|
плавке сухой шихты с влажностью менее 1—2% составляет 40—45%, влажной (6—8%
влаги) 55—65%. В печи можно плавить как мелкие материалы, так и кусковую
шихту. Крупную и влажную шихту загружают непосредственно на поверхность
расплава. При необходимости сухие мелкие и пылевидные материалы могут
вдуваться через фурмы. Таким образом, плавление шихты и окисление сульфидов
в процессе ПЖВ осуществляются непосредственно в слое расплава.
Шлак и штейн выпускаются раздельно из нижней части ванны с помощью
сифонов.
Характерной особенностью плавки в жидкой ванне, отличающей ее от всех
рассмотренных ранее процессов, является то, что плавление и окисление
сульфидов осуществляются в ванне шлака, а не штейна, и шлак движется в печи
не в горизонтальном направлении, как это имеет место во всех известных
процессах плавки, а в вертикальном — сверху вниз.
Горизонтальной плоскостью по осям фурм расплав в печи делится на две
зоны: верхнюю надфурменную (барботируемую) и нижнюю подфурменную, где
расплав находится в относительно спокойном состоянии.
В надфурменной зоне осуществляются плавление, растворение тугоплавких
составляющих шихты, окисление сульфидов и укрупнение мелких сульфидных
частиц. Крупные капли сульфидов быстро оседают в слое шлака, многократно
промывая шлак за время его движения сверху вниз в подфурменной зоне. При
непрерывном осуществлении процесса устанавливается динамическое равновесие
между количеством поступающих с загрузкой мелких сульфидных частиц,
скоростью их укрупнения и отделения от шлака. В результате одновременного
протекания этих процессов устанавливается постоянное содержание сульфидов
(капель) в шлаке, лежащее на уровне 5—10% от массы расплава. Таким образом,
все процессы в надфурменной области протекают в шлако-штейновой эмульсии, в
которой преобладает шлак.
Окисление сульфидов, как известно, является очень быстрым процессом и
обычно не ограничивает конечную производительность агрегатов. В
производственных процессах желательно не только не повышать, но даже
замедлять скорость окисления сульфидов. Действительно, большие скорости
окисления сульфидов, например при продувке жидких сульфидов кислородом,
приводят к чрезмерному повышению температуры в области фурм.
Окисление сульфидов в шлако-штейновой эмульсии протекает менее
интенсивно, чем в сульфидном расплаве, фокус горения растягивается, что
позволяет избежать локального повышения температуры в области фурм даже при
использовании чистого кислорода. Это в свою очередь облегчает задачу
создания надежной и долговечной аппаратуры. При этом скорость окисления
остается достаточно высокой и степень использования кислорода на окисление
сульфидов практически равна 100% при любом необходимом его количестве,
подаваемом в расплав. Таким образом, и при окислении сульфидов в шлако-
штейновой эмульсии скорость их окисления не лимитирует производительности
агрегата. Возможность интенсивного окисления сульфидов в шлако-штейновой
эмульсии без большого локального повышения температуры в области фурм
является важным достоинством плавки в жидкой ванне.
Окисление сульфидов в шлако-штейновой эмульсии представляет собой сложный
многостадийный процесс, состоящий из окисления капелек штейна, окисления
растворенных в шлаке сульфидов, окисления FeO шлака до магнетита и
окисления сульфидов магнетитом. Таким образом, шлак также является
передатчиком кислорода. По последним данным, наибольшее значение имеет
стадия окисления сульфидов, растворенных в шлаке.
Характерная особенность окисления сульфидов в шлако-штейновой эмульсии
состоит в том, что оно не сопровождается образованием первичных железистых
шлаков и выпадением мелких сульфидных частиц. Оксиды, образующиеся на
поверхности сульфидных капель, немедленно растворяются в шлаке конечного
состава.
Отсутствие условий для образования значительных количеств мелкой
сульфидной взвеси является важным достоинством плавки в жидкой ванне,
создающим предпосылки для получения бедных отвальных шлаков.
Высокая степень использования кислорода обеспечивает простое управление
составом штейна и соотношением количеств подаваемого через фурму кислорода
и загружаемых за то же время концентратов. Состав штейна можно регулировать
в широком диапазоне вплоть до получения белого матта или даже черновой
меди. Напомним, что потери меди со шлаком начинают резко возрастать, когда
ее содержание в штейне превысит 60%. Поэтому при плавке на штейн, если в
технологической схеме не предусматривается специальное обеднение шлака,
увеличивать содержание меди в штейне свыше 50—55% нецелесообразно. При
получении белого матта или черновой меди в технологическую схему должна
обязательно включаться операция обеднения шлаков.
Растворение тугоплавких составляющих шихты является одним из относительно
медленных процессов. Энергичный барботаж ванны резко ускоряет процесс
растворения кварца и компонентов пустой породы, что позволяет использовать
даже сравнительно крупные флюсы. Промышленные испытания показали, что при
крупности кварца около 50 мм скорость его растворения не влияет на
производительность печи, по крайней мере, вплоть до удельного проплава,
равного 80 т/(м2 • сут). Высокая скорость растворения тугоплавких
составляющих является важной особенностью плавки в жидкой ванне.
Минимальное содержание магнетита в шлаках — обязательное условие
совершенного плавильного процесса. Как уже говорилось, с увеличением
содержания магнетита резко возрастает содержание растворенной меди в
шлаках. Кроме того, повышение содержания магнетита (степени окисленности
системы) приводит к снижению межфазного натяжения на границе раздела штейна
и шлака.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ РАСЧЕТОВ
|1. Производство по | |т/час |80 |
|влажному концентрату | | | |
|2. Состав концентрата | |% | |
| |Cu | |17 |
| |Fe | |28 |
| |S | |36 |
| |SiO2 | |5 |
| |CaO | |3 |
| |MgO | |0 |
| |Al2O3| |0 |
| |Zn | |6 |
| |Pb | |2 |
|3. Влажность | | |5 |
|4. Обогащение дутья | | |85 |
|5. Содержание меди в | | |45 |
|штейне | | | |
|6. Извлечение меди в | | |97 |
|штейн | | | |
|7. Выход в штейн | | | |
| |Pb | |20 |
| |Zn | |35 |
|8. Выход в газ | | | |
| |Pb | |22 |
| |Zn | |12 |
|9. Состав кварцевого | | | |
|флюса | | | |
| |Si02 | |70 |
| |Влажн| |6 |
| |. | | |
|10. Состав шлака | | | |
| |Si02 | |33 |
| |Ca0 | |6 |
|11. Подача конверторного | |Т/час |10 |
|шлака | | | |
|12. Температура | |C |1200 |
|конверторного шлака | | | |
|13. Температура продуктов| |C |1250 |
|14. Состав топлива | |% | |
| |CH4 | |0 |
| |C | |95 |
| |Влажн| |6 |
| |. | | |
|15. Тепло сгорания | |Ккал/м3|0 |
|природного газа | | | |
85% концентрата меди в виде халькопирита. Извлечение Cu из конверторного
шлака – 80%. Состав конверторного шлака : Cu – 3%, Fe – 52%, SiO2 – 24%/
Содержание прочих в штейне – 1%.
Содержание O2 в техническом кислороде 96% (остальное N2)
Концентрация магнетита в конверторном шлаке – 30%.
[pic][pic]
Расчет основных сульфидных минералов
[pic]
Дополним систему еще одним уравнением:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic][pic]
Таблица рационального состава концентрата
|SiO2 |3,16 |24 |
|Cu |0,39 |3 |
|Fe |6,84 |52 |
|O |2,28 |17,32 |
|Прочие |0,48 |3,68 |
|Итого |13,16 |100 |
Зададим извлечение Cu в штейн
Извлечение Cu из конвертерного шлака – 80%
Извлечение Cu в штейн из концентрата – 97%
Расчет состава и количества штейна
[pic][pic]
Cодержание Cu в штейне – 45%.
[pic]
Cодержание S в штейне – 25%
[pic]
[pic]
|Компонент |Кг |% |
|Cu |16,8 |45 |
|Fe |7,28 |19,51 |
|S |9,33 |25 |
|Pb |0,4 |1,07 |
|Zn |2,1 |5,62 |
|O |1,04 |2,8 |
|Прочие |0,37 |1 |
|Всего |37,33 |100 |
Расчет самоплавкого шлака
При[pic]
|Компонент |Кг |% |Норма, % |
|Si02 |8,16 |15,35 |33 |
|Fe |27,56 |51,83 | |
|Pb |1,16 |2,18 | |
|Zn |3,18 |5,98 | |
|CaO |3 |5,64 |6 |
|O |8,76 |16,47 | |
|Cu |0,59 |1,11 | |
|Прочие |0,76 |1,43 | |
|Всего |53,17 |100 | |
Балансовое уравнение по кремнезему
[pic]
Балансовое уравнение по кальцию
[pic]
Дано:
Cостав флюса
1) SiO2-70% 2) СaO – 56%
Прочие – 30% Прочие – 0,08%
W=6 W=0
[pic]
|Компонент |Кг |% |
|SiO2 |27,05 |33 |
|Fe |27,56 |32,63 |
|Pb |1,16 |1,41 |
|Zn |3,18 |3,88 |
|CaO |4.92 |6 |
|Cu |0,59 |0,07 |
|O |8,76 |10,69 |
|Прочие |8,85 |10,80 |
|Всего |81,96 |100 |
W=6
[pic]
Расчет необходимого количества дутья
FeS + 3/2O2 = FeO + SO2
1/2S2 + O2 = SO2
PbS + 3/2O2 = PbO + SO2
ZnS + 3/2O2 = ZnO + SO2
[pic]
[pic]
|Компонент |Кг |Нм3 |% |
|SO2 |53,34 |18,67 |55,17 |
|N2 |5,27 |4,22 |12,47 |
|H2O |6,98 |8,69 |25,68 |
|CO2 |3,85 |1,96 |5,79 |
|Pb |0,44 |0,05 |0,15 |
|Zn |0,72 |0,25 |0,74 |
|Итого |70,6 |33,84 |100 |
|Проч = 5 % |0,047 |
|W = 6% |0,06 |
|Итого |1 кг |
[pic]
С + O2 = CO2 + 94052 ккал
[pic]
Окончательный состав отходящих газов
|Компонент |Кг |Нм3 |% |
|SO2 |53,34 |18.67 |53.83 |
|CO2 |5.01 |2.55 |7.35 |
|N2 |5.52 |4.42 |12.74 |
|H2O |7.02 |8.74 |25.20 |
|Pb |0.44 |0.05 |0.14 |
|Zn |0.72 |0.25 |0.72 |
|Всего |72.05 |34.68 |100 |
Баланс по теплу
|Приход |Ккал |Расход |Ккал |
|Горение топлива |4857,33 |Тепло шлака |30132,28 |
|Тепло к.шлака |4638,9 |Тепло штейна |10289,08 |
|Тепло реакций |79526,19 |Тепло отходящих |20751,2 |
|окисления | |газов | |
|Реакции |6193,82 |Испарение влаги |4290,22 |
|шлакообразования | | | |
| | |Эндотерм. Реакции|15607.47 |
| | |Потери |14146,15 |
|Всего |95216.24* |Всего |95216.4* |
*Погрешность вычислений = 0,000168%
Заключение
В данной курсовой работе был составлен тепловой и материальный баланс
процесса плавки на штейне на примере плавки в жидкой ванне или процессе
А.В.Ванюкова, который был выбран из-за своих технико-экономических
показателей.
Технологический процесс А.В.Ванюкова позволил перевести в
конверторный шлак 24% кварца, 3% меди, 52% железа, 17,32% кислорода; в
45%-тый медный штейн: почти 20% железа, 25% серы; в шлак после
добавления кварцевого и известнякового флюсов перешло: 33% кварца и 6%
оксида кальция (согласно требуемым показателям), а также 33.63% железа
и около 0.6% меди.
В работе также был рассчитан тепловой баланс процесса, что позволило
сделать следующие выводы: тепло на нагрев конверторного шлака составило
4638,9 ккал, на реакции окисления и шлакообразования: 85720,01 ккал,
на нагрев штейна, шлака и отходящих газов с учетом требуемого топлива в
размере 0,694 кг угля (95% C, 5% прочих) : 10289.08 ккал, 30132,28 ккал
и 20751,2 ккал соответственно. Испарение влаги потребовало 4290,22
ккал, а потери составили 14146,15 ккал.
Отходящие газы приняли окончательный вид: SO2 ~ 53,83%, CO2 ~ 7,35%,
N2 ~ 12,74%. Необходимо заметить то, что объем требуемого дуться на
сжигание 0,694 кг топлива составил 1,36 нм3.
Таким образом, на примере данной работы, мы еще раз убедились в том,
что процесс плавки по технологии А.В.Ванюкова является одним из лучших
по своим технико-экономическим показателям, и, я надеюсь, что с
развитием науки и появлением свободных денежных средств у предприятий,
а также НИИ, позволит в будущем его усовершенствовать.
-----------------------
[pic]
Страницы: 1, 2, 3
|
