Symulacja procesów metalurgiacznych.doc

1

Wstęp

Model procesu zawiesinowego dotyczy stanu stacjonarnego, który jak wiadomo charakteryzuje się niezmiennością parametrów w czasie. W każdym z rozpatrywanych przypadków, zastosowano zmodyfikowaną" metodę czarnej skrzynki". Metoda „czarnej skrzynki" charakteryzuje się tym, że ignoruje reakcje zachodzące w rozpatrywanym procesie, a uwzględnia jedynie parametry wejścia i wyjścia z danego reaktora. Modyfikacja tej metody polegała na tym, że tam gdzie było to możliwe, rozpatrywano także niektóre reakcje zachodzące w rozpatrywanym procesie. Metoda „czarnej skrzynki" posiada nieusuwalne ograniczenia, i tak dla przykładu domaganie się aby konstruowane modele procesów oparte na tej metodzie uwzględniały czynnik czasu jest nieporozumieniem. Opis skomplikowanych procesów metalurgicznych, które charakteryzują się daleko posuniętą niejednorodnością parametrów w czasie rzeczywistym wymagałoby ogromnej ilości informacji o modelowanym procesie, których nie posiadamy. Obserwowane w literaturze [1-3] próby modelowania procesów stosunkowo Jednorodnych" jeśli chodzi o parametry, jak dotychczas nie dają satysfakcjonujących wyników.

Wobec powyższego musimy zadać sobie pytanie o sens tworzenia tak niedoskonałych modeli. Wydaje się, że modelowanie procesów pozwala nam uzmysłowić sobie wpływ niektórych parametrów na wynik procesu, dokonać jego optymalizacji oraz wyciągnąć wnioski co do kierunków w których powinny iść badania nad procesem.

W niniejszej pracy przebieg procesu opisuje układ równań liniowych, które określają bilans jnasowy procesu, podział pierwiastków pomiędzy występujące fazy oraz bilansu energii jeśli taki bilans można utworzyć. Układ równań można symbolicznie przedstawić w. następującej formie:

«i.i

°L»

n,ł

a.

a.

gdzie: atj -współczynniki zmiennych (j) dla poszczególnych równań (i), Xj -zmienne niezależne dla rozpatrywanego układu równań; c,  - wyrazy wolne poszczególnych równań.

Wyrazy wolne w równaniach bilansowych masy reprezentują ilość rozpatrywanej substancji w materiale wsadowym. Natomiast w bilansie energii, wyraz wolny jest ilością ciepła wprowadzanego do procesu przez materiały wsadowe.

Oprócz tego do opisu układu wprowadzono współczynniki podziału, które definiuje zależność:

_ (%4

(%4

rFazal/ Fazal

xl00

_ ^Fazal mAlFcaal)

mA(Faza\) 'Fazal  _    "^Fcaal

'Fazal

mA(Fazar) xlQ0    MFazaX mA(Faza2)

MFaza2

rFazal IFazal

-współczynnik podziału substancji „A" pomiędzy „fazęl" i „fazę2". l2)- masy substancji „A" zawarte w fazie „1" i w fazie „2",

mA(FazaV)->mA(Faza

MFaza\MPaza2 -masy faz „1" i „2'

2

Wartości współczynników podziału można w większości wypadków obliczyć bezpośrednio z danych ruchowych procesu. Aby obliczyć masy substancji „A" w poszczególnych fazach

potrzebna jest znajomość stosunku mas rozpatrywanych faz

MF*a\

\MfazalJ

Niestety tego stosunku

nie znamy, przy czym jego wartość można jedynie oszacować. Opracowane programy pozwalają obliczyć tą wartość dzięki zastosowaniu metody iteracyjnej przy wykorzystaniu wielkości oszacowanej jako punktu początkowego.

Podczas wykonywania pracy wykorzystano informacje dostarczone przez pracowników HM „Głogów", przy czym poczynione obserwacje wskazują na systematyczne zmiany parametrów procesów otrzymywania miedzi. Jest to niewątpliwie efekt ciągłego doskonalenia tych procesów. Takie zmiany mogą prowadzić do sytuacji, że dzisiaj opracowany program po pewnym czasie nie będzie odzwierciedlał rzeczywistości. Wobec powyższego zrezygnowano z dalszego pozyskiwania tych danych, a do programów wprowadzono procedury do uaktualniania współczynników podziału. Proponuje się to robić co pewien okres czasu (np. raz na tydzień czy miesiąc) przy ustalonym stopniu modyfikacji (np. 10%). W takim przypadku aktualny współczynnik podziału substancji „A" będzie liczony według zależności.

(

rFcaall Fazal \              _aq     IjFazaMFcaaT. \              j_ ft 1 -!■ ijFazollFazol \

^A              Jaktuafoy ~ Uy X Y^A              /poprzedni + U-l X Y^A              fobliczony

Dzięki temu program „uczy" się nowych współczynników podziału, co sprawia, że nie ulega dezaktualizacji na skutek zmian w technologii.

Proces zawiesinowy

Założenia modelu:

-Obliczenia odnoszą się do 1 Mg koncentratu,

-Bardzo stabilne tlenki metali (CaO, MgO, AI2O3, K2O....) przechodzą w całości do żużla i

pyłów,
-Mniej stabilne tlenki metali (FeO, Fe203, As203,NiO, PbO....) mogą podlegać częściowej
redukcji  i w tej części przechodzą do fazy metalicznej,              »

-Całość pyłów jest zawracana do procesu. -Bilans cieplny procesu wymaga posiadania informacji dotyczących składu mineralogicznego

stapianego koncentratu.   W oparciu o dane zawarte w pracy [5] określono skład mineralogiczny koncentratów. Tablica 1 zawiera wykaz zmiennych oraz ich oznaczenie użyte w programie symulacyjnym.

3

Tabela 1. Wykaz zmiennych