p { margin-bottom: 0.21cm; } Пример 64. Определение процента десульфуризации по составу штейна Рассчитать процент десульфуризации, если при плавке медного концентрата (см. табл. 4 примера 3) получен штейн, содержащий 16% Си. Так как концентрат железистый и будет давать при плавке железистый тяжелый шлак, то принимаем содержание меди в шлаке 0,2%, а выход шлака от веса концентрата 50% (при бедном штейне выход шлака меньше, чем при богатом). Тогда извлечение меди в штейн составит, по формуле В.И. Смирнова, И = (12 - 0,5 * 0,2) / 12 * 100 - 0,5 = 98,67%. Перейдет в штейн меди 12 * 0,9867= 11,84 кг. По условию эта медь дает 16%-ный штейн. Вес штейна на 100 кг сухого концентрата будет 11,84 : 0,16 = 74 кг. При содержании в концентрате 27% S, в штейн перейдет 19,98 кг S. Общий вес серы, перешедшей в газы, шлак, пыль и т. п.: 43,0—19,98 = 23,02 кг S. Общая десульфуризация при плавке составит 23,02:43*100= 53,5%. Как легко подсчитать по табл. 4 (пример 3), десульфуризация от разложения сульфидов (халькопирита, ковеллина и пирита) при нагревании составит 19,38 кг (см. пример 55), или (19,38:43)*100 = 45%, и, следовательно, десульфуризация от окисления, от перехода в шлак и т. п. составит (23,02—19,38): 43*100 = 8,5%, или при пересчете на «нелетучую» серу 3,64: (43—19,38)*100= 15,4%. Если сопоставить два последних примера (63 и 64), то результаты расчетов практически совпадают в пределах точности расчетов и при небольших округлениях полученных цифр, но в одном случае был произведен расчет процента десульфуризации и по нему найден состав штейна, а в другом по составу штейна определен процент десульфуризации.
Пример 65. Расчет плавки сырого концентрата Подсчитать материальный баланс, количество потребных флюсов и состав отвального шлака при плавке без обжига медного концентрата (см. табл. 5 примера 4). Задачу начинаем решать с определения процента десульфуризации аналогично примеру 63. Серы, связанной в виде халькопирита (см. табл. 5 примера 4), имеется 7,54 кг, связанной в виде халькозина,—4,40 кг и с железом в виде пирита 11,06 кг на 100 кг сухого концентрата. Как известно, при нагревании халькозин не изменяется, а халькопирит и пирит разлагаются по уравнениям: 4CuFeS2=2Cu2S + 4FeS + S2 2FeS2=2FeS + S2, теряя соответственно четверть и половину связанной с ними серы. Отсюда следует, что, имея таблицу рационального состава концентрата, можно легко определить его десульфуризацию от разложения сульфидов при нагревании. В данном примере теряется от разложения халькопирита 7,54:4= 1,89 кг S
и от разложения пирита 11,06:2=5,53 кг S, а всего 1,89 + 5,53 = 7,42 кг S , что соответствует десульфуризации 7,42:23,0- 100 = 32,3%. Десульфуризацию по второй группе реакции сульфидов с окислами железа шихты мы подсчитать не можем, поэтому, по данным практики, принимаем ее для предварительного расчета равной 5% от оставшейся «твердой» серы, которой будет 23—7,42 = 15,58 кг. В данном примере штейн можно ожидать богатым и, следовательно, конвертерного шлака будет мало. Количество окислившейся серы 15,58*0,05 = 0,78 кг, десульфуризация от окисления составит 0,78:23*100 = 3,4% общая десульфуризация при плавке (0,78 + 7,42):23*100 = 35,6%. Остальные 100 — 35,6 = 64,*% S, или 23— (0,78 + 7,42) = 14,8 кг, переходят в штейн. Количество штейна, принимая в нем 25% S (считая на нормальную плавку с конвертерным шлаком), будет
14,8:25*100 = 59,2 кг. Считая извлечение меди 96%, из 100 кг сухого концентрата в штейн перейдет 25*0,96 = 24 кг Сu что соответствует 40,6% Сu в штейне. Такому штейну по таблице Аветисяна (см. табл. 21) соответствует 3,02% 02. Составляем табл. 212 ориентировочного состава штейна. Принимаем расчетный состав конвертерного шлака: 2,0% Сu; 26,1% SiO2; 15.0%Fe3O4; 50.4%FeO (49.44%Fe b 15.96% O2); 3.5%Al2O3; 1.5%CaO; 1.5%S. Рассчитываем количество конвертерного шлака по количеству железа в штейне, принимая, что оно целиком переходит в конвертерный шлак (т. е. пренебрегаем небольшим количеством железа, которое переходит в черновую медь): 18,63:0,4944 = 37,68 кг. Считая извлечение меди из конвертерного шлака (см. пример 57) в штейн 85%, получаем увеличение количества штейна (ориентировочно того же состава, как подсчитано выше) от введения в печь конвертерного шлака 37,68*0,02*0,85:0,406= 1,6 кг. Составляем предварительный расчетный баланс (табл. 213) плавки сырого концентрата, без учета содержания в нем влаги, с конвертерным шлаком, но без флюсов, аналогично тому, как это выполнялось раньше. Таблица 213 Предварительный расчетный баланс плавки сырого концентрата с конвертерным шлаком, кг
Предварительный расчетный состав шлака выводим пересчетом всего железа в FeO, пренебрегая содержащимся в шлаке Fe3O4, FeS и другими возможными соединениями железа. Количество FeO в шлаке: 16,10:55,8-71,8 = 20,7 кг (в том числе 4,6 кг 02). Из табл. 213 можно сделать два вывода: 1. Количество железа в штейне больше, чем в исходном концентрате. Это часто бывает на практике и объясняется переходом Fе3O4 из конвертерного шлака в штейн при отстаивании шлака в отражательной печи. Часть Fe3O4 в конвертерном шлаке находится (в виде механически примешанных зерен. Удельный вес штейна колеблется от 4,8 до 5,5 в зависимости от процента меди в нем: для Fe3O4 удельный вес 5,0—5,1, а для конвертерного шлака около 3,5. Поэтому, если зерна Fe304 даже не растворятся в штейне, то так как их удельные веса весьма близки, они будут увлекаться им во взвешенном состоянии. 2. Баланс не сошелся на 0,36 кг, или на 0,26%, так как кислорода в конвертерном шлаке не хватило для штейна и отвального шлака, и фактический баланс не сойдется с рассчитанным. Либо содержание кислорода в штейне будет ниже, иначе говоря, меньше Fe3O4 перейдет в штейн и в последнем будет больше серы, и он будет меньше разубожен окислами железа, чем это принято в расчете, основанном на типовых составах штейна по таблице Аветисяна. Либо десульфуризация по второй группе реакций (от взаимодействия FeS и Fe304) будет меньше принятых 5%, а возможно и совсем не будет иметь места. Последний случай наблюдается на практике и даже известны случаи, когда общая десульфуризация в печи бывает меньше десульфуризации от разложения сульфидов при нагревании, например на заводе Майами [15]. Иначе говоря, часть выделяющейся элементарной серы усваивается шихтой с образованием сульфидов, переходящих при плавке в штейн. Это чаще всего бывает, если в шихте имеются компоненты, реагирующие с парообразной серой, например цементная медь (завод Майами) и т. д. Предварительный расчетный состав отвального шлака при плавке концентрата с конвертерным шлаком, но без флюсов (см. табл. 213) следующий: кг % FeO.............. 20,70 30,8 SiO2 .........…..31,32 46,5 СаО+MgO..…. 3,77 5,6 А1203.............. 7,82 11,6 Прочие.......... 3,41 5,5 Итого …….... 67,02 100,0 Отражательная печь может работать на таком шлаке, т. е. шихта может быть признана самоплавкой и перерабатываться без расхода флюсов. В шлаках отражательных печей содержится до 50% Si02, иногда даже выше; содержание 11,6% А1203 при таком кислом шлаке, конечно, нежелательно, но, вообще говоря, содержание А1203, даже в шлаках шахтных печей, доходит до 20%. Если мы хотим сделать шлак более легкоплавким и снизить его удельный вес за счет введения СаО (известняка), то следует задаться желательным составом шлака. В данном случае достаточно задаться содержанием только одного компонента, например 42% Si02, и решить, сколько нужно ввести СаО, чтобы снизить содержание Si02 с 46,5 до 42%. Эта задача легко решается алгебраическим методов. Принимаем, что следует ввести х кг СаО и что в известняке содержится 2% Si02 и 54% СаО, а остальное влага и С02. Тогда общее количество шлака будет равно 67,32 + х + (х: 54 *2) = 67,32+ 1,037 х кг. По условию в этом шлаке должно быть 42% Si02, т. е. всего в шлаке содержится (67,32 + 1,037 х)*0,42 кг Si02. Но х кг СаО введут х :54*2 кг Si02 и всего в конечном шлаке будет 31,32 +(х:54*2) = 31,32+ 0,037 х кг Si02. Приравнивая эти два выражения, получаем одно уравнение с одним неизвестным: (67,32 + 1,037 х)*0,42 = 31,32 + 0,037 х, откуда х = 7,7 кг. Таким образом, на 100 кг сухого концентрата требуется 7,70:0,54= 14,2 кг известняка. Для проверки выписываем состав шлака при плавке с добавкой рассчитанного количества известняка указанного выше состава: кг % FeO ………….. 20,70 27,4 Si02 . . …………. 31,60 42,0 СаО + Mg……......11,47 15,3 Аl2O3 7.82 10.4 Прочие…………..3.41 4.9 ___________________________ Итого……………75,00 100,00 Завышенное содержание меди в шлаке получилось вследствие отнесенного к шлаку угара меди (потери с неуловленной пылью). 2. ЭЛЕКТРОПЛАВКА МЕДНОГО КОНЦЕНТРАТА НА ШТЕЙН Медные концентраты в электропечах можно плавить как холодными после сушки, так и горячими после обжига. В последнем случае металлургический расчет обжига и последующей плавки огарка в электропечи ничем существенным не отличается от приведенного в примере 55 расчета обжига в кипящем слое и в примерах 56, 59, 60 плавки огарка в отражательной печи. Плавка сырого концентрата с содержанием влаги более 5% вообще недопустима в электропечи, так как при разложении влаги образуется гремучий газ (смесь водорода и кислорода), который служит причиной сильных взрывов в электропечи. Поэтому сырой концентрат перед подачей в электропечь необходимо подсушивать. В остальном металлургический расчет плавки сырого концентрата аналогичен разобранному примеру 65 плавки сырого концентрата в отражательной печи. Десульфуризация от разложения сульфидов будет происходить в электропечи так же, как и в отражательной, а десульфуризация от окисления может протекать только за счет «твердого» кислорода магнетита, огарка и конвертерного шлака. Для уменьшения расхода электродов полезно работать с минимальным подсосом воздуха. Пример расчета электроплавки подсушенного концентрата дается ниже в разделе «Металлургия никеля» (см. пример 92). При возможности загружать в электропечь шихту, дающую бедный штейн, кроме «нормальной» плавки можно организовать в электропечи процесс обеднения шлаков, расчет которого приведен в разделе «Металлургия никеля» (по примеру завода Роншер). Объем отходящих газов из электропечи значительно меньше, чем у отражательной печи. Ниже, в разделе «Полные материальные балансы», дается расчет объема отходящих газов отражательной и электропечи (см. примеры 79 и 93).
Пример 66. Плавка во взвешенном состоянии Рассчитать плавку концентрата состава: 29% Си, 2,5% Ni, 30,7% Fe, 33,8% S, 1,9% Si02, 1,2% Al203 и 0,9% MgO на штейн, содержащий 45% суммы меди и никеля. Плавка ведется во взвешенном состоянии на техническом кислороде. Рассчитать ориентировочный тепловой баланс плавки. Пример взят из практики завода Коппер-Клифф в Канаде [16]. По литературным описаниям концентрат получен селективной флотацией медно-никелевой сульфидной руды и состоит главным образом из халькопирита с небольшим количеством пентландита, пирротина и пустой породы. На основе этих сведений составляем табл. 214 минералогического состава концентрата, как это было изложено выше в примерах 3 и 4. Таблица 214 Минералогический состав медного концентрата завода Коппер-Клифф [16]
По литературным данным, концентрат высушивается, смешивается с мелко размолотым кварцем и плавится в отражательной печи специальной конструкции. В эту печь с одного торца вдувается через форсунку медный концентрат, кварц и кислород, а с другого торца для обеднения шлака вдувается пирротиновый концентрат, состав которого в литературе не указан. Для расчета примем следующий состав пирротинового концентрата: 96% пирротина и 4% пустой породы того же состава, как и в медном концентрате, пренебрегая небольшим количеством меди и никеля, содержащимися в этом концентрате (табл. 215). Таблица 215 Минералогический состав пирротинового концентрата завода Коппер-Клифф (предположительный)
Соотношение количеств обоих концентратов составляет примерно 85:15. При плавке концентраты образуют один шлак, выпускаемый с торца около пирротиновых форсунок, один штейн, выпускаемый через боковую стенку печи, и один газовый поток, выпускаемый через отверстие в своде печи. Этот газ содержит 75% (объемн.) S02. При наличии общих продуктов плавки нет смысла рассчитывать плавку каждого концентрата отдельно, а проще считать на плавку смеси концентратов в пропорции 85 : 15, хотя такой смеси фактически не составляют, а смешиваются только продукты плавки. Состав условной смеси двух концентратов представлен в табл. 216, рассчитанной простым умножением на 0,85 цифр табл. 214, на 0,15 цифр табл. 215 и сложением полученных величин. Таблица 216 Состав смеси двух концентратов в соотношении 85 : 15 (см. табл. 214 и 215)
Для упрощения расчетов в дальнейшем считаем на сумму Сu + Ni. Для определения извлечения меди и никеля при плавке принимаем ориентировочно выход шлака от веса смеси концентратов 50% (ведется плавка относительно богатой шихты с сокращением всего 45 : 26,8—1,7 раза), содержание Си ++ Ni в шлаке 0,76% [16] и угар при сушке в трубчатой печи и плавке 1,5%. Извлечение меди и никеля из шихты в штейн равно И=(26,8-0,5*0,76)/26,8*100-1,5=97,2% Переходит в штейн Си + Ni (на 100 кг концентрата) 26,8
· 0,972 = 26,0 Вес штейна на 100 кг концентрата при 45% Си + Ni в нем 26 : 0,45 = 57,8 кг. По табл. 21 принимаем содержание кислорода в штейне
2,45%, серы 25% и, составляя табл. 217, находим по разности количество перешедшего в штейн железа. Зная количество и состав штейна, можно рассчитать количество потребного кварца для получения отвального шлака. Для этого сначала выявляем количество и состав шлака, который теоретически получился бы при плавке концентрата без кварца, составляя расчетный баланс .плавки (табл. 218). Пересчитывая содержание железа в шлаке на FeO: 18,87: 55,8*71,8 = 24,26,
Таблица 218 Расчетный баланс плавки смеси концентратов (для подсчета расхода флюсов)
получаем ориентировочный состав шлака при плавке без кварца: кг % FeO 24,26 82,8 SiO2 1,90 6,4 А1203 1,20 4,1 MgO 0,90 3,0 Прочие 1,08 3,7 ________________________ Итого . . . 29,34 100,0
Состав кварцевого флюса в литературе не опубликован, поэтому принимаем его ориентировочно 95% Si02 и 5% А1203. Отвальный шлак получается с содержанием 38% Si02 [16]. Чтобы подсчитать количество кварца, для получения шлака с указанным содержанием Si02 примем х — общий вес шлака, кг, и у— вес загружаемого кварца, кг. Кварц указанного выше состава целиком переходит в шлак. Значит общий вес шлака будет х = 29,34 + у. Второе уравнение получаем из баланса Si02: 0,38 х = 1,9 + 0,95 у. Решая эти два уравнения с двумя неизвестными, находим х = 45,81 и у = 16,32. Получилось, что количество загружаемого кварца немного-больше пирротинового концентрата. По литературным данным [16], вес кварца тоже почти равен весу пирротинового концентрата, но немного меньше. Учитывая отсутствие данных по составам пирротинового концентрата и кварца, такое расхождение с данными практики можно считать допустимым.
Проверяем полученный результат подсчетом состава и количества получаемого шлака:
Такой высокожелезистый шлак при богатом штейне и сравнительно небольшом перегреве (температура при выпуске из печи 1230°) естественно получается богатым по меди и никелю (0,76% [16]), но его количество относительно невелико и потому потери со шлаками составляют всего 1,3%. В газы при плавке, кроме S02 и азота от подсосов воздуха и введенного вместе с кислородом, переходит также влага шихты. Хотя концентрат и кварц сушатся в трубчатых сушилах, но вряд ли эта сушка дает шихту, абсолютно не содержащую влаги. Примем для расчета, что с шихтой вводится 2% влаги, или 116,32 0,02 = 2,3 кг Н20.
Из табл. 218 количество серы, переходящей в газы (на 100 кг сухого концентрата), равно 19,25 кг, что дает 38,50 кг S02 (19,25:32*64). По литературным данным, объемный процент S02 в отходящих газах равен 75% [16]. 38,5 кг S02 составляет по объему 38,5 : 64*22,4 = 13,47 м3. Значит, общий объем отходящих газов составит 13,47:0,75= 17,96 м3 В том числе 2,3 кг Н20, или по объему (2,3 : 18*22,4) = 2,86 м3. Остальной объем следует отнести на азот, которого в газах будет (на 100 кг сухого концентрата) 17,96—13,47 — 2,86= 1,63 м3 или по весу (1,63:22,4*28) =2,0 кг. Общая потребность кислорода на плавку 100 кг смеси сухих концентратов составляет, кг: на окисление железа......24,26—18,87 = 5,39 на окисление серы..........19,25:32*32 = 19,25 переходит в штейн (см. табл. 217) 1,42 Итого.....26,06 Полученная цифра 26,06 кг - расход кислорода на 100 кг смеси сухих концентратов, очень хорошо согласуется с данными, сообщаемыми в литературе, а именно: установка производительностью до 325 т кислорода в сутки обслуживает печь, перерабатывающую 1200 г сухих концентратов в сутки [16]. Поэтому результаты расчета можно считать достаточно хорошо отражающими практически полученные расходные коэффициенты.
Состав и количество получаемых газов:
кг м3 % S03 38,5 13,47 75 N 2,0 1,63 9 Н,0 2,3 2,86 16 Итого 42,8 17,96 100,0 Полученные данные сводим в таблицу материального баланса (табл. 219). Из этой таблицы легко вывести процент десульфуризации, получаемый при плавке. Таблица 219 Материальный баланс плавки смеси концентратов во взвешенном состоянии, кг
Общий процент десульфуризации 19,95:34,4*100 = 58,0%. В том числе: от разложения сульфидов (табл. 216) (24,8: 4) + (2,3: 6) + (7,3: 8): 34,4*100 = 22,0%, от окисления FeS 36,0%. Для расчета теплового баланса плавки следует рассчитать тепловой эффект реакции 2FeS + 302 + Si02 = (FeO)2*Si02 + 2SO2. По таблице стандартных теплот образования имеем, кал. Образование 2FeO......2*63700 = 127400 Образование 2S02......2*70960 = 141920 Образование силиката (FeO)2 x SiO2 22200 Итого 291520 Исключается разложение FeS: 2*22 720 = 45 440 кал. Тепловой эффект реакции 246 080 кал, или на I кг окисляющегося железа 246 080: 111,6 = 2205 кал. Окисление серы (кроме связанной с FeS) примем по реакции (приложение 2) S + 02 = S02 + 70 960 кал, или на 1 кг серы 70960:32 = 2217,5 кал. С 18,87 кг окислившегося железа было связано (18,87:55,8-32) = 10,85 кг серы. Всего окислилось 19,25 кг (табл. 219). Значит по этой реакции можно принять окислившимися: 19,25— 10,85 = 8,4 кг S. Для ориентировочного расчета примем теплоемкость шихты 0,22, штейна 0,25 и шлака 0,30. Примем температуру шихты 30° С и по литературным данным [16] для штейна 1170°, шлака 1230° и газов 1260°. Весовые теплоемкости газов даны в приложении 3 (в конце книги). Исходя из этих данных и пренебрегая изменением тепловых эффектов реакций с повышением температуры получаем ориентировочный тепловой баланс. Приход тепла кал % 1. Окисление и ошлакование FeS 18,87*2205= 41608 68,2 2. Окисление серы 8,4*2217,5=18627 30,5 3. Вносится шихтой 118,62*0,22*30=783 1,3 Итого.. 61018 100 Расход тепла 1. Уносится штейном 57,8*0,25*1170° = 16907 27,8 2. Уносится шлаком 45,66*0,30*1230° = 16849 27,6 3. Уносится газами: S02 38,5*0,192*1260 = 9314 N2 2,0*0,273*1260= 688 Н20 2,3*0,533*1260 = 1545 11547 19,0 4. Лучеиспускание и про- ------- чие потери 15715 25,6 Итого 61018 100
Этот ориентировочный тепловой баланс не претендует на точность, а дает только примерную картину распределения прихода и расхода тепла по основным их статьям. Следует отметить, что полученные расчетом цифры очень близко сошлись с сообщенными в литературе [16], а именно, потери тепла со штейном и шлаком 57% (подсчитано 55,4%) радиация стен печи 26% (и по балансу 25,6%), с газами 17% (19%).
3. ШАХТНАЯ МЕДНАЯ ПЛАВКА Полупиритная и пиритная плавка Пиритная плавка медных кусковых руд характеризуется переработкой сырой руды в шахтной печи за счет теплоты окисления и ошлакования сернистого железа: 2FeS + 302 + Si02 = (FeO)2*Si02 + 2S02 + 246 080 кал. Для нормального хода процесса нужно обеспечить загрузку кварца и подачу воздуха в печь в количествах, обеспечивающих протекание этой основной реакции процесса: избыток или недостаток кварца или воздуха чрезвычайно вредно отражается на работе шахтной печи. Для расчета количества флюсов, воздуха, состава и количества образующегося шлака и штейна нужно прежде всего определить количество окисляющегося сернистого железа. Эту задачу решают в настоящее время двумя методами: первый, наиболее распространенный, был предложен проф. В. Я. Мостовичем [2], второй, редко употребляемый из-за своей сложности,» был предложен акад. А. А. Байковым [17]. Первый метод основан на двух практических коэффициентах: десульфуризации при плавке и извлечении меди в штейн. Оба эти коэффициента играют весьма существенную роль в процессе, но методов, обеспечивающих правильность их выбора, до сих пор не установлено; поэтому приходится ориентироваться только на данные практики, опытность и эрудицию автора расчета. В наиболее серьезных случаях нужно эти два коэффициента проверять опытом. Например, при расчете шихты для нового проектируемого завода на руде, не поступавшей до этого в плавку, нужно большую партию этой руды нового сорта направить на один из действующих заводов, провести там опыты в заводском масштабе и установить правильность выбранных коэффициентов. Дело сильно осложняется еще тем, что оба эти коэффициента — величины переменные, сильно зависящие от многих факторов. При пиритной плавке процент десульфуризации при задувке печей всегда бывает относительно низким, и только через несколько суток работы удается, как говорят на заводах, «создать профиль», или «накопить кварцевую постель» и повысить десульфуризацию печи. Поэтому практически следует делать расчет по нескольким вариантам, изменяя процент десульфуризации, составлять таблицу результатов в зависимости от процента десульфуризации и следить за его изменением в ходе плавки, соответственно изменяя количество загружаемого кварца и вдуваемого воздуха. Ясно, что металлургу, ведущему плавку, нужно уметь решать и обратную задачу, т. е. по результатам плавки находить десульфуризацию, чтобы уметь своевременно заметить изменения в ходе печи и внести соответствующие поправки в состав шихты и режим дутья. Дело осложняется еще тем, что основная исходная величина - состав проплавляемой руды практически в заводских условиях есть величина переменная. Основной показатель - процент меди, содержащейся в руде, подвержен сильным колебаниям. Для более сознательного ведения плавки металлург должен так организовать работу, чтобы сведения о составе руды ему были известны еще до загрузки ее в шахтную печь. Это последнее условие обеспечено еще не на всех заводах, и в результате очень часто металлург, произведя один раз расчет, дальнейшие изменения производит «на-глазок», ориентируясь по внешним признакам работы шахтной печи. Такая работа требует большой практики, накопления опыта ведения плавки, мастерства. Нужно твердо помнить, что на одном «мастерстве» сознательно вести плавку нельзя, так как внешние признаки хода печи (состояние фурм, колошника, вид шлаков и т. п.) могут ввести в заблуждение даже опытного мастера, и их нужно систематически проверять расчетами, анализами и наблюдениями за показанием измерительных приборов. Металлургу нужно научиться постоянно отдавать себе полный отчет в том» что происходит в печи, а это неосуществимо без расчетов. По аппаратурному оформлению полупиритная плавка ничем не отличается от пиритной, но характер протекающих процессов разный [3]. С точки зрения металлурга-проектировщика можно отметить следующие основные отличия полупиритной плавки от пиритной. 1. Возможность перерабатывать руду практически любого состава, а не только чисто пиритную. 2. Возможность получения шлаков со значительным диапазоном колебаний в их составе, а не узко ограниченных по содержанию Si02, как в пиритной плавке. 3. Повышенный расход кокса от веса руды; расход кокса тем выше, чем ниже содержание серы (или пирита) в руде. 4. Возможность перерабатывать загрязненные золотосодержащие флюсы. 5. Обязательное вдувание воздуха в печь в избытке против расчетного для окисления сульфидов. Расчет полупиритной плавки производится чаще всего по изложенному выше методу Мостовича: задаются десульфуризацией печи по практическим данным, рассчитывают состав штейна, состав шлака при плавке без флюсов, количество флюсов и воздуха и заканчивают расчет составлением полного материального баланса. Другой путь по тому же методу: задаться процентом меди в штейне, определить десульфуризацию (см. пример 68) и т. д., как изложено ниже. Состав шлаков при полупиритной плавке может допускать изменения в широком диапазоне, но на практике избегают получать шлаки, содержащие более 40% SiO-2, из-за повышенной их вязкости при относительно малом перегреве в шахтной печи. Также избегают получать шлаки, содержащие менее 35% Si02-из-за повышения содержания меди в них при повышенном содержании FeO (см. табл. 14). Общий ход расчета полупиритной плавки аналогичен расчету пиритной плавки. Пример 67. Расчет содержания меди в штейне Определить процентное содержание меди в штейне при полупиритной плавке руды (см. табл. 6 примера 5), если десульфуризация составляла: вариант (1) — 70% (в штейн перешло 30% S), вариант (2) —75% (в штейн —25% S), вариант (3) — 80% (в штейн —20% S). 100 кг руды содержит 25,9 кг S, из которых переходят в. штейн и дают штейна по весу, исходя из содержания в нем. * 25% S: вариант (1): 25,9 ■ 0,3 « 7,77 кг S дают 7,77 : 0,25 = 30,08 кг штейна; вариант (2): 25,9-0,25 = 6,475 кг S дают 6,475 : 0,25 = 25,9 кг штейна; вариант (3): 25,9-0,20 - 2,18 кг S дают 5,18 : 0,25 = 20,72 кг штейна. Для предварительного расчета извлечения меди в штейн следует исходить из следующих соображений: чем выше десульфуризация, тем меньше штейна получается по весу на 100 кг руды, но зато соответственно тем больше будет выход шлака по весу. Для ориентировочного расчета примем вес шлака (на 100 кг руды) соответственно по вариантам: 70, 75 и 80 кг. При сокращении веса штейна в последнем увеличивается процентное содержание меди. Чем богаче штейн медью, тем соответственно выше содержание меди в получаемом шлаке. Поэтому для ориентировочного расчета примем содержание меди в отвальном шлаке соответственно по вариантам: 0,30, 0,35 и 0,40%. Переход меди в пыль, включая и угар (неуловленную пыль), примем для всех трех вариантов 3%. Извлечение меди из руды в штейн составит, по формуле Б. И. Смирнова (см. начало главы): вариант (1): (15.65-0,7*0,3)/5.65*100-3= 93.3%; вариант (2): (5,65 - 0,75*0,35)/5.65*100=92.4% вариант (3) (5.65-0.8*0.4)/5.65*100-3=91.3: Из 100 кг руды в штейн переходит меди, кг: вариант (1): 5,65 * 0,933 = 5,27; вариант (2): 5,65 • 0,924 = 5,22; вариант (3): 5,65*0,913 = 5,16. Содержание меди в штейнах составит: вариант (1): в 30,08 кг штейна содержится 5,27 кг Сu, в 100 кг штейна содержится x1 кг Сu, х1=5,27*100/30,08=17,5% вариант (2): х2=5,22*100/25,9=20,15% вариант (3): х3=5,16*100/20,72=24,9% Следует помнить, что принятый нами общий процент десульфуризации во всех трех вариантах практически состоит из двух слагаемых: десульфуризации от разложения сульфидных минералов вследствие их нагревания по реакциям: 4CuFeS2=2Cu2S + 4FeS + S2 и 2FeS2=2FeS + S2 и десульфуризации от окисления сернистого железа по приведенной выше реакции, включая серу, перешедшую в шлак, унесенную с пылью и т. д. Для полноты картины и более полного понимания процесса следует обязательно делить общую десульфуризацию на эти два слагаемых и всегда вычислять отдельно десульфуризацию от окисления, перехода в шлак, уноса пылью и т.д. Десульфуризация от разложения сульфидных минералов зависит только от минералогического состава исходной руды. Ее очень легко вычислить по таблице рационального состава руды (см. табл. 6). Пирит связывает 17,19 кг S и при нагревании теряет половину ее (8,6 кг). Халькопирит связывает 5,68 кг S и при нагревании теряет одну четверть (1,42 кг). Всего теряется серы от разложения сульфидных минералов при нагревании 8,6 + 1,42 = 10,02 кг, что составляет от общего содержания серы в руде (25,9 кг) 10,02*100/25,9=38,7% Результат расчета сводим в табл. 219а. Таблица 219а Расчет состава медного штейна (по методу В. Я. Мостовича)
Пример 68. Определение процента десульфуризации по составу штейна Какой процент десульфуризации имели на Пышминско-Ключевском заводе, получавшим [5] штейн с содержанием 25% Си при плавке шихты среднего состава: 4,9% Си и 10% S.
Подсчитываем процент извлечения меди из шихты в штейн, полагая, что выход шлака составил 80% от веса шихты, содержание меди в шлаке 0,25%, переход меди в пыль и потери в угар 3%. И= (4,9-0,25*0,8)/4,9*100-3=92,9% Меди переходило в штейн на 100 кг шихты: 4,9*0,929 = 4,55 кг. При содержании 25% меди в штейне вес его 4,55:0,25 = 18,2 кг. В этом штейне содержится 25%, или 4,55 кг, серы. В 100 кг шихты содержалось 10 кг серы, из которых в штейн перешло 4,55 кг. Следовательно, благодаря десульфуризации печи в газы и частично в шлак и пыль удалено серы 10 - 4,55= 5,45 кг. Процент десульфуризации при шахтной плавке на Пышмин-ско-Ключевском заводе составлял 5,45*100/10=54,5% Другой метод расчета, предложенный акад. А. А. Байковым, исходит из наличия теплового баланса в работе любой металлургической печи. В данном случае основное тепло для работы печи получается от сжигания и ошлакования сернистого железа и тратится на расплавление шлака и штейна, нагрев отходящих газов, эндотермические реакции и покрытие прочих потерь тепла. Обозначая количество окислившегося сернистого железа через X (кг), составляем тепловой баланс, в котором на приходе будет определенное количество тепла, выделяемое сгоревшим коксом (его расходом, в процентах от веса руды, задаются исходя из практических данных), и некоторое количество тепла, выделяемое окисляющимся сернистым железом (выраженное через X). Большинство статей расхода тепла приходится тоже выражать через X. Суммируя раздельно статьи прихода и расхода тепла и приравнивая их суммы, получаем одно уравнение с одним неизвестным, решая которое определяем X, т. е. количество окислившегося сернистого железа (кг), а следовательно, состав и количество штейна, шлака и объем воздуха. Акад. А. А. Байковым (17, 5] выведена аналитическая формула, позволяющая вычислить X подстановкой исходных данных в следующую формулу: Х=(q0+q1+b2q2+L0-aQ1)/(q0+Q2+Q3-b1q0`- nMcpT), где X — окислившаяся часть сернистого железа на 1 г-моль пирита руды; Q1 — молекулярная теплота горения углерода; Q2 — то же, окисления сернистого железа; Q3 — то же, ошлакования закиси железа; q0 то же, расплавления сернистого железа (штейна); q0` — то же, расплавления шлака; q1 — то же, диссоциации пирита; q2— то же, диссоциации известняка; n — количество колошниковых газов, г-моль; Mcp— средняя молекулярная теплоемкость колошниковых газов; Т — температура колошниковых газов; L0 — потеря теплоты лучеиспусканием и теплопроводностью; а — количество грамм-молекул углерода кокса на г-моль пирита; b2— то же, известняка; b1 — то же, шлака. Метод акад. А. А. Байкова для повседневной работы инженера-металлурга несколько сложен и громоздок и требует довольно продолжительных вычислений, из-за чего он редко употребляется. Однако, расчет по этому методу не только пиритной, но и норвежской и полупиритной плавки дает очень много для более глубокого понимания протекающих в печи процессов и для выяснения степени влияния различных факторов (расход кокса, количество оборотных полупродуктов и т. д.) на результаты плавки. Поэтому такой метод весьма успешно s применяется на практике для выяснения роли различных факторов режима плавки, в частности, изменения температуры отходящих газов (работа с низкой или высокой сыпью), изменения количества флюсов, оборотных материалов, кокса и т. д. Пример 69. Расчет полупиритной плавки Составить материальный и тепловой балансы полупиритной плавки. Подсчитать количество кварца и известняка на 100 кг руды (см. табл. 6 примера 5) в смеси с 23 кг конвертерного шлака при работе на 20%-ный штейн. Для расчета количества флюсов имеется много методов, из них широко применяются два метода, которые в свое время были детально описаны В. Я- Мостовичем [2]: метод предварительной проверки самоплавкости шихты (т. е. с выводом состава шлака, получаемого при плавке руды без флюсов) и алгебраический метод. При плавке руды в шахтной печи помимо руды, кокса и флюсов загружают еще оборотные (конвертерные) шлаки. Оставляя сейчас в стороне вопрос о подсчете их количества, укажем, что иногда ведут расчет сначала без учета конвертерного шлака, как это бывает при начале работы печи или во время перебоев в доставке конвертерного шлака. Выяснив состав и количество штейна, делают расчет процесса в конвертере, уточняют состав конвертерного шлака и затем снова производят весь расчет шихты шахтной печи, принимая в качестве исходного сырья смесь руды и конвертерного шлака. Другой метод предусматривает предварительное определение количества и состава конвертерного шлака с выполнением всего расчета сразу на смесь руды с оборотным шлаком. Методика расчета количества флюсов в обоих случаях одинаковая. Состав конвертерного шлака принимаем в соответствии, с табл. 16: 1,8% Сu, 20% Si02, 64,3% FeO (50% Fe), 5% А1203, 1% CaO, 0,5% MgO, 2% S, 1% Zn, прочие 4,4% (в том числе 02). Состав имеющихся в распоряжении завода флюсов: кварц — 92% Si02, 5% Fe203, 2% A1203, прочие 1%; известняк — 54,3% СаО, 42,7% С02, 3% SiO2 Состав кокса (из карагандинских углей) принимаем: 82% С, 1% летучих, 1% S и 16% золы. Состав золы кокса: 50% Si02, 30% А1203, 11% Fe503, 5% СаО и 4% прочих. Примем, как было подсчитано выше в примере 67 [вариант (2)], содержание меди в отвальном шлаке 0,35%, выход шлака 75% от веса руды, что дает извлечение, меди из руды в штейн 92,4%. Извлечение меди из конвертерного шлака, считая условно выход отвального шлака 100% от веса конвертерного шлака и пренебрегая угаром и пылью, составит (1,8—0,35): 1,8*100 = 80%. Для упрощения расчета будем считать, что штейн, полученный из конвертерного шлака, тоже содержит 20,15% Си (см. табл. 219а). По заданию вместе с рудой загружается 23 кг конвертерного шлака и всего переходит в штейн меди, кг: из 100 кг руды (см. пример 67) 5,65 * 0,924 = 5,22 из 23 кг конвертерного шлака 23 * 0,018*0,8 = 0,33 Итого 5,55 Из 123 кг смеси руды с конвертерным шлаком получится штейна (при содержании в нем 20,15% Сu): 5,55:0,2015 = 27,54 кг. Таблица 220 Состав и количество штейна
Количество компонентов, входящих в штейн, уточняем по таблице 220, составленной исходя из следующих соображений. Общий вес штейна, количество и процент меди в нем известны. Процент серы принимаем по правилу В.Я. Мостовича 25%, или 6,88 кг. Кислород (по табл. 21) 5,38%, или 1,48 кг. Количество цинка, перешедшего в штейн, принимаем 20% от его содержания в виде сульфида в руде, или: 6,2 *0,2 = 1,24 кг, что составит 1,24:27,5*100 = 4,51%. Количество железа рассчитываем по разности: 27,54-(5,55 + 6,88 + 1,48+1,24)=12,39кг или 100-(20,15 + 25 + 5,38 + 4,51) = 44,96%. Таблица 221 Предварительный расчетный баланс плавки руды с конвертерным шлаком, но без флюсов, кг
Si02, А1203 и прочими примесями, содержащимися в штейне, пренебрегаем. Для выяснения количества и состава шлака при плавке руды с конвертерным шлаком, но без флюсов составляем табл. 221. При составлении этой таблицы, кроме изложенных выше, были приняты во внимание следующие соображения. 1. Учитываем, что руда поступает в плавку с влажностью 5%. Это означает, что в 100 кг влажной руды содержится 95 кг сухой руды, а на 100 кг сухой руды вносится влаги: на 95 кг сухой руды - 5% влаги, на 100 кг сухой руды – х% влаги. Х=5*100/95=5,26 кг Кроме того, в самой руде содержится 0,65 кг конституционной влаги (летучей), связанной с А1203 (глина); всего влаги 5,26 + 0,65 = 5,91 кг. 2. Количество конвертерного шлака по заданию 23 кг на 100 кг сухой руды. 3. Примем расход сухого кокса 8% от веса сухой руды, что составит (100*0,08) = 8 кг. При содержании влаги в коксе 10% это составит 8 : 0,9 = 8,9 кг сырого кокса, или 8,9 : 128,26*100 = 6,9% от суммарного веса сырой руды и конвертерного шлака. 4. Состав и количество штейна подсчитаны при составлении табл. 220. 5. Выход пыли, не возвращаемой в плавку, составляет 3% от веса шихты (см. выше пример 67), что учтено в графе «газы и пыль». Кроме того, содержание серы в отвальном шлаке составляет около 1,5—2%; остальная сера удаляется с газом; 40% цинка переходит из руды в газы в виде ZnO. Цинк конвертерного шлака, находящийся в виде незначительного количества растворенного ZnO, можно принять переходящим целиком в отвальный шлак. Все остальные нелетучие компоненты шихты, не переходящие в штейн (для меди и железа — по разности), принимаем переходящими в шлак. Неучтенные компоненты, включая кислород, связанный с цинком и железом (Fe304 конвертерного шлака и т. п.), принимаются переходящими в шлак, так как в этом предварительном расчетном балансе не учитывается кислород вдуваемого воздуха. Для расчета количества потребных флюсов требуется вывести предварительный расчетный состав шлака при плавке шихты без флюсов. Для этого все содержание железа в шлаке обычно пересчитывают условно целиком в FeO, а цинка — в ZnO, пренебрегая содержащимися в шлаке FeS, Fe304, ZnS и другими возможными соединениями железа и цинка в шлаке. Количество FeO в шлаке 18,29: 55,8*71,8 = 23,51 кг. Количество ZnO в шлаке 2,71: 65,4*81,4 = 3,37 кг. Связано кислорода с железом (условно) 23,51 — 18,29 = 5,22 кг и с цинком (тоже условно) 3,37 — 2,71 = 0,66 кг, а всего кислорода 5,88 кг, что значительно больше количества, указанного в табл. 221 (2,89 кг), не говоря уже о том, что в эту статью входят действительно неучтенные «прочие» компоненты (MgO, МnО, К20, Na20 и т. д.). Поэтому к общему весу шлака нужно прибавить по меньшей мере 3 кг (5,88—2,89) кислорода, взятого из воздуха. Предварительный расчетный состав шлака будет:
Если сопоставить этот состав шлака с фактически получаемым при полупиритной плавке (см. табл. 14), станет ясно, что шахтная печь может работать на шлаке такого состава без больших затруднений. Однако, учитывая высокое содержание Аl203 (до 20% за счет попадающей с оборотами в плавку огнеупорной глины, употребляемой для пробок и т. д.) и ZnO (4,6% от веса шлака), из-за которых шлаки получаются вязкими, на заводе практически всегда добавляют небольшое количество известняка, стремясь держать в шлаке примерно 36% Si02. Расчет потребного количества известняка проводим исходя из приведенного выше его состава (54,3% СаО и 3% Si02). Если 27,68 кг Si02 должны составить 36% от веса шлака, то его общий вес должен быть равен 27,68 : 0,36 = 76,91 кг. После введения 76,91—73,03 = 3,88 кг СаО его содержание - в шлаке будет примерно (4,16 + 3,88): 76,91 • 100 = 10,4%.
При таком содержании СаО в шлаке Si02, находящееся в известняке, будет связывать 3:36*10,4 = 0,87 кг СаО, и свободного СаО в известняке останется 54,3—0,87 = 53,43%. Для ввода 3,88 кг свободного СаО потребуется 3,88: 0,5343 = 7,3 кг известняка на 100 кг руды. В итоге получаем состав шихты, загружаемой в шахтную печь, кг: руды сырой 105,26 конвертерного шлака 23,0 известняка 7,3 кокса сырого 8,9 Состав получаемого шлака должен быть: кг % FeO 23,51 30,5 Si02 27,68+ 7,3* 0.03 = 27.90 36,0 СаО 4,16 + 7,3*0,543 = 8,12 10,5 А1203 11,38 14,8 Прочие 6,30 8,2 Итого.....77,21 100,0 Для составления полного расчетного баланса плавки и выяснения состава и количества отходящих газов следует рассчитать количество потребного для подачи в печь воздуха. В соответствии с табл. 221, рассчитываем по элементам шлака и газов потребность в кислороде. Для окисления железа и цинка, находящихся в шлаке, потребуется 5,88 кг 02 (см. выше). Из 18,06 кг S в газах половина (см. табл. 6) —сера пирита (8,6 кг) и четверть — сера халькопирита (1,42 кг); всего 10,02 кг серы может выделиться в виде паров. На фурмах окисляется 18,06—10,02 = 8,04 кг S, которые потребуют 8,04 кг 02. Для сжигания 6,56 кг С кокса в С02 потребуется 6,56: 12*32 =17,49 кг 02. На окисление 2,48 кг Zn, переходящего в пыль, требуется 2,48: 65,4*16 =0,61 кг 02. В штейне (табл. 220) находится 1,48 кг 02. Всего кислорода будет 33,50 кг. Конвертерным шлаком (см. табл. 221) вносится 4,30 кг 02. Теоретически на 100 кг сухой руды требуется 33,50 — 4,30 = 29,20 кг 02. При полупиритной плавке стремятся окислять сульфиды в шахте печи, для чего подают через фурмы больше воздуха, чем теоретически требуется для процесса. В. И. Смирнов [5] рекомендует принимать в расчетах по полупиритной плавке избыток подаваемого воздуха от 50 до 100% против теоретически подсчитанного. Примем избыток воздуха, входящего в фурмы, за 50%, не считая воздуха, теряемого на фурмах при их прочистке и от неплотностей (обычно эти потери составляют около 30% от вдуваемого воздуха, т. е. через фурмы проходит в лечь только 70% воздуха от объема, подаваемого воздуходувкой). Через фурмы следует подать, кг: кислорода 29,2*1,5 = 43,8 азота 43,8:23*77= 146,6 Итого воздуха 190,4, что составляет по объему при 0° и 700 мм рт. ст. 190,4: 1,293 = 147,3 м3. Отсюда легко вывести, что на 1 т сырой руды (при содержании в ней 5% влаги) следует подавать воздуха 1473: 1052,6*1000 = 1400 м3. С учетом упомянутых выше 30% потерь на фурмах воздуходувка должна подавать на 1 т сырой руды 1400: 0,7 = 2000 м3 воздуха. Если заказывать воздуходувку, то при составлении ее характеристики следует учесть резерв на атмосферные условия завода (летом при жаре до 50° и при давлении 700 мм рт. ст. каждый 1 м3 воздуха будет содержать меньше кислорода по весу, чем принято по расчету). Учитывая эти атмосферные условия, следует заказывать воздуходувку на производительность 2000: 700 * 760: 273 * 323 = 2569 м3 воздуха на I т проплавляемой сырой руды. Для подсчета состава и количества отходящих газов примем, что подсос во: духа через загрузочные окна составляет 200% [18] от объема воздуха, проходящего через фурмы внутрь печи, т. е.: 190,4*2 = 380,8 кг, или 294,6 м3 на 100 кг сухой руды.
Одновременно учтем влагу, вносимую воздухом, из расчета 5 г/ж3. Дополняя этими сведениями табл. 221, получаем табл. 222 расчетного баланса плавки. Из этой таблицы очень легко вывести состав и количество газов (см. табл. 223). Таблица 222 Расчетный материальный баланс полупиритной плавки
Таблица 223 Состав и количество газов полупиритной плавки
` Удельный вес отходящих газов равен 608,15:455,2=1,33 (вес 1 м3 в кг). Следует иметь в виду, что все эти выводы справедливы только при общей десульфуризации 75%. Эта десульфуризации слагается из десульфуризации от разложения сульфидов, в данном случае 10,02:26,44*100=38%, и окисления сульфида железа — остальные 37% десульфуризации. Результаты полупиритной плавки в сильной степени зависят от величины десульфуризации, причем следует помнить, что эта величина переменная, зависящая от многих причин. Металлург, руководя процессом плавки, должен постоянно следить за этим коэффициентом и определять его величину (см. пример 68), корректируя состав шихты на основе этих расчетов. Следует указать, что пока еще не установлена возможность предварительного подсчета этого коэффициента десульфуризации. На заводах его принимают исходя из накопленного опыта плавки данной руды. Если на полупиритную плавку поступает смесь руд разного состава, следует определить средний состав сухой смеси и вести расчет, как изложено выше. Иногда приходится решать задачу по составлению самоплавкой шихты, т. е. когда даны два сорта руд, например пиритная и кремнеземистая, и надо найти состав смеси, которую можно плавить без добавки флюсов. Подобную задачу решают обычно расчетом плавки основной (по количеству) руды с применением второй руды в качестве флюса. Для расчета теплового баланса используем табл. 222 рас- ч четного баланса плавки. Кроме того, следует проверить по данным практики некоторые положения (если фактические замеры дадут другие результаты, то тепловой баланс надо считать по * имеющимся данным). Горение кокса можно рассчитывать по теплотам реакций окисления углерода, водорода и т. д. Проще сразу брать теплотворную способность кокса, для нашего примера 6500 кал (определена при полном сгорании кокса до С02). Если горение кокса происходит не полностью и в отходящих газах имеется СО, то по анализу газов и материальному балансу надо определить, сколько углерода кокса сгорает в СО и сколько в С02. В этом случае подсчет количества тепла, выделяющегося от сгорания углерода, следует считать по соответствующим реакциям окисления, а не по теплотворной способности кокса. Выделяется тепла 8,9*6500 = 57 850 кал. Для подсчета прихода тепла от экзотермических реакций принимаем выделение тепла от окисления и ошлакования FeS 2205 кал на 1 кг окисляющегося железа и сгорающей парообразной серы 2217,5 кал на 1 кг S (детальный расчет см. выше пример 66). Окисление цинка по реакции ZnS + 1,502 = ZnO + S02 дает, кал: образование ZnO 83170 образование S02 70960 ________________________ Итого 154130 Исключаем разложение ZnS 48 500 кал. Тепловой эффект реакции 105 630 кал, или на 1 кг окисляющегося цинка, перешедшего в шлак и газы (пренебрегаем растворенным в шлаке ZnS), 105 630:65,4 = 1615 кал. Кроме (Fe0)2Si02 в шлаке образуется CaSi03 по реакции СаО + Si02 = CaSi03 + 21500 кал. Тепловой эффект этой реакции взят из книги О. Кубашевского и Э. Эванса «Термохимия в металлургии» (Металлургиздат, 1954). На 1 кг СаО в шлаке выделяется тепла 21 500: 56,1 = 383 кал. Сжатый воздух входит в печь через фурмы с температурой 30°. Теплотой, вносимой шихтой, пренебрегаем, так как зимой температура шихты бывает часто ниже нуля. Разложение известняка поглощает" 424,5 кал, а пирита и халькопирита 165 кал на 1 кг (детальный расчет см. выше пример 55). Температуру вытекающего штейна примем 1200°, шлака 1250°, газов, с учетом полного сгорания парообразной серы и после смешения с подсосанным воздухом, 300°. Теплоемкость штейна примем 0,25, шлака 0,30 и газов — в соответствии с таблицей в приложении 3. Разницу температур поступающей и вытекающей из кессонов воды примем 7° (например, для поступающей 25°, а для вытекающей 32°). Расход воды по практическим данным при полупиритной плавке медных руд составляет около 9 ж3 на 1 т, или 9 л на 1 кг проплавленной шихты. В вес шихты входят руды, обороты, флюс, но не входит кокс. Для нашего примера вес шихты составит (см. табл. 222): 105,26 + 23,00 + 7,30 = 135,56 кг. Расход тепла на лучеиспускание стен, шатра и прочие расходы тепла принимаем по разности между приходом и расходом тепла.
Приход тепла кал % 1. Окисление и ошлако- вание FeS (18,29 — 11,50)*2205 = 14972 2. Окисление серы 10,02*2217,5 = 22219 3. Окисление сульфида Цинка 5,19*1615 = 8382 4. Образование силиката кальция 4,16*383 = 1593 ___________________________________________________ Итого тепло экзотермических реакций 47166 43,2 5. Горение кокса 8,9*6500 = 57850 53,0 6. Вносится воздухом 573,42*0,24*30 = 4129 3,8 ___________________________________________________ Итого приход тепла 109145 100
Расход тепла. 1. Разложение пирита и халькопирита (16,29 + 32,23)*165 = 8006 7,3 2. Разложение известняка 7,3*424,5 = 3099 2,8 3. Испарение влаги 6,81*540 = 3677 3,3 4. Уносится из печи Штейном 27,54*0,25*1200 = 8262 7,6 5. Уносится из печи Шлаком 77,21*0,30*1250 = 28954 26,5 6. Уносится из печи газами (см. табл. 223): S02 36,12*0,164*300 = 1771 С02 30,35*0,228*300 = 2076 02 92,85*0,227*300 = 6351 N2 439,80*0,251*300 = 33117 Н20 9,03*0,458*300 = 1241 ____________ 44556 41,0 7. Нагрев воды в кессонах 135,56*9*7 = 8540 7,8 8. Лучеиспускание и пр. (по разности) 4051 3,7 ________________________________________________ Итого расход тепла 109145 100
Подсчитанный тепловой баланс является, конечно, приближенным, дающим примерный порядок величин различных статей прихода и расхода теплая Он до некоторой степени подтверждает правильность выбранного для расчета процента расхода кокса (8% сухого кокса от веса сухой руды). Как видно из сводной таблицы баланса, основной статьей прихода тепла является горение кокса {53,0%)- Эту статью, а следовательно, и расход кокса можно было бы сократить, если в печь подавать через фурмы горячий воздух, подогретый хотя бы до 300°. В этом случае воздух внес бы тепла . 191,14*0,243*300 = 13 933 кал. Каждые 10 000 кал, вносимые воздухом через фурмы, сокращают расход кокса примерно на 1,5 кг (10 000:6500), т. е. на 20%, не считая еще уменьшения потерь тепла от сокращения объема отходящих газов и снижения их температуры. Но подогрев воздуха обходится дорого и пока еще на отечественных заводах не организован. На экзотермические реакции приходится 43,2% общего прихода тепла, причем немного менее половины этого количества приходится на горение паров серы, которое имеет место в основном в верхней части шахты печи и над поверхностью шихты. Поэтому тепло от горения паров серы расходуется главным образом на бесполезный подогрев отходящих газов и воздуха, засасываемого через загрузочные окна. Основные статьи расхода тепла — это унос тепла газами (41%) и отвальным шлаком (26,5%). Желательно использовать это тепло хотя бы для подогрева воздуха, вдуваемого в печь. Пример 70. Расчет шихты пиритной плавки Рассчитать потребное количество флюсов и составить материальный баланс пиритной плавки руды (см. таблицу 7 примера 6) при получении общей десульфуризации 91%. Для расчета принимаем те же составы флюсов, конвертерного шлака и кокса, как и в примере 69 для расчета полупирит-ной плавки. Для расчета количества конвертерного шлака следует сначала рассчитать количество штейна, получаемого на 100 кг руды, и принять, что все железо штейна переходит в конвертерный шлак. Расчет выхода штейна на 100 кг сухой руды производим по методике, изложенной в примере 67. При общей десульфуризации 91% в штейн переходит 9% S, или 46,9 * 0,09 = 4,22 кг S
и вес штейна будет 4,22: 0,25 = 16,88 кг. Вес шлака на 100 кг руды примем ориентировочно 60 кг. Шлак железистый тяжелый, поэтому несмотря на получение бедного штейна примем содержание меди в нем 0,25%. Переход меди в пыль и угар составляет 3%. Тогда извлечение меди из руды в штейн составит И =(2-0,6*0,25)/2*100 - 3 = 89,5%. Переходит меди из 100 кг сухой руды в штейн 2*0,895 = 1,79 кг, Таблица 224
или содержание меди в штейне составит 1,79: 16,88*100 = 10,6%. В соответствии с табл. 21 в таком штейне содержится около 6,5% 02. Кроме того, учтем переход цинка в штейн в количестве 20% (по практическим данным) от его содержания в руде или 1,8*0,2 = 0,36 кг. На основе этих данных составляем табл. 224 состава и количества штейна при работе без конвертерного шлака. Согласно табл. 224, в штейне будет содержаться 9,41 кг железа, которое перейдет в конвертерный шлак, содержащий 50% Fe. Количество шлака будет 9,41 : 0,5 - 18,82 кг, шлак внесет с собой меди 18,82*0.018=0,34 кг. Условно считаем выход отвального шлака 100% от веса конвертерного шлака и, пренебрегая потерями с угаром и пылью, получаем извлечение меди в штейн (1,8—0,25): 1,8*100 = 86%, или 0,34 * 0,86 = 0,29 кг. Введение в шихту пиритной плавки конвертерного шлака вызывает обогащение штейна медью, что легко объясняется теорией акад. А. А. Байкова. Конвертерный шлак требует для расплавления тепло, которое получается окислением и ошлакованием дополнительного количества сернистого железа руды. Поэтому примем, что заданная десульфуризация 91 % получается при работе с оборотным шлаком в шихте, а рассчитанное количество штейна 16,88 кг содержит всю медь, переходящую из руды и из конвертерного шлака, т. е. истинный процент меди в штейне составит. (1,79 + 0,29): 16,88*100= 12,3%. Соответственно в штейне уменьшится количество кислорода до 6% (до 1,00 кг) и железа до 54,6% (до 9,22 кг), но количество конвертерного шлака не изменится, так как при продувке штейна в конвертере в шлак переходит еще железо, вносимое кварцевым флюсом. Учитывая все эти замечания и подсчитанные ' количества штейна и конвертерного шлака, составляем предварительный расчетный баланс плавки для выяснения состава и количества шлака, получаемого при плавке руды, и оборотного шлака без флюсов, что требуется для расчета количества необходимых флюсов (табл. 225). Таблица 225 Предварительный расчетный баланс пиритной плавки руды с конвертерным шлаком, но без флюсов, кг
Для получения более точных результатов в эту же таблицу включен расход сухого кокса (2% от веса сухой руды) и учтено пылеобразование (3% от веса шихты). В предварительный баланс (табл. 225) не включен расход воздуха, поэтому в газах и в шлаках не хватает кислорода. Для того чтобы получить истинный вес и состав шлака, нужно железо, перешедшее в шлак, пересчитать на FeO и Fe304, цинк на ZnO и учесть связанный с ними кислород. Пренебрегая количеством железа, связанным в сульфид, для упрощения считаем, что 90% железа связано в FeO, а 10% (3,92 кг) — в Fe304. Тогда потребуется кислорода из воздуха для образования шлака, кг: для FeO 35,29: 55,8*16 = 10,12 Fe304 3,92: 167,4*64 = 1,50 ZnO 1,00: 65,4*16 = 0,25 Итого 11,87 Вычитаем из конвертерного шлака (табл. 225) 2,56 кг О2: потребуется кислорода из воздуха 9,31 кг. Общий вес шлака при работе без флюсов составит 57,81 + 9,31 = 67,12 кг. Ориентировочный расчетный состав шлака при работе без флюсов будет
Если сопоставить состав этого шлака с обычно получаемыми при пиритной плавке [3], то сразу же станет ясно, что шахтная печь нормально, без флюсов, работать не может. Чтобы рассчитать количество потребных флюсов, применим в данном случае алгебраический метод, исходя из получения шлака с соотношением [3] (FeO + Fe304): Si02 : CaO = 55: 31 : 6 Сущность алгебраического метода заключается в составлении и решении двух уравнений с двумя неизвестными. В данном случае неизвестными величинами будут: количество кварца — х кг и количество известняка — у кг, требующиеся на 100 кг сухой руды. Имея составы кварца и известняка (пример 69) и количества (FeO + Fe304), Si02 и СаО, вносимые рудой с конвертерным шлаком, подсчитываем общий вес этих трех компонентов шлака после введения флюсов (табл. 226).
Таблица 226 Расчетное количество FeO, СаО и Si02 на 100 кг сухой руды, кг
По выбранному соотношению этих трех компонентов в шлаке [(FeO + Fe304) : Si02 = 55 : 31 и (FeO + Fe304) : СаО = = 55 : 6] составляем две пропорции (табл. 226): 55:31 = (50,83 + 0,045x) : (9,15 + 0,92x + 0,03 у), 55: 6 = (50,83 + 0,045x) : (0,48 + 0,543 у). Произведение средних членов пропорции равно произведению крайних членов. Получаем два уравнения с двумя неизвестными: 55 (9,15 + 0,92x + 0,03 у) = 31 (50,83 + 0,045x), 55 (0,48 + 0,543 у) = 6 (50,83 + 0,045x). Решая эти два уравнения, получаем x = 22,2 кг кварца; у = 9,5 кг известняка. Учитывая содержание в руде 5% влаги, т. е. вес сырой руды 100: 0,95 = 105,26 кг, 10% влаги в коксе, т. е. вес сырого кокса 2: 0,90 = 2,22 кг, и пренебрегая содержанием влаги во флюсах, получаем состав шихты для плавки, кг: руды сырой 105,26 конвертерного шлака 18,82 кварца 22,20 известняка 9,50 кокса сырого 2,22 Для составления материального баланса плавки следует рассчитать количество воздуха, вдуваемого в печь через фурмы. Количество кислорода, потребного на шлакообразование (9,31 кг), было подсчитано выше. По табл. 225 подсчитываем количество подаваемого через фурмы кислорода, идущего на окисление компонентов шихты, переходящих в газы. При этом следует иметь в виду, что подготовительная зона шахтной печи практически не содержит свободного кислорода, т. е. через фурмы вдувается только теоретическое количество воздуха, потребное на окисление углерода до СОг, цинка до ZnO, железа до FeO и Fe304 и части серы до SO2. Примем для упрощения расчета, что в SO2 сгорает только сера, окисляющаяся при окислении и ошлаковании сернистого железа, а вся сера, выделяющаяся от разложения сульфидов, выходит из шихты в парообразном состоянии, сгорая за счет воздуха, подсасываемого в печь через загрузочные окна. Такой серы, согласно табл. 7, будет, кг от разложения пирита 44: 2 = 22 от разложения халькопирита 2: 4 = 0,5 Итого . . . . 22,5 Кислород потребуется для окисления остальной серы в количестве (табл. 225) 41,88—22,5= 19,38 кг. В итоге для образования газовой фазы потребуется кислорода, кг: На окисление серы 19,38: 32*32= 19,38 На окисление углерода 1,64:12*32= 4,37 На окисление цинка 0,63: 65,4*16= 0,14 На окисление железа 1,5: 55,8*16= 0,43 Итого 24,32 Всего с кислородом для шлакообразования потребуется 24,32 + 9,31 = 33,63 кг. С этим кислородом будет введено азота 33,63:23*77= 110,91 кг, или воздуха (33,63 + 110,91): 1,293 = 111,4 м3 на 100 кг сухой руды, или 1114 м3 на 1 т сухой руды без учета потерь воздуха на фурмах. С этим воздухом при нормальной его влажности (5 г на 1 м3) будет введено влаги 111,4*0,005 = 0,56 кг. Для проверки расчета все полученные данные сводим в таблицу полного материального баланса (табл. 227). Таблица 227 Полный материальный баланс пиритной плавки, кг
На основании цифр табл. 227 можно уточнить состав отвального шлака и газов. Состав шлака: кг % FeO + Fe304 51,61 55,0 SiO2 29,25 31,0 CaO 5,48 5,9 А1203 4,35 4,6 MgO 0,09 0,1 ZnO 1,25 1,3 Прочие. 1,95 2,1 Итого 93,98 100,0 Как видно из табл. 227 и из расчета количества потребного кислорода, сумма весов газа и пыли (192,24 кг) состоит из 3,97 кг пыли и 188,27 кг газа. Состав этого газа представлен в табл. 228. Следует помнить, что это состав теоретический (состав газа в верхней подготовительной зоне до сгорания паров серы за счет кислорода воздуха, подсосанного через загрузочные окна). Таблица 228 Количество и состав газов пиритной плавки до сгорания паров серы
По данным практики, в шатры шахтных печей при пиритной плавке через загрузочные окна при отсутствии специальной герметизации подсасывается от 100 до 150% воздуха от объема отходящих газов. В данном случае часть этого воздуха расходуется на сжигание паров серы, причем на практике замечено, что при холодном колошнике (сразу после загрузки) сгорает не вся сера, на что указывает нахождение небольших сталактитов серы в газоотводах и пылевой камере, а также периодическое окрашивание отходящих газов в желтый цвет (обычно сразу после загрузки холодной шихты). Если принять, что подсасывается 150% воздуха, т. е. 122,64*1,5= 183,96 м3, то из 38,63 м3 (183,96*0,21) кислорода 16,1 м3 прореагирует с парами серы по реакции S2 + 202 = 2S02 с образованием 16,1 м3 S02; состав газов при условии полного сгорания паров серы будет: м3 % SO2 16.1+13.22=29.32 9.8 С02 5.12 1.7 N2 145.33 + 88.73 = 234.06 78.5 02 38,63 - 16,10 = 22,53 7,5 Н20 7,52 2,5 Итого 298,55 100,0
Пример 71. Процент подсоса воздуха в газоотвод Рассчитать процент подсоса воздуха, если в отходящих газах при работе в условиях примера 70 в среднем фактически содержится 5% S02. Для определения процента подсоса воздуха следует произвести анализы отходящих газов. Вследствие колебаний количества и состава отходящих газов необходимо провести как можно больше анализов через равные промежутки времени при постоянном режиме плавки и взять среднюю величину. Как известно, коэффициент избытка воздуха по теоретическому и фактическому содержанию какого-либо компонента газа (кроме 02 и N2) равен % (по теоретическому расчету) ___ 1 % (фактического определения) Для данного примера дело обстоит несколько сложнее, так как часть подсосанного воздуха реагирует с парами серы. Поэтому нужно сосчитать сначала условно-теоретический состав газа, считая, что подсасывается воздух только в том количестве, которое требуется для сжигания паров серы, а потом уже считать по вышеприведенной формуле количество ;воздуха, разбавляющее содержание S02 до 5%. Пользуясь подсчитанными выше данными (см. пример 70), определяем объем воздуха, требующегося для сжигания паров серы: 16,1 : 0,21 = 76,7 м3. Условно-теоретический состав газов, не содержащих избыточного и свободного кислорода, будет следующий: м3 % S02 29, 32 15,3 СО 5,12 2,7 N2 60,6 + 88,73 = 149,33 78,1 Н20 7,52 3,9 Итого 191,29 100,0 Подставляя 15,3% SO2 (по теоретическому расчету) и заданные нам для примера 5% SO2 (по фактическому определению), подсчитываем по формуле коэффициент подсоса воздуха: 15.3/5 – 1 = 2,06 или 2,06*100 = 206%. Иначе говоря, через загрузочные окна подсасывается воздуха при разбавлении газов до содержания 5% SO2 2,06*191,29=394 м3, что вместе с воздухом, расходуемым на сжигание паров серы, составляет 394 + 76,7 = 470,7 м3. Общий подсос воздуха, считая к теоретическому объему газов в подготовительной зоне шахтной печи, равен 470,7 : 122,64 - 3,84, или 384%.
МЕДНО-СЕРНАЯ ПЛАВКА Медно-серная плавка — это улучшенная пиритная плавка. В курсе металлургии меди [3] изложены конструктивные особенности шахтной печи, а также изменения в режиме ее работы, обеспечивающие более полное протекание реакции 2S02 + 2С = S2 + 2С02. Не вдаваясь в условия, обеспечивающие восстановление почти всего сернистого газа, отметим, что необходимо загрузить увеличенное против пиритной плавки количество кокса и обеспечить достаточно длительное время соприкосновения сернистого газа с коксом. Для обеспечения последнего условия применяется более высокая шахта, замедленный ход печи и дробление кокса перед загрузкой. К сожалению, до сих пор мы не имеем возможности определить скорость протекания реакции восстановления сернистого газа в шахтной печи и заранее рассчитать состав газа в зависимости, например, от величины проплава (скорости плавки), хотя определенно известно и много раз проверено на практике, что интенсификация плавки вызывает повышение содержания S02 и снижение количества свободной серы в газах. Выше фурм шахтной печи (точнее в зоне плавления) процесс ничем не отличается от разобранного выше процесса пиритной плавки. Более сложным является расчет количества потребного кокса и подсчет количества отходящих газов. Для решения этого вопроса нужно прежде всего определить состав отходящих газов, что, как выше отмечено, расчетом пока сделать не удается. Поэтому состав отходящих газов приходится брать из данных практики и выполнять расчет их количества применительно к определенному составу газов. В случае изменения состава газов следует выполнить новый расчет на новый состав отходящих газов. Пример 72. Расчет шихты и количества газов Рассчитать потребное количество флюсов, количество газов и составить материальный баланс медно-серной плавки руды (см. таблицу 7, пример 6) при получении штейна, содержащего 8% Си, 26% S и 7% О2. Для расчета принимаем те же составы флюсов и кокса, как и в примере 69 для расчета полупиритной плавки. Расчет выхода штейна и получаемой десульфуризация производим по методике, изложенной в примере 68. Шлак медно-серной плавки железистый, тяжелый, штейн имеет малую разницу удельного веса по сравнению со шлаком, поэтому примем, как и в примере 68, содержание меди в шлаке 0,25, выход шлака 0,6, переход меди в пыль и угар 3%. Тогда извлечение меди из руды в штейн составит И =(2-0,6*0,25/2)*100-3=89,5% Из 100 кг сухой руды в штейн переходит меди
Таблица 229 2*0,895 = 1,79 Кг.
По условию в штейне 8% Сu, вес штейна 1,79:0,08 = 22,4 кг. Учитывая переход цинка в штейн в количестве 20%, или 1,8*0,2 = 0,36 кг. а также заданное содержание серы и кислорода в штейне, составляем табл. 229 состава и количества штейна. Как видно из табл. 229, в штейн переходит 5,82 кг S. В исходной руде содержится (см. табл. 7) 46,9 кг S, следовательно, общая десульфуризация составит (46,9 — 5,82) : 46,9* 100 = 88% В том числе выделяется при нагревании серы (см. табл. 7), кг: Пирита 44 : 2 = 22 халькопирита 2 : 4 = 0,5 Итого . . . . 22,5 т. е. десульфуризация от разложения сульфидных материалов составит в данном примере 22,5:46,9*100 = 48%, а десульфуризация от окисления и ошлакования сернистого железа составит остальные 40%. Для расчета количества необходимых флюсов задаемся расходом кокса 10% от веса сухой руды и составляем предварительный расчетный баланс плавки без флюсов (табл. 230), учитывая пылеобразование (3% от веса шихты). Таблица 230 Предварительный расчетный баланс медно-серной плавки без учета расхода флюсов, кг
В табл. 230 не учитывается поступление воздуха в печь, а в шихте не хватает кислорода для образования магнетита, растворенного в штейне, так как в шихте отсутствует конвертерный* шлак. Поэтому общая сумма весов загруженных материалов получилась меньше на 1,35 кг (1,57—0,22) благодаря весу кислорода воздуха, пошедшего на образование магнетита, растворенного в штейне. Аналогично примеру 70 пересчитываем 10% железа шлака на Fe304, 90%,— на FeO и Zn шлака — на ZnO, чтобы получить вес шлака при работе без флюсов. Потребуется кислорода из воздуха для образования шлака, кг: для FeO 24,64: 55,8*16 = 7,06 Fe304 2, 74: 167, 4*64 = 1, 04 ZnO 1, 00: 65, 4*16 = 0, 25 Итого 8,35 Общий вес шлака при работе без флюсов составит 39.60 + 8,35 = 47,95 кг. Ориентировочный расчетный состав шлака при работе без флюсов:
На таком шлаке шахтная печь нормально работать не может. Необходимое количество флюсов для данного примера подсчитаем алгебраическим методом исходя из шлака, характерного для пиритной плавки [3]: (FeO + Fe304): Si02 : CaO = 54: 33: 5. Зная состав кварца, известняка (см. пример» 69) и количества (FeO + Fe304), SiO2 и CaO, вносимые рудой и коксом (табл. 230), подсчитаем общий вес этих трех компонентов шлака после введения флюсов (табл. 231). Таблица 231 Расчетное количество FeO, CaO и Si02 на 100 кг сухой руды, кг
По выбранному соотношению этих трех компонентов в шлаке составляем две пропорции (табл. 231): 54: 33 = (35,48 + 0,045 х): (6,11 + 0,92 х + 0,03 у), 54: 5 = (35,48 + 0,045x): (0,38 + 0,543 y). Решаем эти два уравнения: 54 (6,11 + 0,92x + 0,03 у) - 33 (35,48 + 0,045x), 54 (0,38 + 0,543 у) = 5 (35,48 + 0,045 x), получаем х = 17,3 кг кварца; у = 5,5 кг известняка. Для составления полного материального баланса нужно учесть влагу руды и кокса, а также рассчитать состав отходящих газов и потребное количество воздуха, вдуваемого в печь через фурмы. Так как вся шихта и кокс перед подачей их в шахтную печь медно-серной плавки сушатся в бункерах горячим воздухом, то примем остаточный процент влаги в руде 2% и в коксе 5% Вес сырой руды составит 100:0,98 = 102 кг и вес кокса— 10:0,95= 10,5 кг. Состав шихты, загружаемой в печь, должен соответствовать полученной по расчету пропорции (табл.232): руда подсушенная 102,0 кварц 17,3 известняк 5,5 кокс подсушенный 10,5 Для расчета количества отходящих газов нужно знать распределение серы между отдельными компонентами газов. Это распределение подсчитать на основе теоретических данных невозможно, а потому его принимаем, основываясь на практических данных, %:
Итого 100,0 Прежде всего следует установить по табл. 230 количество серы, переходящей в газы (на 100 кг руды): кг %
По минералогическому составу руды (см. табл. 7) в шахте печи выделяется от разложения поступающих сульфидов 22,5 кг S. Вся остальная сера в количестве 17,48 кг приходит снизу печи в виде SO2 от реакции окисления сернистого железа. Взаимодействуя с коксом и влагой, SO2 образует S2, COS, CS2 и H2S. Определяем на основе принятого состава отходящих газов распределение серы между этими компонентами, кг: S 39,98*0,804 = 32,13 SO2 39,98*0,089 = 3,57 CS2 39,98*0,071= 2,84 COS 39,98 *0,024 = 0,96 H2S 39,98*0,012 = 0,48 Итого 39,98 Сопоставляя эти цифры с вышеприведенными, можно подсчитать количество серы, идущей на образование компонентов отходящих газов, кг: восстановилось до S2 32,13 —22,5 = 9,63 образовалось CS2 2,84 » COS 0,96 » H2S 0,48 осталось без изменения в виде S02 3,57 Итого . . . . 17,48 Для проверки расхода кокса подсчитываем его количество по имеющим место реакциям: 1. Восстановление SO2: 2S02 + 2С = S2 + 2С02, 9,63:32*12 = 3,61 кг С. 2. Образование CS2: С + S2 = CS2, 2,84:64*12 = 0,53 кг С. 3. Образование COS: 2CO + S2 = 2COS, 0,96: 32*12 = 0,36 кг С. Всего потребуется углерода кокса 3,61 + 0,53 + 0,36 = 4,50 кг, что соответствует расходу 5,5 кг (4,50:0,82) кокса на 100 кг руды. При 3%-ном расходе кокса на пиритную плавку теоретический расход кокса на 100 кг руды составит 5,5 + 3,0 = 8,5 кг. Фактический расход кокса несколько выше из-за неизбежных подсосов воздуха. Фактически S02 восстановилось до паров серы полнее, чем нами было рассчитано, на что ушло больше кокса, но подсосанный через неплотности (главным образом, загрузочного аппарата) кислород воздуха сжигает часть паров серы обратно в сернистый газ. Для расчета состава отходящих газов определяем количество влаги, прореагировавшей с серой по реакции 2Н20 + + 1,5S2 = 2H2S + S02 0,48:96*36 = 0,18 кг Н20. В соответствии с табл. 230 и подсчитанными выше данными рассчитываем количество воздуха, проходящего внутрь печи через фурмы на 100 кг шихты, считая по конечному составу газов и принимая, что весь углерод, кроме связанного в COS и CS2, сгорает в С02. Кислорода потребуется, кг: на образование S02. . . . 3,57:32*32 = 3,57 » » COS . . . 0,96:32*16 = 0,48 » » СО, . . . [8,2—(0,53+ 0,36)]: 12*32 = 19,50 на окисление Fе(пыли). . 0,38:55,8*16 = 0,11 » » Zn » . . . 0,44 :65,4*16 = 0,11 Итого (для пыли и газов) 23,77 для образования шлака (см.выше) 8,35 для образования штейна (табл. 230)...... 1,57 В с е г о требуется кислорода 33,69 исключаем кислород золы кокса (табл. 230) 0,22 . исключаем кислород влаги 0,18: 18*16 = 0,16 Всего потребуется кислорода воздуха 33,31 С этим кислородом будет введено 33,31 :23*77 = 111,52 кг N2, это составит воздуха по объему (33,31 + 111,52) : 1,293 = 112 л3 на 100 кг сухой руды, или 1120 м3 на 1т сухой руды без учета потерь воздуха на фурмах. С этим воздухом при нормальной его влажности (5 г на 1 м3) будет введено влаги 112*0,005 = 0,56 кг.
Для проверки расчета все полученные данные сводим в таблицу полного материального баланса (табл. 232), Таблица 232 Полный материальный баланс медно-серной плавки, кг
На основании цифр табл. 232 можно уточнить состав и количество отвального шлака и газов. Состав шлака: FeO + Fe304 35,24 52,8 Si02 21,71 32,7 CaO 3,28 5,0 А1203 3,72 5,6 ZnO 1,25 1,9 Прочие 1,35 2,0 Итого 66,55 100,0 Как видно из табл. 232 и из расчета количества потребного кислорода, сумма весов газа и пыли составляет 191,74 кг, в том. числе вес пыли 3,25 кг и вес газа 188,49 кг. При учете состава газа следует иметь в виду, что 0,18 кг Н2О пошло на образование H2S и S02, как подсчитано выше. Состав газов по заданному распределению серы между различными его компонентами представлен в табл. 233. Таблица 233 Количество и состав газов медно-серной плавки
Из табл. 233 можно вывести вес 1 м3 газа при 0° и 760 мм рт. ст.: 188,49 : 123,38 = 1,52 кг., Иногда надо составить материальный баланс по работающей печи. В этом случае следует провести тщательное опробование шихты, штейна, шлака и газов. По анализу газов нужно рассчитать распределение серы по компонентам газа в процентах, беря за 100% суммарное содержание серы в пробе газа. Далее, на основе собранных фактических данных, расчет производится обычным порядком, но принятые нами для примера показатели заменяются на снятые с натуры на заводе. 4. ПРОДУВКА МЕДНОГО ШТЕЙНА В КОНВЕРТЕРЕ Как изложено в учебниках по металлургии меди [3], задачей конвертерного передела является удаление из штейна железа и серы окислением воздухом с ошлакованием окислов железа кварцем. Следовательно, производительность конвертера, рассчитанная в тоннах переработанного за сутки штейна, зависит больше всего от количества воздуха, вдуваемого в конвертер. Чем больше будет вдуваться воздуха (м3/мин), чем меньше будет простоев конвертера на сливе шлака и других простоев без подачи воздуха, тем больше будет переработано штейна. Задача металлургических расчетов конвертерного передела— определить количество потребного к подаче в конвертер воздуха и кварца с определением количества получающихся продуктов (газов, оборотных шлаков и черновой меди). Эту задачу можно решать разными способами, например раздельно рассчитывать работу первого периода—ошлакования железа с получением -белого штейна, а затем второго периода — продувки до черновой меди, и суммировать результаты обоих периодов (см. ниже пример 73). Можно применить упрощенный метод без разделения на периоды (см. ниже пример 74). Следует помнить, что на заводах очень часто производительность конвертера определяют не в тоннах переработанного за сутки штейна, а в тоннах выпускаемой черновой меди. Как изложено в учебниках [3], производительность конвертера по меди в очень сильной степени зависит от состава перерабатываемого штейна. Поэтому в металлургических расчетах нужно всегда иметь в виду, что производительность конвертерного передела по выпуску меди — величина переменная и зависит от содержания меди в штейне.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
© klukonin |