ВВЕДЕНИЕ
Задачей любогометаллургического производства, является получение металлов из перерабатываемогосырья в свободном металлическом состоянии или в виде химического соединения. Впрактических условиях эта задача разрешается с помощью специальныхметаллургических процессов, обеспечивающее отделение компонентов пустой породуот ценных составляющих сырья.
Получение металлическойпродукции из руд, концентратов или других видов металлосодержащего сырья –задача достаточно трудная. Она существенно усложняется для медных и никелевыхруд, которые, как правило, являются сравнительно бедным и сложным по составуполиметаллическим сырьем. При переработке такого сырья металлургическимиспособами необходимо одновременно с получением основного металла обеспечитькомплексное выделение всех других ценных компонентов в товарные продукты привысокой степени их извлечения.
В основе любогометаллургического процесса лежит принцип перевода обрабатываемого сырья вгетерогенную систему, состоящую из двух, трех, а иногда и более фаз, которыедолжны отличаться друг от друга составом и физическими свойствами. При этомодна из фаз должна обогащаться извлекаемым металлом обедняться примесями, адругие фазы, наоборот, обедняться основными компонентами. Одним из такихпроцессов является плавка во взвешенном состоянии.
Плавкой во взвешенномсостоянии называются процессы, при осуществлении которых мелкие сульфидныеконцентраты сжигают в факеле, образующемся при горении сульфидов шихты,подаваемое в раскаленное пространство печи через специальные горелки вместе сдутьем. За счет теплоты, выделяющейся при горении сульфидов, распыленная шихтанагревается и плавится. Образовавшиеся капли падают на поверхность шлаковогорасплава, находящегося в отстойной камере, где происходит расслаивание штейна ишлака [1].
Именно об этомметаллургическом процессе и пойдет речь в данной курсовой работе.
1. ПЛАВКА ВО ВЗВЕШЕННОМСОСТОЯНИИ В АТМОСФЕРЕ ПОДОГРЕТОГО ДУТЬЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КИСЛОРОДА
1.1 Плавка вовзвешенном состоянии в атмосфере подогретого дутья
Из основныхразновидностей плавок во взвешенном состоянии плавка на подогретом дутье(финская плавка) является наиболее отработанным технологически и аппаратурно-автогеннымпроцессом. Этот вид плавки в промышленном масштабе был впервые осуществлен в1949 г. Финской фирмой «Оutocumpu» на заводе «Харьявалта». В настоящее время эту технологию используютболее 30 заводов во всем мире для переработки медных, никелевых и пиритныхконцентратов.
Печь для плавки вовзвешенном состоянии включает в себя три основных узла:
— вертикальнуюцилиндрическую плавильную камеру (шахту);
— горизонтальнуюотстойную зону для разделения шлака и штейна;
— газоход (аптейк) скотлом утилизатором [1].
Плавку осуществляют наподогретом от 200 до 900 – 1000 0Своздушком дутье или на дутье,обогащенном кислородом до 30 – 50 %. Используют и комбинированное дутье.
На своде шахтыустановлены шихтовые горелки, обеспечивающие горение сульфидной шихты ввертикальном факеле. Перед подачей в печь шихту подсушивают в барабанных и трубчатыхсушилках до влажности 0,2%.
Шихтно-воздушная смесь изгорелки поступает в раскаленное пространство плавильной шахты, где сульфидывоспламеняются. За время падения сульфидные частицы успевают в должной степениокислиться, а легкоплавкие сульфиды и железистые силикаты – расплавиться.
Процесс плавленияначинается с прогревания частиц, которые при малых размерах достаточно нагреваютсядо температур, равных 550 – 650 0С. При этих температурах начинаютинтенсивно протекать реакции диссоциации высших сульфидов, идущие с поглощениемтеплоты.
2FeS2→2FeS + S2
4CuFeS2→2Cu2S+ 2FeS + S2
4CuS→2Cu2S+ S2
Бурно протекающиеэндотермические реакции препятствуют прогреву частиц, и пока не удалитсяизбыточная сера, температура частиц существенно не повысится. Горит на этойстадии только элементарная сера по реакции:
S2 +2O2=2SO2
Быстрое окисление низшихсульфидов и главным образом FeS пореакции:
2FeS + 3O2+ SiO2=2FeO*SiO2 + 2SO2
Начинается послепрактически полной диссоциации высших сульфидов.
Окисление сульфидовсопровождается образованием большого количества магнетита. Переокисление железазависит от степени десульфуризации – с получением богатых штейнов большая частьжелеза переходит в форму магнетита.
Капли жидкой фазы,образующиеся в факеле, попадают на поверхность шлакового расплава в отстойнойкамере, а раскаленные газы – в газоход, отдавая при этом часть тепла расплаву вотстойнике. Температура в реакционной шахте 1350 – 1400 0С, вотстойнике 1250 – 1300 0С.
Продолжительностьнахождения частицы во взвешенном состоянии и степень её окисления и плавленияучитывают при определении размеров шахты. Диаметр шахты изменяется от 3 до 5,5м., высота от 7,5 до 12м. Отстойная зона имеет ширину от 3,5 – 10 м., длину от12 до 32 м. Размеры отстойной зоны рассчитывают исходя из пребывания в нейшлака в течении 5-7 ч.
Высота аптейка достигает20 м. над уровнем расплава, что обусловлено необходимостью восстановления серыв газах.
При плавке получают штейнс содержанием меди 50 – 60 %, шлаки содержащие 0,7 – 2 % меди и газы (14 – 16 %SO2), используемые для производства серной кислоты илиэлементарной серы.
Шлаки подвергаютобеднением флотацией, электроплавкой или обработкой пиритом. Производительностьпечей достигает 1500 т/сут. Шихты или 8 – 10 т*(м2*сут).
Вся печь выполнена измагнезитового кирпича. Футеровка плавильной камеры и аптейка заключены вметаллический кожух из листовой стали. В кладку всех элементов печи заложенобольшое количество водоохлаждаемых кисонов. В боковые стены отстойной камерыустановлены две медные водоохлаждаемые плиты с отверстиями для выпуски шлака, ав передней торцевой стене – чугунные шпуры для выпуска штейна.
Плавку осуществляют наподогретом от 200 до 900 – 1000 0С воздушном дутье или на дутье,обогащенном кислородом до 30 – 50 %. Используют и комбинированное дутье [1].
Конструкции печивзвешенной плавки на подогретом дутье на всех заводах одинаковы, кроме завода«Тамано» (Япония). Печь этого завода оснащена в отстойной камере электродамидля перегрева шлака и его обеднения и смещенным в результате этого трубчатымгазоходом.
1.2 Плавка вовзвешенном состоянии в атмосфере технологического кислорода
Отличительной особенностьюплавки во взвешенном состоянии на кислородном дутье является использование дляеё осуществления печей с горизонтальным факелом. Это обусловлено высокойскоростью окисления сульфидов в чистом кислороде и относительно низкойскоростью газовых потоков в печи в следствии небольшого объема образующихсятехнологических 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 вовзвешенном состоянии на кислородном дутье (96 – 98 %) представляет собойплавильный агрегат с горизонтальным рабочим пространством с горелками длясжигания сульфидов, установленными на обоих торцах печи и центральным отводомгазов.
Предварительно высушеннаядо содержания влаги менее 0,5 % шихта подается в струю кислорода горелками наодной из торцевых стен. В факеле печи протекают реакции диссоциации высшихсульфидов:
2CuFeS2→Cu2S+ 2FeS + 1/2S2
FeS2→FeS+ 1/2S2
3NiS→Ni3S2+ 1/2S2
S + O2→SO2
и реакции окисления:
2FeS + 3O3+ SiO2=2FeO*SiO2 + 2SO2
FeS + 3/2O2=FeO+ SO2
3FeO + 1/2O2=Fe3O4
Cu2S+ O2 = Cu2O + SO2
MeS + O2=MeO+ SO2
Восстановления магнетитасульфидами происходит по реакции:
Fe3O4+ FeS + 2SiO2⇄2 (2FeO*SiO2) +SO2
В противоположной сторонепечи установлены для факельного сжигания в кислороде пирротинового илипиритного концентрата. В этом факеле образуются капли бедного по содержаниюмеди сульфидного расплава, служащего для промывки шлака перед выпуском с цельюобеднения.
Штейн по мере накопленияпериодически выпускается через шпур, расположенный на одной из боковых стен.
Выпуск шлакаосуществляется со стороны обеднительного торца. Отходящие газы, содержащие до80 % SO2, направляются на химическое производство.
При сжигании сульфидов вчистом кислороде в факеле развивается высокая температура 1550 – 1600 0С.Для отвода избыточного тепла и защиты стен и свода от разрушения, кладку печиохлаждают, с помощью кессонов.
При высоких температурахфакела в атмосфере технического кислорода горение сульфидов протекает оченьбыстро. И уже на расстоянии 0,6 – 1 м. от сопла, кислород полностью расходуетсяи горение заканчивается. Поэтому скорость горения сульфидов не влияет наконечную производительность.
Процесс КФП отличаетсявысокой десульфуризацией, достигающей 75 %. Это позволяет получать оченьбогатые штейны, содержащие до 70 % меди.
Принципиальное единствотехнологических основ двух разновидностей плавки во взвешенном состояниипорождает общность их достоинств и недостатков [1].
Достоинства:
1. Использованиетепла сжигания сульфидов;
2. Высокоеизвлечение серы в газы (70 – 80 %);
3. Богатые посодержанию SO2 газы;
4. Высокая удельнаяпроизводительность агрегата;
5. Возможностьполной автоматизации процесса.
Недостатки:
1. Высокоесодержание меди в шлаках (до 2 %);
2. производительностьпроцесса вследствие медленной скорости штейнообразования и шлакообразования иразделения 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 Cu2S 28 – 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 Cu2S
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 составCu – концентрата на 100 кгКомпонент Cu Fe Ni S
SiO2 Прочие Итого
CuFeS2 21 18,3 - 18 - - 57,3
Cu2S 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 пыливзвешенной 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 Cu2S 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 расчетконцентрата с учетом уноса пыли на 1000 кгМинерал Компонент Всего Cu Ni Fe S
SiO2 Прочие кг. %
CuFeS2 209,2 – 182,3 179,3 – – 571 57,6
Cu2S 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 рациональногосостава штейна
На основании практики,принимаем извлечение Cu вштейн 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=66,99кг.
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 Ni3S2в штейне
3,1+8,5=1,6 кг.
4. Количество Cu2S в штейне
266,1+66,99=333,1 кг.
5. Количество О2в 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 Fe3O4 в штейне
5,5+14,4=19,9 кг.
Количество FeS в штейне
443,5-333,1-19,9-14,4=76,1кг.
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 штейнаКомпонент
Cu2S
Ni3S2 FeS
Fe3O4 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 Cu2S
(12.8*32)/127=3,22 кг.
2. Количество Ni, теряющееся со шлаком
9,96-8,5=1,46 кг.
Количество S, связанной с Ni3S2
(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 Fe3O4 и перешедшее в штейн по реакции
3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2
(264*19,9)/22,7 кг.
Количество Fe, окисленного до Fe3O4
(22,7*55,8)/87,9=14,4 ru/
Количество О2,необходимое для образования 19,9 кг. Fe3O4
(22,7*160)/264=13,7 кг.
19,9-14,4=5,5 кг. О2в Fe3O4
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=367,7кг.
Общее количество О2необходимое 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 перейдетполностью из концентрата SiO2 и прочие
Таблица 4 – Состав иколичество шлака при плавке без флюсовКомпонент 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 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
плавкавзвешенный состояние штейн
Со шлаками такого составатеряется много Cu, поэтому плавкунеобходимо вести с флюсами. В качестве флюса используется кварцевая руда, %:
SiO2 – 74,8; Fe(в FeO) – 3,8; прочие – 17,8.
Расчет шлака при плавке сфлюсом
В качестве исходныхданных для состава рационального шлака взято содержание в нем SiO2, равное 30 %, и содержание Fe3O4 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. Песчанникасодержится
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 песчаникесодержится 9,7 кг. FeO, находимколичество Fe, поступившего с флюсом
(9,7*55,8)/71,8=7,5 кг.
С ним связано 2,2 кг. О2
Так как содержание Fe3O4 в шлаке равно 14 %, то масса его составит
(654*14)/100=91,6 кг.
В 91,6 кг. Fe3O4 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 исостав шлака с учетом флюсаКомпонент Cu Ni Fe S
O2
SiO2 Прочие Всего
Cu2S 12,8 – – 3,22 – – – 16
Ni3S2 – 1,46 – 0,5 – – – 1,96 FeO – – 227 – 65,1 – – 292,1
Fe3O4 – – 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 впыли
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. FeOили 0,31 кг. Fe
Всего Fe в пыли
0,315+0,5=0,815 кг.
7. Количество О2в пыли
0,4-0,3=0,09 кг.
0,09+2,2=2,29 кг.
Таблица 6 – Количество исостав пылиКомпонент 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 количестваотходящих 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 Fe3O4 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 впечь поступит N2 при содержании О2 в дутье 24,6 %:
366,6/0,246*0,754=1123,6кг.
При содержании вконцентрате влаги 0,1 % в печь поступит её
(1000+266,8)/0,999-(1000+266,8)=1,268кг.
Таблица 7 – Количество исостав отходящих газовГазы кг.
м3 %(объемные)
SO2 475,4 165,9 15,9
N2 1123,6 876,5 84
H2O 1,268 1,577 0,15 Итого 1600 1043,97 100
Таблица 8 – Материальныйбаланс плавки сульфидного медного концентрата на подогретом воздушном дутье, кгПоступило
Материал
баланса Всего В том числе Cu Ni Fe S
SiO2
O2
N2 Прочие
H2O
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
H2O 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 былансаплавки
Приход тепла
Окисление сульфидовжелеза
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)=122789кДж
Количество Fe, окисленного до Fe3O4 составляет
14,3+66,3=80,6 кг.
По реакции:
3FeS + 5O2=Fe3О4 + 3SO2 + 172537 кДж
Выделится тепла
1723537/(3*55,85)*80,6=855500кДж
Всего при окислении FeS выделится тепла
122789+855500=977689 кДж
Окисление серы
Всего в газы переходит244,7 кг., в том числе
от окисления FeS до FeO
244,7*32*55,8=140,3 кг.
От окисления FeS до Fe3O4
83.117*32/55,8=47,7
Количество S от диссациации составляет
244,7-47,7-140,3=56,7 кг.
Количество теплавыделяющегося при окислении S пореакции
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 отошлакования FeO выделится
(29309*244,4)/(2*55,8)=65119кДж
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 ошлакованияСаО выделится
1605*7,684=12333 кДж
Таким образом, отэкзотермических реакциё поступит тепла
977689 + 105513 + 65119 +12333 = 1160653 кДж
Физическое тепло
Твердая шихта поступает впечь взвешенной плавки предварительно подсушенной в распылительных сушилках. Навыходе в печь температура шихты 25 0С. Физическое тепло шихты при 250С составит
4,187*1268*0,22*25=29202кДж
а весь приход тепласоставлит
1160653 + 29202 = 1189855кДж
Расход тепла
1) Весь расход тепла надиссациацию 1 моля серы равен 83,7 кДж, получим расход на образование 47,3 серыравен
(47,3/32)*83,7=123,642кДж
Количество теплазатрачиваемого на разложение 1 моля СаСО3 равное 177947 кДж
Расход тепла наразложение СаСО3 равен
177947*7,68/56,1=24382кДж
Всего расход тепла наэндотермические реакции составит
1236+24382=24505,6 кДж
2) Расход тепла спродуктами плавки
При нормально ведениипроцесса температура продуктов плавки, то есть штейна, шлака и отходящих газов,составит соответственно 1180 0С, 1250 0С, 1300 0С.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
c N2 – 4,184*1123,6*444,9=2091538 кДж
с НО2 –4,184*1,5=6,3 кДж
Всего – 13332423 кДж
Потери через кладку инеплотноси в печи составляют 4,5% от общего расхода тепла. Тогда общий расходтепла составит
13332423/0,95=14034129кДж
Теплосодержание 1м3воздуха подогретого до 200 0С равно 261,9 кДж/м3
Тогда с воздухом вводитсятепла
261,9*1334,76=34574 кДж
Дефицит тепла составит
14034129-34574-2395803=11603752кДж
Это тепло необходимоподать в печь путем сжигания природного газа
Природный газ имеетсостав(по объему), %: СН4 – 98; СО2 – 1,2; N2 – 0,8.
Для подсчета теплотысгорания используем формулу
QHP=(85,89*СН4)*4,184=4,184*(85,89*98,7)=35469кДж/м3
Принимаем коэффициентизбытка воздухадля сжигания топлива α=1,1
Определим теоретическуюпотребность воздуха по реакции
СН4 + 2О2→ СО2 + 2Н2О
Потребность О2на 100 м3 природного газа составляет, м3
для сгорания СН4– 100*0,987*2=197,4
Всего потребуется 199,775м3 О2
С учетом α=1,1,всего потребуется О2
199,775*1,1=219,753 м3
Теоретический составгазов от сжигания топлива следующий, м3
СО2 –0,6+0,987*100+0,00675*100*2=100,65
Р2О –0,987*100*2+0,00675*100*3+0,0025*100=199,45
N2 – 673,55
Расход газа длявосполнения потерь составим Х м3.
Для сжигания газа приα=1,1 на 1м3 газа потребуется воздуха 8,933 м3
Температура воздуха,подаваемого на сжигание Х м3 газа равна 30 0С, а еготеплоемкость 1,3 кДж/м3*0Сследовательно, тепло, вносимоевоздухом, будет
Х*8,933*301,3=Х*348,4 кДж
Тепло от сжигания газаравно Х*8584,238
С отходящими газами при1300 0С расход тепла, кДж
с СО2 –1,0065*Х*2992,4=3012*Х
с Н2О –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 расходутепла от сжигания природного газа составляет уравнение
348,4Х+35941Х-20465Х=11603752
Х=6733 м3
Таким образом количествоприродного газа, необходимое для поддержания теплового баланса плавки вовзвешенном состоянии на 1000 кг концентрата равно 62,2 м3.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХИСТОЧНИКОВ
1. Металлургия тяжелых цветныхметаллов [Электронный ресурс]; электронный учебное пособие. Н.В. Марченко, Е.П.Вершинина, Э.М. Гильбенбрандт. Красноярск ИПК СФУ, 2009.
2. Металлургия меди, никеля исопутствующих элементов. Б.П. Бледнов, В.Е. Дульнева. Красноярск, 1983 – 104 с.