Плавка во взвешенном состоянии
СОДЕРЖАНИЕ: Плавка во взвешенном состоянии в атмосфере подогретого дутья и технологического кислорода. Рациональный состав Cu-концентрата. Расчет концентрата с учетом уноса пыли. Расчет рационального состава штейна. Состав и количество шлака при плавке без флюсов.ВВЕДЕНИЕ
Задачей любого металлургического производства, является получение металлов из перерабатываемого сырья в свободном металлическом состоянии или в виде химического соединения. В практических условиях эта задача разрешается с помощью специальных металлургических процессов, обеспечивающее отделение компонентов пустой породу от ценных составляющих сырья.
Получение металлической продукции из руд, концентратов или других видов металлосодержащего сырья – задача достаточно трудная. Она существенно усложняется для медных и никелевых руд, которые, как правило, являются сравнительно бедным и сложным по составу полиметаллическим сырьем. При переработке такого сырья металлургическими способами необходимо одновременно с получением основного металла обеспечить комплексное выделение всех других ценных компонентов в товарные продукты при высокой степени их извлечения.
В основе любого металлургического процесса лежит принцип перевода обрабатываемого сырья в гетерогенную систему, состоящую из двух, трех, а иногда и более фаз, которые должны отличаться друг от друга составом и физическими свойствами. При этом одна из фаз должна обогащаться извлекаемым металлом обедняться примесями, а другие фазы, наоборот, обедняться основными компонентами. Одним из таких процессов является плавка во взвешенном состоянии.
Плавкой во взвешенном состоянии называются процессы, при осуществлении которых мелкие сульфидные концентраты сжигают в факеле, образующемся при горении сульфидов шихты, подаваемое в раскаленное пространство печи через специальные горелки вместе с дутьем. За счет теплоты, выделяющейся при горении сульфидов, распыленная шихта нагревается и плавится. Образовавшиеся капли падают на поверхность шлакового расплава, находящегося в отстойной камере, где происходит расслаивание штейна и шлака [1].
Именно об этом металлургическом процессе и пойдет речь в данной курсовой работе.
1. ПЛАВКА ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ В АТМОСФЕРЕ ПОДОГРЕТОГО ДУТЬЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КИСЛОРОДА
1.1 Плавка во взвешенном состоянии в атмосфере подогретого дутья
Из основных разновидностей плавок во взвешенном состоянии плавка на подогретом дутье (финская плавка) является наиболее отработанным технологически и аппаратурно-автогенным процессом. Этот вид плавки в промышленном масштабе был впервые осуществлен в 1949 г. Финской фирмой «Оutocumpu» на заводе «Харьявалта». В настоящее время эту технологию используют более 30 заводов во всем мире для переработки медных, никелевых и пиритных концентратов.
Печь для плавки во взвешенном состоянии включает в себя три основных узла:
- вертикальную цилиндрическую плавильную камеру (шахту);
- горизонтальную отстойную зону для разделения шлака и штейна;
- газоход (аптейк) с котлом утилизатором [1].
Плавку осуществляют на подогретом от 200 до 900 – 1000 0 Своздушком дутье или на дутье, обогащенном кислородом до 30 – 50 %. Используют и комбинированное дутье.
На своде шахты установлены шихтовые горелки, обеспечивающие горение сульфидной шихты в вертикальном факеле. Перед подачей в печь шихту подсушивают в барабанных и трубчатых сушилках до влажности 0,2%.
Шихтно-воздушная смесь из горелки поступает в раскаленное пространство плавильной шахты, где сульфиды воспламеняются. За время падения сульфидные частицы успевают в должной степени окислиться, а легкоплавкие сульфиды и железистые силикаты – расплавиться.
Процесс плавления начинается с прогревания частиц, которые при малых размерах достаточно нагреваются до температур, равных 550 – 650 0 С. При этих температурах начинают интенсивно протекать реакции диссоциации высших сульфидов, идущие с поглощением теплоты.
2FeS2 2FeS + S2
4CuFeS2 2Cu2 S + 2FeS + S2
4CuS2Cu2 S + S2
Бурно протекающие эндотермические реакции препятствуют прогреву частиц, и пока не удалится избыточная сера, температура частиц существенно не повысится. Горит на этой стадии только элементарная сера по реакции:
S2 + 2O2 =2SO2
Быстрое окисление низших сульфидов и главным образом FeS по реакции:
2FeS + 3O2 + SiO2 =2FeO*SiO2 + 2SO2
Начинается после практически полной диссоциации высших сульфидов.
Окисление сульфидов сопровождается образованием большого количества магнетита. Переокисление железа зависит от степени десульфуризации – с получением богатых штейнов большая часть железа переходит в форму магнетита.
Капли жидкой фазы, образующиеся в факеле, попадают на поверхность шлакового расплава в отстойной камере, а раскаленные газы – в газоход, отдавая при этом часть тепла расплаву в отстойнике. Температура в реакционной шахте 1350 – 1400 0 С, в отстойнике 1250 – 1300 0 С.
Продолжительность нахождения частицы во взвешенном состоянии и степень её окисления и плавления учитывают при определении размеров шахты. Диаметр шахты изменяется от 3 до 5,5 м., высота от 7,5 до 12м. Отстойная зона имеет ширину от 3,5 – 10 м., длину от 12 до 32 м. Размеры отстойной зоны рассчитывают исходя из пребывания в ней шлака в течении 5-7 ч.
Высота аптейка достигает 20 м. над уровнем расплава, что обусловлено необходимостью восстановления серы в газах.
При плавке получают штейн с содержанием меди 50 – 60 %, шлаки содержащие 0,7 – 2 % меди и газы (14 – 16 % SO2 ), используемые для производства серной кислоты или элементарной серы.
Шлаки подвергают обеднением флотацией, электроплавкой или обработкой пиритом. Производительность печей достигает 1500 т/сут. Шихты или 8 – 10 т*(м2 *сут).
Вся печь выполнена из магнезитового кирпича. Футеровка плавильной камеры и аптейка заключены в металлический кожух из листовой стали. В кладку всех элементов печи заложено большое количество водоохлаждаемых кисонов. В боковые стены отстойной камеры установлены две медные водоохлаждаемые плиты с отверстиями для выпуски шлака, а в передней торцевой стене – чугунные шпуры для выпуска штейна.
Плавку осуществляют на подогретом от 200 до 900 – 1000 0 С воздушном дутье или на дутье, обогащенном кислородом до 30 – 50 %. Используют и комбинированное дутье [1].
Конструкции печи взвешенной плавки на подогретом дутье на всех заводах одинаковы, кроме завода «Тамано» (Япония). Печь этого завода оснащена в отстойной камере электродами для перегрева шлака и его обеднения и смещенным в результате этого трубчатым газоходом.
1.2 Плавка во взвешенном состоянии в атмосфере технологического кислорода
Отличительной особенностью плавки во взвешенном состоянии на кислородном дутье является использование для её осуществления печей с горизонтальным факелом. Это обусловлено высокой скоростью окисления сульфидов в чистом кислороде и относительно низкой скоростью газовых потоков в печи в следствии небольшого объема образующихся технологических газов.
Кислородно-взвешенная (кислородно-факельная) плавка (КФП) применялась только на двух заводах в мире – в Канаде на заводе «Коппер – Клиф» и на медном заводе в Алмалыке (Узбекистан).
Печь для плавки во взвешенном состоянии на кислородном дутье (96 – 98 %) представляет собой плавильный агрегат с горизонтальным рабочим пространством с горелками для сжигания сульфидов, установленными на обоих торцах печи и центральным отводом газов.
Предварительно высушенная до содержания влаги менее 0,5 % шихта подается в струю кислорода горелками на одной из торцевых стен. В факеле печи протекают реакции диссоциации высших сульфидов:
2CuFeS2 Cu2 S + 2FeS + 1/2S2
FeS2 FeS + 1/2S2
3NiSNi3 S2 + 1/2S2
S + O2 SO2
и реакции окисления:
2FeS + 3O3 + SiO2 =2FeO*SiO2 + 2SO2
FeS + 3/2O2 =FeO + SO2
3FeO + 1/2O2 =Fe3 O4
Cu2 S + O2 = Cu2 O + SO2
MeS + O2 =MeO + SO2
Восстановления магнетита сульфидами происходит по реакции:
Fe3 O4 + FeS + 2SiO2 2 (2FeO*SiO2 ) + SO2
В противоположной стороне печи установлены для факельного сжигания в кислороде пирротинового или пиритного концентрата. В этом факеле образуются капли бедного по содержанию меди сульфидного расплава, служащего для промывки шлака перед выпуском с целью обеднения.
Штейн по мере накопления периодически выпускается через шпур, расположенный на одной из боковых стен.
Выпуск шлака осуществляется со стороны обеднительного торца. Отходящие газы, содержащие до 80 % SO2 , направляются на химическое производство.
При сжигании сульфидов в чистом кислороде в факеле развивается высокая температура 1550 – 1600 0 С. Для отвода избыточного тепла и защиты стен и свода от разрушения, кладку печи охлаждают, с помощью кессонов.
При высоких температурах факела в атмосфере технического кислорода горение сульфидов протекает очень быстро. И уже на расстоянии 0,6 – 1 м. от сопла, кислород полностью расходуется и горение заканчивается. Поэтому скорость горения сульфидов не влияет на конечную производительность.
Процесс КФП отличается высокой десульфуризацией, достигающей 75 %. Это позволяет получать очень богатые штейны, содержащие до 70 % меди.
Принципиальное единство технологических основ двух разновидностей плавки во взвешенном состоянии порождает общность их достоинств и недостатков [1].
Достоинства:
1. Использование тепла сжигания сульфидов;
2. Высокое извлечение серы в газы (70 – 80 %);
3. Богатые по содержанию SO2 газы;
4. Высокая удельная производительность агрегата;
5. Возможность полной автоматизации процесса.
Недостатки:
1. Высокое содержание меди в шлаках (до 2 %);
2. производительность процесса вследствие медленной скорости штейнообразования и шлакообразования и разделения фаз в отстойной зоне, низка и затраты на подготовку шихты высокие.
2. ПЛАВКА Cu –КОНЦЕНТРАТА ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ
Количество Cu
в CuFeS2 (28*3)/4=21 кг.
в Cu2 S28 – 21=7 кг.
Количество компонентов
CuFeS2
63.5 : 55.8 : 64 = 21 : a : b
a= Fe= 55.8/64*21=18,3 кг
b= S= 63.5/64*21=20,8 кг
в Cu2 S
S= (32*7)/127= 1,76 кг
в NiS
S= 32/58.7*1=0,54 кг.
Fe
Оставшееся Fe 35 – 18,3 = 16,7 кг.
в FeS (16,7)/6=2,8 кг.
S=(32*2,8)/55.8=1.6 кг.
в FeS2 =16,7-2,8=13,9 кг.
S=(64*13,9)/55,8=15,9 кг.
Таблица 1 – Рациональный состав Cu – концентрата на 100 кг
| Компонент | Cu | Fe | Ni | S | SiO2 | Прочие | Итого |
| CuFeS2 | 21 | 18,3 | - | 18 | - | - | 57,3 |
| Cu2 S | 7 | - | - | 1,76 | - | - | 8,76 |
| NiS | - | - | 1 | 0,54 | - | - | 1,54 |
| FeS | - | 2,8 | - | 1,6 | - | - | 4,4 |
| FeS2 | - | 13,9 | - | 13 | - | - | 26,9 |
| SiO2 | - | - | - | - | 0,5 | - | 0,5 |
| Прочие | - | - | - | - | - | 0,7 | 0,7 |
| Итого | 28 | 35 | 1 | 34,9 | 0,5 | 0,7 | 100 |
Расчет пыли
Механический унос пыли взвешенной плавки составляет 10 % от веса шихты, из них 4 % безвозвратно.
Расчет на 1000 кг.
Количество CuFeS2 в механическом уносе
573*0,1*0,04=2,3 кг.
В нем:
Cu – 210*0,1*0,04=0,84 кг.
Fe – 183*0.1*0.04=0.732 кг.
S – 180*0.1*0.04=0.72 кг.
Количество Cu2 S в механическом уносе
87,6*0,1*0,04=0,35
В нем:
Cu – 70*0,1*0,04=0,28 кг.
S – 17.6*0.1*0.04=0.07 кг.
Количество NiS в механическом уносе
154*0,1*0,04=0,616 кг.
В нем:
Ni – 10*0.1*0.04=0.04 кг.
S – 5.4*0.1*0.04=0.02 кг.
Количество FeS в механическом уносе
44*0,1*0,04=0,018 кг.
В нем:
Fe – 28*0.1*0.04=0.11 кг.
S – 16*0.1*0.04=0.064 кг.
Количество FeS2 в механическом уносе
269*0,01*0,04=0,556 кг.
В нем:
Fe – 139*0.1*0.04=0.556 кг.
S – 130*0.1*0.04=0.52 кг.
Количество SiO2 в механическом уносе
5*0,1*0,04=0,02 кг.
Прочие
0,7*0,1*0,04=0,003 кг.
Таблица 2 – Рациональный расчет концентрата с учетом уноса пыли на 1000 кг
| Минерал | Компонент | Всего | |||||||
| Cu | Ni | Fe | S | SiO2 | Прочие | кг. | % | ||
| CuFeS2 | 209,2 | – | 182,3 | 179,3 | – | – | 571 | 57,6 | |
| Cu2 S | 69,7 | – | – | 17,5 | – | – | 87,2 | 8,8 | |
| NiS | – | 9,96 | – | 5,38 | – | – | 15,34 | 1,5 | |
| FeS | – | – | 27,89 | 15,94 | – | – | 43,83 | 4,4 | |
| FeS2 | – | – | 138,4 | 129,5 | – | – | 267,9 | 27 | |
| SiO2 | – | – | – | – | 4,98 | – | 4,98 | 0,5 | |
| Прочие | – | – | – | – | – | 9 | 9 | 0,9 | |
| Итого | кг. | 278,9 | 9,96 | 348,59 | 347,6 | 4,98 | 9 | 1000 | 100 |
| % | 28,1 | 1 | 35,2 | 35,2 | 0,5 | 0,07 | 100 | ||
Расчет рационального состава штейна
На основании практики, принимаем извлечение Cu в штейн 95,4 %.
1. Количество Cu, перешедшее в штейн
278,9*0,954=266,1 кг.
Количество штейна про 60 % содержании Cu в нем составит
266,1/0,6=443,5 кг.
2. Количество S связанное с 266,1 кг. Cu
(266,1*32)/127,1=66,99 кг.
3. Количество Ni перешедшее в штейн
9,96*0,85=8,5 кг.
Количество S связанной с Ni
(8,5*64)/176=3,1 кг.
Количество Ni3 S2 в штейне
3,1+8,5=1,6 кг.
4. Количество Cu2 S в штейне
266,1+66,99=333,1 кг.
5. Количество О2 в штейне принимаем по данным практики: в содержании 60 % Cu равным 1,24 % О2
443,5*0,0124=5,5 кг.
С ним связано Fe в виде Fe3 O4 в штейне
5,5+14,4=19,9 кг.
Количество FeS в штейне
443,5-333,1-19,9-14,4=76,1 кг.
Количество Fe в FeS
(76,1*55,8)/87,8=48,4 кг.
С ним связано S
76,1/2,74=27,8 кг.
Общее количество S в штейне
66,99+27,8+3,1=97,8 кг.
Таблица 3 – Состав штейна
| Компонент | Cu2 S | Ni3 S2 | FeS | Fe3 O4 | Всего | ||
| кг. | % | ||||||
| Cu | 266.1 | – | – | – | 266,1 | 60,3 | |
| Ni | – | 8.5 | – | – | 8,5 | 1,93 | |
| Fe | – | – | 48.4 | 14.4 | 62,8 | 14,2 | |
| S | 66.99 | 3.1 | 27.8 | – | 97,9 | 22,2 | |
| O2 | – | – | – | 5.5 | 5,5 | 1 | |
| Итого | кг. | 333 | 11.6 | 76.2 | 19.9 | 441 | 100 |
| % | 75.5 | 2.6 | 17.3 | 4.5 | 100 | ||
Расчет количества шлака
1. Количество Cu, теряющееся в шлаке
278,9-266,1=12,8 кг.
Количество S, связанной с 12,8 кг. Cu, в виде Cu2 S
(12.8*32)/127=3,22 кг.
2. Количество Ni, теряющееся со шлаком
9,96-8,5=1,46 кг.
Количество S, связанной с Ni3 S2
(1.46*64)/176=0,5 кг.
3. Количество S, перешедшее в газы
S=Sк-та – Sш-та – Sшл-ма =347,6 – 97,9 – 3,72=246 кг.
4. Количество FeS, окисляющегося до Fe3 O4 и перешедшее в штейн по реакции
3FeS+5O2 Fe3 O4 +3SO2
(264*19,9)/22,7 кг.
Количество Fe, окисленного до Fe3 O4
(22,7*55,8)/87,9=14,4 ru/
Количество О2 , необходимое для образования 19,9 кг. Fe3 O4
(22,7*160)/264=13,7 кг.
19,9-14,4=5,5 кг. О2 в Fe3 O4
5. Количество Fe, находящегося в шлаке в форме FeO
348,59-62,8=285,8 кг.
Количество FeO в шлаке
(285,8*71,8)/55,8=367,7 кг.
Общее количество О2 необходимое для окисления Fe до FeO
367,7-285,8=81,9 кг.
6. Количество О2 , необходимое для окисления S
(246*32)/32,07=245,4 кг.
Всего SO2 в газовой фазе
245,4+230=475,4 кг.
В шлак полностью перейдет полностью из концентрата SiO2 и прочие
Таблица 4 – Состав и количество шлака при плавке без флюсов
| Компонент | Cu | Ni | Fe | S | O2 | SiO2 | Прочие | Итого | ||||||||
| кг. | 13,8 | 1,46 | 285,8 | 3,72 | 81,9 | 5 | 9 | 399,7 | ||||||||
| Компонент | Cu | Ni | Fe | S | O2 | SiO2 | Прочие | Итого | ||||||||
| % | 3,3 | 0,4 | 73 | 1 | 21 | 1 | 0,9 | 100 | ||||||||
плавка взвешенный состояние штейн
Со шлаками такого состава теряется много Cu, поэтому плавку необходимо вести с флюсами. В качестве флюса используется кварцевая руда, %:
SiO2 – 74,8; Fe(в FeO) – 3,8; прочие – 17,8.
Расчет шлака при плавке с флюсом
В качестве исходных данных для состава рационального шлака взято содержание в нем SiO2 ,равное 30 %, и содержание Fe3 O4 равное 14 %.
0,784Х+5=0,3(391,4+Х+Y)
Y=0.0691*0.14(391.4+X+Y)
Y=0.00967*(391,4+X+Y)
Y=3.79+0.00967X+0.00967Y
где, 0,786 – доля SiO2 в песчанике; 5 – масса SiO2 из концентрата;
0,3 – доля SiO2 в шлаке (30 %); 391,4 – масса первичного шлака; 0,0691 – коэффициент пересчета на О2 .
Решив уравнение получил
X=256 кг;
Y=6,6 кг.
Приняв пылевынос 4 %, получаем массу песчанника, добавляемого в шихту
256/0,96=266,7 кг.
В 256 кг. Песчанника содержится
256*0,784=200,8 кг.
256*0,038=9,7 кг.
прочие 256*0,178=45,6 кг.
Масса шлака
391,4+256+6,6=654 кг.
Так как в песчанике содержится 9,7 кг. FeO, находим количество Fe, поступившего с флюсом
(9,7*55,8)/71,8=7,5 кг.
С ним связано 2,2 кг. О2
Так как содержание Fe3 O4 в шлаке равно 14 %, то масса его составит
(654*14)/100=91,6 кг.
В 91,6 кг. Fe3 O4 содержится
Fe – 66,3 кг.
О2 – 91,6-66,3=25,3 кг.
Всего Fe в виде закиси
219,5+7,5=227 кг.
С 227 кг. Fe будет связано О2
(227*16)/55,8=65,1 кг.
Таблица 5 – Количество и состав шлака с учетом флюса
| Компонент | Cu | Ni | Fe | S | O2 | SiO2 | Прочие | Всего |
| Cu2 S | 12,8 | – | – | 3,22 | – | – | – | 16 |
| Ni3 S2 | – | 1,46 | – | 0,5 | – | – | – | 1,96 |
| FeO | – | – | 227 | – | 65,1 | – | – | 292,1 |
| Fe3 O4 | – | – | 66,3 | – | 25,3 | – | – | 91,6 |
| SiO2 | – | –– | – | – | – | 200 | – | 200 |
| Прочие | – | – | – | – | – | – | 9 | 9 |
| Итого | 12,8 | 1,46 | 293,3 | 3,72 | 90,4 | 200 | 9 | 610,7 |
Расчет пыли
1. Количество Cu, перешедшей в пыль
280-278,9=1,1 кг.
2. Количество Ni, перешедшего в пыль
9,96-8,5=1,46 кг.
3. Количество S перешедшей в пыли
349-347,6=1,3 кг.
4. Количество SiO2 перешедшего в пыль
5-4,98=0,02 кг.
из песчаника
200-192=8,02
Всего SiO2 в пыли 8+0,02=8,02 кг.
5. Количество прочих в пыли
из концентрата – 16,3-16,2=0,1 кг.
из песченика – (266,8-256,1)*0,178=1,9 кг.
Всего прочих в пыли
0,1+1,9=2 кг.
6. Количество Fe в пыли
Из концентрата – 349-348,5=0,5 кг.
Из песчаника – (266,8-256,1)*-0,038=0,4 кг. FeO или 0,31 кг. Fe
Всего Fe в пыли
0,315+0,5=0,815 кг.
7. Количество О2 в пыли
0,4-0,3=0,09 кг.
0,09+2,2=2,29 кг.
Таблица 6 – Количество и состав пыли
| Компонент | Cu | Ni | Fe | S | O2 | SiO2 | Прочие | Итого |
| кг. | 1,1 | 1,46 | 0,815 | 1,3 | 2,29 | 8,02 | 1,9 | 16,9 |
| % | 6,5 | 8,6 | 4,8 | 7,7 | 13,5 | 47,4 | 11,2 | 100 |
Расчет количества отходящих газов
Примем, что весь О2 , необходимое для окисления реакции поступает с подогретым дутьем.
1) Количество О2 , необхождимое для окисления Fe до FeO, составляет 90,4 кг.
2) Для окисления Fe до Fe3 O4 необходимо О2
5,5+25,3=30,8 кг.
3) Для окисления S требуется 245,4 кг. О2
Общий расход на плавку О2 , составит 366,6 кг.
Вместе с О2 в печь поступит N2 при содержании О2 в дутье 24,6 %:
366,6/0,246*0,754=1123,6 кг.
При содержании в концентрате влаги 0,1 % в печь поступит её
(1000+266,8)/0,999-(1000+266,8)=1,268 кг.
Таблица 7 – Количество и состав отходящих газов
| Газы | кг. | м3 | %(объемные) |
| SO2 | 475,4 | 165,9 | 15,9 |
| N2 | 1123,6 | 876,5 | 84 |
| H2 O | 1,268 | 1,577 | 0,15 |
| Итого | 1600 | 1043,97 | 100 |
Таблица 8 – Материальный баланс плавки сульфидного медного концентрата на подогретом воздушном дутье, кг
| Поступило | ||||||||||
Материал баланса |
Всего | В том числе | ||||||||
| Cu | Ni | Fe | S | SiO2 | O2 | N2 | Прочие | H2 O | ||
Загружено концентрата |
1001,3 | 278,9 | 9,96 | 348,59 | 347,6 | 4,98 | – | – | 9 | 1,3 |
| Песчаника | 260,6 | – | – | 7,8 | – | 203 | 2,26 | – | 47,5 | – |
| Воздуха | 1490 | – | – | – | – | – | 366,6 | 1164 | – | –– |
| Итого | 2752 | 279 | 9,96 | 356,4 | 347,6 | 208 | 368,9 | 1164 | 56,5 | 1,3 |
| Получено | ||||||||||
| Всего | Cu | Ni | Fe | S | SiO2 | O2 | N2 | Прочие | H2 O | |
| Штейна | 441 | 265,4 | 7,5 | 62,8 | 97,9 | – | 5,5 | – | – | – |
| Шлака | 610,7 | 12,3 | 1,46 | 292,5 | 3,7 | 200 | 90,4 | – | 54,6 | – |
| Пыли | 16,9 | 1,1 | 1 | 0,8 | 1,3 | 8 | – | – | 1,9 | – |
| Газов | 1683 | – | – | – | 244,7 | – | 273 | 1164 | – | 1,3 |
| Итого | 2752 | 279 | 9,96 | 356,4 | 347,6 | 208 | 368,9 | 1164 | 56,5 | 1,3 |
Степень десульфаризации
(244,7/347,6)*100=70 %
Расчет теплового быланса плавки
Приход тепла
Окисление сульфидов железа
Количество Fe, окисляемого до FeO, равно
219,5+1,4=220,9 кг.
По реакции:
2FeS + 3O2 =2Fe + 2SO2 + 470786 кДж
Всего выделится тепла
(470786*220,9)/(2*55,8)=122789 кДж
Количество Fe, окисленного до Fe3 O4 составляет
14,3+66,3=80,6 кг.
По реакции:
3FeS + 5O2 =Fe3 О4 + 3SO2 + 172537 кДж
Выделится тепла
1723537/(3*55,85)*80,6=855500 кДж
Всего при окислении FeS выделится тепла
122789+855500=977689 кДж
Окисление серы
Всего в газы переходит 244,7 кг., в том числе
от окисления FeS до FeO
244,7*32*55,8=140,3 кг.
От окисления FeS до Fe3 O4
83.117*32/55,8=47,7
Количество S от диссациации составляет
244,7-47,7-140,3=56,7 кг.
Количество тепла выделяющегося при окислении S по реакции
S + O2 = SO2 + 297086 кДж
47,7*2212=105512 кДж
Ошлакование закиси железа
Тепло от ошлакования FeO по реакции
2FeO = SiO2 = 2FeO*SiO2 = 29309 кДж
Всего тепла от ошлакования FeO выделится
(29309*244,4)/(2*55,8)=65119 кДж
Ошлакование CaO
Тепло от ошлакования CaO определим по реакции
CaO + SiO2 = CaO*SiO2 + 90020 кДж
На ошлакование 1 кг. CaO выделится тепла
21500/56=1605 кДж
В песчанике содержится 3 % СaO или 7,684 кг.
Всего тепла от ошлакования СаО выделится
1605*7,684=12333 кДж
Таким образом, от экзотермических реакциё поступит тепла
977689 + 105513 + 65119 + 12333 = 1160653 кДж
Физическое тепло
Твердая шихта поступает в печь взвешенной плавки предварительно подсушенной в распылительных сушилках. На выходе в печь температура шихты 25 0 С. Физическое тепло шихты при 25 0 С составит
4,187*1268*0,22*25=29202 кДж
а весь приход тепла составлит
1160653 + 29202 = 1189855 кДж
Расход тепла
1) Весь расход тепла на диссациацию 1 моля серы равен 83,7 кДж, получим расход на образование 47,3 серы равен
(47,3/32)*83,7=123,642 кДж
Количество тепла затрачиваемого на разложение 1 моля СаСО3 равное 177947 кДж
Расход тепла на разложение СаСО3 равен
177947*7,68/56,1=24382 кДж
Всего расход тепла на эндотермические реакции составит
1236+24382=24505,6 кДж
2) Расход тепла с продуктами плавки
При нормально ведении процесса температура продуктов плавки, то есть штейна, шлака и отходящих газов, составит соответственно 1180 0 С, 1250 0 С, 1300 0 С. При этом расход тепла с продуктами плавки составит, кДж
со штейнами – 4,184*441*0,22*1180=478999 кДж
со шлаками – 4,184*610,7*0,29*1250=926249 кДж
с пылью – 4,184*16,9*0,836*1300=76847 кДж
с SO2 – 4,184*475,4*715,3=1422784 кДж
cN2 – 4,184*1123,6*444,9=2091538 кДж
с НО2 – 4,184*1,5=6,3 кДж
Всего – 13332423 кДж
Потери через кладку и неплотноси в печи составляют 4,5% от общего расхода тепла. Тогда общий расход тепла составит
13332423/0,95=14034129 кДж
Теплосодержание 1м3 воздуха подогретого до 200 0 С равно 261,9 кДж/м3
Тогда с воздухом вводится тепла
261,9*1334,76=34574 кДж
Дефицит тепла составит
14034129-34574-2395803=11603752 кДж
Это тепло необходимо подать в печь путем сжигания природного газа
Природный газ имеет состав(по объему), %: СН4 – 98; СО2 – 1,2; N2 – 0,8.
Для подсчета теплоты сгорания используем формулу
QH P =(85,89*СН4 )*4,184=4,184*(85,89*98,7)=35469 кДж/м3
Принимаем коэффициент избытка воздухадля сжигания топлива =1,1
Определим теоретическую потребность воздуха по реакции
СН4 + 2О2 СО2 + 2Н2 О
Потребность О2 на 100 м3 природного газа составляет, м3
для сгорания СН4 – 100*0,987*2=197,4
Всего потребуется 199,775 м3 О2
С учетом =1,1, всего потребуется О2
199,775*1,1=219,753 м3
Теоретический состав газов от сжигания топлива следующий, м3
СО2 – 0,6+0,987*100+0,00675*100*2=100,65
Р2 О – 0,987*100*2+0,00675*100*3+0,0025*100=199,45
N2 – 673,55
Расход газа для восполнения потерь составим Х м3 .
Для сжигания газа при =1,1 на 1м3 газа потребуется воздуха 8,933 м3
Температура воздуха, подаваемого на сжигание Х м3 газа равна 30 0 С, а его теплоемкость 1,3 кДж/м3 *0 Сследовательно, тепло, вносимое воздухом, будет
Х*8,933*301,3=Х*348,4 кДж
Тепло от сжигания газа равно Х*8584,238
С отходящими газами при 1300 0 С расход тепла, кДж
с СО2 – 1,0065*Х*2992,4=3012*Х
с Н2 О – 1,9945*Х*2327=4641*Х
с N2 – 6,671*Х*1863=12428*Х
с О2 – 0,195*Х*1970=384*Х
Всего – 20465*Х
По приходу и расходу тепла от сжигания природного газа составляет уравнение
348,4Х+35941Х-20465Х=11603752
Х=6733 м3
Таким образом количество природного газа, необходимое для поддержания теплового баланса плавки во взвешенном состоянии на 1000 кг концентрата равно 62,2 м3 .
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Металлургия тяжелых цветных металлов [Электронный ресурс]; электронный учебное пособие. Н.В. Марченко, Е.П. Вершинина, Э.М. Гильбенбрандт. Красноярск ИПК СФУ, 2009.
2. Металлургия меди, никеля и сопутствующих элементов. Б.П. Бледнов, В.Е. Дульнева. Красноярск, 1983 – 104 с.