Устройство для производства анодной меди
ANODE COPPER PRODUCTION DEVICE

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к процессам огневого рафинирования меди.
Известно устройство производства анодной меди с продувкой ванны расплавленной черновой меди воздухом с целью очистки этой меди путем окисления примесей и удаления их со шлаком или в атмосферу [1]. Необходимый объем воздуха для продувки рассчитывается по известным формулам [2]. Недостатком этого устройства является перерасход воздуха при продувке, так как в конце продувки расчетным объемом воздух содержание примесей не уменьшается – наступает динамическое равновесие. 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) [3]. 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, оценка пробы по рисунку зависит от степени опытности человека, анализирующего пробу.
Проблема состоит в неоптимальной продолжительности процесса продувки ванны с расплавом, т. е. недостаточно точном определении момента времени отсечки воздухи и наличия субъективного фактора.
Устройство производства анодной меди, содержащее ванну с расплавом черновой меди, трубу, одним концом опущенную в ванну, для продувки расплава воздухом с отсекающим вентилем, отличающаяся тем, что дополнительно введены ванна с эталонным расплавом катодной меди, два источника ЭДС, два резистора, пара электродов, погруженные в ванну с эталонным расплавом, пара электродов, погруженные в ванну с расплавом черной меди, две термопары микроконтроллер, источники ЭДС включены встречно объединением их выводов одной полярности и подключены к двум электродам, погруженные в ванны с разными расплавами, два свободных выхода источников ЭДС другой полярности подключены через резисторы к двум другим электродам, погруженным в ванны с разными расплавами, термопары, погружены по одной в каждую ванну и подключены к микроконтроллеру, микровольтметр, вход которого подключен к электродам, связанным с резисторами, а выход микровольтметра подключен к микроконтроллеру, выход микроконтроллера связан с вентилем для отсечки продувки воздухом.
Предлагаемое устройство представлено на фиг. Оно включает: два источники стабильного напряжения 1 и 2; ванну с расплавом катодной меди 3; резисторы 4, 5; электроды 6, 7, 8, 9; ванну с расплавом черновой меди 10; термопары 11, 12; микровольтметр 13; микроконтроллер 14; трубу подачи воздуха 15 в ванну с расплавом черновой меди, отсекающий вентиль 16. Источники ЭДС включены встречно объединением зажимов одной полярности. Эти зажимы подключены к двум электродам. Другие два свободных зажима другой полярности источников ЭДС подключены через резисторы к двум другим электродам.  Электроды, подключенные к одному источнику ЭДС погружены в ванну с эталонным расплавом катодной меди, а электроды подключенные к другому источнику ЭДС погружены в расплав черновой меди. Две термопары, погруженные по одному в каждую ванну подключены к микроконтроллеру. Вход микровольтметра подключен к электродам, связанным с резисторами, а его выход подключен к микроконтроллеру. Выход микроконтроллера связан с вентилем для отсечки продувки воздухом. Команда на отсечку подается после соответствующих вычисление по показаниям микровольтметра и термопар.
Устройство работает следующим образом. От источников ЭДС ток проходит через расплавы меди в ванных. Ванну с черновой медью продувают воздухом, при этом примеси окисляются и переходят в шлак. Удельное сопротивление расплава черновой меди уменьшается, так как чем меньше примесей в меди, тем ниже ее удельное сопротивление [4 – 13]. Как следствие уменьшается падение напряжение между электродами, погруженными в ванну с расплавом черновой медью. Между электродами, погруженными в расплав катодной (чистой) меди напряжение не изменяется, так как ее удельное сопротивление неизменно при поддержании постоянной температуры. Микровольтметр измеряет разность напряжений между электродами погруженными в названные ванны, что повышает точность измерений. Микропроцессор корректирует эту разность по показаниям термопар. При определенном значении этого напряжения или при определенной скорости его изменения микропроцессор закрывает вентиль 16 на трубе 15 подачи воздуха, отсекая его подачу и прекращая продувку расплава воздухом.
Технический результат базируется на эффекте зависимости электрического сопротивления расплава от примесей и температуры, что позволяет при протекании постоянного тока через эталонный и продуваемый расплавы зафиксировать момент наступления равенства падений напряжений между электродами с коррекцией на температуры расплавов и отсечь продувку.
Использованные источники
1. Воскобойников, В. Г. Общая металлургия : учеб. для вузов / В. Г. Воскобойников, В. А. Кудрин, А. М. Якушев. – М. : Металлургия, 1998. – 768 с.
2. Жуков В.П., Скопов Г.В., Холод С.И. Пирометаллургия меди. – Екатеринбург: УрО РАН, 2016. – 632 с.
3. Патент Российской Федерации № 1257112. Способ огневого рафинирования черновой меди.
4. Davenport W.G., King M., Schlesinger M., Biswas A.K. Extractive metallurgy of copper, fourth edition. – Oxford: Elsever Sci. Ltd., 2002. – p.
5. Biswas A.K., Davenport W.G. Extractive metallurgy of copper. – Oxford: Pergamon, 1996. – p.
6. Gerlach J., and Herfort P. The Rate of Oxyden Uptake by Molten Copper // Metall. 1968. 22 (11). – Р. 1068–1090.
7. Жуков В.П., Спитченко В. С., Новокрещенов С.А., Холод С.И. Рафинирование меди. – Екатеринбург: УрФУ, 2010. – 317 с.
8. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. – Л.: Энергоатомиздат, 2000. – 304 с.
9. Рене В.Т. Электротехнические материалы. – Л.: , 1984. – с.
10. Корицкий Ю.В., Пасынков В. В., Тареева Б.М. Справочник по электротехническим материалам. – М.: Энергоатомиздат, в 3 т., 1986–1988. – с.
11. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1980. – 320 с.
12. Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов / перевод с англ. Л.А. Коледова. – М.:. Металлургия, 1972. – с.
13. 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.