Отражательная печь для плавки медных концентратов на штейн

СодержаниеЗадание
1. Плавильные пламенные печи
1.1 Общие сведения
2. Отражательные печи для плавки медного концентрата на штейн
2.1 Основные характеристики
2.2 Тепловой и температурный режимы работы
Список использованных источников

1 Плавильныепламенные печи
 
1.1 Общиесведения
 
Плавильные пламенные печишироко применяют в цветной ме­таллургии при производстве меди, никеля, олова идругих ме­таллов. По энергетическому признаку эти агрегаты относятся к классупечей теплообменников с радиационным режимом тепло­вой работы, благодаря чемуони называются отражательными пе­чами. По назначению они делятся на две большиегруппы: печи для переработки минерального сырья, основными представите­лямикоторых являются отражательные печи для плавки сульфидных медных концентратовна штейн, и печи, предназначенные для рафинировочной плавки металлов.
Отражательная печь дляплавки на штейн является универсальным агрегатом с продолжительностью кампанииот 1–2 до 6 лет. В ней можно плавить разнообразные по составу и физическимхарактеристикам материалы, основу которых составляет сырая (подсушенная) шихта.Большая емкость печи, в которой одновременно находится около 900–1000 трасплавленного материала позволяет поддерживать стабильные теплотехническиепараметры плавки при значительных колебаниях в производительностипредшествующего (подготовка шихты) и последующего (конвертирование штейнов) заотражательной плавкой переделов. К основным недостаткам отражательных печейследует отнести отсутствие очистки дымовых газов от пыли и сернистого ангидридаи сравнительно высокий удельный расход топлива.
До настоящего времениотражательные печи остаются основ­ными агрегатами на медеплавильных заводах.Однако с повыше­нием требований к комплексному использованию сырья и охранеокружающей среды, перспективы их дальнейшего использования существенноснизились. Кроме того, в отражательных печах практически не используется тепло,получаемое при окислении серы, выделяющееся при разложении сульфидныхминералов. Поэтому в последнее время осуществляется постепенная заменаотражательных печей более совершенными агрегатами для автогенной плавки медныхконцентратов на штейн.
Отражательные печи, вкоторых производится очистка металлов от примесей, носят названия, отражающиесущность протекающих в них технологических процессов. Например, печи,применяемые для получения специальных отливок – анодов, которые используют впоследующем процессе электролитического рафинирования меди, называют аноднымипечами. Это малопроизводительные плавильные агрегаты периодического действия, вкоторых перерабатывается твердая и жидкая черновая медь, причём жидкую черновуюмедь подают в печь ковшом непосредственно из конвертера.Так называемые вайербарсовые печи отличаются от анодных только тем, что в нихперерабатываются катоды, полученные в процессе электролиза, а также отходыкрасной и электролитной меди.

2.Отражательные печи для плавки медных концентратов на штейн
 
2.1Основные характеристики
 
Конструкции печей дляплавки на штейн различаются в зависи­мости от площади пода, состава и видаперерабатываемого сырья, способа отопления и применяемого топлива. В мировойпрактике встречаются агрегаты с площадью пода 300–400 м2, однако наи­большеераспространение получили печи, площадь пода которых порядка 200–240 м2.Основныехарактеристики отражательных печей приведены в (таблице 1).
Техническая характеристикаотражательных печей для плавки медных сульфидных концентратов на штейн.Параметры Характеристика печей с площадью пода, м2 182 * 1 190 * 3 225 * 1 240 * 3 240 * 2
Основные размеры печи, м:
длина по ванне
ширина по ванне
высота от лещади до свода
Глубина ванны, м
Конструкция подины
Способ выпуска штейна  
31,8
7,8
2,6
0,8
31,8
8,0
2,4
1,1
32,8
7,6
2,6
1,0
30,6
8,0
3,2
1,0
30,0
8,0
3,8
0,9
Набивная
Сифонный
Арочная
Через шпуры
* 1 Свод арочный из магнезитохромита. * 2 Свод арочный из динаса.
* 3 Свод распорно-подвесной из магнезитохромита.
Отражательные печиработают в основном на газовом, реже газомазутном и крайне редко напылеугольном топливе. Для интенсификации процессов горения топлива на некоторыхпредприятиях используют дутье, обогащенное кислородом. Для большинства печейприменяют торцевую подачу топлива, на ряде агрегатов торцевую подачукомбинируют со сводовым отоплением. При торцевом отоплении обычно используюткомбинированные газомазутные горелки, производительность которых по природномугазу составляет 1100–1600 м3/ч, по мазуту – до 300 кг/ч. Основноеназначение мазута – повышение степени черноты газового факела. В тех случаях,когда нет необходимости в интенсификации внешнего теплообмена в рабочемпространстве отражательной печи, горелки такого типа успешно работают на одномприродном газе.
В зависимости отпроизводительности агрегата на печи устанавливают от 4 до 6 горелок. Такое жечисло горелок устанавливают на печи и при пылеугольном отоплении. Пылеугольныегорелки типа «труба в трубе» работают с коэффи­циентом расхода воздуха порядка1,1-1,2и обеспечивают хоро­шее перемешивание топливовоздушной смеси.
При комбинированномотоплении отражательных печей на своде печи могут быть установленыплоскопламенные радиацион­ные горелки типа ГР, работающие на природном газе сисполь­зованием холодного и подогретого до 400 °С воздуха.
Основными элементамиотражательной печи (рисунок 1) яв­ляются: фундамент, под, стены и свод, которыев совокупности образуют рабочее пространство печи; устройства для подачи шихты,выпуска продуктов плавки и сжигания топлива; система отвода дымовых итехнологических газов, боров и дымовая труба. Фундамент печи представляет собоймассивную бетонную плиту толщиной 2,5–4 м, верхняя часть которой выполнена изжаро­прочного бетона. В фундаменте обычно имеются вентиляционные каналы исмотровые проходы. Рабочее пространство является основной частью печи, так какв нем протекает технологический процесс и развиваются высокие температуры (1500–1650°С). Подина (лещадь) выпол­няется в виде обратного свода, толщиной 1,0–1,5 м.Для кислых шлаков в качестве огнеупорных материалов при кладке пода и стен печи используют динас, для основных шлаков –хромомагнезит. Толщина стен на уровне ванны1,0–1,5 м, над ванной –0,5–0,6 м. Для теплоизоляции стен обычно используютлегко­весный шамот. Расстояние между боковыми стенами (ширина печи) взависимости от конструкции агрегата изменяется в пределах 7–11 м, междуторцевыми стенами (длина печи) 28–40 м.
/>
Рисунок 1 –Общий вид отражательной печи для плавки на штейн
1 – ванна; 2 –свод; 3 – каркас; 4 – загрузочное устройство; 5 – наклонный газоход; 6–окно для выпуска шлака; 7–шпур для выпуска штейна; 8 – фундамент; 9 –подина; 10 – стена
Свод печи являетсянаиболее ответственным элементом ее
конструкции, так как о стойкости зависит продолжительность кампании печи. Сводимеет толщину 380–460 мм и выклады­вается из специального магнезитохромитовогои периклазошпинелидного кирпича. Как правило, используют распорно-подвесные иподвесные своды. У боковых стен свод опирается на стальные пятовые балки. Длякомпенсации распирающих усилий создавае­мых ванной расплава и сводом, стеныпечи заключены в каркас, состоящий из стоек, расположенных через 1,5–2 м вдольстен, скрепленных продольными и поперечными тягами. На концах тяги оснащеныпружинами и гайками, которые позволяют ком­пенсировать температурные расширениякладки.
Для загрузки шихтыиспользуют специальные отверстия, рас­положенные в своде через каждые 1,0–1,2 мвдоль боковых стен печи, в которых установлены воронки с патрубками диаме­тром200–250 мм. К загрузочным воронкам шихта подается ленточными или скребковымитранспортерами. В некоторых случаях загрузка шихты производится с помощьюшнековых питателей или забрасывателей через окна в боковых стенах печи.Загрузочные отверстия имеются по всей длине печи, но шихта подается, какправило, только в плавильную зону.
Конвертерный шлакзаливается в печь через окно в торцевой стенке, расположенное над горелками.Иногда для этого исполь­зуют специальные отверстия в своде или окна в боковыхстенах, расположенные вблизи от передней торцевой стенки печи. Для выпускаштейна применяют сифонные или специальные разборные металлические шпуровыеустройства с керамическими или графи­товыми втулками. Устройства для выпускаштейна расположены в двух или трех местах вдоль боковой стенки печи. Шлаквыпускается периодически по мере его накопления через специаль­ные окна,расположенные в конце печи в боковой или торцевой стенке на высоте 0,8–1,0 м отповерхности пода.
Отвод газов из рабочегопространства печи осуществляется через специальный газоход (аптейк),наклоненный к горизон­тальной плоскости под углом 7–15°. Наклоненный газоходпере­ходит в боров, который служит для отвода продуктов сгорания топлива вкотел-утилизатор или в дымовую трубу. Боров пред­ставляет собой горизонтальнорасположенный газоход прямо­угольного сечения, внутренняя поверхность котороговыложена из шамота, наружная – из красного кирпича.
Для утилизации теплаотходящих газов в сборном борове отражательных печей устанавливают водотрубныекотлы-утилизаторы, которые оборудованы специальными экранами, позволяющимиэффективно бороться с заносом и ошлакованием рабочей поверхности котлов,содержащимися в газах пылью и каплями расплава. Для предотвращениясернокислотной коррозии металли­ческих элементов температура газов на выходе изкотла должна быть существенно выше 350 С. После котла-утилизатора устанавливаютметаллический петлевой рекуператор, позволяющий использовать тепло газов,выходящих из котла, для нагрева дутьевого воздуха.
Основными достоинствамиотражательной плавки являются: относительно небольшие требования кпредварительной подго­товке шихты (влажность, повышенное содержание мелкихфракций и т. п.); высокая степень извлечения меди в штейн (96–98 %);незначительный унос пыли (1–1,5 %); повышенная производи­тельность единичногоагрегата, достигающая до 1200–1500 т в сутки по проплавляемой шихте, а такжевысокий коэффициент использования топлива в печи, который составляет в среднемоколо 40–45 %.
К недостаткам процессаследует отнести низкую степень десульфурации (получение сравнительно бедных помеди штейнов) и большой удельный расход топлива, который составляет примерно150-200 кг у. т. на тонну шихты. Значительное количество дымовых газов навыходе из печи ограничивает возможность их очистки и использования всернокислотном производстве из за низкого содержания в них сернистого ангидрида(2,5 /о).
2.2Тепловой и температурный режимы работы
 
Отражательная печь дляплавки на штейн является агрегатом непрерывного действия с относительнопостоянными во времени тепловым и температурным режимами работы. В нейосуществляется технологический процесс, состоящий из двух последовательнопротекающих операций: расплавления шихтовых материалов и разделения полученногорасплава под действием силы тяжести на штейн и шлак. Для сохраненияпоследовательности этих процессов они осуществляются в различных участкахрабочего пространства печи. На протяжении всей работы агрегата в нем постояннонаходятся твёрдая шихта и продукты плавки.
Схема расположенияматериалов в печи представлена на (рисунке 2). Шихтовые материалырасполагаются вдоль стен с обеих сторон печи, образуя откосы, которые закрываютбоковые стены почти до свода на 2/3 их длины. Междуоткосами и в хвостовой части печи размещается ванна расплава, которую условноможно разделить на две части. Верхний слой занимает шлак, нижний – штейн. Помере накопления они выпускаются из печи. При этом шлаковый расплав постепенноперемещается вдоль агрегата и непосредственно перед выпуском попадает в такназываемую от­стойную зону, свободную от откосов.
Технологический процесс вотражательной печи осуществляется за счет тепла, выделяемого в пламени при горениитоплива. Тепловая энергия поступает на поверхность ванны и шихтовых откосов восновном в виде потока тепла излучением от факела, свода и других элементовкладки (~90 %), а также конвекцией от раскаленных продуктов сгорания топлива(~10 %). Теплообмен излучением в плавильной зоне рабочего пространства печирассчитывают по формулам:
/>/>/>где q0w, qвw, qкw –соответственно  плотность  результирующих тепловых потоковдля тепловоспринимающих поверхностей от­косов, ванны и свода (кладки), Вт/м2;Тг, Тк, То, Тв – соответ­ственносредние температуры продуктов сгорания топлива и по­верхностей свода, откосов иванны, К; εr –степень черноты газа; C0= 5,67 Вт/(м2-К4)– коэффициент излучения абсолютно чер­ного тела; Ао, Во, Do, Ав, Вв, Dв, Ак, Вк Dк — коэффициенты, с помощью которых учитываютоптические характеристики по­верхностей откосов, ванны и свода и их взаимноерасположение в рабочем пространстве печи. Для современных отражательных печейзначения этих коэффициентов равны: Ао = 0,718; Во =0,697; Do = 0,012; Ав = 0,650; Вв= 0,593; DB = 0,040; Ак = 1,000; Вк= 0,144; Dк = 0,559.
В отстойной зоне откосовнет и теплообмен излучением может быть рассчитан по формуле
/>, (2)
где Спр –приведенный коэффициент излучения в системе газ – кладка – расплав.
Система уравнений (1)–(2)представляет собой описание так называемой «внешней» задачи. В качественезависимых переменных величин в уравнениях используются средние значениятемператур продуктов сгорания топлива и тепловоспринимающих поверхностей сводаоткосов и ванны. Температура газов в печи может быть найдена при расчетахгорения топлива. Температуру кладки определяют по опытным данным, для чегообычно задаются величиной тепловых потерь через свод (qкпот), считая, что qкw = qкпот. Средние температуры поверхностейоткосов и ванны находят при решении внутренней задачи, к которой относятся вопросытепло — и массопереноса, протекающего внутри зоны технологического процесса.
Нагрев и расплавлениешихты на откосах. В состав шихты в качестве основных компонентов входятсульфидные минералы меди и железа, а также оксиды, силикаты, карбонаты и другиепородообразующие соединения. Под дей­ствием высоких температур эти материалынагреваются. Нагрев сопровождается испарением влаги, содержащейся в шихте, раз­ложениемминералов и другими физико-химическими превращениями, обусловленными принятойтехнологией. Когда температура на поверхности загружаемой шихты достигаетпримерно 915 – 950 0С, начинают плавиться сульфидные соединения,образующие штейн. Наряду с плавлением сульфидов продолжается нагрев остальныхматериалов и при температурах порядка 1000 °С в расплав начинают переходитьоксиды, образующие шлак. Интервал температур плавления основных шлаковсоставляет 30-80 0С. С увеличением степени кислотности шлака этотинтервал растет и может достигать 250-300 0С. Полного расплавленияшлака на откосах, как правило, не происходит, так как штейн и легкоплавкиесоединения шлака стекают с наклонной поверхности откосов, увлекая за собойостальной материал. В период плавления откосы покрыты тонкой пленкой расплава,температура которого постоянна во времени и зависит в основном от составашихты.
Процессы, протекающие наоткосах, можно условно разделить на два периода, включающие в себя нагревповерхности загруженной шихты до температуры, при которой образующийся расплавначинает стекать с откосов. При которой образующийся расплав начинает стекать соткосов, и дальнейший нагрев шихты в сочетании с плавлении материала.Длительность первого периода определяется условиями внешней задачи, примерноодинакова для всех шихт составляет около 1,0-1,5 мин. Продолжительность стельностьвторого периода определяется условиями внутренней задачи. Она обратнопропорциональна величине плотности теплового потока на поверхности откосов ипрямо пропорциональна толщине слоя загружаемой шихты. В условиях конкретнойпечи длительность этого периода зависит от способа загрузки и может составлятьот нескольких минут до 1 – 2 ч. После окончания периода плавления на откосызагружается новая порция шихты и процесс повторяется.
Необходимо отметить, чтос уменьшением интервала времени между загрузками снижается средняя (во времени)температура поверхности откосов. Соответственно растут плотностьрезультирующего теплового  потока на этой поверхности и скорость плавленияшихты. Максимальный эффект достигается тогда, когда этот интервал сопоставим повеличине с продолжительностью первого периода, т. е. практически принепрерывной загрузке. Поэтому при конструировании печи следует учитывать, чтоси­стемы непрерывной загрузки имеют несомненное преимущество.
Средняя по массе скоростьплавления материала (кг/с) может быть определена по формуле
/>,                            (3)
где /> – теплопотребление шихтына откосах, Дж/кг; k – коэф­фициент, учитывающийконвективную составляющую суммарного теплового потока на поверхности шихтовыхоткосов, k = 1,1ч – 1,15; Fo – поверхность откосов, м2.
Переработка материалов вшлаковой ванне. В ванну поступает расплавленный материал с откосов и, крометого, обычно заливается конвертерный шлак, содержа­щий примерно 2–3 % меди идругих ценных компонентов, кото­рые при плавке переходят в штейн. Поступающиематериалы про­греваются в ванне до средней температуры содержащегося в ней расплава,что сопровождается завершением процессов формирования шлака, а также эндо — иэкзотермическими реакциями, характер которых обусловлен технологией плавки.Расходуемое на эти процессы тепло распределяется следующим образом: нагревпродуктов, поступающих с откосов (Q1) 15 – 20%; завершение процессов плавления и образования вновь поступившего шлака (Q2) 40 – 45 %; прогрев конвертерного шлака (Q3) и эндотермические реакции (восстановление магнетита ит. п.) (Q4) 35 – 40 % и потери тепла теплопроводностью черезстены и под печи 1 %. Кроме того, в ванне происходят экзотермические процессы,связанные с усвоением кремнезема расплавом шлака (Q5). Суммарный эффект от протекания процессов, идущих спотреблением тепла, отнесенный к единице массы перерабатываемой шихты /> носит названиеупотребления шихт в ванне и обозначается />.
Процессы тепло — имассопереноса в ванне отличаются крайней сложностью вследствие сочетанияконвекции и теплопроводности. Задачу можно существенно упростить, если учесть,что температура капель штейна, распределенных по объему шлака, равнатемпературе окружающего их расплава. В этом случае можно предположить, чтоштейн фильтруется через относительно неподвижный шлак, в котором теплопередается теплопроводностью, и что капли штейна практически принимаюттемпературу в любой точке ванны. С целью создания возможностей дляматематического описания крайне сложных тепло — и массообменных процессов,протекающих в шлаковой ванне, были приняты следующие необходимые допущения:
1. Завершение тепловойобработки материала, поступающего с откосов в ванну расплава отражательнойпечи, происходит в условиях, когда температурный режим ванны не изменяется вовремени. Скорость осаждения капель штейна считается постоянной, равнойсреднемассовому удельному расходу штейна nGву,где Gву – скорость поступления материала в ванну, равнаяколичеству шихты проплавляемой в единицу времени на откосах и отнесенная кединице поверхности ванны FB, кг/(м2-с); n – доля штейна в 1кг шихты. Удельная теплоемкость штейна принимается равной сшт.
2. Градиенты температурпо длине и ширине ванны (~1,0–1,5°С/м) незначительны по сравнению с градиентамитемператур по ее глубине (~300–400°С/м) и их значениями можно пренебречь,считая поле температур в ванне одномерным.
3. Процессы тепло — имассопереноса в ванне сопровождаются
эндо — и экзотермическими реакциями, которые могут рассматри­ваться как стоки иисточники тепла, распределенные по глубине ванны. Суммарный эффект от ихвоздействия равен теплопотреблению шихты в ванне
/>,
где Qi (x) – интенсивность процессов, идущих с потреблением тепла,отнесенная к еди­нице массы проплавляемой шихты, Дж/кг. Для аппроксимациизакона распределения этой величины по глубине ванны можно воспользоватьсяполиномом второй степени
/>,
где х – координата точекна оси, нормальной к поверхности ванны.
4. Содержание штейна вшлаковой ванне невелико и поэтому
предполагается, что занимаемый им объем пренебрежимо мал по сравнению с объемомванны. Глубина ванны принимается равной δ, средняя температура шлака, атакже температуры на верхней (х=0) и нижней (х=δ) границах шлаковой ванныопределяются параметрами технологического процесса и соответственно равны Тср.ш., Т0, Тδ.
При составлении дифференциальногоуравнения переноса тепла в ванне отражательной печи (с учетом принятыхдопущений) ее можно рассматривать в виде плоской пластины (шлака) cко­эффициентом теплопроводности,равным коэффициенту теплопроводности шлака λш. Плотностьтеплового потока внутри ванны в сечениях х и х + dх определится следующими уравнениями:
/> и />.
В условиях, когдатемпература по глубине ванны не меняется во времени, изменение теплового потокана участке dxпроисхо­дит вследствие охлажденияштейна и протекания эндо — и экзо термических процессов, интенсивность которыхбудет равна:
/>,
т. е  />
или  />,                     (4)
где /> и />.
При описании условий награницах шлаковой ванны были использованы уравнения теплового баланса шлаковойи штейновых ванн, которые имеют вид:
/>;
/>,
где qпот – плотность теплового потока на подинепечи (потери тепла теплопроводностью через под печи), Вт/м, Тср. шт– средняя температуры штейна, °С.
Общее решение уравнения  (4)имеет вид:
/>           (5)
При анализе внутреннейзадачи удобнее использовать частные решения  уравнения  (4),  позволяющие вычислитьсреднюю температуру шлака и штейна Тср.ш и температуру награнице раздела шлака и штейна Тδ, влияние которых на параметрытехнологического процесса достаточно хорошо изучены.
Средняя температурашлака, вычисленная при интегрировании уравнения (5), определится по формуле:
/>     (6)
После нахожденияпостоянных интегрирования С1, С2, С3, С4из граничных условий и почленного суммирования выражений (5) и (6) былаполучена формула для расчета температуры на границе раздела шлака и штейна:
/>,    (7)
где к1 –коэффициент, величина которого зависит от характера распределения стоков иисточников тепла в ванне. В зависимости от вида функции Qt (x) величина ki изменяется в пределах от нуля до единицы.
В процессе эксплуатациипечи параметры температурного режима ванны оказывают существенное влияние наосновные технологические показатели плавки. Например, величина среднейтемпературы шлаковой ванны имеет непосредственное влияние на скоростьразделения продуктов плавки. Чем она выше, тем меньше вязкость расплавленногошлака и выше скорость осаждения штейна. Однако величина средней температурышлака ограничена значениями температур на верхней и нижней границах шлаковойванны. Повышение температуры на границе раздела шлака и штейна способствуетинтенсификации процессов диффузии штейна (и вместе с ним меди и других ценныхкомпонентов) в шлак и уве­личению растворимости штейна в шлаковом расплаве. Снижениеэтой температуры до значений, при которых начинает выделяться твердая фаза,ведет к образованию настылей на подине печи. Поверхность ванны находится внепосредственном контакте с печными газами, т. е. с окислительной атмосферой. Вэтих условиях увеличение температуры шлака влечет за собой рост химическихпотерь металла.
Таким образом,  параметры температурного режима ванн зависят от состава перерабатываемой шихты,индивидуальны для каждой печи и определяются опытным путем в ходетехнологических экспериментов. Любое отклонение от заданных параметров приводитк повышению содержания металла в шлаке, что из-за большого выхода шлака ведет ксущественным потерям металла. Вместе с тем повышение потерь металла со шлакамипри прочих равных условиях свидетельствует о нарушении температурного итеплового режимов работы отражательной печи.
Взаимосвязь междутемпературным и тепловым режимами ванны может быть получена из уравнения (7),для чего это уравнение необходимо представить в виде:
/> (8)
или /> (8')
Физический смыслполученных уравнений заключается в сле­дующем. Первое слагаемое в левой частиуравнения (8) – это плотность теплового потока, или удельная тепловая мощность,которая требуется для полной тепловой обработки материалов, поступающих наединицу поверхности ванны. Второе и третье слагаемые представляют собой плотностьсуммарного теплового потока теплопроводности и конвекции, который усваиваетсяэтими материалами внутри ванны. Необходимо отметить, что интенсивность переносатепла конвекцией в ванне шлака опреде­ляется количеством и степенью перегреваполучаемого штейна относительно средней температуры штейновой ванны и вусловиях отражательной плавки при неизменных параметрах технологиче­скогопроцесса является постоянной величиной.
Количество тепла,подводимого к продуктам плавки за счет теплопроводности, в основном определяетсяхарактером распределения стоков и источников тепла (интенсивности процессов по­треблениятепла) по глубине ванны. Чем ближе они расположены к поверхности ванны, тембольше тепла подводится к ним за счет теплопроводности и соответственно тем меньшевеличина коэффициента кi.Расчетным путем значения коэффициента кi могут быть получены только для наиболее простыхфункций распределения Qi (x). Например, при линейном ипараболическим законах распределения Qi (x), когда максимумпотребления тепла находиться на поверхности ванны, а на ее нижней границепотребление тепла равно нулю, величина кi будет соответственно равна 0,33 и 0,25. Если максимуми минимум теплопотребления поменять местами, то значения коэффициента ki  будут соответственно равны 0,67 и0,75.
Правая часть уравнения(8) представляет собой плотность суммарного  теплового потока теплопроводностии кoнвекции, который усваиваетсяпоступившим в ванну материалом на границе раздела шлака и штейна.
Уравнение (8') определяетоптимальную с позиций технологии скорость поступления материалов в ванну, т.е.скорость при которой температурное поле ванны соответствует заданномутехнологическому режиму плавки. Ее величина  будет равна частному от деленияудельной тепловой мощности, подводив к нижней границе шлаковой ванны, на токоличество тепла, которое необходимо для завершения процесса тепловой обработкипоступающих в ванну материалов в расчете на единицу массы проплавляемой шихты.
Теоретически могутсуществовать такие шихтовые материалы, тепловая обработка которых полностьюзавершается внутри ванны шлакового расплава. В этом случае скорость поступлениямате­риала в ванну определяется условиями внешней задачи, так как любоеколичество тепла, подводимое к ее поверхности, усваи­вается продуктами плавки.На границе раздела шлака и штейна отсутствуют процессы, протекающие спотреблением тепла, и формула (8) теряет свой смысл, так как ее числитель изнаменатель тождественно равны нулю. В реальной практике медепла­вильныхзаводов сырье такого типа обычно не встречается. Подтверждением этого можетслужить известное правило, согласно которому рост удельной производительностипечи всегда сопро­вождается увеличением потерь металла с отвальными шлаками.Объясняется это следующими причинами. Удельная производи­тельностьотражательной печи, рассчитываемая по количеству проплавляемой шихты,фактически определяется скоростью про­цессов плавления материала на откосах,которая прямо пропор­циональна плотности теплового потока на их поверхности иможет достигать 15–20 т/м2 в сутки в расчете на единицу площади подапечи. Скорость последующей тепловой обработки шихты в ванне, от величиныкоторой зависит содержание металла в шлаке, лимитируется условиями внутреннейзадачи, т. е. интенсивностью процессов тепло — и массопереноса в шлаковомрасплаве, и со­ставляет, как показывает практика, примерно 2–5 т/м2в сутки при плавке сырой (подсушенной) шихты.       
За счет интенсификациивнешнего теплообмена при обогащении дутья кислородом, установки дополнительныхсводовых горелок, и т. п. может быть увеличена величина результирующеготеплового потока на поверхность зоны технологического процесса. На откосахсоответственно возрастает скорость плавления шихты и вместе с ней удельнаяпроизводительность печи. Скорость тепловой обработки продуктов плавки в ваннене зависит от условий внешней задачи и поэтому увеличение плотностирезультирующего теплового потока на ее поверхности и количества, поступающих внее материалов приводит к перестройке температурного поля шлаковой ванны, т. е.к нарушению температурного режима плавки и, как следствие, способствует росту потерь металла со шлаком.
Наиболее отчетливо этопроявляется при резком (скачкообразном) повышении скорости поступленияматериала в ванну, например при локальном «обрушении» откосов. При сползанииотносительно большой массы непроплавленной шихты в ванну уменьшаетсятемпература верхнего слоя шлакового расплава, его вязкость растет, что всочетании с обильным выделении технологических газов приводит к образованию наповерхности ванны в том месте, где произошло «обрушение», пористого слоя(«пены»), коэффициент теплопроводности которого за порядок ниже, чем уостального расплава. В результате этом участке согласно формуле (8'), резкоснижается скорость тепловой обработки материала, в то время как с откосоврасплавленная шихта продолжает поступать с прежней интенсивностью. Поэтому снижение температуры и образованиепористого слоя продолжается и вскоре этот слой «растекается» по всейповерхности ванны. В итоге, как показывает практика работы отражательных печей,температурный режим ванны становится неуправляемым и технологический процесспрекращается, так как металл прак­тически полностью переходит в шлак.
В тех случаях, когда припрочих равных условиях скорость поступления материала в ванну снижается за счетуменьшения поверхности откосов или каких-либо других причин и становится меньшеоптимальной, согласно формуле (7) происходит умень­шение перепада температур поглубине шлаковой ванны. Это при­водит к интенсификации процессов диффузииштейна в шлак и увеличению его растворимости вшлаковом расплаве, т. е. росту потерь металласо шлаком.
Таким образом удельнаяпроизводительность печи определяется скоростью процессов тепло — имассопереноса в ванне и зависит в основном отхарактеристики сырья (Qвш, λш, сшт, п, ki, Qш) и температурного режима плавки (Т0,Тср.ш, Тср.шт., Тδ).
Непосредственноеэкспериментальное определение скорости
тепловой обработки материала в ванне из-за сложности протекающих в нейпроцессов пока не представляется возможным. Это создаетизвестные трудности при адаптации расчетной модели и подборетак называемых настроечных коэффициентов, использование которых в формулах (8)и (8') позволило заменить их для расчета конкретных параметров отражательныхпечей. Анализ этих уравнений может быть использовантолько для интерпретации существующих инженерныхрешений и обоснования выбора направления дальнейшего совершенствования работы агрегата. Необходимо также учитывать, что для большинства современныхотражательных печей характерны максимальная для каждогоагрегата интенсивность внешнего теплообмена и, как следствие, повышеннаяудельная производительность. В этих условиях повышение скорости тепловойобработки материала в ванне способствует сокращению потерь металла со шлаком исоздает предпосылки для дальнейшего повышения производительности печи.
Проведенный анализпозволяет получить необходимые расчетные выражения и дать энергетическуюинтерпретацию известных технологических особенностей отражательной плавки иконструктивных решений отдельных элементов печи:
1. Для большинствамедеплавильных заводов отражательная печь является единственным агрегатом, вкотором могут перерабатываться конвертерные шлаки. В этих условиях довольночасто конвертерный шлак загружается в печь в твердом состоянии на поверхностьоткосов вместе с шихтой. Такой способ загрузки ведет к дополнительным затратамэнергии, так как для повтор­ного расплавления шлака требуется значительноеколичество тепла. Тем не менее, он получил широкое распространение, так
как загрузка твердого конвертерного шлака на откосы способствует улучшениютемпературного режима плавки. На поверх­ности откосов присутствие в шихтетвердого конвертерного шлака приводит к снижению температуры плавленияобразующегося шлака за счет снижения степени его кислотности. Следствием этого– является увеличение плотности результирующего теплового потока на поверхностиоткосов и соответственно коэффициента использования топлива в отражательнойпечи. Далее конвертер­ный шлак вместе с остальными продуктами плавки стекает наповерхность ванны, вблизи которой более интенсивно идут процессы «потреблениятепла» подводимого за счет теплопроводности (уменьшается значение коэффициента ki). В этом случае, как показываетанализ уравнения  (8'), увеличивается скорость тепловой обработки продуктовплавки и уменьшаются потери металла с отвальными шлаками.
2. Из формулы (8')следует, что скорость тепловой обра­ботки материала в ванне тем выше, чемменьше потери тепла через кладку на уровне ванны. Поэтому при строительствеотра­жательных печей всегда применяют подины с повышенной тепло­изоляцией, атолщина стен на уровне ванны в 3–3,5 раза больше, чем над ванной.
3. Глубина шлаковой ванныпри заданном температурном режиме может быть определена из уравнения (7) ирассчитывается по формуле
/>
Из полученной зависимостиследует, что глубина шлаковой ванныне может быть установленапроизвольно, так как она зависит от свойств перерабатываемой шихты и составапродуктов плавки. Ее величина тем больше, чем меньше теплопотребление шихты вванне. В современных отражательных печах глубина шлаковой ванны колеблется впределах 0,6-0 8 м.
4. Связь междупараметрами теплового и температурного режимов ванны шлакового расплава,расположенного между шихтовыми откосами, может быть установлена с помощью урав­нениятеплового баланса, которое имеет вид
/>, (9)
где Fв, – поверхность ванны, м2; q'пот – плотность тепловогопотока теплопроводностью (потери тепла) через ограждение печи на уровне ванны,отнесенная к единице ее поверхности; GB – средняя по массе скорость переработки материала в ванне, кг/с.
При соответствиипараметров теплового режима ванны и от­косов скорости тепловой обработкишихтовых материалов на этих участках зоны технологического процесса должны бытьравны между собой, т. е. G° = Gв. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы навсем протяжении зоны плавления шихты плотности результирующих тепловых потоковдля поверхностей откосов и ванны оставались неизменными, т. е. чтобы средняятемпература продуктов сгорания топлива была одинакова на расстоянии примерно 20–25м от передней торцевой стенки печи. При традиционном торцевом отоплении печивыполнить это усло­вие довольно трудно и поэтому в последнее время наметиласьтенденция к применению сводового отопления.
Зона отстаиванияпродуктов плавки. Этот участок ванны расположен в хвостовой части печи и в немпроисходит завершение процессов разделения продуктов плавки. Средняятемпература шлака в нем на 70-100 °С ниже, чем в зоне плавления, чтоспособствует повышению извлечения меди в штейн за счет снижения степенирастворимости штейна в шлаке. При охлаждении шлака штейн выделяется из него ввиде мельчайших капель, для отстаивания которых  требуется продолжительноевремя. Так как время пребывания шлака в отстойной зоне прямо пропорциональноколичеству содержащегося в ней материала, под нее отводится обычно около однойтретьей части рабочего пространства печи.

Списокиспользованных источников
1 Кривандин В.А. Металлургическаятеплотехника – 2 том / В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. – Москва:Металлургия, 1986 г. – 590 с.