ЗФ ПАО «ГМК Норильский никель», Норильск, Россия¹ ; Заполярный государственный университет им. Н. М. Федоровского, Норильск, Россия²

Крупнов Л. В., главный металлург – начальник управления технологического планирования и контроля¹; преподаватель кафедры цветной металлургии², канд. техн. наук, доцент, эл. почта: KrupnovLV@nornik.ru

 
ПАО «ГМК Норильский никель», Москва, Россия¹ ; Университет науки и технологий МИСИС, Москва, Россия²

Севагин С. В., главный менеджер Департамента технологических инноваций¹; старший преподаватель кафедры горного оборудования, транспорта и машиностроения², канд. техн. наук, эл. почта: SevaginSV@nornik.ru

ООО «Норникель Спутник», Москва, Россия
Фомичев А. С., главный менеджер Департамента технологических инноваций, направление «Компьютерное моделирование», эл. почта: fass2@mail.ru

ЗФ ПАО «ГМК Норильский никель», Надеждинский металлургический завод имени Б. И. Колесникова, Норильск, Россия
Миличенко В. П., главный инженер плавильного цеха № 1, эл. почта: MilichenkoVP@nornik.ru

Современные металлургические предприятия, стремясь повысить эффективность плавильных агрегатов, сталкиваются с рядом технологических проблем. Одним из наиболее распространенных агрегатов в цветной металлургии является печь взвешенной плавки. В настоящее время актуальной задачей остается анализ аэродинамических характеристик печи, распределения температуры в разных зонах агрегата, скорости газовых потоков и движения частиц шихты. Эти исследования необходимы для обеспечения оптимальных условий плавки и улучшения теплового режима. Выполнено численное моделирование аэродинамических характеристик печи взвешенной плавки с использованием CFD-методов для анализа влияния ее конструктивных и технологических параметров на газодинамические процессы. Проведены модельные расчеты двух вариантов конструкции элемента распылителя шихты — распылительного кольца, а также четырех режимов работы горелок. Это позволило определить закономерности распределения температур и скоростей газового потока. Установлено, что основные параметры течения пылегазового потока в отстойнике печи определяются числом активных горелок и расходом кислородо-воздушной смеси горения на распылитель шихты. Определено, что уменьшение расхода кислородо-воздушной смеси способствует более равномерному распределению шихты в реакционной шахте, а работа горелок в отстойнике повышает эффективность дожигания частиц. В результате проведенных исследований рекомендовано внести изменения в режим работы горелок для снижения пылевыноса и повышения эффективности плавки.

1. Yan W. Study on leaching of dust of copper flash smelting furnace // Metallurgical Engineering. 2015. Vol. 2, No. 3. P. 151–157.
2. Марчук Р. А., Крупнов Л. В., Моргослеп В. И., Румянцев Д. В. Практика работы печей взвешенной плавки в компании «Норникель» в условиях переработки мелкодисперсного сырья с пониженным энергетическим потенциалом // Цветные металлы. 2020. № 6. P. 47–55.
3. Chen Zhuo, Mei Chi, Chen Hong-rong, Mo Jiao. Simulation of moving boundary of the reaction shaft in a flash smelting furnace // Journal of Central South University of Technology. 2001. Vol. 8, No. 3. P. 213–218.
4. Schlesinger M. E., King M. J., Sole K. C., Davenport W. G. Direct-to-copper flash smelting // Extractive Metallurgy of Copper. 5th ed. Elsevier, 2011. P. 179–190.
5. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. ИТС 12–2019. Производство никеля и кобальта. — М. : Бюро НДТ, 2019. — Введ. 01.03.2020.
6. Wan X., Shen L., Jokilaakso A., Eriç H., Taskinen P. Experimental approach to matte–slag reactions in the flash smelting process // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2021. Vol. 42, Iss. 4. P. 231–241.
7. Taskinen P., Jokilaakso A. Reaction sequences in flash smelting and converting furnaces: an in-depth view // Metallurgical and Materials Transactions B. 2021. Vol. 52, Iss. 5. P. 3524–3542.
8. Крупнов Л. В. Механизм образования тугоплавкой настыли в печах взвешенной плавки и способы ее устранения : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Санкт-Петербург : Нац. минерально-сырьевой ун-т «Горный», 2015. — 19 с.
9. Kadiyski M., Angelov N., Iliev P., Stefanov E. et al. Treatment of copper flue dust from flash furnace waste heat boiler for impurities control // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2024. Vol. 59, No. 5. P. 1189–1198.
10. Крупнов Л. В., Цымбулов Л. Б., Малахов П. В., Озеров С. С. Работа автогенных агрегатов в Заполярном филиале компании «Норникель» при переработке сырья с пониженным энергетическим потенциалом // Цветные металлы. 2022. № 2. С. 40-48.
11. Nirmal Kumar S., Bhavin Desai, Vilas Tathavadkar, Yogesh Patel et al. CFD modelling of copper flash smelting furnace – reaction shaft // Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2023. Vol. 132, Iss. 1. P. 49–61.
12. Талалов В. А., Крупнов Л. В., Румянцев Д. В., Старых Р. В. Исследование движения газового потока в печи взвешенной плавки Надеждинского металлургического завода методами математического моделирования // Цветные металлы. 2015. № 5. С. 86–90.
13. Jun Zhou, Jieming Zhou, Zhuo Chen, Yongning Mao. Influence analysis of air flow momentum on concentrate dispersion and combustion in copper flash smelting furnace by CFD simulation // JOM. 2014. Vol. 66, Iss. 9. P. 1629–1637.
14. CadFlo 2401. Техническое руководство.
15. Henderson C. B. Drag coefficients of spheres in continuum and rarefied flows // AIAA Journal. 1976. Vol. 14, No. 6. P. 707–708.
16. Carlson D. J., Hoglund R. F. Particle drag and heat transfer in rocket nozzles // AIAA Journal. 1964. Vol. 2, No. 11. P. 1980–1984.
17. Eckert E. R. G. Radiative transfer, H. C. Hottel and A. F. Sarofim, McGraw-Hill Book Company, New York, 1967. 520 pages // AIChE Journal. 1969. Vol. 15, No. 5. P. 794–796.
18. Bacedoni M., Moreno-Ventas I., Ríos G. Copper flash smelting process balance modeling // Metals. 2020. Vol. 10, Iss. 9. 1229. DOI: 10.3390/met10091229
19. Атлас минерального сырья, технологических промышленных продуктов и товарной продукции ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» / под ред. Л. Ш. Цемехмана. — М. : ИД «Руда и Металлы», 2010. — 336 с.