Расчет материального баланса процесса плавки на штейн медного никельсодержащего сырья в печи Ванюкова

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки

ФГБОУ ВПО «Норильский индустриальный институт»

Кафедра «Металлургии цветных металлов»

Курсовая работа

По дисциплине «Производство меди»

1. Расчет материального баланса процесса плавки на штейн медного никельсодержащего сырья в печи Ванюкова

Задание: «Технология переработки медного никельсодержащего сырья в печи Ванюкова производительностью 1,2 млн. тонн в год по сухой массе концентрата».

Исходные данные для расчёта:

На плавку направляется шихта, содержащая 75 % концентрата, 5 % бедных оборотов и 20 % богатой селективной руды.

Химический состав концентрата, % (массовая доля)

Cu	Ni	Fe	S	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Прочие
24,50	1,35	35,30	33,00	1,29	0,57	0,53	0,36	остальное

Химический состав богатой селективной руды, % (массовая доля)

Cu	Ni	Fe	S	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Прочие
19,14	2,53	38,92	29,10	3,30	1,31	0,68	1,20	остальное

Химический состав бедных оборотов, % (массовая доля)

Cu	Ni	Fe	S	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Прочие
7,29	1,90	45,46	4,74	23,00	0,70	0,70	1,23	остальное

Минералогический состав концентрата и богатой селективной руды идентичен. В них медь содержится в виде халькопирита- CuFeS₂ и кубанита- CuFe₂S₃; никель в виде пентландита - NiFeS₂; железо в виде пирротина- Fe₇S₈ и магнетита - Fe₃O₄; кроме того, содержатся оксиды пустой породы: SiO₂; CaO; MgO; Al₂O₃ и прочие.

Из данных практики известно, что в халькопирите содержится 75 % всей меди концентрата, а остальные 25 % меди находятся в кубаните.

Влажность концентрата составляет 8 %.

Влажность руды составляет 3,5 %.

Минералогический состав бедных оборотов:

Медь содержится в виде халькозина- Cu₂S, никель в виде хизлевудита- Ni₃S₂, железо в виде троилита- FeS, магнетита- Fe₃O₄, и закиси железа - FeO, кроме того, содержатся оксиды пустой породы: SiO₂; CaO; MgO; Al₂O₃ и прочие. При этом содержание магнетита в бедных оборотах составляет 13,76%.

Влажность бедных оборотов составляет 3,5 %.

Десульфуризация составляет 62 %.

Извлечение в штейн из шихты: Cu - 98 %, Ni - 92 %.

Содержание в штейне: Cu - 50 %, S- 23 %, прочих - 2,0 %.

Безвозвратные потери составляют 0,9 %.

Считаем, что вся сера содержится в газовой фазе в виде диоксида серы (SO₂), небольшим содержанием триоксида серы (SO₃) в технологических газах пренебрегаем. медный никельсодержащий сырье руда дутье

Плавка ведется на шлак с содержанием 31 % кремнезема (SiO₂). Содержание в шлаке в сульфидной форме Cu - 80 %, Ni - 60 %, магнетита 6,1%.

Для корректировки состава шлака используется флюсовый песчаник, следующего состава, % (массовая доля)

SiO2	CaO	MgO	Fe	Fe2O3	Al2O3	прочие
79,6	1,08	0,36	1,73	2,47	7,8	остальное

Влажность песчаника составляет 5,2 %.

Обогащение кислородом КВС составляет 75 %

1.1 Расчет рационального состава исходного сырья

По данным практики примерно 25% меди содержится в кубаните. Тогда в халькопирите содержится меди

24,50•0,75 = 18,38 кг,

а в кубаните

24,50•0,25 = 6,13 кг.

По меди рассчитаем массу элементов Fe и S в халькопирите, исходя из того, что в данном минерале на один моль меди приходится один моль железа и два моля серы. Составляем пропорцию для расчета содержания железа в халькопирите:

64 кг Cu - 56 кг Fe

18,38 кг Cu - х кг Fe х = 16,08 кг.

Расчет проводим по элементу, содержание которого известно из результатов химического анализа. В данном примере массы железа и серы рассчитаны по меди. Можно было бы, например, рассчитав массу железа в халькопирите, массу серы в нем рассчитать не по меди, а по железу. Однако тогда ошибка, допущенная в расчетах массы железа (если таковая была допущена), приведет к ошибке в расчете массы серы в халькопирите и, как следствие, к ошибке в расчете массы халькопирита. Составляем пропорцию для расчета содержания серы в халькопирите:

64 кг Cu - 2•32 кг S

18,38 кг Cu - х кг S х = 18,38 кг.

Итого: 18,38+16,08+18,38= 52,84 кг CuFeS₂.

Для проверки правильности расчета можно определить массу халькопирита через составление следующей пропорции:

64 кг Cu - 184 кг CuFeS₂

18,38 кг Cu - х кг CuFeS₂ х = 52,84 кг.

Аналогично рассчитывается масса железа и серы в кубаните CuFe₂S₃:

64 кг Cu - 56•2 кг Fe

6,13 кг Cu - х кг Fe х = 10,73 кг;

64 кг Cu - 32•3 кг S

6,13 кг Cu - х кг S х = 9,20 кг.

Итого: 6,13+10,73+9,20=26,06 кг CuFe₂S₃.

Никель содержится только в одном минерале, поэтому по никелю (содержание которого в руде известно из химического анализа) определяем массу железа и серы в пентландите и массу пентландита NiFeS₂:

59 кг Ni - 32•2 кг S

1,35 кг Ni - х кг S х = 1,46 кг.

59 кг Ni - 56 кг Fe

1,35 кг Ni - х кг Fe х = 1,28 кг.

Итого: 1,35+1,46+1,28=4,09 кг NiFeS₂.

Так как известно содержание серы в руде и рассчитаны массы серы в халькопирите, кубаните и пентландите, а кроме этих соединений сера в руде содержится только в пирротине, то можно определить массу серы в пирротине:

33 - 18,38 - 9,20 - 1,46 = 3,96 кг.

По массе серы в пирротине Fe₇S₈ определяем массу железа в нем:

8•32 кг S - 7•56 кг Fe

3,96 кг S - х кг Fe х = 6,06 кг.

Итого: 6,06+3,96=10,02 кг Fe₇S₈.

Так как известно содержание железа в руде и рассчитана масса железа в халькопирите, кубаните, пентландите и пирротине, а кроме этих соединений железо содержится в руде только в магнетите, то можно определить массу железа в магнетите:

35,30 - 16,08 - 10,73 - 1,28 - 6,06 = 1,15 кг.

По массе железа в магнетите FeО рассчитаем массу кислорода в нем:

56•3 кг Fe - 16•4 кг О

1,15 кг Fe - х кг О х = 0,43 кг.

Итого: 1,15+0,43=1,58 кг Fe₃O₄.

Полученные результаты расчетов фазового состава соединений заносятся в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 Рациональный состав концентрата в расчете на 100 кг сухой массы концентрата

	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
CuFeS2	18,38		16,08	18,38							52,84
CuFe2S3	6,13		10,73	9,20							26,06
NiFeS2		1,35	1,28	1,46							4,09
Fe7S8			6,06	3,96							10,02
Fe3O4			1,15		0,43						1,58
SiO2						1,29					1,29
CaO							0,57				0,57
MgO								0,53			0,53
Al2O3									0,36		0,36
прочие										2,66	2,66
?	24,51	1,35	35,3	33	0,43	1,29	0,57	0,53	0,36	2,66	100

1.2 Расчет рационального состава богатой селективной руды

По данным практики примерно 25% меди содержится в кубаните. Тогда в халькопирите содержится меди

19,14•0,75 = 14,36 кг,

а в кубаните

19,14•0,25 = 4,79 кг.

По меди рассчитаем массу элементов Fe и S в халькопирите, исходя из того, что в данном минерале на один моль меди приходится один моль железа и два моля серы. Составляем пропорцию для расчета содержания железа в халькопирите:

64 кг Cu - 56 кг Fe

14,36 кг Cu - х кг Fe х = 12,57 кг.

Расчет проводим по элементу, содержание которого известно из результатов химического анализа. В данном примере массы железа и серы рассчитаны по меди. Можно было бы, например, рассчитав массу железа в халькопирите, массу серы в нем рассчитать не по меди, а по железу. Однако тогда ошибка, допущенная в расчетах массы железа (если таковая была допущена), приведет к ошибке в расчете массы серы в халькопирите и, как следствие, к ошибке в расчете массы халькопирита. Составляем пропорцию для расчета содержания серы в халькопирите:

64 кг Cu - 2•32 кг S

14,36 кг Cu - х кг S х = 14,36 кг.

Итого: 14,36+12,57+14,36= 41,29 кг CuFeS₂.

Для проверки правильности расчета можно определить массу халькопирита через составление следующей пропорции:

64 кг Cu - 184 кг CuFeS₂

14,36 кг Cu - х кг CuFeS₂ х = 41,29 кг.

Аналогично рассчитывается масса железа и серы в кубаните CuFe₂S₃:

64 кг Cu - 56•2 кг Fe

4,79 кг Cu - х кг Fe х = 8,38 кг;

64 кг Cu - 32•3 кг S

4,79 кг Cu - х кг S х = 7,19 кг.

Итого: 4,79+8,38+7,19=20,36 кг CuFe₂S₃.

Никель содержится только в одном минерале, поэтому по никелю (содержание которого в руде известно из химического анализа) определяем массу железа и серы в пентландите и массу пентландита NiFeS₂:

59 кг Ni - 32•2 кг S

2,53 кг Ni - х кг S х = 2,74 кг.

59 кг Ni - 56 кг Fe

2,53 кг Ni - х кг Fe х = 2,40 кг.

Итого: 2,53+2,74+2,40=7,40 кг NiFeS₂.

Так как известно содержание серы в руде и рассчитаны массы серы в халькопирите, кубаните и пентландите, а кроме этих соединений сера в руде содержится только в пирротине, то можно определить массу серы в пирротине:

29,10 - 14,36 - 7,19 - 2,74 = 4,81 кг.

По массе серы в пирротине Fe₇S₈ определяем массу железа в нем:

8•32 кг S - 392 кг Fe

4,81 кг S - х кг Fe х = 7,37 кг.

Итого: 4,81+7,37=12,18 кг Fe₇S₈.

Так как известно содержание железа в руде и рассчитана масса железа в халькопирите, кубаните, пентландите и пирротине, а кроме этих соединений железо содержится в руде только в магнетите, то можно определить массу железа в магнетите:

38,92 - 12,57 - 8,38 - 2,40 - 7,37= 8,20 кг.

По массе железа в магнетите FeО рассчитаем массу кислорода в нем:

56•3 кг Fe - 16•4 кг О

8,20 кг Fe - х кг О х = 3,12 кг.

Итого: 8,20+3,12=11,32 кг Fe₃O₄.

Полученные результаты расчетов фазового состава соединений заносятся в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 Рациональный состав богатой селективной руды в расчете на 100 кг сухой массы богатой селективной руды

	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
CuFeS2	14,36		12,57	14,36							41,29
CuFe2S3	4,76		8,38	7,19							20,33
NiFeS2		2,53	2,40	2,74							7,67
Fe7S8			7,37	4,81							12,18
Fe3O4			8,2		3,12						11,32
SiO2						3,30					3,30
CaO							1,31				1,31
MgO								0,68			0,68
Al2O3									1,20		1,20
прочие										0,72	0,72
?	19,12	2,53	38,92	29,10	3,12	3,30	1,31	0,68	1,20	0,72	100

По аналогии с расчетом рационального состава концентрата и богатой селективной руды рассчитывается рациональный состав бедных оборотов.

Рассчитаем массу серы в халькозине Cu₂S:

2·64 кг Cu - 32 кг S

7,29 кг Cu - х кг S х = 1, 82 кг.

Итого: 7,29+1,82=9,11 кг Cu₂S.

Масса серы в хизлевудите Ni₃S₂:

3·59 кг Ni - 32•2 кг S

1,90 кг Ni - х кг S х = 0,69 кг.

Итого: 1,90+0,69=2,59 кг Ni₃S₂.

Масса серы в троилите FeS:

4,74 - 1,82 - 0,69 = 2,23 кг.

По сере находим массу железа троилита:

32 кг S - 56 кг Fe

2,23 кг S - х кг Fe х = 3,90 кг.

Итого: 3,90+2,23=6,13 кг FeS.

Оставшееся железо, за вычетом связанного с серой, связано с кислородом:

45,46 - 3,90 = 41,60 кг.

По заданию содержание магнетита в бедных оборотах принимаем равным 13,76% от массы материала:

232 кг Fe₃О₄ - 3•56 кг Fe

13,76 кг Fe₃О₄ - х кг Fe х = 9,96 кг.

Масса кислорода Fe₃O₄:

13,76 - 9,96=3,80 кг.

Масса железа в вюстите FeO:

41,60 - 9,96=31,64 кг.

Найдем массу кислорода в FeO:

56 кг FeO - 16 кг О

31,64 кг FeO - х кг О х = 9,04 кг.

Итого: 31,64+9,04=40,68 кг FeO.

Данные расчета заносятся в табл. 1.3.

Таблица 1.3 Рациональный состав бедных оборотов в расчете на 100 кг сухой массы материала

	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
Cu2S	7,29			1,82							9,19
Ni3S2		1,90		0,69							2,59
FeS			3,90	2,23							6,13
Fe3O4			9,96		3,80						13,76
FeO			31,64		9,04						40,68
SiO2						23,00					23,00
CaO							0,70				0,70
MgO								0,70			0,70
Al2O3									1,23		1,23
прочие										2,10	2,10
?	7,29	1,90	45,50	4,74	12,84	23,00	0,70	0,70	1,23	2,10	100

1.3 Расчет массы и состава шихты (без флюса)

Шихта печи Ванюкова включает медный концентрат, богатую высокомедистую руду, огарок печей кипящего слоя, оставшийся после консервации технологии обжига медного концентрата, конвертерный шлак и различные оборотные материалы.

Для упрощения расчета и наглядности его проведения по заданию принимается, что шихта состоит на 75% из концентрата , 20% из богатой селективной руды и на 5% - из бедных оборотов.

Для определения массы и состава шихты масса концентрата пересчитывается на 75 кг, масса богатой селективной руды на 20 кг, а масса оборотов - на 5 кг.

Полученные данные расчетов сводим в табл. 1.4, 1.5 и 1.6.

Таблица 1.4 Масса и состав концентрата, направляемого на шихтовку, кг

	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
CuFeS2	13,78		12,06	13,78							39,62
CuFe2S3	4,60		8,05	6,90							19,55
NiFeS2		1,01	0,96	1,10							3,07
Fe7S8			4,55	2,97							7,52
Fe3O4			0,86		0,32						1,18
SiO2						0,97					0,97
CaO							0,43				0,43
MgO								0,40			0,40
Al2O3									0,27		0,27
прочие										2,00	2,00
?	18,38	1,01	26,48	24,75	0,32	0,97	0,43	0,40	0,27	2,00	75

Таблица 1.5 Масса и состав богатой селективной руды, направляемой на шихтовку, кг

	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
CuFeS2	2,87		2,51	2,87							8,25
CuFe2S3	0,95		1,68	1,44							4,07
NiFeS2		0,51	0,48	0,55							1,54
Fe7S8			1,47	0,96							2,43
Fe3O4			1,64		0,62						2,26
SiO2						0,66					0,66
CaO							0,26				0,26
MgO								0,14			0,14
Al2O3									0,24		0,24
прочие										0,15	0,15
?	3,82	0,51	7,78	5,82	0,62	0,66	0,26	0,14	0,24	0,15	20

Таблица 1.6 Масса и состав бедных оборотов, направляемых на шихтовку, кг

	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
Cu2S	0,36			0,09							0,45
Ni3S2		0,10		0,03							0,13
FeS			0,20	0,11							0,31
Fe3O4			0,50		0,19						0,69
FeO			1,58		0,45						2,03
SiO2						1,15					1,15
CaO							0,04				0,04
MgO								0,04			0,04
Al2O3									0,06		0,06
прочие										0,10	0,10
?	0,36	0,10	2,28	0,24	0,64	1,15	0,04	0,04	0,06	0,10	5

По данным практики влажность материала, направляемого на плавку, не должна превышать 9%, т.к. повышенное содержание влаги в шихте приводит к увеличению расхода природного газа на ее нагрев и испарение.

При влажности концентрата 8% масса сухого концентрата от массы влажного будет составлять 92%. Найдем массу воды в концентрате:

75 кг концентрата - 92%

х кг концентрата - 8% х = 6,52кг.

Влажность богатой селективной руды 3,5%. Тогда масса влаги в богатой селективной руде:

20 кг бог.сел.руды - 96,5%

х кг бог.сел.руды - 3,5% х = 0,73 кг.

Влажность бедных оборотов 3,5%. Тогда масса влаги в бедных оборотах:

5 кг оборотов - 96,5%

х кг оборотов - 3,5% х = 0,18 кг.

Суммируем данные таблиц 1.4, 1.5 и 1.6, полученные данные сводим в таблицу 1.7.

Таблица 1.7 Масса и состав шихты (без флюса) в расчете на сухую массу, кг

	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
CuFeS2	16,65		14,57	16,65							47,87
CuFe2S3	5,55		9,73	8,34							23,62
NiFeS2		1,52	1,44	1,65							4,61
Fe7S8			6,02	3,93							9,95
Fe3O4			3,00		1,13						4,13
Cu2S	0,36			0,09							0,45
Ni3S2		0,10		0,03							0,10
FeS			0,20	0,11							0,31
FeO			1,58		0,45						2,03
SiO2						2,78					2,78
CaO							0,73				0,73
MgO								0,58			0,58
Al2O3									0,57		0,57
прочие										2,25	2,25
?	22,56	1,62	36,54	30,80	1,58	2,78	0,73	0,58	0,57	2,25	100

Масса воды в шихте (без флюса) равна:

6,52 + 0,73 + 0,18 = 7,43 кг.

1.4 Расчет выхода и состава штейна

Из практики работы предприятий принимаем извлечение в штейн, %: Cu - 98, Ni - 92.

Отношение массы компонента в продукте к массе этого компонента в исходном материале называется извлечением е компонента в продукт металлургического процесса.

Извлечение находится по формуле

е = P_{i пр}/ P_{i ш} ·100%, (2.1)

где P_{i пр} - масса i-го компонента в продукте; P_{i ш} - масса i-го компонента в шихте.

Зная извлечение в штейн металла и его массу в шихте, можно рассчитать массу металла в штейне по формуле:

P_{i пр} = P_{i ш} · е /100%.

Меди в штейн перейдет

22,56·0,98 =22,11 кг.

Никеля в штейн перейдет

1,62·0,92 =1,49 кг.

Плавка ведется на штейн с содержанием в нем 50% меди. В штейнах печей Ванюкова из всех компонентов наиболее высокое содержание меди, поэтому по содержанию меди в штейне определяем выход штейна. Для определения выхода штейна составляем пропорцию:

22,11 кг Cu - 50%

х кг Cu - 100% х = 44,22 кг.

Поскольку при плавке на штейн в печи Ванюкова газовая атмосфера окислительная, штейн получается окисленный. Медные окисленные штейны наряду с сульфидами цветных металлов содержат оксиды железа. С увеличением содержания меди в штейне, содержание в нем кислорода (следовательно, и оксидов) уменьшается. В богатых штейнах автогенных плавок кислород содержится в штейнах в виде магнетита. Компоненты, содержащиеся в штейне в небольших количествах, включаем при расчете в прочие. Таким образом, считаем, что штейн состоит из халькозина Cu₂S, хизлевудита Ni₃S₂, троилита FeS, магнетита Fe₃О₄ и прочих. По заданию содержание серы в штейне принимаем равным 23%, а прочих - 2,0%. Зная массу штейна и процентное содержание серы в штейне, определяем массу серы штейна:

44,22 кг штейна - 100%

х кг штейна - 23,0% х = 10,17 кг.

Аналогично находим массу прочих штейна:

44,22 кг штейна - 100%

х кг штейна - 2,0% х = 0,88 кг.

По меди определяем массу серы в халькозине и массу халькозина:

2·64 кг Cu - 32 кг S

22,11 кг Cu - х кг S х = 5,53кг.

Итого: 22,11+5,53=27,64 кг Cu₂S.

Масса серы в хизлевудите:

3·59 кг Ni - 32•2 кг S

1,49 кг Ni - х кг S х = 0,54 кг.

Итого: 1,49+ 0,54 =2,03 кг Ni₃S₂.

Сера содержится только в трех соединениях, поэтому зная общую массу серы в штейне и массу серы, связанной с медью и никелем, можно рассчитать массу серы троилита:

10,17 - 5,54 - 0,54 = 4,09 кг.

По сере определяем массу в штейне троилита:

32 кг S - 56 кг Fe

4,09 кг S - х кг Fe х = 7,16 кг.

Итого: 4,09+ 7,16 =11,25 кг

Остальное железо содержится в штейне в виде магнетита. Зная массу штейна и массы халькозина, хизлевудита, троилита и прочих в нем, можно определить массу магнетита в штейне:

44,22 - 27,64 - 2,03- 11,25 - 0,88 = 2,42 кг.

Находим массу кислорода и железа в магнетите:

232 кг Fe₃О₄ - 3•56 кг Fe

2,42 кг Fe₃О₄ - х кг Fe х = 1,75 кг.

Масса кислорода: 2,42 - 1,75 = 0,67 кг Fe₃O_4.

Полученные результаты сводим в табл. 1.8

Таблица 1.8 Выход и состав штейна

	Cu	Ni	Fe	S	O	прочие	итого
Cu2S	22,11			5,53			27,64
Ni3S2		1,49		0,54			2,03
FeS			7,16	4,09			11,25
Fe3O4			1,75		0,67		2,42
прочие						0,88	0,88
итого	22,11	1,49	8,91	10,16	0,67	0,88	44,22
%	50	3,37	20,15	23,0	1,5	2,0	100

По массе штейна и массе компонентов в штейне определяем процентное содержание остальных компонентов, кроме меди и серы, процентное содержание которых в штейне было задано.

Рассчитаем процентное содержание в полученном штейне никеля:

44,22 кг штейна - 100%

1,49 кг Cu - х % х = 3,37%.

1.5 Расчет выхода и состава шлаковой основы (без учета флюса)

Безвозвратные потери цветных металлов с технологическими газами по данным практики составляют 0,9%. С технологическими газами выносятся из печи и другие компоненты шихты, в расчетах этими потерями пренебрегают, т.к. они незначительны. Кроме того, все компоненты за исключением цветных металлов необходимо по возможности максимально перевести в отвальный шлак, который далее металлургической переработке не подвергается и направляется в шлакоотвал.

В газовую фазу перейдет цветных металлов:

Cu: 22,56·1/100 = 0,23 кг;

Ni: 1,62·1/100 = 0,0162 кг.

Для расчета принята десульфуризация 62%. Так как десульфуризация является извлечением серы в газовую фазу, то содержание серы в технологических газах будет равно

30,80·0,62 = 19,10 кг.

Сера в технологических газах содержится в виде диоксида SO₂ и триоксида SO₃ серы. Так как содержание триоксида серы в технологических газах незначительно, то им пренебрегаем, считая, что вся сера в газовой фазе содержится в виде диоксида.

Найдём массу O₂ в отходящих газах по сере:

32 кг S - 2·16 кг О

19,10 кг S - х кг О х = 19,10 кг.

Масса сырья, загруженного в печь по закону сохранения массы, должна равняться массе продуктов, выгружаемых из печи. Таким образом, каждый из компонентов шихты распределяется между продуктами плавки (штейном, шлаком и отходящими газами). Зная массу компонентов в шихте и в продуктах плавки (штейне и технологических газах), можно по разности определить массу компонентов, перешедших из шихты в шлаковую основу. Таким образом, определяется масса в шлаковой основе всех компонентов за исключением кислорода. Кислород, содержащийся в шлаковой основе, в большей степени поступает из дутья, замещая серу в процессе окисления сульфидов.

Масса кислорода шлаковой основы рассчитывается по массе железа в ней. По данным практики в шлаке печи Ванюкова содержится от 5,7 до 6,5% магнетита. Остальное железо находится в шлаке в форме вюстита. При расчете выхода и состава шлаковой основы содержание магнетита в шлаке принято 6,1%.

Для удобства расчета заносим данные в таблицу 1.9.

Таблица 1.9 Выход и состав шлаковой основы (без учета кислорода), кг

Компоненты	Cu	Ni	Fe	S	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
Загружено:
Шихта	22,56	1,62	36,54	30,80	2,78	0,73	0,58	0,57	2,25	98,42
Получено:
Штейн	22,11	1,49	8,91	10,46					0,88	43,85
Шлаковая основа	0,22	0,11	27,63	1,24	2,78	0,73	0,58	0,57	1,37	35,22
Отходящие газы	0,23	0,0162		19,10						19,35
Итого продуктов	22,56	1,62	36,54	30,80	2,78	0,73	0,58	0,57	2,25	98,42

Рассчитаем массу магнетита в шлаковой основе:

35,22·6,1/100 = 2,15 кг.

Найдем массу железа в магнетите шлака:

232 кг Fe₃О₄ - 3•56 кг Fe

2,15 кг Fe₃О₄ - х кг Fe х = 1,56 кг.

Масса кислорода в Fe₃O₄

2,15 - 1,56 = 0,59 кг.

Т.к масса меди в сульфидном соединении принята раной 80%, рассчитаем массу меди в халькозине:

0,22·80/100 = 0,176

Тогда масса меди в оксиде меди будет равна:

0,22 - 0,176 = 0,044

Рассчитаем массу серы в халькозине:

2·64 кг Cu - 32 кг S

0,176 кг Cu - x кг S x = 0,044 кг.

Итого: 0,176 + 0,044 = 0,22 кг Cu₂S

Рассчитаем массу кислорода в оксиде меди:

2·64 кг Cu - 16 кг О

0,044 кг Cu - x кг О x = 0,0055 кг.

Итого: 0,044 + 0,0055 = 0,0495 кг Cu₂О

Т.к масса никеля в сульфидном соединении принята раной 60%, рассчитаем массу никеля в хизлевудите:

0,11·60/100 = 0,066

Тогда масса никеля в оксиде никеля будет равна:

0,11 - 0,066 = 0,044

Рассчитаем массу серы в хизлевудите:

3·59 кг Ni - 32·2 кг S

0,066 кг Ni - x кг S x = 0,024 кг.

Итого: 0,066 + 0,024 = 0,09 кг Cu₂S

Рассчитаем массу кислорода в оксиде никеля:

59 кг Ni - 16 кг О

0,044 кг Cu - x кг О x = 0,012 кг.

Итого: 0,044 + 0,012 = 0,056 кг NiО

Рассчитаем массу серы в троилите:

1,24 - 0,044 - 0,024 = 1,172 кг.

По сере находим массу железа в троилите:

32 кг S - 56 кг Fe

1,172 кг S - x кг Fe x = 2,051 кг.

Итого: 1,172 + 2,051 = 3,223 кг FeS

Тогда масса железа в вюстите

27,63 - 1,56 - 2,051 = 24,019 кг.

Рассчитаем массу кислорода в закиси железа:

56 кг FeO - 16 кг О

24,019 кг FeO - х кг О х = 6,86 кг.

Масса вюстита

24,019 + 6,86 = 30,88 кг.

Масса шлаковой основы с учетом кислорода

35,22 + 7,47= 43,58 кг.

Для удобства расчета заносим данные в таблицу 1.10.

Таблица 1.10 Выход и состав шлаковой основы (c учетом кислорода), кг

	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
Cu2S	0,176			0,044							0,22
Cu2O	0,044				0,0055						0,0495
Ni3S2		0,066		0,024							0,09
NiO		0,044			0,012						0,056
Fe3O4			1,56		0,59						2,15
FeO			24,019		6,86						30,88
FeS			2,051	1,172							3,223
SiO2						2,78					2,78
CaO							0,73				0,73
MgO								0,58			0,58
Al2O3									0,57		0,57
прочие										2,25	2,25
?	0,22	0,11	27,63	1,24	7,47	2,78	0,73	0,58	0,57	2,25	43,58

1.6 Расчет потребности флюса (песчаника)

Шлак играет важную роль при плавке. От состава шлака зависит распределение цветных металлов между штейном и шлаком. С целью уменьшения потери цветных металлов со шлаками опытным путем подбирается оптимальный состав шлака. Для доводки состава шлака до оптимального состава, вместе с перерабатываемым сырьем в печь загружаются флюсовые материалы. При плавке в печи Ванюкова сульфидного медного сырья в качестве флюса используют песчаник, доводя им содержание кремнезема SiO₂ в шлаке до 29-33%.

Рассчитаем массовую долю SiO₂ в полученной в результате металлургического расчета шлаковой основе:

43,58 кг основы - 100%

2,78 кг SiO₂ - х % х = 6,38%.

В шлаковой основе содержится 6,38% кремнезема. Принято по заданию, что плавка ведется на шлак с содержанием 31% SiO₂. Для доведения состава шлака до оптимального используется песчаник, содержащий 78,6% кремнезема.

Для определения массы необходимого для плавки шихты песчаника составляем систему уравнений:

x = y + масса шлаковой основы,

0,31x = масса SiO₂ в шлаке + 0,786y,

где x - масса шлака; y - масса флюса; 0,31 - процентное содержание кремнезема SiO₂ в шлаке, выраженное в долях единицы; 0,786 - процентное содержание кремнезема в песчанике, выраженное в долях единицы. Подставим численные значения в систему уравнений:

x = y + 43,58, x = y + 43,58,

0,31 x = 2,78 + 0,786 y; 0,31(y + 43,58) =2,78 + 0,786y.

Решив систему уравнений, найдем неизвестные величины:

y = 22,54 кг, x = 66,12 кг.

Масса SiO₂ в песчанике

0,786 · 22,54 = 17,72кг.

Рассчитаем массу остальных компонентов в песчанике:

CaO: 22,54 кг - 100%

х кг - 1,08% х = 0,243 кг;

MgO: 22,54 кг - 100%

х кг - 0,36% х = 0,081кг;

Fe: 22,54 кг - 100 %

х кг - 1,73% х = 0,39 кг;

Al₂O₃: 22,54 кг - 100%

х кг - 7,8% х = 1,76 кг;

Fe₂O₃: 22,54 кг - 100%

х кг - 2,47% х = 0,56 кг.

Массу прочих в песчаники находим по разности

22,54 - 17,72 - 0,243 - 0,081 - 0,39 - 1,76 - 0,56 = 1,786 кг.

Найдем массу железа и кислорода в гематите Fe₂O₃:

160 кг Fe₂O₃ - 48 кг O

0,56 кг Fe₂O₃ - х кг O х = 0,168 кг.

Масса железа в гематите

0,56 - 0,168 = 0,392 кг.

Масса железа в песчанике

0,39 + 0,392 = 0,782 кг.

Песчаник содержит влаги 4,2-5,3%. Содержание влаги в песчаники принято 5,2%.

Масса воды в песчанике:

22,54 кг песчаника - 94,8%

х кг песчаника - 5,2% х =1,17 кг.

Все компоненты флюса переходят в шлак, поэтому для определения массы и состава шлака необходимо сложить компоненты шлаковой основы и песчаника. Для наглядности расчета выхода шлака заполняем таблицу 1.11.

Таблица 1.11 Выход и состав шлака, кг

Компоненты	Cu	Ni	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	прочие	?
Шлаковая основа	0,22	0,11	27,63	1,24	7,47	2,78	0,73	0,58	0,57	2,25	43,58
Песчаник			0,782		0,168	17,72	0,243	0,081	1,76	1,786	22,54
Шлак	0,22	0,11	28,412	1,24	7,638	20,50	0,973	0,661	2,34	4,036	66,12

1.7 Расчет дутья

Для протекания окислительных реакций и горения природного газа, сжигаемого для поддержания заданной температуры в печи, необходим кислород. В печи Ванюкова в качестве дутья используют кислородно-воздушную смесь (КВС). Обогащение кислородом КВС составляет 60-95% (об.). Обогащение КВС кислородом для расчета принято 75%.

Потребность кислорода на окисление компонентов шихты определяется как разность между его содержанием в продуктах плавки и исходном сырье:

О_дутья = О_шлака + О_штейна + О_{газ.фаз} - О_шихты - О_{песчаника} =

= 7,638 + 0,67 + 19,10 - 1,58 - 0,168 = 25,66 кг.

Содержание кислорода в воздухе равно 21% (об.). Обогащение дутья кислородом принимается 75%, содержание кислорода в технологическом кислороде 95%.

По формуле (1.1) рассчитаем объем, занимаемый данной массой кислорода при нормальных условиях:

= 22,4 · 25,66/32 = 17,96 м³.

Для определения потребляемых при плавке объемов технологического воздуха и кислорода составим систему уравнений, обозначив за х объем технологического воздуха, а за у - объем технологического кислорода:

0,21х + 0,95у =17,96,

0,75(х + у) = 17,96.

Из второго уравнения выразим х:

х = 23,95 - у.

Подставив значение х в первое уравнение, получим:

у = 17,47 м³, х = 6,48 м³.

Проверка:

0,75(17,47 + 6,48) = 17,96.

Объем кислорода в технологическом кислороде

17,47 · 0,95 = 16,60 м³.

Объем азота в технологическом кислороде

17,96 - 16,60 = 1,36 м³.

В воздухе объем кислорода

6,48·0,21 = 1,36 м³.

Объем азота в технологическом воздухе

6,48 - 1,36 = 5,12 м³.

Масса кислорода в технологическом кислороде

32·16,60/22,4 = 23,71 кг.

Подобные документы

• Взвешенная плавка сульфидных медных концентратов на штейн

  Обоснование технологии переработки сульфидного медьсодержащего сырья. Достоинства и недостатки плавки. Химические превращения составляющих шихты. Расчет минералогического состава медного концентрата. Анализ потенциальных возможностей автогенной плавки.
  
  дипломная работа [352,2 K], добавлен 25.05.2015
  

• Основы расчета материального баланса плавки

  Расчет материального баланса плавки в конвертере. Определение среднего состава шихты, определение угара химических элементов. Анализ расхода кислорода на окисление примесей. Расчет выхода жидкой стали. Описание конструкции механизма поворота конвертера.
  
  реферат [413,6 K], добавлен 31.10.2014
  

• Расчет мартеновской плавки

  Определение среднего состава металлошихты, состава металла по расплавлении, количества руды в завалку, количества шлака, образующегося в период плавления, состава металла перед раскислением, количества руды в доводку. Расчет материального баланса.
  
  курсовая работа [135,8 K], добавлен 25.03.2009
  

• Расчет доменного процесса

  Конструкция и принцип работы доменной печи. Расчет шихты на 1 тонну чугуна, состава и количества колошникового газа и количества дутья. Определение материального и теплового балансов доменной плавки. Расчет профиля доменной печи (полезная высота и объем).
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.05.2011
  

• Расчет плавки цветных металлов

  Расчет шихты для получения медного штейна методом автогенной плавки "оутокумпу". Проведение расчета шихты для плавки окисленных никелевых руд в шахтной печи. Материальный баланс плавки агломерата на воздухе, обогащенном кислородом, без учета пыли.
  
  контрольная работа [36,4 K], добавлен 15.10.2013
  

• Расчет комплекса печи для плавки медного сульфидного концентрата во взвешенном состоянии

  Общая характеристика автогенных процессов. Структура пирометаллургического процесса. Расчет теплового баланса для переработки медного концентрата. Сущность плавки сульфидного сырья во взвешенном состоянии. Печь взвешенной плавки как объект управления.
  
  дипломная работа [5,1 M], добавлен 06.03.2012
  

• Расчет участка приготовления шихты

  Выбор марки стекла, его характеристики. Роль оксидов в стекле. Расчет состава шихты и производственной программы цеха. Описание технологической схемы. Расчет площадей и емкостей складов сырья, расходных бункеров. Расчет оборудования склада сырья.
  
  контрольная работа [137,1 K], добавлен 23.03.2012
  

• Плавка во взвешенном состоянии

  Плавка во взвешенном состоянии в атмосфере подогретого дутья и технологического кислорода. Рациональный состав Cu-концентрата. Расчет концентрата с учетом уноса пыли. Расчет рационального состава штейна. Состав и количество шлака при плавке без флюсов.
  
  контрольная работа [26,7 K], добавлен 11.03.2011
  

• Технические расчеты процессов плавки стали в кислородных конвертерах

  Определение параметров процесса плавки стали в конвертере с верхней подачей дутья: расчет расход лома, окисления примесей металлической шихты, количества и состава шлака. Выход жидкой стали перед раскислением; составление материального баланса плавки.
  
  курсовая работа [103,4 K], добавлен 19.08.2013
  

• Расчет шихты, материального и теплового балансов доменной плавки

  Технология получения чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья. Материальный баланс доменной плавки, приход и расход тепла горения углерода кокса и природного газа.
  
  курсовая работа [303,9 K], добавлен 30.12.2014
  

• Черная металлургия

  Характеристика металлургической ценности руды. Обоснование технологической схемы подготовки руды к доменной плавке. Расчет массы и состава шлака, образующегося в доменной печи при выплавке чугуна. Определение состава и количества конвертерного шлака.
  
  курсовая работа [1,7 M], добавлен 06.12.2010
  

• Расчет доменной шихты

  Химический состав компонентов шихты. Определение состава доменной шихты. Составление уравнений баланса железа и основности. Состав доменного шлака, его выход и химический состав. Анализ состава чугуна и его соответствие требованиям доменной плавки.
  
  контрольная работа [88,4 K], добавлен 17.05.2015
  

• Расчет общего теплового баланса доменной плавки

  Расчет окисления СО в СО2 в процессе непрямого восстановления железа и примесей. Определение шихты на 1 тонну чугуна, состава и количества колошникового газа и количества дутья. Теплосодержание чугуна по М.А. Павлову. Анализ диссоциации оксидов железа.
  
  контрольная работа [18,1 K], добавлен 06.12.2013
  

• Расчет материального баланса плавки стали марки 38ХН3МФ в основной дуговой печи вместимостью 120 тонн

  Расчет шихты для плавки, расхода извести, ферросплавов и феррованадия. Материальный баланс периода плавления. Количество и состав шлака, предварительное определение содержания примесей металла и расчет массы металла в восстановительном периоде плавки.
  
  курсовая работа [50,9 K], добавлен 29.09.2011
  

• Расчет технологических параметров производства силикатных материалов

  Расчет сырьевой смеси и горения газообразного топлива. Изготовление на производстве портландцементного клинкера. Изучение химического состава сырьевых компонентов. Определение массового, объемного расхода топлива и материального баланса его состава.
  
  контрольная работа [397,0 K], добавлен 10.01.2015
  

• Определение основных параметров технологии плавки IF-стали в конвертере с верхней подачей дутья

  Методика упрощенного расчета параметров технологии плавки IF-стали в конвертере с верхней подачей дутья. Расчет выхода жидкой стали перед раскислением, составление материального баланса. Определение расхода материалов на плавку, выхода продуктов.
  
  курсовая работа [65,6 K], добавлен 31.05.2010
  

• Технологическая линия по производству сортовой посуды механизированным способом

  Разработка технологической схемы производства сортовой посуды. Классификация и ассортимент изделий из хрусталя. Характеристика сырья, обоснование химического состава и расчет шихты, материального баланса, оборудования. Контроль качества готовой продукции.
  
  курсовая работа [6,4 M], добавлен 03.03.2014
  

• Подготовка и конденсация воды

  Расчет и корректировка исходного состава воды, коагуляция с известкованием, содированием и магнезиальным обескремниванием. Оборотные системы охлаждения, расчет осветлителя и состава воды после осветлителя, проверка и корректировка состава исходной воды.
  
  курсовая работа [169,1 K], добавлен 25.11.2010
  

• Цех обогащения фабрики для переработки железной руды

  Изучение вещественного состава руды. Выбор и расчет мельниц первой и второй стадий измельчения, гидроциклонов, магнитных сепараторов. Расчет дешламатора для операции обесшламливания. Требования к качеству концентрата. Расчет водно-шламовой схемы.
  
  курсовая работа [120,0 K], добавлен 15.04.2015
  

• Проектирование в условиях г. Владикавказа отделения обжига гранулированного молибденитового концентрата производительностью 6800 т/год

  Обзор способов переработки молибденитового концентрата, все достоинства и недостатки каждого из них. Расчет рационального состава концентрата. Выбор и расчет основного оборудования и вспомогательного оборудования. Методы очистки отходящих газов из печи.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 10.03.2015
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам