Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ПЦМ.doc
Скачиваний:
16
Добавлен:
15.08.2019
Размер:
161.79 Кб
Скачать
  1. Расчет шихты для плавки окисленных никелевых руд в шахтной печи

Пример расчета

Составить материальный баланс плавки агломерата следующего состава, %: Ni 1,40; MgO 17,30; SiO2 47,95; Al2O3 7,82; Fe2O3 21,12; CaO 4,30; S 0,07; прочие 0,04.

Принимаем в штейне 20% Ni и 22% S; извлечение никеля рассчитываем по формуле В.И. Смирнова, считая содержание никеля в шлаке 0,2% (0,01 от содержания в штейне), выход шлака 100% от веса агломерата, угар 0,7%, пренебрегая пока уносом в пыль, возвращаемую на агломерацию.

Извлечение никеля

И Ni = ( ) *100 – 0,7 = 85,00%.

Расход сухого кокса 33% от веса агломерата, десульфуризация при плавке 50%. Состав кокса, %: 82,0 С; 1,0 летучих; 1,0 S и 16,0% золы. Состав золы кокса, %: 50,0 SiO2; 30,0 Al2O3; 11,0 Fe2O3; 5,0 CaO; 4,0 прочие.

Составляем расчетный баланс для подсчета количества потребного гипса и выяснения предварительного состава шлака, получающегося при плавке без флюсов, кроме гипса.

По условию содержание никеля в агломерате 1,4%, из них 85,0% переходит в штейн. На 100 кг агломерата в штейн переходит 1,4 * 0,85 = 1,19 кг Ni, этот никель в штейне составляет 20%. Штейна будет 5,95 кг (1,19 : 0,2).

В штейне содержится 5,95 * 0,22 = 1,31 кг S.

При 50% десульфуризации в шихте должно быть 1,30 : 0,5 = 2,62 кг S общ.

Содержание серы в шихте, кг:

В агломерате 0,07

В коксе 33 * 0,01 = 0,33

Итого 0,40

Должно быть введено с гипсом 2,62 – 0,40 = 2,22 кгS .

Состав гипса (CaSO4 * 2H2O),%: 28,05 CaO; 16,00 S; 32,00 О2; 18,00 Н2О; 4,55 SiO2; 1,40 Al2O3.

Следует ввести 2,22 : 0,16 = 13,88 кг гипса. Вместо гипса можно принять пирит. Порядок расчета будет тот же. Расчетный баланс сведем в таблицу 1.

Таблица 1.

Расчетный баланс плавки агломерата без учета воздуха, флюсов, пыли и угара

компоненты

загружено

итого

получено

агломерата

гипса

кокса

штейна

шлака

газов

Ni

1,40

1,40

1,19

0,21

MgO

17,30

17,30

17,30

SiO2

47,95

0,63

2,64

51,22

51,22

Al2O3

7,82

0,19

1,58

9,59

9,59

Fe

14,75

0,41

15,16

3,43

11,73

CaO

4,30

3,90

0,26

8,46

8,46

S

0,07

2,22

0,33

2,62

1,31

0,50

0,81

О2

6,37

4,44

0,18

10,99

3,63

7,63

прочие

0,04

0,21

0,25

0,02

0,23

С

27,06

27,06

27,06

летучие

0,33

0,33

0,33

Н2О

2,50

2,50

2,50

итого

100,0

13,88

33,00

146,88

5,95

102,60

38,33

Предварительный состав шлака при плавке без флюсов:

Кг %

SiO2 51,22 49,80

FeО 15,09 14,70

CaO 8,46 8,30

MgO 17,30 16,90

Al2O3 9,59 9,40

Прочие 0,94 0,90

Итого 102,60 100,00

При плавке без флюсов шлак получается слишком кислым (SiO2 + Al2O3 = 59,20%). Хотя содержание FeО почти на пределе, ведем расчет на добавку в качестве флюса только известняка. Расчет ориентируем на получение в шлаке 43% SiO2, учитывая довольно большое количество Al2O3.

Расчет количества известняка в этом случае получается несложным: в шлаке 51,22 кг SiO2; задано 43% SiO2.

Общий вес шлака 51,22 : 0,43 = 119,10 кг.

Следует ввести 119,10 – 102,60 = 16,50 кг CaO.

Принимаем для упрощения чистый CaСO3 (56% CaO и 44% СО2).

Такого известняка потребуется 16,50 : 0,56 = 29,50 кг и содержание CaO в шлаке составит (8,46 + 16,50) : 119,10 * 100 = 21%. Содержание MgO в шлаке 17,30 : 119,10 * 100 = 14,5%. Сумма 21 + 14,5 = 35,5% укладывается в предельное содержание 36%, но содержание FeО (15,09 : 119,10 * 100 = 12,7%) получается почти на нижнем пределе 12%, т.е. агломерат является тугоплавким маложелезистым.

Для расчета количества потребного воздуха нужно задаться соотношением углерода, сгорающего в СО к углероду, сгорающему в СО2. Это соотношение равно соотношению этих компонентов в отходящих газах по объему, за вычетом объема СО2. На практике анализы отходящих газов дают отношение СО : СО2 (включая СО2 известняка) в среднем от 1 : 1,5 до 1 : 2.

Для нашего расчета данное соотношение принимаем СО : СО2 = 1 : 1,5.

В этом случае сгорает в окись углерода 27,06 : 2,5 * 1 = 10,82 кг С. и в углекислоту 27,06 : 2,5 * 1,5 = 16,24 кг С.

Потребуется кислорода, кг

Для сгорания С в СО 10,82 : 12 * 16 = 14,43

Для сгорания С в СО2 16,24 : 12 * 32 = 43,31

Для серы 0,81

Итого 58,55.

За вычетом 7,63 кг О2, переходящего в газы из шихты (на восстановление Fe2O3 и CaSO4 : 6,37 + 4,44 + 0,18 – 3,36) потребуется 50,92 кг О2 или 50,92 : 0,23 = 221,50 кг воздуха.

Полученные данные сводим в таблицу 2.

Таблица 2.

Материальный баланс плавки агломерата без учета пыли, оборотного и конвертерного шлаков, кг

компоненты

загружено

итого

получено

агломерат

гипс

известняк

кокс

воздух

штейн

шлак

газы

Ni

1,40

1,40

1,19

0,21

MgO

17,30

17,30

17,30

SiO2

47,95

0,63

2,64

51,22

51,22

Al2O3

7,82

019

1,58

9,59

9,59

Fe

14,75

0,41

15,16

3,43

11,73

CaO

4,30

3,90

16,50

0,26

24,96

24,96

S

0,07

2,22

0,33

2,62

1,31

0,50

0,81

О2

6,37

4,44

0,18

50,92

61,91

3,36

58,55

N2

170,58

170,58

170,58

С

27,06

27,06

27,06

СО2

13,00

13,00

13,00

летучие

0,33

0,33

0,33

Н2О

2,50

3,70

6,20

6,20

прочие

0,04

0,21

0,25

0,02

0,23

итого

100,00

13,88

29,50

36,70

221,50

401,58

5,95

119,10

276,53

На основании данных полученного баланса рассчитываем количество и состав газов (таблица 3). Таблица 3.

Состав и количество газов шахтной печи при плавке агломерата

компоненты

Вес, кг

Объем, м3

% (объемн.)

SO2

1,62

1,62 : 64 * 22,4 = 0,57

0,30

CO

25,25

25,25 : 28 * 22,4 = 20,20

10,00

CO2

72,88

72,88 : 44 * 22,4 = 37,10

18,30

N2

180,58

170,58 : 28 * 22,4 = 136,46

67,60

H2O

6,20

6,20 : 18 * 22,4 = 7,72

3,80

итого

276,53

202,05

100,00

Для нашего примера принимаем следующие показатели: 30%О2 в дутье, 20% расход кокса от веса агломерата и 10% углерода кокса сгорает в СО и 90% в СО2.

Также принимаем:

Х – количество чистого кислорода, добавляемого на 100 м3 воздуха, м3;

а – содержание кислорода в смеси, %.

Если к 100 м3 воздуха добавить Х м3 кислорода, то объем смеси будет (100+ Х), а содержание кислорода равно (21 + Х), тогда из уравнения определится

а = * 100.

Решая это уравнение относительно Х, получаем Х = м3.

В нашем случае а = 30 и тогда Х = = 12,86 м3, т.е. для получения смеси, содержащей 30% О2, нужно на каждые 100 м3 воздуха подать 12,86 м3 чистого кислорода.

На 100 кг агломерата по условию сжигается 20 кг сухого кокса, причем, как принято выше, 10% С кокса сгорает в СО и 90% - в СО2. В 20кг сухого кокса 16,40 (20*0,82)кг С, их которых 1,64 * 16,40 * 0,10 сгорает в СО, остальные 14,76 кг (16,40*0,9) – в СО2. Потребуется кислорода, кг:

Для сгорания С в СО 1,64 : 12 * 16 = 2,19

Для сгорания С в СО 14,76 : 12 * 32 = 39,36

Для серы 0,81

Итого 42,36 кг О2.

За вычетом 7,55 кг О2, переходящего в газы из шихты (восстановление Fe2O3 и CaSO4 : 6,37 + 4,44 + 0,18 – 3,36 кг), потребуется вводить в печь 34,81 кг О2.

По условию, в дутье, обогащенном кислородом, содержится 30% О2 и 70% N2 по объему. 100 м3 такой смеси будут иметь вес и весовой состав:

О2 30 : 22,4 * 32 = 43,04 кг 33,00%

N2 70 : 22,4 * 28 = 87,50 кг 67,00%

Итого 130,54 кг 100%

Следовательно, в печь будет введено азота 34,81 : 0,33 * 0,67 = 70,67 кг.

Все остальные данные на 100 кг агломерата: расход гипса, известняка, выход штейна и т.д., остаются такими же, как и при плавке на воздухе. Поэтому при составлении материального баланса плавки агломерата на дутье, обогащенном кислородом, данные по агломерату, гипсу, известняку и штейну можно заимствовать из таблицы 2.

Таблица 4.

Материальный баланс плавки агломерата на воздухе, обогащенном кислородом, без учета пыли, оборотного и конвертерного шлаков, кг

компоненты

загружено

итого

получено

агломерат

гипс

известняк

кокс

воздух

штейн

шлак

газы

Ni

1,40

1,40

1,19

0,21

MgO

17,30

17,30

17,30

SiO2

47,95

0,63

1,60

50,18

50,18

Al2O3

7,82

0,19

0,96

8,97

8,97

Fe

14,75

0,25

15,00

3,43

11,57

CaO

4,30

3,90

16,50

0,16

24,86

24,86

S

0,07

2,22

0,20

2,49

1,31

0,37

0,81

О2

6,37

4,44

0,10

34,81

45,72

3,36

42,36

N2

70,67

70,67

70,67

С

16,40

16,40

16,40

СО2

13,00

13,00

13,00

летучие

0,20

0,20

0,20

Н2О

2,50

2,22

4,72

4,72

прочие

0,04

0,13

0,17

0,02

0,15

итого

100,00

13,88

29,50

22,22

105,48

271,08

5,95

116,97

148,16

Варианты заданий для выполнения расчета находятся в приложении 2.

Приложение 1

Варианты заданий для расчета шихты для получения медного штейна методом автогенной плавки

Вариант 1

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

26,00

1,15

34,00

32,00

1,65

2,25

1,00

1,95

Вариант 2

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

25,00

1,20

36,00

32,00

1,70

2,20

1,05

0,85

Вариант 3

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

24,5

1,10

33,50

33,00

1,75

1,80

1,10

3,25

Вариант 4

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

26,50

1,25

35,00

31,50

1,60

1,85

1,00

1,30

Вариант 5

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

22,50

1,30

38,00

32,50

1,50

1,75

1,05

1,40

Вариант 6

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

23,00

1,10

37,50

30,50

1,55

1,70

1,00

3,65

Вариант 7

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

25,00

1,50

35,00

28,00

1,75

1,50

1,05

6,20

Вариант 8

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

27,00

1,15

34,00

30,50

1,65

1,80

1,10

2,80

Вариант 9

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

26,50

1,25

35,50

32,00

1,80

1,65

1,20

0,10

Вариант 10

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

24,50

1,15

33,50

29,50

1,70

1,80

1,05

6,80

Вариант 11

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

26,00

1,15

34,00

32,00

1,65

2,25

1,00

1,95

Вариант 12

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

24,50

1,25

34,50

33,00

1,70

1,85

1,00

2,20

Вариант 13

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

20,00

1,20

40,00

34,00

2,25

2,00

1,30

0,45

Вариант 14

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

24,5

1,10

33,50

33,00

1,75

1,80

1,10

3,25

Вариант 15

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

23,00

2,00

35,50

35,00

1,90

1,70

0,90

-

Вариант 16

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

23,50

1,80

34,50

32,00

1,90

2,00

1,30

3,00

Вариант 17

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

25,00

1,20

36,00

32,00

1,70

2,20

1,05

0,85

Вариант 18

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

22,50

1,15

35,00

38,00

1,70

1,00

0,65

-

Вариант 19

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

26,00

1,15

34,00

32,00

1,65

2,25

1,00

1,95

Вариант 20

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

20,00

1,20

40,00

34,00

2,25

2,00

1,30

0,45

Вариант 21

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

27,00

1,15

34,00

30,50

1,65

1,80

1,10

2,80

Вариант 22

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

25,00

1,20

36,00

32,00

1,70

2,20

1,05

0,85

Вариант 23

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

26,50

1,25

35,00

31,50

1,60

1,85

1,00

1,30

Вариант 24

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

24,5

1,10

33,50

33,00

1,75

1,80

1,10

3,25

Вариант 25

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

20,00

1,20

40,00

34,00

2,25

2,00

1,30

0,45

Вариант 26

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

27,00

1,15

34,00

30,50

1,65

1,80

1,10

2,80

Вариант 27

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

25,00

1,20

36,00

32,00

1,70

2,20

1,05

0,85

Вариант 28

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

26,00

1,15

34,00

32,00

1,65

2,25

1,00

1,95

Вариант 29

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

24,5

1,10

33,50

33,00

1,75

1,80

1,10

3,25

Вариант 30

Cu

Ni

Fe

S

SiO2

Al2O3

CaO + MgO

прочие

25,00

1,20

36,00

32,00

1,70

2,20

1,05

0,85

Приложение 2

Варианты заданий для расчета шихты для плавки окисленных никелевых руд в шахтной печи

Вариант 1

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,20

17,00

48,00

7,50

22,00

4,00

0,05

0,25

Вариант 2

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,10

16,80

47,50

7,85

21,50

4,10

0,15

1,00

Вариант 3

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,98

17,30

47,00

8,00

22,50

3,80

0,07

0,35

Вариант 4

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,00

17,10

47,50

7,50

22,00

4,00

0,05

0,85

Вариант 5

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,96

17,50

48,00

8,00

21,30

3,50

0,10

0,64

Вариант 6

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,05

16,80

46,50

8,10

23,00

3,20

0,35

1,00

Вариант 7

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,99

17,00

47,00

7,50

23,50

3,00

0,01

-

Вариант 8

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,00

16,90

48,00

8,00

25,00

2,00

0,05

0,05

Вариант 9

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,01

17,10

47,30

7,60

22,80

4,10

0,06

0,03

Вариант 10

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,99

17,00

47,00

7,50

24,50

3,00

0,01

-

Вариант 11

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,96

16,50

48,10

7,00

23,00

3,50

0,07

0,87

Вариант 12

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,99

17,00

47,00

7,50

24,50

3,00

0,01

-

Вариант 13

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,05

16,80

46,50

8,10

23,00

3,20

0,35

1,00

Вариант 14

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,00

17,10

47,50

7,50

22,00

4,00

0,05

0,85

Вариант 15

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,96

17,50

48,00

8,00

21,30

3,50

0,10

0,64

Вариант 16

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,05

16,80

46,50

8,10

23,00

3,20

0,35

1,00

Вариант 17

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,98

17,30

47,00

8,00

22,50

3,80

0,07

0,35

Вариант 18

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,20

17,00

48,00

7,50

22,00

4,00

0,05

0,25

Вариант 19

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,10

16,80

47,50

7,85

21,50

4,10

0,15

1,00

Вариант 20

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,05

16,80

46,50

8,10

23,00

3,20

0,35

1,00

Вариант 21

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,96

17,50

48,00

8,00

21,30

3,50

0,10

0,64

Вариант 22

1,00

17,10

47,50

7,50

22,00

4,00

0,05

0,85

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

Вариант 23

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,98

17,30

47,00

8,00

22,50

3,80

0,07

0,35

Вариант 24

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,10

16,80

47,50

7,85

21,50

4,10

0,15

1,00

Вариант 25

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,20

17,00

48,00

7,50

22,00

4,00

0,05

0,25

Вариант 26

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,05

16,80

46,50

8,10

23,00

3,20

0,35

1,00

Вариант 27

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,96

17,50

48,00

8,00

21,30

3,50

0,10

0,64

Вариант 28

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,00

17,10

47,50

7,50

22,00

4,00

0,05

0,85

Вариант 29

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

0,98

17,30

47,00

8,00

22,50

3,80

0,07

0,35

Вариант 30

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,10

16,80

47,50

7,85

21,50

4,10

0,15

1,00

Вариант 31

Ni

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaО

S

прочие

1,20

17,00

48,00

7,50

22,00

4,00

0,05

0,25