseva T. R. Mathematical description of rotation of liquid under the influence of tangential stresses. International Journal of Pure and Applied Mathematics. 2018. Vol. 119, No. 10. Special Issue. pp. 423–426.
11. Kuskova Y. V., Erokhina O. O., Simakov A. S. Problematics and perspectives of the development of automatic control systems for concentration tables using computer simulation. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2019. Vol. 1384, No. 1. p. 012023. DOI: 10.1088/1742-6596/1384/1/012023
12. Fedorova E., Pupysheva E., Morgunov V. Modelling of red-mud particlesolid distribution in the feeder cup of a Thickener using the combined CFDDPM approach. Summetry. 2022. Vol. 14. 2314. DOI: 10.3390/sym14112314
13. Martynov S. A., Masko O. N., Fedorov S. N. Innovative ore-thermal furnace control systems. Tsvetnye Metally. 2022. No. 4. pp. 87–94. DOI: 10.17580/tsm.2022.04.11
14. Pardo F. R. O. et al. Metallographic properties evaluation of the specimens obtained by the vibratory method (cast iron ISO 400-12). Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2022. Vol. 2388, No. 1. p. 012058. DOI: 10.1088/1742-6596/2388/1/012058
15. Ishimbaev A. V., Matyukhin V. I. Computer simulation of fluid dynamics in an oxygen converter. Important problems of engineering sciences: Proceedings of the 24^th Regional Competition of Research Papers Olympus of Science in the area of Engineering Sciences. Yekaterinburg : Uralskiy federalnyi universitet, 2021. pp. 75–80.
16. Nakamura H., Makino S., Ishii M. Continuous shear thickening and discontinuous shear thickening of concentrated monodispersed silica slurry. Advanced Powder Technology. 2020. Vol. 31, No. 4. pp. 1659–1664.
17. Shestakov A. K., Petrov P. A., Nikolaev M. Yu. Automatic system for detecting visible emissions in a potroom of aluminium plant based on technical vision and a neural network. Metallurg. 2022. No. 10. pp. 105–112. DOI: 10.52351/00260827_2022_10_105
18. Konovalov G. V. Peculiarities of mass transfer under the influence of radial-axial blasting jets. Journal of Mining Institute. 2002. Vol. 150. pp. 120–122.
19. Beloglazov I., Krylov K. An interval-simplex approach to determine technological parameters from experimental data. Mathematics. 2022. Vol. 10, No. 16. p. 2959. DOI: 10.3390/math10162959
20. Sharikov F. Y., Sharikov Y. V., Krylov K. A. Selection of key parameters for green coke calcination in a tubular rotary kiln to produce anode petcoke. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2020. Vol. 15. pp. 2904–2912.
21. Shestakov A. K., Sadykov R. M., Petrov P. A. Multifunctional crust breaker for automatic alumina feeding system of aluminum reduction cell. E3S Web of Conferences. EDP Sciences, 2021. Vol. 266. 09002. DOI: 10.1051/e3sconf/202126609002
22. Zakharov L. А., Martyushev D. А., Ponomareva I. N. Predicting dynamic formation pressure using artificial intelligence methods. Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 253. pp. 23–32. DOI: 10.31897/PMI.2022.11
23. Vasilyeva N. V. et al. Automated digitization of radial charts. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 247. pp. 82–87. DOI: 10.31897/PMI.2021.1.9
24. Shklyarskiy Y. E., Batueva D. E. Operation mode selection algorithm development of a wind-diesel power plant supply complex. Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 253. pp. 115–126. DOI: 10.31897/PMI.2022.7
25. Bazhin V. Y., Nguyen H. H. Vietnamese metallurgy on the way out of the crisis with the use of automated control systems. AIP Conference proceedings. AIP Publishing LLC. 2022. Vol. 2467. 030018. DOI: 10.1063/ 5.0092750
26. Simakov A. S., Trifonova M. E., Gorlenkov D. V. Virtual Analyzer of the Voltage and Current Spectrum of the Electric Arc in Electric Arc Furnaces. Russian Metallurgy (Metally). 2021. Vol. 2021, No. 6. pp. 713–719. DOI: 10.1134/S0036029521060252
27. Kulchitskii A. A., Kashin D. A. The choice of a method for non-contact assessment of the composition of briquetted charge materials. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2019. Vol. 1399, No. 4. p. 044108. DOI: 10.1088/1742-6596/1399/4/044108
28. Boikov A., Payor V. The present issues of control automation for levitation metal melting. Symmetry. 2022. Vol. 14, No. 10. p. 1968. DOI: 10.3390/sym14101968
29. Skuratov A. P., Skuratova S. D. Design options and thermal design of electric smelters: Learner’s guide. Krasnoyarsk : Sibirskiy federalnyi universitet, 2012. 168 p.
30. Voronin v. A., Nepsha F. S. Simulation modelling of the electric drive of a shearer for analyzing the efficiency of the power supply system. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 246. pp. 633–639. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.5
31. Davenport W. G. I. et al. Extractive metallurgy of copper. Elsevier, 2002. 432 p. DOI: 10.1016/B978-0-12-821875-4.00017-1
32. Skuratov A. P., Ivlev A. V., Pianykh A. A. Calculated study of the influence of overheating aluminum melt on the dynamics the granulation process. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2020. Vol. 13, No. 1. pp. 84–93.
33. Shalygin L. M., Konovalov G. V. The structure of heat balance, heat generation and heat transfer in autogenous metallurgical units of different type. Tsvetnye Metally. 2003. No. 10. pp. 17–24.
34. Sizyakov V. M., Konovalov G. V. Spatially-oriented unsubmerged jets as the basis of the novel design autogenous units. Tsvetnye Metally. 2016. No. 10. pp. 14–20. DOI: 10.17580/tsm.2016.10.02
35. Solero L., Lidozzi A., Pomilio J. A. Design of multiple-input power converter for hybrid vehicles. IEEE Transactions on Power Electronics. 2005. Vol. 20, Iss. 5. pp. 1007–1016. DOI: 10.1109/TPEL.2005.854020