30.6 Проверка правильности расчета высоты печи

Количество тепла, получаемое по тепловому балансу в результате горения топлива без тепла отходящих газов, составляет

Q'=Q_гop–Q_г=56342–6232=50110 ккал.

Это тепло выделяется за время переработки 100 кг агломерата, т.е., как найдено ранее, за 0,0032 ч. Но газы находятся в слое шихты при выбранной высоте печи всего 9,33•10^-5 ч. Определим теперь, какое количество тепла выделяется за это время: 50110•9,33•10^-5/0,0032=1456 ккал. Сопоставляя подсчитанное таким образом количество тепла с тем, которое может быть передано газами шихте в заданных условиях (1484 ккал), видим, что они примерно равны. Это значит, что при расчетной высоте шахты печи, равной 4,3 м, обеспечивается завершение теплообмена и получение температуры отходящих газов около 250⁰С. Ниже приводим основные расчетные технические показатели печи и шахтной плавки свинцового агломерата:

Производительность печи по агломерату, т/сут 697

Удельная производительность печи, т/(м²• сут) 59,4

Площадь печи в области фурм, м² 11,73

Ширина печи в области фурм, м 1,45

Длина печи в области фурм, м 8,09

Общая высота печи (от лещади до колошника), м 6,5

Высота сыпи, м 4,3

Расход кокса, % 11,5

Требуемая производительность воздуходувки, м³/мин 397

Необходимое давление воздуха на воздуходувке, мм вод. ст. 1762

Удельное количество дутья, м³/(м²•мин) 30,2

Диаметр фурм, мм 100

Число фурм, шт. 80

Фурменное отношение 0,053

Выход продуктов плавки, %:

черновой свинец 47,05

шлак 44,64

пыль 1,0

Основные данные из практики шахтной свинцовой плавки приведены в Приложении V.

§ 31. Рафинирование чернового свинца

Черновой свинец представляет собой хрупкий и твердый сплав со многими металлами и непригоден для применения. Рафинирование осуществляют проведением операций обезмеживания, окислительного рафинирования, обессеребрения, обесцинкования, обезвисмучивания и доводки, т.е. проводится качественное рафинирование.

Требуется выполнить расчеты по рафинированию чернового свинца, количество и состав которого указаны в § 30. Дополнительно надо принять, что в черновом свинце содержится 1,4% Sb, 0,4% As, 0,04% Sn (после обезмеживания), 2,5 кг/т Ag (после щелочного рафинирования) и 0,35% Bi (после обесцинкования).

31.1 Расчет обезмеживания чернового свинца

Принимаем для расчета схему обезмеживания, представленную на рис. 8, включающую операции предварительного непрерывного, промежуточного и тонкого обезмеживания. Предварительное непрерывное обезмеживание производят в отражательной печи с глубокой свинцовой ванной, устроенной в виде полуцилиндра.

Принимаем время работы рафинировочного передела 337 дней в году.

Рис. 8 Технологическая схема обезмеживания чернового свинца

Рафинированию будет подвергаться 108232/337=321,2 т/сут чернового свинца (см. §30.2). С ним поступает, т/сут: Рb 321,2•0,9486=304,69; Сu 321,2•0,0225=7,23.

Обезмеживание чернового свинца в отражательной печи происходит за счет ликвации меди из нижних слоев глубокой свинцовой ванны с низкой температурой в верхние слои с высокой температурой и сульфидирования меди. В качестве сульфидизатора меди применяют чистый богатый сульфидный свинцовый концентрат. Обезмеживание свинца в отражательной печи позволяет получать богатые штейны с конечным отношением Сu:РЬ=4÷5. избежать получения шпейзы.

Во избежание образования настылей температура свинца на выходе из печи поддерживается равной 580⁰С и соотношение в штейне Сu:Рb равно 1,8–2,0.

При температуре свинца 580⁰С в нем остается 0,5–0,8% Сu. Расход свинцового концентрата зависит от содержания меди и серы в черновом свинце, количества и состава оборотных шликеров, состава полученного штейна.

Предварительное непрерывное обезмеживание чернового свинца. Принимаем расход сульфидного свинцового концентрата 1,75% от количества чернового свинца, поступающего на обезмеживание, или 321,2•0,0175=5,62 т/сут.

С ним поступит Рb 5,62•0,512=2,88 т/сут; Сu 5,62•0,015=0,08 т/сут.

Принимаем, что количество свинца, поступающего с оборотными шликерами, составляет 5,5% от количества свинца в черновом свинце, или 304,69•0,055=16,76 т. Всего поступит свинца на предварительное обезмеживание 304,69+2,88+16,76=324,33 т/сут.

Извлечение свинца в предварительно обезмеженный свинец составляет 98,5%, или 324,33•0,985=319,46 т. Содержание меди в предварительно обемеженном свинце, по данным практики, равно 0,7%. С целью упрощения расчета считаем, что количество примесей в черновом свинце, кроме меди и серы, при обезмеживании остается неизменным. С учетом снижения содержания меди в черновом свинце с 2,25 до 0,7% и удаления из него серы (0,4%) принимаем содержание свинца в предварительно обезмеженном свинце равным 94,86/[101–(2,25–0,7)–0,4]•100=96,74%.

Количество предварительно обезмеженного свинца составляет 319,46/0,9674=330,23 т/сут. Количество меди в нем 330,23•0,007=2,31 т.

Промежуточное и окончательное обезмеживание. Предварительно обезмеженный свинец поступает на промежуточное и тонкое (окончательное) обезмеживание. Вместе с ним будет подвергаться обезмеживанию свинец, полученный при доводке штейна. С учетом этого в расчете принимаем, что на промежуточное и тонкое обезмеживание поступит меди на 1,3% больше, или 2,З1•1,013=2,34 т/сут.

В результате обезмеживания получают шликеры, которые возвращают на предварительное обезмеживание. Исходя из заводских данных принимаем, что эти шликеры содержат 11% Сu. Количество шликеров 2,34/0,11=21,27 т. Содержание свинца в них 16,76/21,27•100=78,8%. Остальное 100–(78,8+11)=10,2% составляют другие примеси (Fe, S, As, Sb, примеси из золы топлива, которым покрывают расплав при обезмеживании).

Количество чернового свинца, поступающего на тонкое обезмеживание, составит ориентировочно 330,23•1,006•0,97=322,2 т/сут.

Здесь принято, что количество чернового свинца, полученного после доводки штейна, составляет 0,6% от количества чернового свинца, полученного после предварительного обезмеживания, и выход свинца после промежуточного обезмеживания равен 97%.

Содержание меди в нем составляет 0,05–0,1%, для расчета принимаем содержание меди 0,1%. Эту медь удаляют с помощью серы. Для удаления меди (в виде CuS) теоретически требуется серы

32/63,6•322,2•0,001=0,16 т/сут.

Учитывая, что при обезмеживании часть серы сгорает на поверхности расплава и некоторое количество свинца сульфидируется, принимаем коэффициент избытка 1,5. Расход серы при этом составит 0,16•1,5=0,24 т/сут.

В свинце после тонкого обезмеживания содержится 0,005–0,01% Сu и 96,74/(100–0,69)=97,41% Рb.

Количество и состав штейна предварительного обезмеживания; материальный баланс. Вместе с шликерами поступит меди, в отражательную печь на предварительное обезмеживание 7,23+0,08+2,34=9,65 т/сут.

Извлечение меди в штейн в процессе предварительного рафинирования принимаем 72,5%. Количество меди в штейне 9,65•0,725=7,0 т.

При содержании в штейне 50% Сu количество штейна составит 7,0/0,50=14 т/сут.

Принимаем содержание свинца в штейне 27,5%. Количество свинца в штейне 14•0,275=3,85 т.

Остальное количество металлов переходит в шлак, возгоны и потери.

Баланс предварительного обезмеживания чернового свинца тредставлен в таблице 67.

ТАБЛИЦА 67 Баланс и некоторые результаты предварительного обезмеживания чернового свинца (за сутки)

Статьи баланса	Всего, т	Pb			Cu
		Содержание, %	Количество, т	Извлечение, %	Содержание, %	Количество, т	Извлечение, %
Задано: Чернового свинца Шликеров оборотных Свинцового концентрата	312,2 21,7 5,62	94,86 87,8 51,2	304,69 16,76 2,88	– – –	2,25 11 1,5	7,23 2,34 0,08	– – –
Итого			324,33	100,0		9,65	100,0
Получено: Предварительно обезвоженного свинца Штейна Шлака, возгонов и потерь	330,33 14 3,76	96,74 27,5 –	319,46 3,85 1,02	98,5 1,19 0,31	0,7 50 –	2,31 7 0,34	23,94 72,54 3,52
Итого			324,33	100,0	–	9,65	100,0

В шихту предварительного обезмеживания вводят кварцевый флюс (0,03% от чернового свинца) из расчета получения шлака следующего состава: 19–25% FeO; 12–19% SiO₂; 5–7% CaO; 5–10% ZnO; 4–17% A1₂O₃; 0,5–1,0% S. Температура плавления шлака 1000–1100⁰С. В шихту вводится также сода. Расход соды, по данным практики, составляет 0,3–0,5% от количества чернового свинца, или 321,2•0,004=1,28 т/сут.

Шлак из отражательной печи направляют в оборот (на шахтную плавку).

Доводка (обогащение) штейна. Штейн из отражательной печи заправляют в отдельную малую отражательную печь для доводки. При этом выплавляют дополнительно свинец, а штейн обогащают по содержанию меди до соотношения Сu:Рb=4÷6.

Доводку штейна производят содой. При взаимодействии свинца штейна с содой образуются Рb и Na₂S, причем последний снижает растворимость Рb_Мет в штейне. Для восстановления образующегося Na₂SO₄ и окислов добавляют коксик. Свинец поступает на промежуточное обезмеживание. Печь отапливают природным газом при теоретическом количестве расходуемого воздуха.

Извлечение меди в обогащенный штейн принимаем равным 99%, или 7,0•0,99=6,93 т. Содержание меди в обогащенном штейне 55%. Количество обогащенного штейна 6,93/0,55=12,6 т/сут. Отношение Сu:Рb=4.

Содержание свинца в обогащенном штейне 55/4=13,75%, или 12,6•0,1375=1,73 т.

Извлечение свинца в черновой свинец колеблется в пределах 45–50%, принимаем для расчета 48%, что составляет 3,85•0,48=1,85 т.

Содержание свинца в полученном свинце 93%. Будет получено чернового свинца после доводки штейна 1,85/0,93=1,99 т/сут. Содержание в нем меди 3,0%, или 1,99•0,03=0,06 т.

Остальное количество металлов образует возгоны и потери.

Баланс доводки штейна приведен в таблице 68.

ТАБЛИЦА 68 Баланс доводки штейна (по металлам)

Статья баланса	всего	Pb			Cu
		Содержание,%	Количество,т	Извлечение,%	Содержание,%	Количество,т	Извлечение,%
Задано: штейна	14,0	27,5	3,85	–	50	7	–
Получено: штейна, обогащенного медью свинца чернового возгонов и потерь	12,6 1,9 –	13,75 93 –	1,73 1,85 0,27	44,95 48,05 7,00	55 3,0 –	6,93 0,06 0,01	99 0,86 0,14
Итого			3,85	100,0		7,0	100,0

Расход соды 0,3 т на 1 т свинца в исходном штейне, или 3,85•0,3=1,15 т/сут.

Баланс промежуточного и тонкого обезмеживания с учетом поступления свинца, полученного при доводке штейна, приведен в таблице 69.

ТАБЛИЦА 69 Баланс промежуточного и тонкого обезмеживания (по металлам)

Статьи баланса	Всего, т	Pb			Cu
		Содержание, %	Количество, т	Извлечение, %	Содержание, %	Количество, т	Извлечение, %
Задано: Свинца после предварительного обезмеживания Свинца после доводки штейна	330,23 1,99	96,74 93	319,46 1,85	– –	0,7 3,0	2,31 0,06	– –
Итого	332,12	–	321,31	100,0		2,37	100,0
Получено: Свинца обезмеженного Шликеров	312,65 21,27	97,44 78,84	304,55 16,76	94,8 5,2	0,01 11	0,03 2,34	1,3 98,7
Итого	333,92	–	321,31	100,0	–	2,37	100,0

Сводный баланс обезмеживания чернового свинца приведен в таблице 70.

ТАБЛИЦА 70 Сводный баланс обезмеживания чернового свинца

Статьи баланса	Всего, т	Pb			Cu
		Содержание, %	Количество, т	Извлечение, %	Содержание, %	Количество, т	Извлечение, %
Задано: Чернового свинца Свинцового концентрата	321,2 5,62	94,86 51,2	304,69 2,88		2,25 1,5	7,23 0,08
Итого		–	307,57	100,0	–	7,31	100,0
Получено: Обезмеженного свинца Обогащенного штейна Шлака, возгонов и потерь	312,65 12,60 –	97,41 13,75 –	304,55 1,73 1,29	99,02 0,56 0,42	0,01 55 –	0,03 6,93 0,35	0,41 94,80 4,79
Итого		–	307,57	100,0	–	7,31	100,0