Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

Плавка сульфидных медных концентратов на штейн в печи Ванюкова

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

3.3.1 Расчёт рационального состава концентрата

Состав концентрата, % масс.: Cu – 26,0; Fe- 15,0; S – 23,0; SiO₂ – 13,5; CaO – 7,2; MgO – 7,5; Al₂O₃ – 5,5; прочие – 2,3. Расчёт ведём на 100 кг концентрата. Принимаем, что в концентрате серу содержащими минералами являются халькопирит (CuFeS₂), ковеллин (CuS) и пирит (FeS₂).

Содержание меди, железа и серы в минералах составляет:

CuFeS₂: Cu – 34,62 %; S – 34,95 %; Fe – 30,43 %

CuS: Cu – 66,46 %; S – 33,54 %

FeS₂: Fe – 46,6 %; S - 53,4 %

Обозначим через х кг массу халькопирита, y кг массу ковеллина и z кг массу пирита. С учётом этого составим балансовые уравнения по компонентам Сu, Fe и S:

Cu:

0,3462x + 0,6646y = 26,0 (1)

Fe:

0,3043x + 0,466z = 15,0 (2)

0,3495x + 0,3354y + 0,534z = 23,0 (3)

Комбинирование уравнений (2) и (3), исключим из этих уравнений z.

0,3043x + 0,466z = 15,0 × 0,534 (2)

0,3495x + 0,3354y + 0,534z = 23,0 × 0,466 (3)

Вычитая из уравнения (2) уравнение (3), получим:

0,3043∙ 0,534x - 0,466∙0,3495x - 0,466∙0,3354y = 15,0 ∙0,534 – 23,0 ∙0,466

или

0,0004х + 0,1563у = 2,708.

В результате получим два уравнения с двумя неизвестными, комбинирование которых, даёт:

0,3462x + 0,6646y = 26,0 × 0,0004

0,0004х + 0,1563у = 2,708 × 0,3462

После преобразований получим:

0,0004∙0,6646у - 0,1563∙0,3462у = 26,0∙0,0004 -2,708∙0,3462

0,0538у = 0,9271

у = 17,23

Подставляя значение у в уравнение (1), получим:

0,3462x + 0,6646∙17,23 = 26,0

х = 42,02

После подстановки значения х в уравнение (2) получим

0,3043∙42,02 + 0,466z = 15,0

z = 4,75

Таким образом, в 100 кг концентрата содержится 42,02 кг CuFeS₂, 17,23 кг CuS и 4,75 кг FeS₂. В них содержится компонентов:

CuFeS₂: Cu – 0,3462∙42,02 = 14,55 кг CuS: Cu – 0,6646∙17,23 = 11,45 кг

Fe – 0,3043∙42,02 = 12,79 кг S – 0,3354∙17,23 = 5,78 кг

S- 0,3495∙42,02 = 14,68 кг

FeS₂: Fe – 0,466∙4,75 = 2,21 кг

S – 0,534∙4,75 = 2,54 кг

Полученные расчётные данные сводим в таблицу.

Таблица 30 - Рациональный состав концентрата, % масс.

Минерал Компонент	CuFeS₂	CuS	FeS₂	SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	Прочие	Итого
Cu	14,55	11,45							26,0
Fe	12,79		2,21						15,0
S	14,68	5,78	2,54						23,0
SiO₂				13,5					13,5
CaO					7,2				7,2
MgO						7,5			7,5
Al₂O₃							5,5		5,5
Прочие								2,3	2,3
Итого	40,02	17,23	4,75	13,5	7,2	7,5	5,5	2,3	100

3.3.2 Расчёт десульфуризации за счёт процесса разложения высших сульфидов

Десульфуризация в процессе Ванюкова осуществляется как за счёт диссоциации высших сульфидов, так за счёт окисления сульфидов железа кислородом дутья.

В процессе плавки минерал халькопирит разлагается по уравнению

4CuFeS₂ = 2Cu₂S + 4FeS + S₂

При этом в газовую фазу переходит серы

= 3,67 кг

При этом образуется

= 18,22 кг Cu₂S

= 20,13 кг FeS.

Ковеллин разлагается по уравнению

4CuS = 2Cu₂S + S₂

По этой реакции в газовую фазу переходит серы

= 2,89 кг

При этом образуется

= 14,34 Cu₂S

В процессе плавки пирит разлагается по реакции

2FeS₂ = 2FeS + S₂

При этом в газовую фазу переходит серы

1,27 кг

и образуется

= 3,48 кг FeS

Количество сульфида железа FeS, которое образуется за счёт разложения высших сульфидов, составит

20,13 + 3,48 = 23,61 кг

Количество серы, которое перейдёт в газовую фазу в процессе плавки за счёт диссоциации высших сульфидов, составит:

3,67 + 2,89 + 1,27 = 7,83 кг

Окисление элементарной серы протекает по реакции

S₂+ 2О₂ = 2SО₂

На окисление этой серы затрачивается кислорода

= 7,83 кг

3.3.3 Предварительный расчёт количества и состава штейна и степени десульфуризации

В процессе Ванюкова обычно получают штейны с содержанием меди порядка 40- 60 %. Принимаем содержание меди в штейне 50%. Извлечение меди в штейн в процессе Ванюкова составляет порядка 95-97%. Принимаем извлечение меди в штейн 97%. Тогда в штейн перейдёт

26∙0,97 = 25,22 кг Cu.

Количество меди, перешедшей в шлак, составит

26,0 – 25,22 = 0,78 кг

Считаем, что медь в шлаке находится в виде Cu₂S. Тогда в шлак вместе с медью перейдёт

= 0,2 кг S.

Тогда масса штейна составит

= 50,44 кг

В соответствии с правилом Мостовича, среднее содержание серы в штейне составляет 25%. Тогда масса серы в штейне составит

50,44∙0,25 = 12,61 кг

Вся медь в штейне связана с серой в виде Сu₂S. Количество серы, связанной с медью в штейне, составит

= 6,36 кг.

Масса Cu₂S в штейне составит

= 31,58 кг

Остальная сера в штейне связана с железом в виде FeS

12,61 – 6,36 = 6,25 кг

Количество железа в штейне, связанное с серой в виде FeS, составит

= 10,89т кг

Количество FeS в штейне составит

= 17,14 кг

В штейне растворяется определённое количество магнетита, который вносит в штейн кислород. Содержание растворённого в штейне кислорода зависит от содержания в нём меди (таблица 31).

Таблица 31- Содержание кислорода в штейне, %.

% Cu в штейне	5	10	20	30	40	45	50	60
% О₂ в штейне	7,14	6,54	5,18	4,21	3,02	2,49	1,9	0,7

Как видно из таблицы 2, содержание кислорода в штейне с содержанием 50% Сu, концентрация растворенного в штейне кислорода составляет 1,9%, что составляет

= 0,96 кг

Количество магнетита, которое содержится в 49,92 кг штейна, составит

= 3,47 кг кг

Количество железа, которое содержится в штейне в виде магнетита, составит

= 2,51 кг

Тогда общее количество железа в штейне составит

10,89 + 2,51 = 13,40 кг

Тогда масса штейна по массе компонентов составит

31,58 + 17,14 + 3,47 = 52,19 кг

Принимаем, что содержание прочих в штейне, которые переходят в него из концентрата и конверторного шлака, составляет 1%. Тогда масса прочих составит

= 0,53 кг.

Таким образом, масса штейна составит

52,19 + 0,53 = 52,72 кг

Полученный штейн будет иметь следующий состав.

Таблица 32 – Состав медного штейна без добавки конвертерного шлака.

Компонент	Сu	Fe	S	O₂	Прочие	Всего
Масса,кг	25,22	13,40	12,61	0,96	0,53	52,72
%	47,84	25,42	23,92	1,82	1,0	100

Количество серы, удаляемое в процессе плавки из концентрата, составит

23 – 12,61 = 10,39 кг.

Тогда степень десульфуризации в процессе плавки составит

= 45,17 %

Из 10,39 кг серы, удаляемой в процессе плавки, 7,83 кг удаляются за счёт разложения высших сульфидов, 0,2 кг переходит в шлак. Остальная часть серы

10,39 – 7,83 - 0,2 = 2,36 кг

удаляется из печи за счёт окисления сульфида железа по реакции

2FeS +3O₂ = 2FeO + 2SO₂.

С эти количеством серы связано cульфида железа FeS

= 6,47 кг

При этом расходуется кислорода

= 3,53 кг

и образуется

= 5,29 кг (FeO (4,11 кг Fe; 1,18 О)

= 4,71 кг SO₂

Тогда количество расходуемого кислорода дутья на окисление серы составит

7,83 + 3,53 = 10,36 кг

На окисление этой серы затрачивается кислорода, который переходит в газовую фазу

= 2,35 кг

3.3.4 Расчёт состава штейна и шлака с учётом конвертерного шлака

Весь конвертерный шлак, образующися за счёт конвертирования штейна, направляется в плавильную печь. Состав конвертерного шлака колеблется в пределах, приведённых в таблице 2.

Конвертерный шлак, образующийся в конвертере при конвертировании медного штейна, содержит значительное количество меди и возвращается на плавку в плавильную печь.

Конвертерные шлаки, получающиеся в процессе конвертирования медных штейнов, характеризуются следующими составами.

Таблица 33 – Примерный состав конвертерных шлаков

№№ п/п	Компо- нент.	Cu	Fe	О₂	SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	S	Про-чие	Итого
1	%, масс.	1,9	43,0	14,4	21,0	2,8	8,0	2,5	2,0	4,4	100
2	%, масс.	1,7	45,0	15,1	24	1,0	5,6	3,5	1,8	2,3	100
3	%, масс.	1,8	44,0	14,7	23	1,2	8,5	2,0	1,7	3,1	100
4	%, масс.	2,0	46,0	15,4	22,0	0,7	4,5	3,0	2,1	4,3	100

В расчёте принять, что 50% железа, содержащегося в конверторном шлаке, содержится в виде FeO, a 50% в виде Fe₃O₄. Принимаем следующий состав конвертерного шлака.

Таблица 34 - Состав конвертерного шлака

Компо- нент	Cu	Fe	О₂	SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	S	Про-чие	Итого
%, масс.	2,0	46,54	15,46	22,0	0,7	4,5	3,0	2,1	4,7	100

Принимаем, что 52% железа, содержащегося в конвертерном шлаке, содержится в виде FeO, a 48% в виде Fe₃O₄.

Принимаем, что всё железо, содержавшееся в штейне, переходит в конвертерный шлак. Из 100 кг конц6нтратаполучпется 52,72 кг штуйна, в котором содержится 13,4 кг Fe. Тогда при переработке 100 кг концентрата образуется конвертерного шлака:

= 28,79 кг

Содержание компонентов в загружаемом в печь конверторном шлаке составит:

Сu- 28,79∙0,02 = 0,58 кг; Fe -28,79∙0,4654 = 13,40 кг;

О₂ – 28,79∙0,1546 =4,45 кг; S- 28,79∙0,021= 0,60 кг;

SiO₂ – 28,79∙0,22 = 6,33 кг; СаО – 28,79∙0,007 = 0,20 кг

Al₂O₃ – 28,79∙0,045 =1,30 кг; MgO – 0,03∙28,79= 0,86 кг

Прочие- 28,79∙0,037 = 1,07 кг

В конверторном шлаке содержится магнетита

= 8,61 кг

= 8,96 кг FeO,

в котором содержится железа

= 6,96 кг

и кислорода

= 2,0 кг

Всё количество FeO переходит в шлак плавки на штейн.

Принимаем извлечение меди из конверторного шлака в штейн, равное

80 %. Тогда в штейн перейдёт

28,79· 0,02 · 0,80 = 0,46 кг.

Остальная медь конверторного шлака в количестве

28,79· 0,02 · 0,2 = 0,12 кг

перейдёт в шлак плавки

При содержании меди в штейне 47,84 %, количество меди, перешедшее из конверторного шлака в штейн, даст дополнительное количество штейна

= 0,96 кг

В этот штейн и конвертерного шлака перейдёт серы

0,96∙0,2396 = 0,23 кг

Остальная сера конвертерного шлака

0,60 – 0,23 = 0,37 кг

перейдет в шлак плавки Ванюкова

Тогда в шлаке печи Ванюкова будет содержаться серы

0,2 + 0,37 = 0,57 кг

Тогда общее количество штейна в печи Ванюкова составит

52,72 + 0,96 = 53,68 кг.

Количество магнетита в конвертерном шлаке составляет 8,61 кг. Из этого количества 3,47 кг перейдёт в штейн, а остальная масса магнетита в количестве

8,61 – 3,47 = 5,14 кг

будет взаимодействовать с сульфидом железа по реакции.

3Fe₃O₄ + FeS + 5SiO₂ = 5(2FeO∙SiO₂) + SO₂

Количество серы, окисляющейся магнетитом, составит

= 0,24 кг

За счёт протекания этой реакции выделится SO₂

= 0,48 кг

С этим количеством SO₂ в газовую фазу перейдёт кислорода из конверторного шлака

= 0,24 кг

За счёт протекания этой реакции из штейна перейдёт в шлак железа в виде FeO

= 0,41 кг.

Количество образовавшегося FeO cоставит

= 0,53 кг

Количество кислорода в 0,53 кг FeO составит

= 0,12 кг

Тогда количество железа в штейне составит

13,65 – 0,41 = 13,24 кг,

А количество серы в штейне составит

12,61 – 0,24 = 12,37 кг.

Из 5,14 кг магнетита образуется FeО

= 4,78 кг

В 4,78 кг FeO содержится

= 3,72 кг Fe

= 1,06 кг

Таким образом, в шлак печи Ванюкова перейдёт FeO

5,29 + 8,96 + 4,78 + 0,53 =19,56 кг

в котором содержится

= 15,20 кг Fe

= 4,36 кг О₂

В шлак медь переходит из штейна и конверторного шлака. Количество меди в шлаке составит:

0,78 + 0,12 = 0,90 кг

Медь в шлаке находится в виде Cu₂S. Тогда в шлаке будет серы

= 0,23 кг

В газовую фазу перейдёт серы:

7,83 + 2,36 + 0,24 = 10,43 кг

и кислорода

7,83 + 2,35 + 0,24 = 10,42 кг

В газовой фазе будет кислорода за счёт дутья

7,83 + 2,35 = 10,18 кг

В просе плавки применяем дутьё, обогащённое кислородом до 60%. Тогда масса азота в дутье составит

= 7,57 кг

Все другие оксиды конверторного шлака и прочие переходят в шлак плавки печи Ванюкова.

Прочие шлака и концентрата распределяются между прочими штейна и шлака плавки печи Ванюкова.

Составим материальный баланс плавки медного концентрата в печи Ванюкова без добавки флюсов.

Таблица 35- Материальный баланс плавки медных концентратов в печи Ванюкова без добавки флюсов

Шихта	Всего,кг	Cu	Fe	O₂	S	SiO₂	A₂O₃	MgO	CaO	N₂	Проч.

Загружено

Концентрат

100

26,0

15,0

23,0

13,5

5,5

7,5

7,2

2,3

Кон. шлак

28,79

0,58

13,40

4,45

0,60

6,33

1,30

0,86

0,20

1,07

Дутьё

18,93

11,36

7,57

Итого

147,66

26,58

28,40

15,81

23,60

19,83

6,80

8,36

7,40

7,57

3,37

Получено

Шлак

66,25

0,90

15,20

4,36

0,57

19,83

6,80

8,36

7,40

2,83

Штейн

52,79

25,68

13,24

0,96

12,37

0,54

Газы

28,56

10,42

10,63

7,57

Итого

147,60

26,58

28,44

15,74

23,57

19,83

6,80

8,36

7,40

7,57

3,37

Невязка составляет ∙100 = 0,03%

Рассчитаем состав шлака плавки Ванюкова без добавки флюсов, считая, что железо в шлаке находится в виде FeO.

Таблица 36- Состав шлака без добавки флюсов

Компо- нент	Cu	FeО(Fe)	S	SiO₂	A₂O₃	MgO	CaO	Пр	Всего
Масса, кг	0,9	19,56(15,20)	0,57	19,83	6,80	8,36	7,40	2,83	66,25
% масс.	1,36	29,52(22,94)	0,86	29,93	10,26	12,62	11,17	4,28	100

3.3.5 Расчёт состава штейна и шлака с учётом добавки флюсов

При плавке медных концентратов в печи Ванюкова в шлаке поддерживается соотношение (% масс.) между основными компонентами шлака

Fe: SiO₂: CaO = 44: 30: 2

В полученном шлаке это соотношение составляет

Fe: SiO₂: CaO = 22,94: 29,93: 11,7

Из соотношения видно, что в шлаке в большом избытке присутствует СаО. Рассчитаем массу шлака по этому компоненту.

= 370 кг

Для получения шлака нужного состава в шихту необходимо добавит флюсы: железную руду и известняк.

Принимаем следующий состав флюсов.

Таблица 37 - Состав флюсов

Флюс. Компонент	Содержание, % масс.
Флюс. Компонент	Известняк	Кварцевая руда	Железная руда
SiO₂	5,0	86,0	4,0
FeO(Fe)		7,0 (5,41)	88 (68,40)
CaO	50,0
Al₂O₃		3,0	5,0
СО₂	39,0
MgO	2,0	2,0	2,0
Прочие	4,0	2,0	1,0

Количество железа, которое должно содержаться в шлаке, составит

370∙0,44 = 162,0 кг

Тогда в шихту необходимо добавить

162,0 – 15,2 = 146,8 кг Fe ( = 42,06 кг О₂)

Для этого в шихту необходимо ввести железной руды

= 214,61 кг

С железной рудой в шлак перейдёт:

214,61∙0,04 = 8,58 кг SiO₂, 214,61∙0,05 = 10,73 кг Al₂O₃,

214,61∙0,02 = 4,29 кг MgO и 214,61∙0,01 = 2,15 кг прочих.

Тогда в шлаке будет находиться

19,83 + 8,58 кг = 28,41 кг SiO₂

В шлаке должно находиться

370∙0,3 = 111,0 кг SiO₂

В шихту необходимо внести

111,0 – 28,41 = 82,59 кг SiO₂

Для этого в шихту надо добавить кремневого флюса

= 96,03 кг

С кварцевым флюсом в шлак перейдёт:

96,03∙0,0541 = 5,20 кг Fe, ( = 1,49 кг О₂); 96,03∙0,03 = 2,89 кг Al₂O₃,

96,03∙0,02 = 1,93 кг MgO; 96,03∙0,02 = 1,93 кг прочих.

Таким образом, в шлак перейдёт оксидов:

Fe: 15,20 + 146,9 + 5,20 = 167,3 кг или ( = 47,93 кг О₂;)

SiO₂: 19,83 + 8,58 + 82,59 =111,0 кг;

СаО: 7,4 кг;

Al₂O₃: 6,80 + 10,73 + 2,89 = 20,42 кг;

MgO: 8,36 + 4,29 + 1,93 = 14,58 кг;

Прочие: 2,83 + 2,15 + 1,93 = 6,91 кг

На основании выполненных расчётов составляем полный материальный баланс плавки в печи Ванюкова

Таблица 38 – Полный материальный баланс плавки

Шихта	Всего,кг	Cu	Fe	O₂	S	SiO₂	A₂O₃	MgO	CaO	N₂	Проч.
Загружено
Концентрат	100	26,0	15,0		23,0	13,5	5,5	7,5	7,2		2,3
Кон. шлак	28,79	0,58	13,40	4,45	0,60	6,33	1,30	0,86	0,20		1,07
Железная руда	214,61		146,8	42,06		8,58	10,73	4,29			2,15
Кварцевая руда	96,03		5,20	1,49		82,59	2,89	1,93			1,93
Дутьё	18,93			11,36						7,57
Итого	458,36	26,58	180,40	59,36	23,60	111,0	20,42	14,58	7,40	7,57	7,45
Получено
Шлак	377,01	0,90	167,3	47,93	0,57	111,0	20,42	14,58	7,40		6,91
Штейн	52,79	25,68	13,24	0,96	12,37						0,54
Газы	28,56			10,42	10,63					7,57
Итого	458,36	26,58	180,54	59,31	23,57	111,0	20,42	14,58	7,40	7,57	7,45

Таким образом, в результате плавки медного концентрата в печи Ванюкова получаем штейн и шлак следующего состава.

Таблица 39 – Состав шлака

Компо- нент	Cu	FeО(Fe)	S	SiO₂	A₂O₃	MgO	CaO	Пр	Всего
Масса, кг	0,9	215,23(167,3)	0,57	111,0	20,42	14,58	7,40	6,91	377,01
% масс.	0,24	57,09(44,36)	0,15	29,44	5,42	3,87	1,96	1,83	100

Соотношение основных компонентов шлака составляет

Fe: SiO₂: CaO = 44,36: 29,44:1,96,

что мало отличается от рекомендуемого соотношения

Таблица 40 – Состав штейна

Компонент	Сu	Fe	S	O₂	Прочие	Всего
Масса,кг	25,68	13,24	12,37	0,96	0,54	52,79
%, масс.	48,65	25,08	23,43	1,82	1,02	100

3.3 6 Расчёт состава отходящих газов.

В процессе плавки за счёт диссоциации высших сульфидов в газовую фазу переходит 7,83 кг серы. Элементарная сера окисляется кислородом дутья по реакции

S₂ + 2O₂ = 2SO₂.

На окисление элементарной серы расходуется 7,83 кг О₂. При этом образуется

7,83 + 7,83 = 15,66 кг SO₂

В процессе плавки 2,36 кг серы окисляется по реакции

2FeS +3O₂ = 2FeO + 2SO₂.

При этом расходуется 3,53 г кислорода и образуется 4,71 кг SO₂.

Кроме того, 5,12 кг магнетита конвертерного шлака окисляют сульфид железа по реакции

3Fe₃O₄ + FeS + 5SiO₂ = 5(2FeO∙SiO₂) + SO₂

При этом образуется 0,48 кг SO₂.

Таким образом, в процессе плавки образуется

15,66 + 4,71 + 0,48 = 20,85 кг SO₂

C кислородом дутья в печь поступает 7,57 кг N₂.

Если принять влажность шихты 5,2% то при переработке 439,43 кг шихты и дутья в газовую фазу перейдёт

= 24,1 кг Н₂О.

Считая отходящие газы идеальным газом, рассчитаем объём каждого газа по уравнению Менделеева - Клапейрона при нормальных условиях:.

V =

где g- масса газа, кг;

М - масса одного кмоль газа,кг;

22,4 - объём, занимаемый одним кмоль газа при нормальных условиях, м³

V - объём газа,м³

Тогда объём каждого газа в отходящих газах составит:

SO₂ - = 7,29 м³

N₂ - = 6,06 м³

Н₂О - = 30,02 м³

Полученные данные сведём в таблицу

Таблица 41 – Состав отходящих газов

Компонент	SO₂	N₂	H₂O	Всего
Масса,кг	20,85	7,57	24,1	52,52
м³	7,29	6,06	30,02	43,37
%, об.	16,81	13,97	69,22	100

3.3.7 Расчёт теплового баланса плавки

3.3.7.1 Исходные данные для расчёта

Принимаем величины теплоёмкостей для

С_шт.= 0,941 кДж/(кг∙град.)

С_шл..= 1,42 кДж/(кг∙град.)

С_ших.= 0,84 кДж/(кг∙град.)

С_пыль.= 0,84 кДж/(кг∙град.)

С_SO₂= 2,298 кДж/(нм³∙град.)

С_N₂= 1,423 кДж/(нм³∙град.)

С_H₂_O_(газ)= 1,803 кДж/(нм³∙град.)

С_О2 = 1,309 кДж/(нм³∙град.)

С_воз.= 1,443 кДж/(нм³∙град.)

С_СО2 = 2,289 кДж/(нм³∙град.)

Температура поступающих в печь материалов 25^оС.

Температура выпускаемого штейна 1180^оС.

Температура выпускаемого шлака 1200 ^оС.

Температура отходящих газов 1250^оС

3.3.7.2 Статьи прихода тепла

3.3.7.2.1 Тепло экзотермических реакций

За счёт окисления элементарной серы 7,83 кг S по реакции

S₂ + 2O₂ = 2SO₂ ΔH = -593,8 кДж

выделится тепла

= 72512 кДж.

За счёт окисления 6,47 кг FeS по реакции

2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂ ΔH = -922,96 кДж

выделяется теплоты

= 33964 кДж.

За счёт реакции ошлакования 2215,23 кг FeO по реакции

2FeO + SiO₂ = 2FeO∙SiO₂ ΔH = -34,3 кДж

выделится теплоты

= 51374 кДж.

С оксидом железа связано SiO₂

= 90 кг.

Количество SiO₂, несвязанное с FeO, составит

111,0 – 90,0 = 21,0 кг

Часть этого кремнезёма будет связана с СаО по реакции

SiO₂ + CaO = CaO∙SiO₂ ΔH = -37,54 кДж

За счёт ошлакования 7,4 кг выделится тепла

= 4954 кДж.

За счёт протекания экзотермических реакций выделяется тепла

72512 + 33964 + 51374 + 4954 = 162804 кДж.

3.3.7. Тепло, поступающее с загружаемыми в печь материалами

Поступающее в печь с загружаемыми материалами тепло рассчитаем по уравнению

Q = C∙g∙t

где Q – поступаемое тепло, кДж;

С- теплоёмкость загружаемого в печь материала, кДж/(кг∙град.);

t – температура загружаемого в печь материала, ^оС.

Тепло, поступающее в печь с шихтой, составит

439,43∙0,84∙25 = 9228 кДж.

Тепло, поступаемое в печь с дутьём, составит

(11,36∙1,309 + 7,57∙1,423)∙25 = 641 кДж.

Тепло, поступаемое в печь с загружаемыми материалами, составит

9228 + 641 = 9869 кДж.

Общее количество тепла, поступаемое в печь, составит

162804 + 9869 = 172673 кДж.

3.3.8 Статьи расхода

3.3.8.1 Тепло эндотермических реакций

2CuFeS₂=Cu₂S+2FeS+0,5S₂ ∆H =100,4 кДж

За счёт разложения 40,02 кг CuFeS₂ поглощается тепла

= 10948 кДж

2CuS = Cu₂S + 0,5S₂ ∆H = 53,56 кДж

За счёт разложения 17,23 кг CuS поглощается тепла

= 9653 кДж

FeS₂ = FeS + 0,5S₂ ∆H = 71,18 кДж

За счёт разложения 4,75 кг FeS поглощается тепла

= 2818 кДж

3Fe₃O₄ + FeS + 5SiO₂ = 5(2FeO∙SiO₂) + SO₂ ∆H = 304,14 кДж

За счёт взаимодействия 5,12 кг Fe₃O₄ поглощается тепла

= 2242 кДж.

За счёт протекания эндотермических реакций поглощается тепла

10948 + 9653 + 2818 + 2242 = 25665 кДж.

3.3.8.2 Тепло, теряемое с продуктами плавки

Тепло, теряемое с выпускаемым из печи штейном

52,79∙0,941∙1180 = 58617 кДж.

Тепло, теряемое с выпускаемым из печи шлаком

377,01∙1,42∙1200 =642525 кДж.

Тепло, теряемое с отходящими газами

(7,29∙2,287 + 6,06∙1,418 + 30,02∙1,343)∙1250 = 81490 кДж

Общие потери тепла составят

25665 + 58617 + 642525 + 81490 = 808297 кДж.

Принимаем потери тепла в окружающую среду в количестве 5% от общих потерь что составит

= 42541 кДж

Нехватка тепла составит

808297 + 42541 – 172673 = 678175 кДж.

Для компенсации потерь в печи сжигают природный газ.

3.3.8.3. Расчёт расхода топлива

Принимаем состав природного газа, % (об.): СН₄ -98,8, СО₂ – 0,8, N₂ – 0,4.

Сгорание природного газа протекает по реакции

СН₄ +2О₂ = СО₂ + 2Н₂О ∆H = - 802,28 кДж

В 1м³ природного газа содержится 0,988 м³ СН₄, 0,008 м³ СО₂ и 0,004 м³ N₂.

При сгорании 1м³ природного газа в соответствии со стехиометрией реакции сгорания образования расходуется

0,988∙2 = 1,976 м³ О₂

и образуется

0,988 м³СО₂и 2∙0,988 = 1,976 м³ Н₂О

При этом расходуется воздуха

= 9,41 м³

Принимаем избыток воздуха при сжигании природного газа α = 1,1.

Фактический расход воздуха составит

9,41∙1,1 = 10,35 м³.

В нём содержится

= 8,18 м³ или =10,23 кг N₂

= 2,17 м³ или = 3,1 кгО₂

С учётом того, что на окисление сульфида железа расходуется 0,78 кг или = 0,55 м³ O₂ и 2,61 кг или = 2,09 м³ N₂, расход воздуха составит

10,35 + 0,55 + 2,09 = 12,99 м³

В нём содержится азота и кислорода

= 10,26 м³ или N₂ и = 2,73 м³ О₂

Избыток кислорода в газовой фазе составит

2,73 – 1,98 – 0,55 = 0,2 м³.

Количество газов, образующихся в результате сгорании 1 м³ природного газа, составит:

СО₂ – 0,008 + 0,988 = 0,996 м³; Н₂О – 1,976 м³; N₂ –0,004 + 8,184 = 8,188 м³и О₂ -0,2 м³.

При сгорании 1м³ природного газа выделяется тепла

= 35386 кДж.

Означим через Х м³ количество природного газа для восполнения недостатка тепла. Количество тепла, полученного от сжигания газа, составит

35386∙Х кДж

Количество тепла, вносимое воздухом для сжигания природного газа, составит

10,35∙1,297∙25∙Х = 336∙Х кДж

Количество тепла, вносимое природным газом, составит

1,568∙25∙Х = 39,2∙Х кДж.

Потери тепла с компонентами отходящего газа от сгорания природного газа составит