blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-8-670-678blackmet-1190Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYРАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ПЕЧЕЙ-МИКСЕРОВ ДЛЯ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИDEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF AUTOMATED HEATING SYSTEM FOR HOLDING FURNACES IN NON-FERROUS METALLURGYДружининГ. М.DruzhyninG. M.

доктор технических наук, зам. директора по науке, профессор кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии». 

620137, Россия, Екатеринбург, ул. Студенческая, 16.

Dr. Sci. (Eng.), Deputy Director for Science, Professor of the Chair “Thermal Physics and Informatics in Metallurgy”.

avto1943@gmail.comАшихминА. А.AshikhminA. A.

кандидат технических наук, зам. заведующего лабораторией теплотехники и систем отопления нагревательных печей. 

620137, Россия, Екатеринбург, ул. Студенческая, 16.

Cand. Sci. (Eng.), Deputy Head of the Laboratory “Thermal engineering and heating systems for heating furnaces”.

gorelka.a@yandex.ruЛошкаревН. Б.LoshkarevN. B.

кандидат технических наук,  доцент кафедры «Теплофизика и информатика в металлургии».

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19.

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professorof the Chair “Thermal Physics and Informatics in Metallurgy”.

gorelka.l@yandex.ruМасловП. В.MaslovP. V.

 старший научный сотрудник.  

620137, Россия, Екатеринбург, ул. Студенческая, 16.

Senior Researcher.

pavvmaslov@yandex.ruХамматовИ. М.KhammatovI. M.

кандидат технических наук, ведущий инженер лаборатории теплотехники и систем отопления нагревательных печей. 

620137, Россия, Екатеринбург, ул. Студенческая, 16.

Cand. Sci. (Eng.), Senior Engineer of the Laboratory “Thermal engineering and heating systems for heating furnaces”.

hammatof@yandex.ruУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина; ОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники».Russian FederationОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники».Russian FederationУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.Russian Federation201702122017608670678Copyright © Дружинин Г.М., Ашихмин А.А., Лошкарев Н.Б., Маслов П.В., Хамматов И.М., 20172017Дружинин Г.М., Ашихмин А.А., Лошкарев Н.Б., Маслов П.В., Хамматов И.М.Druzhynin G.M., Ashikhmin A.A., Loshkarev N.B., Maslov P.V., Khammatov I.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1190

Особенностью плавки в печи Ванюкова медьсодержащих руд является образование жидких продуктов в виде расплавов шлака  и штейна, которые, как правило, сливаются в отдельные емкости (печи-миксера), где необходимо поддерживать нужную температуру.  Печь-миксер представляет собой футерованную изнутри цилиндрическую емкость, закрытую с двух сторон торцевыми днищами, где  с одной стороны устанавливается горелка для разогрева и поддержания температуры внутри емкости, с другой размещена заливная  горловина. Разработаны, изготовлены и запущены в эксплуатацию автоматизированные горелочные устройства ГПМ-3,6 печей-миксеров шлака и штейна на медеплавильном заводе Алмалыкского горно-металлургического комбината (Республика Узбекистан). Назначение горелочных устройств – разогрев печей-миксеров до рабочих температур 1250 ÷ 1275 ºС и 1110 ÷ 1150 ºС соответственно  и поддержание температуры залитого в миксер расплава на заданном уровне при любых технологических операциях. Система автоматизации обеспечивает надежную и безопасную работу горелочных устройств, включая розжиг из холодного состояния, работу в  заданных диапазонах температур через регулирование тепловой нагрузки и останова, в том числе по аварийным условиям. При этом  в полном объеме происходит передача и обмен информацией с центральным контроллером АСУ печи Ванюкова посредством интерфейса Profibus DP. Разработанные горелочные устройства полностью соответствуют требованиям технического регламента Таможенного союза ТР  ТС  010/2011 «О безопасности машин и оборудования» и нормам и правилам металлургического производства. Для  газоснабжения горелочных устройств была разработана специальная газовая рампа, представляющая собой компактный (отдельный)  участок газопровода со всей необходимой газовой аппаратурой для эксплуатации основной и запальной горелок как в ручном режиме  управления, так и в автоматическом. В состав газовой рампы включена система газовой безопасности. Наличие такой рампы обеспечивает регулирование давления газа до параметров, необходимых для работы основной горелки, плавное регулирование расхода  топлива в пределах устойчивой работы горелочного устройства, технологический учет расхода газа на отопление миксера, безопасную   эксплуатацию запальной и основной горелок. Для воздухоснабжения горелочного устройства была также разработана воздушная  рампа, представляющая собой компактный участок воздухопровода с установленной на нем запорно-регулирующей арматурой. В состав воздушной рампы входит поворотный узел, позволяющий осуществлять поворот печи-миксера на определенный угол для слива  расплава без отсоединения воздухопровода горелки. 

A feature of the smelting of copper-bearing ores in the Vanyukov furnace is the formation of liquid products in the form of slag and  matte melts, which, as a rule, merge into separate containers (mixer  furnaces), where it is necessary to maintain the desired temperature.  The mixer oven is a cylindrical container lined inside, closed from  both sides by end bottoms, on the one hand a burner is installed to  heat and maintain the temperature inside the container, on the other  hand, a filler neck is placed.Automated burner devices GPM-3,6 were  developed, manufactured and put into operation in slag and matte  holding furnaces at the copper-smelting plant of Almalyk Mi ning  and Metallurgical Complex (Republic of Uzbekistan). The burner  devices are designed for heating holding furnaces up to the operating temperatures of 1250  –  1275  °C and 1110  –  1150  °C respectively  and maintaining the temperature of liquid melt poured in the mixer  at the preset level at any technological operations. The automated  system provides reliable and safe operation of the burner devices,  including cold ignition, operation within the preset temperature ranges by regulation of heat loads and shutoffs, among other things in  case of emergency. Simultaneously, full information is transferred  and exchanged with the central controller of the Automated Control  System of Vanyukov Furnace through Profibus DP. The developed  burner devices fully comply with the requirements of the Technical  Regulations of the Customs Union TR TC 010/2011 On Safety of  Machines and Equipment and with the norms and rules of metallurgical production. For the gas supply of burners, a special gas ramp was  developed, which is a compact (separate) section of the gas pipeline  with all the necessary gas equipment for operation of the main and  pilot burners, both in manual control mode and in automatic mode.  The gas train includes a gas safety system. The presence of such a  ramp ensures regulation of the gas pressure to the parameters required for the operation of the main burner, smooth regulation of fuel  consumption within the stable operation of the burner, technological  accounting of gas consumption for mixer heating and safe operation  of the pilot and main burners. For air supply of the burner device,  an air ramp was also designed, which is a compact section of the air  pipe with shut-off and control valves installed on it. The composition  of the air ramp includes a swivel assembly that allows the mixer to  rotate to a certain angle for draining the melt without disconnecting  the burner air duct.

печь-миксер штейн шлак горелочное устройство запальная горелка природный газ газовая рампа воздушная рампа температура расплава система автоматики holding furnace matte slag burner device ignition burner  natural gas gas manifold air manifold melt temperature automation systemReferencesВанюков A.B. Перспективы развития плавки в жидкой ванне различного сырья // Цветные металлы. 1985. № 9. С. 7 – 12.Vanyukov A.B. Prospects for development of melting of va rious   raw  materials  in  a  liquid  bath.  Tsvetnye metally.  1985,  no.  9,  pp.  7–12. (In Russ.).Плавка в жидкой ванне / А.В. Ванюков и др. / Под ред. А.В. Ванюкова. – М.: Металлургия, 1988. – 260 с.Vanyukov A.V . etc. Plavka v zhidkoi vanne [Melting in a liquid  bath].Vanyukov A.V . ed. Moscow: Metallurgiya, 1988, 260 p. (In  Russ.).Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья: Учебник для вузов / Под ред. А.В. Ванюкова. – Челябинск: Металлургия, 1988. – 432 с.Vanyukov A.V., Utkin N.I. Kompleksnaya pererabotka mednogo i nikelevogo syr’ya: uchebnik dlya vuzov [Complex processing of  copper and nickel raw materials: Textbook for universities]. Vanyukov A.V . ed. Chelyabinsk: Metallurgiya, 1988, 432 p. (In Russ.).Кривандин В.А. Теплотехника металлургического производства. Т. 2. Конструкция и работа печей: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.А. Кривандина. – М.: МИСИС, 2001. – 736 с.Krivandin  V.A.  Teplotekhnika metallurgicheskogo proizvodstva. T. 2. Konstruktsiya i rabota pechei: Uchebnoe posobie dlya vuzov [Heat engineering of metallurgical production. Vol. 2. Design and  operation of furnaces]. Moscow: MISIS, 2001, 736 p. (In Russ.).Процессы и аппараты цветной металлургии: Учебник для вузов / С.С. Набойченко и др. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. – 700 с.Naboichenko S.S. etc. Protsessy i apparaty tsvetnoi metallurgii: Uchebnik dlya vuzov [Processes and apparatuses of non-ferrous  metallurgy: Textbook for universities]. Ekaterinburg: GOU VPO  UGTU-UPI, 2005, 700 p. (In Russ.).Гусовский В.Л., Лившиц А.Е., Тымчак В.М. Сожигательные устройства нагревательных и термических печей: Справочник. – М.: Металлургия, 1981. – 272 с.Gusovskii V.L., Livshits A.E., Tymchak V.M. Sozhigatel’nye ustroistva nagrevatel’nykh i termicheskikh pechei. Spravochnik [Incendiary devices of heating and thermal furnaces. Reference book].  Moscow: Metallurgiya, 1981, 272 p. (In Russ.).Современные горелочные устройства (конструкции и технически характеристики): Справ. издание / А.А. Винтовкин и др. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 496 с.Vintovkin A.A.  etc.  Sovremennye gorelochnye ustroistva (konstruktsii i tekhnicheski kharakteristiki). Spravochnoe izdanie [Modern burner devices (designs and technical characteristics). Reference edition]. Moscow: Mashinostroenie-1, 2001, 496 p. (In Russ.).Корнеев С.В. Особенности выбора горелочных устройств для нагревательных печей машиностроительного и металлургического производств // Литье и металлургия. 2010. № 3 (57). С. 162 – 168.Korneev S.V . Features of the choice of burner devices for heating  furnaces of machine-building and metallurgical industries. Lit’e i metallurgiya. 2010, no. 3 (57), pp. 162–168. (In Russ.).ГОСТ 21204-97. Горелки газовые промышленные. Классификация. Общие технические требования, маркировка и хранение.GOST 21204­97. Gorelki gazovye promyshlennye. Klassifikatsiya. Obshchie tekhnicheskie trebovaniya, markirovka i khranenie [Industrial gas burners. Classification. General technical requirements,  marking and storage]. (In Russ.).Охтилев М.Ю, Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. – М.: Наука, 2006. – 410 с.Okhtilev M.Yu., Sokolov B.V., Yusupov R.M. Intellektual’nye tekhnologii monitoringa i upravleniya strukturnoi dinamikoi slozhnykh tekhnicheskikh ob”ektov [Intellectual technologies for monitoring  and managing the structural dynamics of complex technical objects]. Moscow: Nauka, 2006, 410 p. (In Russ.).Костин Е.В. Алгоритмическое обеспечение управления качеством продуктов плавки в печах Ванюкова // Вестник СибГАУ. 2013. № 2 (48). С. 192 – 198.Kostin E.V . Algorithmic management of the quality of smelting  products in Vanyukov furnaces. Vestnik SibGAU. 2013, no. 2 (48),  pp. 192–198. (In Russ.).Britz H., Kneip M., Poppenhager J. Новая концепция автоматизации для нагревательных печей, работающих на газе // Stahl und Eisen. 1988. № 108. С. 655 – 666.Britz H., Kneip M., Poppenhager J. New concept of automation for  heating furnaces operating on gas. Stahl und Eisen. 1988, no. 108.  S. 655–666. Лисиенко В.Г. Совершенствование и повышение эффективности энерготехнологий и производств. Т. 2. Кн. 1. Новые способы, модельные и экспериментальные исследования. – Екатеринбург: УРФУ, 2013. – 592 с.Lisienko V.G. Sovershenstvovanie i povyshenie effektivnosti energotekhnologii i proizvodstv. T. 2. Kn. 1 Novye sposoby, model’nye i eksperimental’nye issledovaniya: Monografiya [Perfection and increase of efficiency of energy technologies and productions. Vol.  2.  Book 1. New methods, model and experimental studies: Monograph]. Ekaterinburg: URFU, 2013, 592 p. (In Russ.).Винтовкин А.А., Деньгуб В.В., Воронов Г.В. Топливо, его сжигание и взрывобезопасность / Под ред. А.А. Винтовкина. – Екатеринбург: Межрегиональный издательский центр. 2015. – 303 с.Vintovkin A.A., Den’gub V.V., Voronov G.V . Toplivo, ego szhiganie i vzryvobezopasnost’ [Fuel, its combustion and explosion safety].  Vintovkin   A.A. ed.  Ekaterinburg:  Mezhregional’nyi  izdatel’skii  tsentr, 2015, 303 p. (In Russ.).Технический регламент Таможенного Союза ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования».Tekhnicheskii reglament Tamozhennogo Soyuza TR TS 010/2011 “O bezopasnosti mashin i oborudovaniya” [Technical regulations  of the Customs Union TR 010/2011 "Safety of machinery and  equipment"]. (In Russ.). Промышленные печи и тепловые агрегаты. Проведение и контроль выполнения пуско-наладочных работ. СТО НОСТРОЙ 2.31.12-2011. – М.: ООО Изд-во «БСТ», 2011. – 41 с.Promyshlennye pechi i teplovye agregaty. Provedenie i kontrol’ vypolneniya pusko­naladochnykh rabot. STO NOSTROI 2.31.12­2011 [Industrial furnaces and heat units. Carrying out and control of the  implementation of commissioning. STO NOSTROY 2.31.12.2011].  Moscow: BST, 2011, 41 p. (In Russ.).Митин Г.П., Хазанова О.В. Системы автоматизации с использованием программируемых логических контроллеров: Учеб. пособие. – М.: ИЦ МГТУ «Станкин», 2005. – 185 с.Mitin G.P., Khazanova O.V . Sistemy avtomatizatsii s ispol’zovaniem programmiruemykh logicheskikh kontrollerov: Uchebnoe posobie [Automation systems using programmable logic controllers: Manual]. Moscow: ITs MGTU “Stankin”, 2005, 185 p. (In Russ.).Деменков Н.П. Языки программирования промышленных контроллеров: Учеб. пособие / Под ред. К.А. Пункова. – М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 95 с.Demenkov N.P. Yazyki programmirovaniya promyshlennykh kontrollerov: Uchebnoe posobie [Programming languages   of industrial  controllers: Manual]. Punkov K.A. Moscow: izd-vo MGTU im.  N.E. Baumana, 2004, 95 p. (In Russ.).Елизаров Н.А., Мартемьянов Ю.Ф. Технические средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контроллеры. – М.: Изд-во «Машиностроение», 2004. – 352 с.Elizarov  N.A.,  Martem’yanov Yu.F.  Tekhnicheskie sredstva avtomatizatsii. Programmno­tekhnicheskie kompleksy i kontrollery [Technical means of automation. Software and hardware systems  and controllers]. Moscow: izd-vo “Mashinostroenie”, 2004, 352 p.  (In Russ.).

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