Расчетные формулы технологических параметров
Для расчета суммарного количества кислорода подаваемого на плавку используется выражение:
(1)
где: 
– суммарное количество кислорода на плавку, нм3/час; Фу – расход угля, т/час; Фшх – расход шихты, т/час; 
– удельный расход кислорода на тонну шихты, нм3/т.
Например, при расходе угля 1,5 т/час., расходе шихты 50 т/час. и рассчитанном выше удельном расходе кислорода 166 нм3/т, общая потребность в кислороде составит 10550 нм3/час.
Для расчета кислородно-воздушного дутья, содержащего заданное количество кислорода, воспользуемся выражениями расчета объема воздуха и кислорода в смеси:
, (2)
, (3)
где: %О2к; %О2в; %О2см – объемное содержание кислорода в техническом кислороде, воздухе и смеси соответственно, %; VВ; VК – расходы воздуха и технологического кислорода, нм3/час.
В случае, если возникает задача расчета ожидаемого состава штейна, необходимо вначале рассчитать удельный расход кислорода на тонну шихты:
, (4)
Расчет выхода шлака и штейна в час
Вначале рассчитывается суммарный приход меди на плавку с загружаемыми материалами:
, (5)
где: QСu – суммарный приход меди с загрузкой, т/час; %Cuшх; Cuкл; Cuкм – содержание меди в шихте, клинкере и конвертерном шлаке соответственно; Qшх; Qкл; Qкм – расходы шихты, клинкера и заливаемого в печь конвертерного шлака, т/час; Кшх; Ккл – коэффициент выхода сухой шихты и клинкера, соответственно.
При влажности 6% (Wкл = Wшх = 6%) Ккл = Кшх = (1 - W: 100) = 0,94
Далее рассчитывается выход штейна (qшт) заданного состава:
, (6)
где: 0,95 – извлечение меди в штейн в ПВ; [Cu] – содержание меди в штейне в %.
Выход шлака (qшл) рассчитывается по формуле:
т/час. (7)
где: %SiO2шх – содержание кременезема в шихте, %; (SiO2) – содержание кременезема в шлаке, %; Р – пылевынос, %; 0,94 – коэффициент выхода сухой шихты при влажности 6%.
Принимая пылевынос (согласно практическим данным) Р = 1,5%, выражение для расчета выхода шлака примет вид:
. (8)
Расчет уровня штейна в печи
Уровень штейна в печи при известных уровнях сливных порогов (шлака и штейна) и плотностях штейна и шлака рассчитывается из выражения:
, (9)
где: Ншт – уровень штейна в печи, мм; Нщт.п; Ншл.п – высота штейнового и шлакового порогов, соответственно, мм; rшл; rшт – плотность шлака и штейна, т/м3.
Поскольку в зависимости от состава и температуры плотности шлака и штейна меняются, их необходимо определять в каждом конкретном случае заново.
Рис. 4.2 Номограмма для расчета расхода 
кислорода на плавку.
Для оперативного управления технологическим процессом разработана номограмма для расчета необходимого количества кислорода на плавку для заданного содержания меди в штейне или ожидаемого состава штейна при известном режиме кислорода. Номограмма представлена на рисунке 4.2. Операторы обязаны уметь пользоваться номограммой в случае выхода из строя компьютерной системы управления процессом плавки и регулярно проводить необходимые расчеты. Рассмотрим пример расчета для шихты следующего состава, %:
| Cu | Fe | S | SiO2 | CaO | Прочие | Н2О |
| 18,0 | 28,0 | 30,0 | 11,0 | 2,0 | 9,4 | 6,0 |
Пусть необходимо рассчитать требуемый удельный расход кислорода на одну тонну шихты и его общую потребность при плавке на 45-процентный штейн. В рассматриваемом примере сумма Cu + Fe составляет 46,0%. В первом квадранте проводим линию от точки S = 30,0% до пересечения с прямой, после чего горизонтальную линию проводим до прямой, соответствующей сумме Cu + Fe = 46,0%. Из точки пересечения проводим вертикальную линию вниз в третий квадрант. От точки, соответствующей 45% содержания меди в штейне в четвертом квадранте, опускаем линию до пересечения с кривой, соответствующей содержанию в шихте 18% меди. От этой точки проводим горизонтальную линию до ее пересечения с прямой, проведенной из второго квадранта. Точка пересечения прямых будет показывать величину удельного расхода кислорода на одну тонну шихты. В нашем примере он равен 166 нм3/т.
Оперативное управление тепловым режимом плавки (при постоянном обогащении дутья по кислороду) осуществляется изменением соотношения «загрузка шихты - загрузка угля - расход кислородосодержащего дутья». Контроль за температурой процесса ведется визуально либо с помощью оптических пирометров, а также по изменению величины перепада температуры воды в кессонах (DТ) при постоянном расходе охлаждающей воды. Для правильного выбора управляющего воздействия необходимо знать влияние различных изменений на показатели плавки. В таблице 4.2 приведены данные по влиянию основных исходных параметров процесса на содержание меди в штейне, кремнезема в шлаке и температуру плавки для состава шихты, принятого в первом примере. При изменении состава шихты приведенные в таблице данные меняются незначительно и поэтому могут использоваться при плавке различных по составу медных сульфидных концентратов.
Таблица 4.2 Влияние изменения входных параметров на изменения показателей процесса Ванюкова
| Изменяемые параметры | Величина изменения | Cu, % | O2, % | Т плавки, 0С | ||
| 1. | Расход концентрата, т/час | +5 | -5 | +2¸3 | -50¸70 | |
| 2. | Расход технического кислорода, нм3/час | +1000 | +5 | -2¸3 | +60¸80 | |
| 3. | Расход угля, т/час | +1 | -8 | +3¸5 | +20 | |
| 4. | Расход воздуха, нм3/час | +1000 | +1 | -0,5¸0,6 | +6 | |
| 5. | Расход клинкера, т/час | +1 | -3 | +1¸2 | -10 | |
| 6. | Расход угля, т/час | +1 | +120 | |||
| Расход технического кислорода, нм3/час | +1500 | |||||
| 7. | Расход угля, т/час | +1 | +65 | |||
| 8. | Расход концентрата, т/час | +5 | +4 | |||
| Расход технического кислорода, нм3/час | +900 | |||||
| 9. | Расход концентрата, т/час | +5 | -30 | |||
| Расход воздуха, нм3/час | +4100 | |||||
| 10. | Расход клинкера, т/час | +1 | +20 | |||
| Расход технического кислорода, нм3/час | +500 | |||||
| 11. | Расход клинкера, т/час | +1 | +4 | |||
| Расход воздуха, нм3/час | +2400 | |||||
| 12. | Расход концентрата, т/час | -5 | +80 | |||
| Расход угля, т/час | +0,7 | |||||
| 13. | Расход концентрата, т/час | -5 | +40 | |||
| Расход клинкера, т/час | +2 |
Итак, управление процессом плавки изменением только одного какого-либо из входных параметров либо малоэффективно, либо ведет к дестабилизации режимов, что необходимо учитывать при эксплуатации комплексов ПВ.
Более эффективными и действенными способами управления являются согласованные изменения входных параметров.
Наряду с такими важнейшими параметрами как температура плавки, состав штейна и шлака, для организации нормального протекания технологического процесса зачастую необходимо рассчитывать объемы получающихся шлака и штейна, высоту и возможные изменения уровня штейна в печи при переходе с одних режимов на другие, пуске печи после капитального ремонта и в ряде других ситуаций.
зком изменении технологических режимов.