1. Расчет шихты для получения медного штейна методом автогенной плавки «оутокумпу» Пример расчета
Концентрат состава, %: 27,00 Cu; 1,20 Ni; 32,30 S; 34,50 Fe; 1,70 SiO2; 2,30 Al2O3; 1,00 (CaO + MgO) плавят на штейн, содержащий 50% (Cu + Ni). Плавка ведется во взвешенном состоянии на подогретом воздушном дутье методом финской плавки.
Рассчитать материальный баланс, тепловой баланс и температуру дутья, обеспечивающую автогенность процесса.
Расчет ведется на 100 кг концентрата. Влажность шихты 1%.
Рациональный состав концентрата Таблица 1.
минералы |
Cu |
Ni |
Fe |
S |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO + MgO |
всего |
CuFe1,15S2 |
27,00 |
|
27,30 |
27,30 |
|
|
|
81,60 |
NiFe1,2S2 |
|
1,20 |
1,37 |
1,30 |
|
|
|
3,87 |
Fe10 S11 |
|
|
5,83 |
3,70 |
|
|
|
9,53 |
Пустая порода |
|
|
|
|
1,70 |
2,30 |
1,00 |
5,00 |
Итого |
27,00 |
1,20 |
34,50 |
32,30 |
1,70 |
2,30 |
1,00 |
100,00 |
В качестве флюса используется песчаники следующего химического состава, %: 5,30 FeO; 75,00 SiO2; 13,50 Al2O3; 5,20 CaО; 1,00 прочие.
1. Для расчета материального баланса плавки определим выход и состав штейна.
Принимаем извлечение металла в штейн равным 98%.
Всего в штейн перейдет
(27,00 + 1,20) * 0,98 = 27,60 кг (Cu + Ni).
Масса штейна пр 50%-ном содержании металла составит:
27,60 : 0,5 = 55,20 кг.
По справочным данным в штейнах с 50% металла содержится 2,00% кислорода и 23,70% серы.
В этом случае содержание железа в штейне составит:
100 – (50,00 + 2,00 + 23,70) = 24,30%.
В указанном количестве штейна содержится 27,60 кг (Cu + Ni), 13,40 кг Fe, 13,10 кг S и 1,10 кг О2.
(Содержание железа, серы и кислорода рассчитано через пропорции. Например, 55,20 кг штейна соответствуют 100%
Х кг Fe - 24,30%.
Отсюда Х = (24,30 * 55,20) : 100 = 13,40 кг Fe).
В шлак перейдет железа: 34,50 – 13,40 = 21,10 кг.
2. Теперь рассчитаем количество кварца, необходимого для получения шлака. Расчет ведем на получение шлака, содержащего 30% SiO2.
Примем, что Х – общая масса шлака, У – масса загружаемого песчаника, кг.
Составляющие песчаника, указанного выше состава переходят в шлак полностью. Тогда общая масса шлака будет, кг:
Х = У + 21,10 * 71,85 : 55,85 + 1,70 + 3,30,
где 21,10*71,85: 55,85 – масса FeO, образовавшаяся из железа концентрата, перешедшего в шлак;
1,70 – количество SiO2 в концентрате;
3,30 – количество Al2O3 + CaО + MgO в концентрате.
Второе уравнение получим из баланса 0,30 Х = 1,70 + У*0,75,
Где 0,30 – содержание SiO2 в шлаке;
0,75 – содержание SiO2 в песчанике;
1,70 – содержание SiO2 в концентрате.
Решая уравнения, находим: Х = 49,70 кг, У = 17,60 кг.
Результат проверяем подсчетом количества и состава шлака:
FeO – 27,10 + 17,60*0,053 = 28,00 кг 56,40%
SiO2 – 1,70 + 17,60*0,75 = 14,90 кг 30,00
Al2O3 – 2,30 + 17,6*0,135 = 4,70 кг 9,40
CaО + MgO – 1,00 + 17,6*0,052 = 1,90 кг 3,80
Прочие 0,20 кг 0,40
Итого 49,70 кг 100%
Практика показывает, что содержание металла в шлаке колеблется в пределах 0,6 – 1,2% (для этого вида плавки). Примем содержание металла и серы в шлаках равным 0,6 и 0,8% соответственно.
С учетом меди и никеля реальный состав шлака будет следующим, %: 55,70 FeO; 29,60 SiO2; 9,50 Al2O3; 3,80 CaО; 0,60 (Cu + Ni); 0,80 S.
Реальный состав шлака рассчитывается следующим образом:
49,7*0,6 : 100 = 0,3 кг (Cu + Ni);
49,7*0,8 : 100 = 0,4 кг S;
т.о., 28 + 14,9 + 4,7 + 1,9 + 0,3 + 0,4 = 50,2 кг шлака.
Отсюда пересчитываем в проценты: 28 кг * 100 : 50,2 кг = 55,70% FeO и т.д.
3. Для расчета состава и количества отходящих газов примем, что весь кислород, необходимый для осуществления реакций, поступает с подогретым дутьем.
На практике следует учитывать подсосы воздуха, 2-6 %.
При содержании в шихте влаги 1% в печь поступит её (100 + 17,60) : 0,99 – (100 + 17,60) = 1,20 кг.
С учетом содержания серы в штейне и шлаке её перейдет в газы:
32,30 – 13,10 – 0,40 = 18,80 кг, что составляет 37,60кг SО2.
На окисление железа, переходящего в шлак, расход кислорода составит:
27,10 – 21,10 = 6,00 кг.
Общая потребность кислорода на плавку 100 кг концентрата будет, кг:
На окисление серы – 18,80;
На окисление железа – 6,00;
Переходит в штейн – 1,10;
Итого – 25,90.
Вместе с кислородом в печь поступит азота 25,90 : 0,23 * 0,77 = 86,70 кг
Т.О., будет 25,90 + 86,70 = 112,60 кг (87 м3) воздуха.
Состав и количество получаемых газов:
SО2 - 37,60 кг 13,20 м3
N2 – 86,70 кг 69,40 м3
Н2О – 1,20 кг 1,50 м3
Итого – 125,50 кг 84,10 м3.
Полученные данные сводим в таблицу 2 материального баланса.
Материальный баланс плавки Таблица 2.
Материалы баланса |
всего |
В том числе |
|||||||||||||||||
Cu + Ni |
Fe |
S |
SiO2 |
Al2O3 |
CaО + MgO |
О2 |
N2 |
Н2О |
|||||||||||
Загружено: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
концентрата |
101,00 |
28,20 |
34,50 |
32,30 |
1,70 |
2,30 |
1,00 |
|
|
1,00 |
|||||||||
песчаника |
17,60 |
|
0,70 |
|
13,20 |
2,40 |
0,90 |
0,20 |
|
0,20 |
|||||||||
воздуха |
112,60 |
|
|
|
|
|
|
25,90 |
86,70 |
|
|||||||||
Итого |
231,20 |
28,20 |
35,20 |
32,30 |
14,90 |
4,70 |
1,90 |
26,10 |
86,70 |
1,20 |
|||||||||
|
|||||||||||||||||||
Получено: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
штейна |
55,20 |
27,60 |
13,40 |
13,10 |
|
|
|
1,10 |
|
|
|||||||||
шлака |
50,20 |
0,30 |
21,80 |
0,40 |
14,90 |
4,70 |
1,90 |
6,20 |
|
|
|||||||||
газов |
125,80 |
0,30 |
|
18,80 |
|
|
|
18,80 |
86,70 |
1,20 |
|||||||||
Итого |
231,20 |
28,20 |
35,20 |
32,30 |
14,90 |
4,70 |
1,90 |
26,10 |
86,70 |
1,20 |
|||||||||
Если при расчете баланса статьи прихода и выхода не равны, необходимо рассчитать величину невязки.
На основании данных материального баланса проведем расчет теплового баланса плавки.