Приход тепла

1. Окисление FeS

Количество железа, окисленного до FeО, в шлаке равно 21,10 кг. По реакции

2 FeS + 3О₂ = 2FeО + 2SО₂ + 26771,43 кДж

на 1 кг окисленного железа выделяется тепла 26771,43 : 55,85 = 479,29 кДЖ. При окислении 21,10 кг Fe из FeS до FeО получим 21,10 * 479,23 = 10114,29 кДж.

Количество железа, окисленного до Fe₃О₄, в штейне составляет 167,55 : 64 * 1,10 = 2,80 кг.

По реакции 3FeS + 5О₂ = Fe₃О₄ + 3SО₂ + 98009,52 кДж на 1кг окисленного железа выделяется тепла 98009,52 : 3 * 55,85 = 585,48 кДж. При окислении FeS до Fe₃О₄ выделится 1639,28 кДж.

Всего при окислении сернистого железа выделится тепла 10114,29 + 1639,28 = 11753,57 кДж.

2.Окисление серы

Всего в газы переходит серы 18,80 кг, в том числе от окисления FeS до FeО: 21,10 * 32 : 55,85 = 12,10 кг, и от окисления FeS до Fe₃О₄ 2,80 * 32 : 55,85 = 1,60кг.

Количество серы от диссоциации составит 18,80 – 12,10 – 1,60 = 5,10 кг.

На основании рационального состава концентрата проводим проверку этого количества серы.

Свободная сера будет выделяться при диссоциации смеси халькопирита и кубанита по реакции:

2СuFe₁,₁₅S₂→Cu₂S + 2,3FeS + 0,7S.

При этом количество диссоциированной серы составит 27,30 * 0,70 : 4 = 4,78 кг.

От диссоциации пентландита по реакции:

3NiFe₁,₂S₂→Ni₃S₂ + 3,6FeS + 0,4S выделится 1,30 * 0,40 : 6 = 0,09 кг серы, а от диссоциации пирротина по реакции :

Fe₁₀S₁₁→10FeS + S выделится 3,70 * 1 : 11 = 0,34 кг.

Всего получим серы: 4,78 + 0,09 + 0,34 = 5,21 кг, что соответствует расчету.

Количество тепла, выделяющегося при окислении 1 кг серы по реакции

S + О2 = SО₂ + 16890,48 кДж равно 16890,43 : 32 = 527,86 кДж.

Всего тепла от горения серы – 5,10 * 527,86 = 2691,90 кДж.

3. Ошлакование закиси железа

Тепло от ошлакования железа определяем по реакции:

2FeО + SiO₂ = 2FeО*SiO₂ + 1666,67 кДж.

На 1 кг железа выделится 1666,67 :2 * 55,85 = 14,93 кДж. Всего тепла от ошлакования железа выделится 21,80 * 14,93 = 325,48 кДж.

3. Ошлакование окиси кальция

По реакции CaO + SiO₂ = CaO*SiO₂ + 5119,05 кДж на 1 кг CaO выделится тепла 5119,05 : 56 = 91,41 кДж, а всего – 1,90 * 91,41 = 173,68 кДж.

Т.О., от экзотермических реакций поступит тепла:

11753,57 + 2691,90 + 325,48 + 173,68 = 14944,63 кДж.

3. Физическое тепло шихты при 25⁰С составит 118,6 * 0,22 * 25 = 155,50 кДж, а весь приход тепла составит 14944,63 + 155,50 = 15100,13 кДж.

Расход тепла

Определим расход тепла, При нормальном ведении процесса температура продуктов плавки, т.е. штейна, шлаков и отходящих газов, составит 1150, 1250 и 1300⁰С соответственно.

При этом расход тепла с продуктами плавки составит, кДж:

Со штейном 55,20 * 0,22 * 1150 = 3325,24;

Со шлаком 50,20 * 0,29 * 1250 = 4332,86;

С отходящими газами:

С SО₂ 13,20 * 715,3 = 2248,10;

С N₂ 69,40 * 444,90= 7351,43;

С Н₂О 1,50 * 555,7 = 198,57.

Всего расход тепла со всеми продуктами плавки равен 17456,20 кДж.

Примем, что потери тепла через кладку печи составляют 4,5% от прихода тепла. Тогда общий расход тепла составит 17456,20 : 0,955 = 18278,81 кДж, т.е. потери через кладку составят 18278,81 - 17456,20 = 822,61 кДж.

Полученные результаты расчета сведем в таблицу 3.

Тепловой баланс плавки Таблица 3.

Приход тепла			Расход тепла
Статьи баланса	кДж	%	Статьи баланса	кДж	%
Хим. реакции	14944,63	81,8	штейн	3325,24	18,2
шихта	155,50	6,9	шлак	4332,86	23,7
дутье	3078,69	17,3	Отход. газы	9798,10	53,6
			Потери через кладку	822,61	4,5
Итого	18278,81	100	Итого	18278,81	100

С воздухом требуется ввести тепла 18278,81 – (14944,63 + 155,50) = 3078,69 кДж. Энтальпия 1м3 воздуха в этом случае будет 3078,69 : 87,0 = 35,39 кДж; по таблице «Расход тепла на нагревание газов» находим, что это значение соответствует температуре приблизительно 404⁰С. Т.о., рассчитанная температура обеспечит автогенность протекания процесса.

Варианты заданий для выполнения расчета находятся в приложении 1.