Часть железа в шлаке находится в форме магнетита – Fe3O4, содержание которого, в зависимости от вида плавки, может быть 6-8 % для плавки
|
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
21
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
Ванюкова и достигать 15-24 % для взвешенной плавки.
Таблица 4
Состав и количество самоплавкого шлака
|
|
Количество Компонент
|
|
|
Cu
|
Zn
|
Fe
|
S
|
O2
|
SiO2
|
Al2O3
|
CaO
|
Прочие
|
Итого
|
Кг
|
0,57
|
1,36
|
19,44
|
0,29
|
5,89
|
4,0
|
3,6
|
1,8
|
6,6
|
43,55
|
%
|
1,3
|
3,1
|
44,6
|
0,7
|
13,5
|
9,2
|
8,3
|
4,1
|
15,2
|
100
|
Расчет ведем на получение шлака, содержащего 30 % SiO2 и 14 % Fe3O4.
Зная массу первичного шлака и учитывая тот факт, что часть FeO будет окислена до Fe3O4, можно составить систему из двух уравнений с двумя неизвестными и, решив ее, найти массу добавляемого в шихту песчаника, а следовательно и массу всего шлака.
Примем, что X – масса загружаемого песчаника, Y – количество O2, необходимое для окисления FeO до Fe3O4:
((0,75∙X+4=0,3(43,55+X+Y)Y=0,0691∙0,14(43,55+X+Y))
Решив систему уравнений, получим X = 20,56 кг; Y = 0,63 кг.
В 20,56 кг флюса содержится:
SiO2 - 20,56 × 0,75 = 15,42 кг;
FeO - 20,56 ×0,053 = 1,1 кг;
Al2O3 - 20,56 × 0,135 = 2,76 кг;
CaO - 20,56 × 0,052 = 1,07 кг;
Прочие - 20,56 × 0,01 = 0,21 кг;
Итого: 20,56 кг.
Масса шлака будет равна: 43,55 + 20,56 + 0,63 = 64,74 кг.
Так как в песчанике содержится 0,73 кг FeO, находим количество железа, поступившего с флюсом: 1,1 ×55,8 : 71,8 = 0,85 кг.
С ним связано кислорода 1,1 – 0,85 = 0,25 кг.
Всего железа пройдет в шлак: 19,44 + 0,85 =20,29 кг.
| |
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
22
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
Так как содержание Fe3O4 в шлаке равно 14 %, то масса его составит: 64,74×0,14 = 9,06 кг (Fe = 6,55 кг; O2 = 2,51 кг).
Количество железа в шлаке находится в виде закиси (FeO):
20,29 – 6,55 = 13,74 кг. С этим количеством железа связано кислорода: 13,74 × 16 : 55,8 = 3,93 кг.
По результатам расчета составляем таблицу.
Таблица 5
Состав и количество шлака при плавке с флюсом
|
|
Соединения
|
Количество
|
|
кг
|
%
|
FeO
|
17,67
|
27,3
|
Fe3O4
|
9,06
|
14
|
SiO2
|
19,42
|
30
|
Al2O3
|
6,36
|
9,8
|
CaO
|
2,87
|
4,5
|
CuS
|
0,86
|
1,3
|
ZnO
|
1,7
|
2,6
|
Прочие
|
6,81
|
10,5
|
Всего
|
64,74
|
100
|
Всего в шлаке содержится 0,57 кг меди (0,9 %), 1,36 кг цинка (2,1 %) и 0,29 кг серы (0,4 %). Такие шлаки не являются отвальными, и их подвергают дальнейшей переработке.
Для расчета примем, что кислород, необходимый для осуществления реакций, поступает с дутьем, обогащенным кислородом до 30 % (при взвешенной плавке обычно до 40-45 %).
Степень использования кислорода – 100 %.
Кислород расходуется на окисление серы, которая получается при диссоциации сульфидов, и на окисление части FeS до FeO, FeO до Fe3O4, а ZnS до ZnO
В газы перейдет серы :
Sгаз = Sкон – Sшт – Sшлак = 33,3 – 13,26 – 0,29 = 19,75 кг.
| |
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
23
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
На окисление этого количества серы по реакции S + O2 = SO2 потребуется кислорода: 19,75 × 32 : 32 = 19,75 кг.
В результате образуется 39,5 кг SO2.
В шлак из концентрата перейдет 19,44 кг железа в виде 25 кг FeO. На образование FeO расходуется:
25 – 19,44 = 5,56 кг O2
Часть железа в шлаке содержится в виде магнетита. Для окисления части FeO до Fe3O4 расходуется 0,63 кг O2.
В шлак из концентрата перейдет 1,36 кг цинка в виде 1,7 ZnO. На образование ZnO расходуется
1,7 – 1,36 = 0,34 кг O2.
В штейне содержится 0,84 кг кислорода. Общий расход на плавку составит:
На окисление серы - 19,75 кг;
На окисление железа до FeO - 5,56 кг; На окисление FeO до Fe3O4 - 0,63 кг; На окисление цинка - 0,34 кг; Перейдет в штейн - 0,84 кг;
Итого 27,12 кг.
Воздуха обогащаемого кислородом до 30%, требуется: 27,12 : 0,3 = 90,4 кг.
Вместе с кислородом в составе дутья в печь поступает: 90,4 – 27,12 = 63,28 кг азота.
В отходящие газы из печи переходит 39,5 кг SO2, 63,28 кг N2, 1,4 кг CO2, образующегося при разложении известняка, и влага из концентрата и флюсов. При влажности шихты 1 % в печь поступит:
(100 + 20,56) : 0,99 – (100 + 20,56) = 1,22 кг влаги.
| |
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
24
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
Таблица 6
Состав и количество отходящих газов
Таблица 7
Материальный баланс
| |
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
25
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
Состав
|
Количество
|
кг
|
М3
|
%(Об)
|
SO2
|
39,5
|
13,28
|
20,5
|
N2
|
63,28
|
50,6
|
71,1
|
H2O
|
1,22
|
1,52
|
2,3
|
CO2
|
1,4
|
1,44
|
2,1
|
Итого
|
105,4
|
67,38
|
100
|
Материалы и продукты
|
Содержание компонентов, кг
|
Всего
|
Cu
|
Zn
|
Fe
|
S
|
SiO2
|
Al2O3
|
CaO
|
O
|
N
|
H2O
|
CO2
|
Прочие
|
Поступило
|
|
|
|
Cu - концентрат
|
101
|
21,6
|
1,7
|
26
|
33,3
|
4,0
|
3,6
|
1,8
|
_
|
_
|
1,0
|
1,4
|
6,6
|
Песчаник
|
20,78
|
_
|
_
|
0,85
|
_
|
15,42
|
2,76
|
1,07
|
0,25
|
_
|
0,22
|
_
|
0,21
|
Воздух
|
90,4
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
27,12
|
63,28
|
_
|
_
|
_
|
Итого
|
212,18
|
21,6
|
1,7
|
26,85
|
33,3
|
19,42
|
6,36
|
2,87
|
27,37
|
63,28
|
1,22
|
1,4
|
6,81
|
Получено
|
|
Штейн
|
42
|
21
|
0,34
|
6,56
|
13,26
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
0,84
|
Шлак
|
64,78
|
0,6
|
1,36
|
20,29
|
0,29
|
19,42
|
6,36
|
2,87
|
6,78
|
_
|
_
|
_
|
6,6
|
Газы
|
105,4
|
_
|
_
|
_
|
19,75
|
_
|
_
|
_
|
19,75
|
63,28
|
1,22
|
1,4
|
_
|
Итого
|
212,18
|
21,6
|
1,7
|
26,85
|
33,3
|
19,42
|
6,36
|
2,87
|
27,37
|
63,28
|
1,22
|
1,4
|
6,81
|
2.3 Расчет теплового баланса плавки
Приход тепла
Окисление сернистого железа. Количество железа, окисленного до FeO, в шлаке равно 21,1 кг. По реакции
2FeS+3О2 = 2FeO + 2SО2 +112440 ккал
на 1 кг окисленного железа выделяется тепла 112440/55,85=2013 ккал. При окислении 21,1 кг Fe из FeS до FeO получим 21,1•2013=42480 ккал. Количество железа, окисленного до Fe3O4, в штейне составляет 167,55/64•1,1=2,8 кг. По реакции:
3FeS + 5О2 = Fe3O4 + 3SO2 +411640 ккал
на 1 кг окисленного железа выделяется тепла 411640/3•55,85=2459 ккал. При окислении FeS до Fe3O4 выделится 2,8•2459=6885 ккал. Всего при окислении сернистого железа выделится тепла 42980+6885=49365 ккал.
Окисление серы. Всего в газы переходит серы 18,80 кг, в том числе от окисления FeS до FeO 21,1•32/55,85=12,1 кг, от окисления FeS до Fe3O4 2,8•32/55,85=1,60 кг.
Количество серы от диссоциации составит 18,80–12,1–1,60=5,1 кг. На основании рационального состава концентрата, произведем проверку этого количества серы.
Свободная сера будет выделяться при диссоциации смеси халькопирита и кубанита по реакции
2CuFe1, 15S2→Cu2S + 2,3FeS+ 0,7S.
При этом количество диссоциированной серы составит 27,3•0,7/4=4,78 кг. От диссоциации пентландита по реакции
3NiFe1, 2S2→Ni3S2+3,6FeS + 0,4S
выделится 1,3•0,4/6=0,09 кг серы, а от диссоциации пирротина по реакции Fe10S11→10FeS +S
| |
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
26
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
выделится 2,7•1/11=0,34 кг. Всего получим серы 4,78+0,09+0,34=5,21 кг, что соответствует точности расчета.
Количество тепла, выделяющегося при окислении 1 кг серы по реакции S + О2 = SO2 + 70940 ккал,
равно 70940/32=2217 ккал. Всего тепла от горения серы 5,1•2217=11306 ккал.
Ошлакование закиси, железа. Тепло от ошлакования железа определим по реакции
2FeO + SiO2 = 2FeO•SiO2 +7000 ккал.
На 1 кг железа выделится тепла 7000/2•55,85=62,7 ккал. Всего тепла от ошлакования железа выделится 21,8•62,7=1367 ккал.
Ошлакование окиси кальция. По реакции CaO +SiO2 = CaO•SiO2 +21500 ккал
на 1 кг СаО выделится тепла 21500/56=384 ккал, а всего 1,9•384=730,0 ккал.
Таким образом, от экзотермических реакций поступит тепла 49365+11306+1367+730=62768 ккал.
Физическое тепло шихты при 250С составит 118,6•0,22•25=653 ккал, а весь приход тепла составит 62768+653=63421 ккал.
Расход тепла
Принимая, как и ранее, расход тепла на диссоциацию 1 моля серы равным 20 ккал, получаем весь расход на образование 5,2 кг серы равным (5200/32)•20=3250 ккал. Количество тепла, затрачиваемое на разложение 1 кмоля СаСО3, равно 42500 ккал.
На 1 кг СаО расходуется 42500/56=766 ккал. Расход тепла на разложение СаСО3 равен 766•1,9=1455 ккал. Всего расход тепла на эндотермические реакции составит 3250+1455=4705 ккал.
Тепло, выделяющееся при плавлении-окислении 1 кг концентрата, равно
(63421–4705)/100=593 ккал, а при плавлении 1 кг шихты – соответственно 593/1,183=502 ккал.
| |
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
27
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
Определим расход тепла. При нормальном ведении процесса температура продуктов плавки, т. е. штейна, шлака и отходящих газов, составит 1150, 1250 и 13000С соответственно.
При этом расход тепла с продуктами плавки составит, ккал: Со штейном 55,2•0,22•1150=13961
Со шлаком 50,2•0,29•1250=18270 С отходящими газами:
с SO2 13,20•715,3=9442
с N2 69,4•444,9=30843
с Н2О 1,5•555,7=834
Всего расход тепла со всеми продуктами плавки равен 73350 ккал.
Примем, что потери тепла через кладку составляют 4,5% от прихода тепла. Тогда общий расход тепла составит 73350/0,955=76810 ккал.
С воздухом требуется ввести тепла 76810–59998=16812 ккал. Энтальпия 1 м3 воздуха в этом случае будет 16812/87,5=192,10 ккал. По таблице 25 это соответствует температуре нагрева, равной 6160С. Полученные результаты расчета сведем в таблицу 7.
Таблица 8
Тепловой баланс плавки
|
|
Приход тепла
|
Расход тепла
|
|
Статьи баланса
|
ккал
|
%
|
Статьи баланса
|
ккал
|
%
|
Химические реакции Шихта
Дутье
|
59345
653
16812
|
77,3
0,9
21,8
|
Штейн Шлак
Отходящие газы
Потери через кладку
|
13961
18270
41119
3460
|
18,2
23,8
53,5
4,5
|
Итого
|
76810
|
100
|
Итого
|
76810
|
100
|
| |
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
28
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
2.4 Расчет основного оборудования
Возьмем печь Ванюкова как основную машину в процессе плавки в жидкой ванне.
Производственная мощность (производительность)
Q=1700 т/сутки
Используя производительность печи Ванюкова 60-80 т/м2, я получил производительность печи 67,5 т/м2.
Отсюда можно определить рабочую площадь печи.
1700 67,5=25,2 м2
Параметры печи Ванюкова были следующими.
Длительность 9 м – 30 м
Толщина 2,5 м – 3 м
Высота 6 м – 6.5 м
Итак, давайте составим уравнение с наименьшей шириной.
Толщина 2.5 м
25,2 = 2,5 × X
X = 25,2 2,5 = 10,1 X = 10,1 м
Итак, исходя из этих данных, мы предполагаем, что печь имеет длину 10,1 м, ширину 2,5 м и высоту 6 м. Количество фурм - 24.
Высота печи 6 м
Толщина 2,5 м
Длительность 10,1 м
Рабочая зона 25,2 м Производить Q = 1700 т/сутки
| |
|
|
|
|
|
АФ TГТУ 5310300 2к-19 МЕТ. КР. 2021
|
Лист
|
|
|
|
|
|
29
| |
Изм
|
Лист
|
№ Документ
|
Подпись
|
Дата
|
Do'stlaringiz bilan baham: |
