Устройство для производства анодной меди
Владельцы патента RU 2779418:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)
Изобретение относится к устройству для производства анодной меди. Устройство содержит ванну с расплавом черновой меди, трубу с отсекающим вентилем, одним концом опущенную в ванну для подачи воздуха в расплав, пару электродов, погруженных в ванну с расплавом черновой меди и микровольтметр, блок определения экстремума сигнала, вход которого связан с выходом микровольтметра, а выход связан с отсекающим вентилем, источник тока, соединенный с парой электродов, при этом в ванне с расплавом черновой меди между парой электродов размещены дополнительные электроды, связанные с микровольтметром, причем все четыре электрода погружены на одинаковую глубину и расположены в одной плоскости. В качестве блока определения экстремума сигнала используют, например, микроконтроллер. Обеспечивается повышение точности определения момента отсечки подачи воздуха в расплав, что предотвращает дальнейшее насыщение расплава черновой меди кислородом, тем самым улучшая ее качество. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к процессам огневого рафинирования меди.
Известен способ производства анодной меди с продувкой ванны расплавленной черновой меди воздухом с целью ее очистки путем окисления примесей и удаления их со шлаком или в атмосферу [Воскобойников, В. Г. Общая металлургия: учеб. для вузов / В. Г. Воскобойников, В. А. Кудрин, А. М. Якушев. - М.: Металлургия, 1998. - 768 с.]. Необходимый объем воздуха для реализации данного способа рассчитывается стехиометрически с учетом коэффициента избытка воздуха по известным формулам [Жуков В.П., Скопов Г.В., Холод С.И. Пирометаллургия меди. - Екатеринбург: УрО РАН, 2016. - 632 с.]. Недостатком теоретического расчета потребного количества воздуха является его перерасход, т.к. коэффициент его избытка определяется произвольно.
На практике момент окончания продувки воздухом определяется взятием проб расплава и ожиданием их застывания (медь недоокисленная, имеет на поверхности пробы характерную возвышенность, или "червяк", а готовность окисленной меди характеризуется появлением на поверхности пробы меди крупного рисунка с "утяжкой" в центре) [Патент Российской Федерации № 1257112. Способ огневого рафинирования черновой меди]. В этом случае для точного определения времени отсечки подачи воздуха следует брать пробы чаще, однако время застывания определяет задержку в моменте отсечки воздуха и ведет к перерасходу воздуха. Кроме того, визуальная оценка пробы по рисунку является субъективной и зависит от квалификации плавильщика.
Известно устройство производства анодной меди с продувкой ванны с расплавленной черновой медью воздухом и его отключением по результатам измерения падения напряжений между электродами, помещенными в ванну с черновой медью и ванну с анодной медью (эталонной) [4 Патент Российской Федерации № 2745014. Устройство производства анодной меди. Лисиенко В.Г. [и др.] Заявка № 2019142496].
Проблема, возникающая при использовании вышеуказанного устройства, заключается в нестабильности выдачи команды на отсечку воздуха по абсолютным значениям измеренных падений малых напряжений между электродами при достижении величины концентрации примесей близкой к остаточной.
Для устранения этой проблемы предлагается устройство для производства анодной меди, содержащее ванну с расплавом черновой меди, трубу с отсекающим вентилем, одним концом опущенную в ванну для подачи воздуха в расплав, пара электродов, погруженных в ванну с расплавом черновой меди и микровольтметр, отличающееся тем, что снабжено блоком определения экстремума сигнала, вход которого связан с выходом микровольтметра, а выход связан с отсекающим вентилем, источником тока, соединенным с парой электродов, в ванне с расплавом черновой меди между парой электродов размещены дополнительные электроды, связанные с микровольтметром, причем все четыре электрода погружены на одинаковую глубину и расположены в одной плоскости. В качестве блока определения экстремума сигнала используют, например, микроконтроллер.
Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1. Оно включает: ванну с расплавом черновой меди 1; источник стабилизированного тока 4; электроды 5, 8 и расположенные между ними на одной прямой электроды 6, 7; микровольтметр 9; блок определения экстремума сигнала 10; трубу подачи воздуха 2 в ванну с расплавом черновой меди, отсекающий вентиль 3. Источник тока подключен к двум электродам 5 и 8, между ними расположены электроды 6 и 7, подключенные к микровольтметру 9, выход которого связан с отсекающим вентилем 3, расположенным на трубе 2, подводящей воздух для продувки расплава ванны 1.
Устройство работает следующим образом. В ванну с черновой медью по трубе с отсекающим вентилем поступает воздух. За счет кислорода в составе воздуха происходит окисление примесей черновой меди, в результате уменьшается удельное сопротивление расплава черновой меди [Окадзаки К. Пособие по электротехническим материалам / Киеси Окадзаки; ред. Л.Р. Зайонца. - Пер. с яп. М.М. Богачихина, И.Б. Реута - М.: Энергия, 1979. - 432 с.]. В ванну с расплавом погружены электроды с помощью которых от источника стабилизированного тока через расплав черновой меди проходит постоянный ток. При прохождении тока возникает падение напряжения, которое фиксируется микровольтметром с подключенными к нему электродами и погруженными в ванну с расплавом. Уменьшение удельного сопротивления расплава черновой меди приводит к уменьшению падения напряжения между электродами. Процесс окисления характеризуется остаточным содержанием примесей, наличие которых определяется физико-химическими ограничениями [Жуков В.П., Скопов Г.В., Холод С.И. Пирометаллургия меди. - Екатеринбург: УрО РАН, 2016. - 406 - 417 с.]. После достижения величины остаточной концентрации примесей и при продолжении продувки расплава воздухом удельное сопротивление расплава начинает возрастать из-за насыщения его подаваемым кислородом. Падение напряжения между электродами также начинает возрастать. Таким образом, напряжение проходит через минимальный экстремум (фиг. 2, табл. 1). В процессе фиксации падения напряжения между электродами с выхода микровольтметра на вход блока определения экстремума поступает сигнал U(t). При переходе функцией U(t) экстремального значения по минимуму т.е. от убывания к возрастанию блок определения экстремума сигнала формирует команду на исполнительное устройство, закрывающее отсекающий вентиль. На фиг. 2 приведен экспериментально полученный график зависимости напряжения между электродами от продолжительности окисления.
Технический результат заключается в повышении точности определения момента отсечки подачи воздуха в расплав, что предотвращает дальнейшее насыщение расплава черновой меди кислородом, тем самым улучшая ее качество.
1. Устройство для производства анодной меди, содержащее ванну с расплавом черновой меди, трубу с отсекающим вентилем, одним концом опущенную в ванну для подачи воздуха в расплав, пару электродов, погруженных в ванну с расплавом черновой меди и микровольтметр, отличающееся тем, что снабжено блоком определения экстремума сигнала, вход которого связан с выходом микровольтметра, а выход связан с отсекающим вентилем, источником тока, соединенным с парой электродов, в ванне с расплавом черновой меди между парой электродов размещены дополнительные электроды, связанные с микровольтметром, причем все четыре электрода погружены на одинаковую глубину и расположены в одной плоскости.
2. Устройство для производства анодной меди по п.1, отличающееся тем, что в качестве блока определения экстремума сигнала использован микроконтроллер.
