مواد مخلوط شده بر روی نوار نقاله، در داخل مخازن شارژ هر یک از 2 کوره ریورب ذخیره می‌شوند. این مواد از طریق نوارهای شاتل وارد قیف‌های تغذیه شده و از طریق آنها به کوره ریورب شارژ می‌شوند. حرارت مورد نیاز کوره از طریق 6 مشعل اصلی مازوت سوز و تعدادی مشعل اکسی‌گاز تأمین می‌شود. هر کوره ریورب دارای 2 مجرای خروج مات و 1 مجرای خروج سرباره (در هر طرف) است. برای بسته شدن مجرای مات و سرباره از ماشین گِلزن یا تپ استفاده می‌شود. مات مس و سرباره محصولات اصلی کوره‌های ریورب هستند. مات مس پس از خروج از کوره به داخل پاتیل ریخته شده و توسط ماشین حمل مات و جرثقیل‌های سقفی در داخل کوره‌های کنورتر تخلیه می‌گردد. سرباره نیز پس از ریخته شدن در داخل پاتیل توسط ماشین سرباره‌کِش به دامپ سرباره منتقل می‌شود. در انتهای هر کوره 2 اتاقک تعبیه شده تا گازهای داغ خروجی از کوره را به بویلرهای حرارتی منتقل کند.
شکل (3-8) نمایی از دالان کوره‌های کنورتر
مات مس خروجی از کوره‌های ریورب توسط 5 کنورتر به مس بلیستر تبدیل می‌شود. مات خروجی از کوره‌های ریورب توسط جرثقیل‌های سقفی داخل کنورتر تخلیه می‌شود. از مواد سرد نیز جهت کنترل دما در کوره‌های کنورتر استفاده می‌گردد. محصول خروجی کوره‌های کنورتر مس بلیستر است که جهت تصفیه نهایی به کوره‌های آند منتقل می‌گردد. نمای ساده از دالان کارخانه ذوب در شکل (3-9) نشان داده شده است.
مس بلیستر حاصل از کنورترها جهت حذف ناخالصی‌هایی چون اکسیژن، گوگرد و آهن به کوره‌های آند (3 کوره) منتقل می‌شود. در این کوره‌ها عملیات سربارهگیری، اکسیداسیون و احیاء جهت حذف ناخالصی‌ها صورت گرفته و در نهایت مس آندی توسط 2 چرخ ریخته‌گری به صورت آند ریخته‌گری می‌شود. آندهای ریخته‌گری شده بعد از انتقال به داخل بوش تانک توسط جرثقیل سقفی به منطقه بازرسی منتقل و در نهایت در داخل راک‌ها چیده می‌شوند. به طور کلی می‌توان روند تولیدی آند مس را به صورت شکل زیر نمایش داد:
شکل (3-9) روند تولیدی آند مس
مقدار تولید در کوره‌های شعله‌ای مستقیماً به عیار کنسانتره بستگی دارد. ظرفیت اسمی تولید کارخانه مس سرچشمه بر اساس شارژ کنسانتره محتوی مس 34درصد و بازدهی 5/98 درصد برابر 145000 تن مس در سال است. با کاهش عیار کنسانتره ظرفیت تولید کارخانه کاهش می‌یابد. در ظرفیت تولید واحد ذوب در بهترین شرایط بر اساس عیار کنسانتره نشان داده شده است[65].
جدول (3-1) ظرفیت تولید سالانه مات و مس بلیستر در مجتمع مس سرچشمه کرمان
عیار کنسانتره Cu%
عیار مات Cu%
تولید مات (مس محتوی)
مس بلیستر
24
31-30
110000
9800
28
35-34
124000
119000
33
41-40
146000
145000
با کاهش عیار معدن و در نتیجه کاهش عیار کنسانتره (کمتر از 24 درصد) و عیار مات (کمتر از 30درصد)، حداکثر تولید عملی 100 هزار تن در سال خواهد بود. برای رسیدن به حداکثر ظرفیت در کوره‌های شعله‌ای مشکلات قابل پیش‌بینی متعددی وجود دارد. عمده این مشکلات عبارتند از:
توقف‌های متعدد برای تعمیر دیگ‌های بخار به علت فرسودگی
تعمیرات پاتیل‌ها به دلیل حجم زیاد مذاب در گردش
تعمیرات زیاد کوره‌های شعله‌ای
تعمیرات نسبتاً زیاد جرثقیل‌های سقفی
تعمیرات زیاد سرباره‌کش‌ها به دلیل تولید سرباره زیاد
حجم بالای تعمیرات کنورترها به دلیل پایین بودن عیار مات
با توجه به جدول (3-1) ملاحظه می‌شود که در کنار مشکلات مربوط به کوره‌های شعله‌ای، واحد کنورترهای پیرس- اسمیت در عیار پایین مات (31-30%) به عنوان یک گلوگاه مطرح می‌باشند. با کاهش عیار مات، زمان تبدیل مات مس به مس بلیستر زیاد می‌شود.
شکل (3-10) نمای ساده از دالان کارخانه ذوب
شرح حرکت جرثقیلها
یکی از اصلی‌ترین و مهم‌ترین قسمت‌ها در دالان کنورتر کارخانه ذوب، جرثقیل‌های سقفی است. در این کارخانه سه جرثقیل سقفی وجود دارد که دو جرثقیل اصلی که در محور اصلی دالان حرکت می‌کنند، جرثقیل‌های 100 تنی هستند. جرثقیل دیگری نیز وجود دارد که دقیقاً یک ساعت قبل از عمل ریخته‌گری برای تعویض قاشقک‌های چرخ ریخته‌گری وارد عمل می‌شود. با وارد شدن جرثقیل 25 تنی، جرثقیل شماره دو از کار می‌افتد و جرثقیل شماره یک نیز تنها در محدوده‌ای که می‌تواند حرکت کند و مکانی که عمل تداخل در آن اتفاق نمی‌افتد، فعالیت خود را انجام می‌دهد. بعد از یک ساعت فعالیت جرثقیل 25 تنی، دوباره حالت عادی ترافیکی در محور اصلی دالان رخ داده و جرثقیل‌های 100 تنی فعالیت خود را از سر خواهند گرفت. هر جرثقیل بسته به تصمیم ناظر کنورترها برای برداشت پاتیل و یا تخلیه آن اقدام می‌کند. در زیر به طور نمایشی حرکت جرثقیلها در طول محورهایشان نشان داده شده است.
شکل (3-11) شرح نمایشی حرکتی جرثقیل در طول محورها
جرثقیلها در محور حرکتی خود با ایستگاه‌های مختلفی با طول متفاوت از یکدیگر روبه‌رو می‌شوند. از این رو فاصله میان ایستگاه‌ها و موقعیت آنها در فعالیت جرثقیلها بسیار تأثیرگذار خواهد بود. طرح کلی از فاصله و موقعیت ایستگاه‌ها از یکدیگر در شکل (3-12) نشان داده شده است. این ایستگاه‌ها به ترتیب از پارکینگ 1 تا پارکینگ 2 شماره‌گذاری شده است. به طور کلی فعالیت جرثقیلها به شرح موارد زیر است:
انتقال پاتیل های مات از روی ارابه های زیر کوره ریورب به داخل کنورترها
انتقال سرباره های کنورتر به داخل کوره های ریورب
انتقال قراضه ها و مواد سرد به داخل کنورترها
انتقال مس بلیستر به واحد ریخته گری
تمیز کردن پاتیل ها به وسیله ی ضربه زدن به سکوی ضربه زن
شکل (3-12) نام و موقعیت ایستگاه‌ها و فاصله آنها از یکدیگر
فصل چهارم: توسعه مدل شبیه سازی فرایند ذوب
(ارائه مدل، نتایج و تفسیر نتایج)
مقدمه
در این فصل مراحل انجام شده جهت شبیه‌سازی فرایند ذوب مس تشریح گردیده است. بدین منظور ابتدا مطالعات اولیه‌ای بر روی این سیستم انجام گرفت. پس از تعیین اهداف مطالعه و انتخاب رویکرد تحلیل پوششی داده به عنوان روش بهینه‌سازی برای تعیین سناریوی بهینه، ورودی و خروجی‌های فرایند برای سیاست‌گذاری در تحلیل پوششی شبکه‌ای داده‌ها تعیین شد. سپس جمع آوری اطلاعات لازم و طراحی مدل مفهومی سیستم، مدل‌سازی و تحلیل داده‌های ورودی انجام شد و شبیه‌سازی مدل مربوطه در نرم افزار Arena پیاده‌سازی گردید. پس از صحت‌سنجی و اعتبارسنجی مدل، نتایج حاصل از شبیه سازی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که در انتهای این فصل به آن اشاره خواهد شد.
گام‌های انجام مطالعه
قدم‌های انجام گرفته در این مطالعه بر اساس نمودار شکل (4-1) می‌باشد. در ابتدا با بررسی مطالعات صورت گرفته و جلسات مشاوره با کارشناسان ذوب مس اهداف تحقیق تعیین شد. برای بررسی و تعیین سناریوی بهینه، رویکرد تحلیل پوششی داده‌ها مورد انتخاب واقع شد. جهت پیاده‌سازی
شکل (4-1) نمودار روند انجام مطالعه
این رویکرد می‌بایست ورودی و خروجی‌های آن قبل از اجرای این رویکرد و شبیه‌سازی تعیین شود. لذا در این مرحله از فرایند انجام کار، ورودی و خروجی‌های تحلیل پوششی شبکه‌ای داده‌ها بررسی و معرفی می‌شوند. در ادامه روند کار این مطالعه مدل مفهومی فرایند ذوب مس که شامل مسیر حرکت نهادهای (پاتیل‌ها) سیستم، مراحل انجام فعالیت‌های کوره‌ها و دیگر اجزاء این کارخانه است، ایجاد می‌شود. در مرحله بعد، بر اساس مدل مفهومی ایجاد شده، مدل رایانه‌ای شبیه‌سازی ایجاد می‌شود. با ایجاد مدل شبیه‌سازی و تصدیق و تعیین اعتبار آن مقدار ورودی و خروجی مدل NDEA مشخص می‌شود. در مرحله بعد مدل NDEA با توجه به ورودی و خروجی‌های ایجاد شده از شبیه‌سازی و سناریوهای تعریف شده، پیاده‌سازی شده و با استفاده از ماتریس کارایی متقاطع سناریوی بهینه تعیین می‌شود.
مدل مفهومی فرایند ذوب در کارخانه ذوب مس سرچشمه
همان طور که قبلاً در شرح سیستم (فصل سوم) مورد بررسی بیان شد، حرکت نهادهای سیستم (پاتیل‌ها) دارای فرایند پیچیده‌ای می‌باشد. با توجه به نوع مواد مذاب درون هر پاتیل نوع پاتیل مشخص می‌شود. در سیستم مورد بررسی 5 نوع
