cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2017-4-4-11cvmet-554Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЫНОСА ПЫЛИ ИЗ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧИ ВАНЮКОВАACOUSTIC FIELD ENERGY UTILIZATION FOR LOWERING DUST REMOVAL FROM THE VANYUKOV FURNACEМатюхинВ. И.MatyukhinV. I.

канд. техн. наук, доцент кафедры теплофизики и информатики в металлургии 

Cand. Sci. (Eng.), Associate professor, Department of thermophysics and informatics in metallurgy (TIM)

matyhin53@mail.ruГольцевВ. А.GoltsevV. A.

канд. техн. наук, доцент кафедры теплофизики и информатики в металлургии 

Cand. Sci. (Eng.), Associate professor, TIM Department

v.a.goltsev@urfu.ruЖуравлёвС. Я.ZhuravlevS. Ya.

бакалавр, магистрант кафедры теплофизики и информатики в металлургии 

Bachelor, Undergraduate, TIM Department

stepan.zhuravlyov@gmail.comДудкоВ. А.DudkoV. A.

бакалавр, магистрант кафедры теплофизики и информатики в металлургии 

Bachelor, Undergraduate, TIM Department

v.a.dudko@urfu.ruУральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ)РоссияUral Federal University (UrFU) name of the first president of Russia B.N. YeltsinRussian Federation20170509201704411Copyright © Матюхин В.И., Гольцев В.А., Журавлёв С.Я., Дудко В.А., 20172017Матюхин В.И., Гольцев В.А., Журавлёв С.Я., Дудко В.А.Matyukhin V.I., Goltsev V.A., Zhuravlev S.Y., Dudko V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/554

Для организации внутрипечного пылеосаждения на печи Ванюкова в ОАО «СУМЗ» (Россия, г. Ревда) была применена технология с использованием акустических излучателей. Конструкция излучателя включала сопловую трубу, воздушное сопло, резонатор и фокусирующую поверхность. Исходя из площади поверхности ванны расплава печи и рекомендуемых значений удельной акустической мощности для внутрипечного пылеосаждения, была рассчитана суммарная звуковая мощность акустического поля и определены оптимальное количество и места расположения акустических излучателей. Для формирования акустического поля на печи Ванюкова для плавки сульфидного медного цинксодержащего сырья и обеднения жидких конвертерных шлаков в торцевой стене через смотровое окно были установлены 4 акустических излучателя: два со стороны аптейка и два со стороны загрузки шихтовых материалов. Всего было реализовано шесть опытных режимов испытаний системы внутрипечного пылеосаждения с различными настройками работы акустических излучателей и один базовый – для сравнения показателей работы. Продолжительность опытных периодов колебалась от 5 до 18 сут, причем общее время работы агрегата с использованием акустических излучателей составило 68 сут. Наличие в рабочем пространстве печи акустического поля при любых настройках работы излучателей в той или иной мере способствовало снижению концентрации пылевых частиц после цепочки газоочистных аппаратов (в товарной точке). По экспериментальным данным было выявлено, что минимальная суммарная звуковая мощность акустического поля, обеспечивающая снижение концентрации пыли за счет коагуляции пылевых частиц внутри печного пространства, составляет 800 Вт. 

The acoustic generator technology was used to arrange in-furnace dust deposition in the Vanyukov furnace, OJSC SUMZ (Revda, Russia). The generator design included a nozzle tube, an air nozzle, a resonator and a focusing surface. The total acoustic power of the acoustic field and the optimum number and location of the acoustic generators were determined based on the surface area of the furnace molten pool and the recommended values of specific acoustic power for in-furnace dust deposition. To create an acoustic field in the Vanyukov’s furnace for melting the sulfide copper zinc-containing raw material and depleting the liquid converter slag, four acoustic generators were installed in the end wall through the inspection window: two on the uptake side and two on the charge material loading side. In total, six pilot modes of in-furnace dust deposition system testing at different operation settings of acoustic generators were implemented with one basic mode to compare performance. The duration of test periods ranged from 5 to 18 days, and the total operation time of the unit using acoustic generators was 68 days. It should be noted that the presence of an acoustic field in the furnace body at any operation settings of generators in one way or another helped to reduce the concentration of dust particles downstream the chain of gas purifiers (at the commodity point). According to test data, it was found that the minimum total acoustic power of the acoustic field, which reduces the dust concentration due to the coagulation of dust particles within the furnace space, is 800 W.

 

печь Ванюковавынос пылиосаждение пылиакустический газоструйный излучательвыход штейнаVanyukov furnacedust removaldust depositionacoustic gas-jet generatormatte dischargeReferencesГущин С.Н., Телегин А.С., Лобанов В.И., Корюков В.Н. Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства. М.: Металлургия, 1993.Gushchin S.N., Telegin A.S., Lobanov V.I., Koryukov V.N. Teplotekhnika i teploenergetika metallurgichesko-go proizvodstva [Heating engineer and power system of metallurgical production]. Moscow: Metallurgiya, 1993.Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск: Металлургия, 1988.Vanyukov A.V., Utkin N.I. Kompleksnaya pererabotka mednogo i nikelevogo syr’ya [Complex processing of copper and nickel raw materials]. Chelyabinsk: Metallurgiya, 1988.Han Feng, Yu Fei, Cui Zhaojie. Industrial metabolism of copper and sulfur in a copper-specific eco-industrial park in China //J. Clean. Product. 2015. Vol. 133. P. 459— 466.Han Feng, Yu Fei, Cui Zhaojie. Industrial metabolism of copper and sulfur in a copper-specific eco-industrial park in China. J. Clean. Product. 2015. Vol. 133. P. 459—466Набойченко С.С., Агеев Н.Г., Дорошкевич А.П., Жуков В.П., Елисеев Е.И., Карелов С.В., Лебедь А.Б., Мамяченков С.В. Процессы и аппараты цветной металлургии: Учеб. для вузов / Под ред. С.С. Набойченко. Екатеринбург: УГТУ—УПИ, 2005.Naboichenko S.S., Ageev N.G., Doroshkevich A.P., Zhukov V.P., Eliseev E.I., Karelov S.V., Lebed’ A.B., Mamyachenkov S.V. Protsessy i apparaty tsvetnoi metallurgii [Processes and devices of nonferrous metallurgy]. Ekaterin-burg: UGTU—UPI, 2005.Vaisburd S., Berner A., Brandon D.G., Kozhakhmetov S., Kenzhaliyev E., Zhalelev R. Slags and mattes in Vanyukov’s process for the extraction of copper // Metal. Mater. Trans. 2015. Vol. 33. No. 4. P. 551—559.Vaisburd S., Berner A., Brandon D.G., Kozhakhmetov S., Kenzhaliyev E., Zhalelev R. Slags and mattes in Vanyukov’s process for the extraction of copper. Metall. Mater. Trans. 2015. Vol. 33. No. 4. P. 551—559.Chen L., Bin W., Yang T., Liu W., Bin S. Research and industrial application of oxygen-rich side-blow bath smelting technology // Proc. of 4-th Int. Symp. on High-Temperature Metallurgical Processing (TMS 2013). Annual Meeting and Exhibition (San Antonio, TX, United States, 3—7 March 2013). 2013. P. 49—55.Chen L., Bin W., Yang T., Liu W., Bin S. Research and industrial application of oxygen-rich side-blow bath smelting technology. In: Proc. of 4-th Int. Symp. on High-Temperature Metallurgical Processing (TMS 2013). Annual Meeting and Exhibition (San Antonio, TX, United States, 3—7 March 2013). 2013. P. 49—55.Ярошенко Ю.Г., Матюхин О.В., Паньшин А.М., Коновалов И.С. Использование энергии акустического поля для улучшения показателей работы шахтных печей // Цвет. металлы. 2013. No. 8. С. 64—70.Matyukhin V.I., Yaroshenko Yu.G., Matyukhin O.V., Pan’-shin A.M., Konovalov I.S. Ispol’zovanie energii akusticheskogo polya dlya uluchsheniya pokazatelei raboty shakhtnykh pechei [Using the energy of the acoustic field to improve the performance of the shaft furnace]. Tsvet. metally. 2013. No. 8. P. 64—70.Asanov D.A., Filyanova L.A., Zapasnyi V.V., Sukhova N.M. Study of the performance indices of a dust-cleaning system at the balkhash copper smelter // Metallurgist. 2016. No. 3-4. P. 331—338.Asanov D.A., Filyanova L.A., Zapasnyi V.V., Sukhova N.M. Study of the performance indices of a dust-cleaning system at the balkhash copper smelter. Metallurgist. 2016. No. 3-4. P. 331—338.Zhang H.L., Zhou C.Q., Bing W.U., Chen Y.M. Numerical simulation of multiphase flow in a Vanyukov furnace // J. Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2015. Vol. 115. No. 5. P. 457—463.Zhang H.L., Zhou C.Q., Bing W.U., Chen Y.M. Numerical simulation of multiphase flow in a Vanyukov furnace. J. Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2015. Vol. 115. No. 5. P. 457—463.Кутателадзе С.С. Тепло- и массообмен в звуковом поле. Новосибирск: СО АН СССР, 1970.Kutateladze S.S. Teplo i massoobmen v zvukovom pole [Heat and mass transfer in the acustic field]. Novosibirsk: SO AN SSSR, 1970.Cafiero G., Greco C.S., Astarita T., Discetti S. Flow field features of fractal impinging jets at short nozzle to plate distances // Exp. Therm. Fluid Sci. 2016. No. 78. P. 334— 344.Cafiero G., Greco C.S., Astarita T., Discetti S. Flow field features of fractal impinging jets at short nozzle to plate distances. Exp. Therm. Fluid Sci. 2016. No. 78. P. 334—344.Andrade M.A.B., Skotis G.D., Ritchie S.B, Cumming D.R.S., Riehle M.O., Bernassau A.L. Contactless acoustic manipulation and sorting of particles by dynamic acoustic fields // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Frequ. Contr. 2016. Vol. 63. Iss. 10. P. 1593—1600.Andrade M.A.B., Skotis G.D., Ritchie S.B, Cumming D.R.S., Riehle M.O., Bernassau A.L. Contactless acoustic manipulation and sorting of particles by dynamic acoustic fields. IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Frequ. Contr. 2016. Vol. 63. Iss. 10. P. 1593—1600.Dong X.-R., Liu Y.-X, Chen Y.-H., Dong G. Research on control of hypersonic shock wave/boundary layer interactions by double micro-ramps// Binggong Xuebao. Acta Armamentarii. 2016. Vol. 37. No. 9. P. 1624—1632.Dong X.-R., Liu Y.-X, Chen Y.-H., Dong G. Research on control of hypersonic shock wave/boundary layer interactions by double micro-ramps. Binggong Xuebao. Acta Armamentarii. 2016. Vol. 37. No. 9. P. 1624—1632.Долинский А.А., Басок Б.И., Гулый С.И. Дискретно-импульсный ввод энергии в теплотехнологиях. Киев: ИТТФ НАНУ, 1996.Dolinskii A.A., Basok B.I., Gulyi S.I. Diskretno-impul’snyi vvod energii v teplotekhnologiiyah [Discrete and pulse input of energy in heattechnologies]. Kiev: ITTF NANU, 1996.Серегин П.С. Исследование газовой динамики внутрипечного пространства, пылевыноса и настылеобразования в печи Ванюкова с использованием метода физического моделирования: Дис. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург: Институт Гипроникель, 2001.Seregin P.S. Issledovanie gazovoi dinamiki vnutripechno-go prostranstva, pylevynosa i nastyleobrazovaniya v pechi Vanyukova s ispol’zovaniem metoda fizicheskogo modelirovaniya: Diss. PhD. Sankt-Peterburg: Institut Gipronikel’, 2001.Селиванов Е.Н., Скопов Г.В., Гуляева Р.И., Матвеев А.В. Вещественный состав пыли электрофильтров печи Ванюкова ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» // Металлург. 2014. No. 5. С. 92—95.Selivanov E.N., Gulyaeva R.I., Skopov G.V., Matveev A.V. Material composition of the dust from the electrostatic precipitators of a Vanyukov furnace at the Middle Ural Copper Smelter. Metallurgist. 2014. No. 5-6. P. 431—435.Кардашев Г.А. Физические методы интенсификации процессов в химической технологии. М.: Химия, 1990.Kardashev G.A. Fizicheskie metody intensifikatsii pro-tsessov v khimicheskoi tekhnologii [Physical methods of intensification of processes in chemical technology]. Moscow: Khimiya, 1990.Коновалов И.С. Совершенствование тепловой и газодинамической работы шахтных медеплавильных печей: Дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург: УрФУ, 2012.Konovalov I.S. Sovershenstvovanie teplovoi i gazodinamicheskoi raboty shakhtnykh medeplavil’nykh pechei: Diss. PhD. Ekaterinburg: UFU, 2012.Shilton R.J., Yeo L.Y., Friend J.R. Quantification of surface acoustic wave induced chaotic mixing-flows in microfluidic wells // Sensors and Actuators. B: Chem. 2011. Vol. 160. No. 1. P. 1565—1572.Shilton R.J., Yeo L.Y., Friend J.R. Quantification of surface acoustic wave induced chaotic mixing-flows in microfluidic wells. Sensors and Actuators. B: Chem. 2011. Vol. 160. No. 1. P. 1565—1572.Khabeev N.S. Intensification of the effect exerted by bubbles on a body immersed in a liquid due to the radial bubble oscillations // J. Eng. Phys. Thermophys. 2015. Vol. 88. No. 3. P. 645—651.Khabeev N.S. Intensification of the effect exerted by bubbles on a body immersed in a liquid due to the radial bubble oscillations. J. Eng. Phys. Thermophys. 2015. Vol. 88. No. 3. P. 645—651.Ивановский А.И. Теоретическое и экспериментальное изучение потоков, вызванных звуком. М.: Гид-рометеоиздат, 1959.Ivanovskii A.I. Teoreticheskoe i eksperimental’noe izuchenie potokov, vyzvannykh zvukom [Theoretical and experimental study of the flow caused by the sound]. Moscow: Gidrometeoizdat, 1959.Руденко О.В., Молен С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. М.: Наука, 1978.Rudenko O.V., Molen S.I. Teoreticheskie osnovy nelineinoi akustiki [Theoretical foundations of nonlinear acoustics]. Moscow: Nauka, 1978.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.