Оглавление
Оглавление................................................................................................................................. 2
Рациональный состав штейна и
шлака................................................................................... 3
Поведение кобальта и режим
конвертирования..................................................................... 4
Основные реакции процесса.................................................................................................... 4
Расчет технологического процесса
периода набора.............................................................. 5
1. Окисление железа
ферроникеля.................................................................................. 5
2. Окисление сернистого железа до
содержания в массе до 25% Fe................................ 6
3. Расчет количества флюсов............................................................................................ 8
4. Проверка извлечения кобальта в
шлаки периода набора.............................................. 8
5. Расчет количества холодных
материалов........................................................................ 8
6. Материальный баланс
периода набора....................................................................... 8
Расчет технологического процесса
периода варки файнштейна........................................ 10
1. Расчет количества шлака и
файнштейна................................................................... 10
2. Расчет количества воздуха
и газов............................................................................. 10
3. Количество кварцевого
флюса................................................................................... 11
4. Содержание кобальта в
файнштейне и шлаке периода варки................................. 11
5. Материальный баланс
периода варки файнштейна................................................. 11
Сводный материальный баланс
конвертирования............................................................... 13
Расчет конвертера.................................................................................................................... 14
1. Пропускная способность конвертера
по воздуху..................................................... 14
2. Удельная загрузка
конвертора.................................................................................... 14
3. Площадь сечения работающих
фурм........................................................................ 14
4. Число работающих фурм............................................................................................ 14
5. Число установленных фурм....................................................................................... 14
6. Тип и размеры конвертера.......................................................................................... 14
7. Расчет эффективности
применения фурм усовершенствованной конструкции... 14
8. Определение числа
операций..................................................................................... 14
9. Проверка размеров
горловины................................................................................... 15
Тепловой баланс конвертера.................................................................................................. 15
Расчет воздухоподводящей системы
и воздуходувок.......................................................... 19
1. Выбор схемы
воздухопроводов и расчет их диаметров........................................... 19
2. Расчет сопротивления
воздухоподводящей системы............................................... 19
Технические показатели......................................................................................................... 20
Рациональный состав файнштейна (табл.1) рассчитан на основании
заданного элементарного состава. Принято, что все железо в файнштейне находится
в виде FeS, кобальт связан в СоS,
остальная сера приходится на Ni3S2. Оставшийся никель находится в металлической
форме.
Таблица1.Рациональный
состав файнштейна, кг
|
Соединение
|
Всего
|
Ni
|
Co
|
Fe
|
S
|
Прочие
|
Ni3S2
|
69,76
|
50,20
|
-
|
-
|
19,56
|
-
|
CoS
|
0,77
|
-
|
0,50
|
-
|
0,27
|
-
|
FeS
|
0,47
|
-
|
-
|
0,30
|
0,17
|
-
|
Nimet
|
27,10
|
27,10
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Прочие
|
1,90
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1,90
|
Всего
|
100,00
|
77,30
|
0,50
|
0,30
|
20,00
|
1,90
|
Рациональные составы горячего и холодного штейнов (табл. 2 и 3)
рассчитаны исходя из следующих положений.
Таблица 2.
Рациональный состав горячего штейна, кг
|
Соединение
|
Всего
|
Ni
|
Co
|
Fe
|
S
|
Прочие
|
Ni3S2
|
14,28
|
10,47
|
-
|
-
|
3,81
|
-
|
CoS
|
1,03
|
-
|
0,70
|
-
|
0,33
|
-
|
FeS
|
40,86
|
-
|
-
|
26,00
|
14,86
|
-
|
Femet
|
36,30
|
-
|
|
36,30
|
|
-
|
Nimet
|
5,53
|
5,53
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Прочие
|
2,00
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2,00
|
Всего
|
100,00
|
16,00
|
0,70
|
62,30
|
19,00
|
2,00
|
Таблица
3. Рациональный состав холодного штейна, кг
|
Соединение
|
Всего
|
Ni
|
Co
|
Fe
|
S
|
Прочие
|
Ni3S2
|
8,99
|
7,15
|
-
|
-
|
1,84
|
-
|
CoS
|
0,46
|
-
|
0,30
|
-
|
0,16
|
-
|
FeS
|
42,92
|
-
|
-
|
27,32
|
15,60
|
-
|
Femet
|
40,98
|
-
|
-
|
40,98
|
|
-
|
Nimet
|
3,85
|
3,85
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Прочие
|
2,80
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2,80
|
Всего
|
100,00
|
11,00
|
0,30
|
68,30
|
17,60
|
2,80
|
Таблица4. Суммарный
рациональный состав смеси холодного и горячего штейна, кг
|
Соединение
|
Всего
|
Ni
|
Co
|
Fe
|
S
|
Прочие
|
Ni3S2
|
17,87
|
13,33
|
-
|
-
|
4,54
|
-
|
CoS
|
1,21
|
-
|
0,82
|
-
|
0,39
|
-
|
FeS
|
58,03
|
-
|
-
|
36,93
|
21,11
|
-
|
Femet
|
52,70
|
-
|
-
|
52,69
|
-
|
-
|
Nimet
|
7,07
|
7,07
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Прочие
|
3,12
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3,12
|
Всего
|
140,00
|
20,40
|
0,82
|
89,62
|
26,04
|
3,12
|
Весь кобальт связан
в CoS, а отношение количества никеля, связанного в Ni3S2, к
количеству никеля, находящегося в металлической форме, принято таким же, как
для файнштейна. На основании этого определенно количество Ni3S2 и Nimet. Оставшаяся от CoS и Ni3S2 сера связана с железом в FeS, остальное железо находится в металлической форме в виде ферроникеля.
На основании данных
практики приняты следующие показатели по шлакам.
Содержание никеля 0,9%, причем весь он
находится в виде Ni3S2 в корольках штейна. В виде корольков штейна в шлаки увлекается также и
FeS. Содержание FeS в шлаках
определяется из отношения Ni3S2: FeS, которое
принимается для шлаков таким же, как для суммарного состава смеси штейнов.
Содержание SiO2 в конвертерных шлаках в соответствии с
данными практики принято 28%.
Примем сумму FeO+ SiO2+ Fe3O4=93%.
Тогда FeO в шлаке составит 93-28-10=55%.
Примем также, что
вся закись железа связана с кремнеземом в файялит 2FeO* SiO2. Оставшийся от файялита избыточный
кремнезем условно считаем свободным.
Таблица 5.
Рациональный состав конвертерного шлака без учета кобальта, кг
|
Соединение
|
Всего
|
Ni
|
Fe
|
S
|
SiO2
|
O2
|
Прочие
|
Ni3S2
|
1,23
|
0,90
|
-
|
0,33
|
-
|
-
|
-
|
Fe3O4
|
10,00
|
-
|
7,24
|
-
|
-
|
2,76
|
-
|
2FeO* SiO2
|
78,00
|
-
|
42,80
|
-
|
23,00
|
12,20
|
-
|
FeS
|
4,00
|
-
|
2,54
|
1,46
|
-
|
-
|
-
|
SiO2
|
5,00
|
|
-
|
-
|
5,00
|
-
|
-
|
Прочие
|
1,77
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1,77
|
Всего
|
100,00
|
0,90
|
52,58
|
1,79
|
28,00
|
14,96
|
1,77
|
Для возможно полной
концентрации кобальта в шлаках последних сливов вначале продувку ведут до
бедной массы, содержащей не менее 20-30% Fe. На основании
этого принимают условное разделение процесса на два периода: период набора с
получением массы, содержащей 25% Fe, и период варки
файнштейна с полным удалением железа.
В соответствии с
практическими данными примем следующее распределение кобальта по продуктам
конвертирования, %: в файнштейн15; в шлаки периода набора 50; в шлаки периода
варки файнштейна 34; в пыль 1,0.
Без кремнекислоты
3Fe + 2O2= Fe3O4
При наличии
кремнекислоты
2Fe + O2 +
SiO2 = 2FeO* SiO2
Для упрощения
расчета можно принять, что вся сера сернистого железа никелевого штейна будет
окисляться только до SO2.
В этом случае процессы окисления FeS можно представить
реакциями:
Без кремнекислоты
3 FeS+ 5O2
= Fe3O4 + SO2
В присутствии
кремнекислоты
2 FeS + 3O2
+ SiO2 = 2FeO* SiO2 + 2SO2
Из данных таблицы 4
следует, что окисление кислородом дутья должно подвергнуться 52,7 кг железа
ферроникеля. В конвертерном шлаке (см. табл.5) окисленное железо составляет
50,04%.
Таблица 6.
Тепловые эффекты реакций конвертирования никелевых штейнов
|
Реакция
|
Уравнение реакций
|
Тепловой эффект
реакции ккал/кг*моль
|
Количество тепла на 1
кг Fe, ккал/кг
|
1
|
3Fe + 2O2=
Fe3O4
|
267000
|
1590
|
2
|
2Fe + O2 +
SiO2 = 2FeO* SiO2
|
139300
|
1244
|
3
|
3 FeS+ 5O2
= Fe3O4 + SO2
|
411720
|
2451
|
4
|
2 FeS + 3O2
+ SiO2 = 2FeO* SiO2 + 2SO2
|
235780
|
2105
|
Считая, что всё
металлическое железо штейна окисляется и переходит в шлак, получим выход
конвертерного шлака от окисления железа ферроникеля:
52,7/50,04*100=105,3
кг
В этом количестве
шлака содержится железа в виде магнетита
105,3*0,0724=7,62
кг;
в виде закиси (файялита)
105,3*0,428=45,07
кг.
Необходимое
количество кислорода для окисления железа до магнетита по уравнению реакции (1)
64/167,7*7,62=2,91
кг.
Для окисления железа до закиси по реакции (2)
кислорода необходимо:
16/55,9*45,07=12,9
кг.
Всего теоретически необходимо кислорода на
окисление железа ферроникеля:
2,91+12,9=15,81
кг.
При
степени усвоения кислорода ванной 95% практическое количество кислорода
16/0,95=16,9 кг или 11,83 н*м3
Избыток кислорода
16,9-15,81=1,09
кг или 1,56 н*м3
Воздуха необходимо:
16,9/0,23=73,5
кг.
В таблице 7
приведены результаты расчета количества и состава газов при окислении железа,
ферроникеля.
Таблица
7. Количество и состав газов при окислении железа ферроникеля
|
газ
|
Вес,
кг
|
Объём,
н*м3
|
%
(объёмн)
|
O2
|
1,09
|
0,84
|
2,2
|
N2
|
48,1
|
37,3
|
97,8
|
Всего:
|
49,19
|
38,14
|
100
|
Из табл. 5 следует,
что после окисления железа ферроникеля в массе остается сернистого железа 58,03
кг или железа в виде FeS 36,92 кг (63,6% от веса FeS). Обозначим:
X кг –
количество FeS, которое нужно окислить до содержания в
массе 25% Fe;
0,636x кг -
количество окисляющего железа.
Поскольку окисленное железо в шлаке составляет
50,04% (см. табл. 5), выход шлака при окислении сульфида железа будет:
0,636/50,04*100=1,271
кг.
Обозначим: А кг – вес железа в обогащенной
массе;
В кг – вес массы,
остающейся после периода набора.
Тогда по условиям А/В=0,25.
Как было вычислено
выше, в результате окисления железа ферроникеля из 140 кг смеси штейнов
образовалось 105,3 кг шлака.
При окислении железа FeS
образовалось шлака 1,271x кг. Как следует из табл.5, в
шлаке содержится 2,54% Fe в виде FeS
(105,3+1,271x)*0,0254 кг
Окислится должно
0,636х кг железа из FeS. При начальном количестве железа в
штейне в виде FeS 36,92 кг (в 140 кг смеси штейнов) вес
железа, оставшегося в массе:
А=36,92-0,0254*(105,3+1,271х)-0,636х=34,24-0,6683х
кг.
В результате
окисления и ошлакования железа ферроникеля и сульфидного железа и удаления серы
в газы первоначальный вес смеси штейнов уменьшается на 52,7+х кг.
В виде корольков штейна в шлаки уходят (в
соответствии с табл. 5 и весом шлака):
(105,3+1,271х)*0,0123
кг Ni3S2
(105,3+1,271х)*0,04
кг FeS
Кроме того, как
принято выше, в шлаке периода набора уходит 50% всего кобальта. Приняв условно,
что в шлаках периода набора кобальт содержится в форме CoS,
получим, что в шлаки уходит: 1,21*0,5=0,605 кг CoS.
Таким образом, вес
массы, остающегося в результате периода набора:
В=140-(52,7+х)-(105,3+1,271х)*(0,0123+0,04)-0,605=81,188-1,0666х.
Как выше принято А/В=0,25, или
(34,24-0,6683х)/(81,188-1,0666х)=0,25
откуда х=34,84 кг.
Таким образом,
окисляется FeS 34,84 кг ( в нем железа 0,636 х=22,16 кг).
За счет этого образуется шлака 1,271х=44,3 кг.
Общее количество шлаков периода набора
105,3+44,3=149,6
кг.
Остается массы
В=81,188-1,0666*34,84=44,03
кг.
В ней железа в виде FeS
А=34,24-0,6683*34,84=10,96
кг,
или 10,96/0,636=17,23 кг FeS.
В шлаки увлекается
149,6*0,0123=1,84
кг Ni3S2
В массе остается
17,87-1,84=16,03
кг Ni3S2
В шлаки увлекается 0,605 CoS.
В массе останется
1,21-0,605=0,605
кг CoS.
Металлическое
железо из массы удалено полностью, металлический никель считаем полностью
сохраняющимся в массе в количестве 7,07 кг, прочие из 140 кг смеси штейнов в
количестве 3,48 кг также считаем остающимися в массе.
Проверяем вес массы как суммы Ni3S2+ CoS+ FeS+ Nimet+ Прочие.
Получим вес массы:
16,03+0,605+17,23+7,07+3,48=44,415
кг.
На основании
проделанных расчетов определяем состав массы, получаемой в итоге периода набора
(табл. 8).
Таблица
8. Количество и состав обогащенной массы на 140 кг смеси штейнов (без
холодных материалов).
|
Химические соединения
|
Количество
|
Ni
|
Co
|
Fe
|
S
|
Прочие
|
на 140 кг смеси
штейнов
|
% в массе
|
кг
|
% в массе
|
кг
|
% в массе
|
кг
|
% в массе
|
кг
|
% в массе
|
кг
|
% в массе
|
Ni3S2
|
16,03
|
36,09
|
11,7
|
26,3
|
-
|
-
|
-
|
-
|
4,33
|
9,75
|
-
|
-
|
CoS
|
0,605
|
1,36
|
-
|
-
|
0,22
|
0,5
|
-
|
-
|
0,39
|
0,87
|
-
|
-
|
FeS
|
17,23
|
38,79
|
-
|
-
|
-
|
-
|
10,96
|
24,7
|
6,27
|
14,1
|
-
|
-
|
Nimet
|
7,07
|
15,92
|
7,07
|
15,9
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Прочие
|
3,48
|
7,84
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3,48
|
7,84
|
Всего
|
44,415
|
100
|
18,8
|
42,3
|
0,22
|
0,5
|
10,96
|
24,7
|
11
|
24,7
|
3,48
|
7,84
|
В соответствии с
рациональным составом шлака (см. табл.5) находим, что в 44,3 кг его находится
железа в виде Fe3O4 44,3*0,0724=3,2 кг и в виде FeO 44,3*0,428=18,9
кг.
Подсчитываем количество кислорода, необходимое
для окисления FeS штейна до получения массы с содержанием
железа 25%.
По реакции (3) расход кислорода по количеству
окислившегося железа будет:
160/167,7*3,2=3,04
кг.
По реакции (4) расход кислорода по количеству
железа:
96/111,8*18,9=16,2
кг.
Всего теоретический расход кислорода:
30,4+16,2=19,24
кг.
При степени усвоения кислорода ванной
конвертера 95% практическое количество его:
19,24/0,95=20,24
кг.
Воздуха потребуется
20,24/0,26=77,85
кг или 60,34 н*м3.
Определяем количество газов, образующихся при
окислении FeS.
Подается с воздухом азота:
77,85-20,24=57,61
кг
В газы попадает избыточный кислород:
20,24-19,24=1,0
кг.
Образуется SO2:
По реакции (3)
(3*64,1)/(3*55,9)*3,2=3,66 кг;
По реакции (4)
(2*64,1)/(2*55,9)*18,9=21,6 кг.
Всего SO2 в газах: 3,66+21,6=25,26 кг.
Данные расчетов по
количеству и составу газов от окисления FeS штейна в
период набора сведены в табл. 9.
Суммарное
количество шлака при окислении железа ферроникеля и сернистого железа за период
набора:
105,3+44,2=149,5 кг
При 28% SiO2 в шлаке и 95% SiO2 в кварцевом флюсе требуется подать
кварцита:
149,5*0,28/0,957=43,7 кг
Общее
количество кобальта, поступившего в процесс с горячим и холодным штейном 0,82
кг.
В
соответствии с принятым выше распределением кобальта между продуктами плавки в
шлаки периода набора перейдет кобальта:
0,5*0,82=0,41 кг.
Общее расчетное
количество шлаков периода набора 149,5 кг.
Содержание кобальта
в них:
0,41/149,5*100=0,27%.
В расчете приняты следующие условия:
-
температура жидких продуктов процесса 13000С;
-
температура газов 11000С;
-
потери тепла во внешнюю среду 15% от суммарного
тепловыделения процесса;
Состав холодных
материалов, условно принятых как механическая смесь, состоящая на 70% из
конвертерного шлака и на 30% из обогащенной массы, приведен в табл.10.
Обогащенной массы: 44,415+18,6=63,015 кг
Конвертерного шлака: 149,5+43,4=192,9 кг.
Таблица
10. Расчет условного состава холодных материалов
|
Компоненты холодных
материалов
|
Состав
|
Ni
|
Co
|
Fe
|
S
|
SiO2
|
O2
|
Прочие
|
%
|
кг
|
%
|
кг
|
%
|
кг
|
%
|
кг
|
%
|
кг
|
%
|
кг
|
%
|
кг
|
%
|
кг
|
Обогащенная масса
|
30
|
18,6
|
42,3
|
7,9
|
0,5
|
0,1
|
24,7
|
4,6
|
24,7
|
4,6
|
-
|
-
|
-
|
-
|
7,8
|
1,5
|
Конвертерный шлак
|
70
|
43,4
|
0,9
|
0,4
|
0,2
|
0,1
|
52,6
|
22,8
|
1,8
|
0,8
|
28,0
|
12,2
|
15,0
|
6,5
|
1,5
|
0,7
|
Смесь
|
100
|
62
|
13,3
|
8,3
|
0,3
|
0,2
|
44,2
|
27,4
|
8,7
|
5,4
|
19,6
|
12,2
|
10,5
|
6,5
|
3,4
|
2,1
|
В
результате периода набора получено 63 кг обогащенной массы. Исходя из ее
рационального состава (табл.8) находим, что в указанном количестве обогащенной
массы содержится:
63*0,3879=24,43 кг FeS;
(в том числе Fe 15,54 кг);
63*0,3609=22,74 кг Ni3S2.
В
соответствии с рациональным составом конвертерного шлака (табл.5) в нем
содержится железа в сульфидной и окисленной форме 52,58%, а также 1,23% Ni3S2.
Считая, что все
железо массы перейдет в шлак, определяем выход шлака периода варки:
15,54/0,5258=29,55 кг.
С этим количеством
шлака увлекается:
29,55*0,0123=0,36 кг Ni3S2.
В файнштейн
перейдет:
22,74-0,36=22,38 кг Ni3S2,
что соответствует
количеству никеля в форме Ni3S2
176,1/240,3*22,38=16,4 кг.
Кроме того, в
файнштейн из массы без потерь, как принято, перейдет весь металлический никель
в количестве:
63*0,16=10,08 кг.
Всего в файнштейн переходит никеля:
16,4+10,08=26,48 кг.
При 77,3% Ni в файнштейне выход файнштейна:
26,48/0,773=34,26 кг.
В конвертерный шлак увлекается:
29,55*0,04=1,18 кг FeS.
Количество FeS, окисляющегося по реакциям (3) и (4),
24,43-1,18=23,25 кг FeS
или
55,9/88*23,25=14,77 кг Fe.
В соответствии с
рациональным составом шлака (табл. 5) находим, что в нем содержится железа:
В виде FeO……….29,55*0,428=12,65 кг
В виде Fe3O4……..29,55*0,0724=2,14
кг
___________________________________
Всего железа
в виде окислов……14,79 кг.
По реакции (3) окисляется 2,14 кг Fe.
Расходуется кислорода на это:
160/167,7*2,14=2,04
кг.
Образуется:
63/55,9*2,14=2,41
кг SO2.
По реакции (4) окисляется 12,65 кг Fe.
Расходуется кислорода:
96/111,8*12,65=10,86
кг.
Образуется:
128,2/111,8*12,65=14,06
кг SO2.
Суммарно на реакции (3) и (4) требуется
кислорода:
2,04+10,86=12,9
кг;
образуется по обеим реакциям
2,41+14,06=16,47
кг SO2.
При 95% усвоении кислорода ванной конвертера
практический расход кислорода:
12,9/0,95=13,58
кг.
Избыток кислорода:
13,58-12,9=0,68
кг.
Воздуха на период варки файнштейна
потребуется:
13,58/0,26=52,23
кг.
Поступило азота с воздухом:
52,23-13,58=38,65
кг.
Количество и состав газов периода варки
файнштейна приведены в табл.12
Таблица
12.Количество и состав газов.
|
газ
|
вес,кг
|
объем, нм3
|
%(объемн)
|
SO2
|
16,47
|
5,76
|
15,5
|
N2
|
38,65
|
30,92
|
83,22
|
O2
|
0,68
|
0,476
|
1,28
|
Всего:
|
55,8
|
37,156
|
100
|
3. Количество кварцевого флюса.
В период варки
файнштейна образуется 29,55 кг конвертерного шлака. В этом количестве
содержится 29,55*0,28=8,27 кг SiO2.
Необходимое
количество флюса:
8,27/0,957=8,64
кг.
Содержащийся в
обогащенной массе кобальт в количестве 0,31 кг распределяется между файнштейном
и шлаком периода варки в соотношении 14:35, т.е от количества кобальта,
содержащегося в массе переходит в файнштейн:
14/49*100=28,6%,
или 0,31*0,286=0,089 кг.
Переходит кобальта в шлак:
35/49*100=71,4%,
или 0,31*0,714=0,22 кг.
При выходе файнштейна 34,26 кг содержание кобальта
в нем:
0,22/29,55=0,74%.
На основании
сводного материального баланса находим теоретическое удельное количество
воздуха на 1 т штейна:
Vуд=195,2/(0,14*1,29)=1080,84 нм3/т.
Приняв k=0,7, найдем потребную пропускную способность конвертера:
Vконв=(210*1080,84)/(1440*0,7)=225,2 нм3/мин.
Находится по формуле:
q=1.74
(p1-Hгидр)/С
q=1.74 (1,2-0,3)/6=0,68 нм3/см2*мин.
Fф=Vконв/q=225,2/0,68=331,2 см3.
Приняв диаметр
фурменных трубок d=41мм, получим необходимое число
одновременно работающих фурм:
nр=127.2*Fф/d2=127,2*331,2/1681=25,06.
С учетом резерва 20% число установленных фурм:
nуст=1,2nр=1,2*25,06=30,1.
Исходя из найденных
значений площади сечения фурм Fф=331,2 см2; диаметра фурмы d=41 мм и
числа фурм nуст=30, по
табл. 3 [1] выбираем стандартный конвертер с размерами по кожуху 3,6´6,1 м и емкостью по
файнштейну 40 т.
Предложена
конструкция, имеющая показатель гидравлического сопротивления C=3.
Повторяем расчеты пунктов 1-5.
q=0,96 нм3/см2*мин;
Fф=234,6 см2;
nр=18;
nуст=22.
Таким образом, если
оставить nуст=30, то это
позволит увеличить производительность конвертера на 41%.
При заданной
производительности конвертера 280 т/сутки по горячему и холодному штейну
обогащенной массы будет получено:
280*63/140=126
т/сутки.
Число операций в сутки составит:
126/40=3,15»3.
Vt=(280*1273*943)/(86400*0,7*273)=20,36 м3/сек.
Для выбранного стандартного конвертера Fгорл=1,7*1,9=3,23 м3.
Скорость газов в сечении горловины: wt=Vt/Fгорл=20,36/3,23=6,3
м/сек.
Таблица
15. Температуры и теплоёмкости материалов и продуктов процесса
конвертирования никелевых штейнов.
|
Материалы
|
Температура, 0С
|
Теплоемкост, ккал/кг,
С
|
Период набора
|
в период варки
файнштейна
|
Горячий
штейн
|
1000
|
-
|
0,2
|
Воздух
|
60
|
60
|
-
|
Обогащенная
масса
|
1250
|
1250
|
0,2
|
Шлаки
|
1250
|
1350
|
0,3
|
Газы
|
1000
|
1200
|
-
|
Файнштейн
|
-
|
1350
|
0,2
|
Внутренняя
полость конвертера
|
1250
|
1350
|
-
|
Наружная
поверхность кожуха конвертера
|
200
|
300
|
-
|
Балансовое время,
т.е. время переработки 140 кг штейна, находится из суточной производительности:
t=24/280*0,14=0,012 часа.
Время периода
набора и периода варки файнштейна находится из соотношения количеств воздуха,
подаваемого в соответствующий период:
В период набора воздуха израсходовано………………143 кг…74%
В период варки файнштейна…………………………….52,23…26%
_________________________________________________
Итого:…………………………………195,23 кг…100%
Отсюда
t1=0,74t=0,74*0,012=0,009 часа;
t2=0,26t=0,26*0,012=0,003 часа.
А.
Тепловой баланс периода варки.
Приход тепла.
- Тепло горячего штейна:
Qшт=Gшт*Сшт*tшт.
Qшт=100*0,2*1000=20000 ккал.
- Тепло воздуха:
Vв=143/1,29=110,9 нм3
Qв=110,9*60*0,31=2062,7 ккал.
- Тепло окисления железа ферроникеля.
По реакции (1) окисляется до Fe3O4 7,62
кг Fe:
Q¢=7,62*1590=12116 ккал.
По реакции (2) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 45,07 кг Fe:
Q¢¢=45,07*1244=56067 ккал.
Всего окисление железа ферроникеля с учетом
тепла шлакообразования:
QFe=68183 ккал.
- Тепло окисления сернистого железа.
По реакции (3) окисляется до Fe3O4 3,2 кг Fe:
Q¢=3,2*2451=7850 ккал.
По реакции (4) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 18,9 кг Fe:
Q¢¢=18,9*2105=39900 ккал.
Всего от окисления сернистого железа с учетом
тепла шлакообразования:
QFe=47750 ккал.
Всего приход тепла:
20000+2063+68183+47750=137996
ккал.
Расход тепла.
- Тепло обогащенной массы:
Qм=Gм*См*tм.
Qм=63*0,2*1250=15750 ккал.
- Тепло шлака:
Qшл=Gшл*Сшл*tшл.
Qшл=193*0,3*1250=72375 ккал.
- Тепло газов:
Qгаз=(8,84*0,536+84,56*0,334+1,46*0,353)*1000=33497 ккал.
- Потери тепла во внешнюю среду:
а) потеря тепла поверхностью кожуха
Qкож=q*Fкож*t1,
Fкож=85*1,3=110 м2
Qкож=3500*110*0,012=4600 ккал;
б) потеря тепла излучением через горловину
размерам 3,2 м2
Qгорл=180000*3,2*0,012=6900 ккал.
Всего потери тепла во внешнюю среду
составляют:
4600+6900=11500
ккал.
Всего расход тепла:
15750+72375+33497+11500=133122
ккал.
Результаты расчетов теплового баланса периода
набора сведены в табл.16.
Таблица
16. Тепловой баланс периода набора.
|
Приход тепла
|
Расход тепла
|
№ пп.
|
Статьи прихода
|
ккал
|
%
|
№ пп.
|
Статьи расхода
|
ккал
|
%
|
1
|
Тепло горячего штейна
|
20000
|
14,5
|
1
|
Тепло обогащенной
массы
|
15750
|
11,4
|
2
|
Тепло воздуха
|
2063
|
1,5
|
2
|
Тепло шлаков
|
72375
|
52,4
|
3
|
Тепло окисления
железа ферроникеля
|
68183
|
49,4
|
3
|
Тепло газов
|
33497
|
24,3
|
4
|
Тепло окисления и
ошлакования сернистого железа
|
47750
|
34,6
|
4
|
Потери во внешнюю
среду
|
11500
|
8,3
|
|
|
|
|
5
|
Неучтенные потери и
невязка баланса
|
4874
|
3,5
|
Всего:
|
137996
|
100,0
|
Всего:
|
137996
|
100,0
|
Б.
Тепловой баланс периода варки файнштейна.
Приход тепла.
- Тепло обогащенной массы: 15750 ккал.
- Тепло воздуха: Vвоз=52,23/1,29=40,5 нм3,
Qв=40,5*0,31*60=753 ккал.
- Тепло окисления сернистого железа.
По реакции (3) окислиется до до Fe3O4 2,14 кг
Fe:
Q¢=2,14*2451=5245 ккал.
По реакции (4) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 12,65 кг Fe:
Q¢¢=12,65*2105=26628 ккал.
Всего от окисления сернистого железа с учетом
тепла шлакообразования:
QFe=31873 ккал.
Всего приход тепла:
15750+753+31873=48376
ккал.
Расход тепла.
1. Тепло
файнштейна:
Qф=Gф*Сф*tф.
Qф=34,26*0,2*1350=9250 ккал.
- Тепло шлака:
Qшл=Gшл*Сшл*tшл.
Qшл=33,85*0,3*1250=9139 ккал.
- Тепло газов:
Qгаз=(5,76*0,546+30,92*0,34+0,48*0,359)*1200=16596 ккал.
- Потери тепла во внешнюю среду:
а) потеря тепла поверхностью кожуха
Qкож=q*Fкож*t2,
Fкож=85*1,3=110 м2
Qкож=7000*110*0,003=2310 ккал;
б) потеря тепла излучением через горловину
размерам 3,2 м2
Qгорл=230000*3,2*0,003=2950 ккал.
Всего потери тепла во внешнюю среду
составляют: 5260 ккал.
Всего расход тепла:
9250+9139+16596+5260=40245
ккал.
Результаты расчетов теплового баланса периода
набора сведены в табл.17.
Таблица
17. Тепловой баланс периода варки файнштейна.
|
Приход тепла
|
Расход тепла
|
№ пп.
|
Статьи прихода
|
ккал
|
%
|
№ пп.
|
Статьи расхода
|
ккал
|
%
|
1
|
Тепло обогащенной
массы
|
15750
|
32,6
|
1
|
Тепло файнштейна
|
9250
|
19,1
|
2
|
Тепло воздуха
|
753
|
1,6
|
2
|
Тепло шлака
|
9139
|
18,9
|
3
|
Тепло окисления и
ошлакования сернистого железа
|
31873
|
65,9
|
3
|
Тепло газов
|
16596
|
34,3
|
|
|
|
|
4
|
Потери во внешнюю
среду
|
5260
|
10,9
|
5
|
Неучтенные потери и
невязка баланса
|
8131
|
16,8
|
Всего:
|
48376
|
100,0
|
Всего:
|
48376
|
100,0
|
Для общей оценки
тепловой работы конвертера составлен также сводный тепловой баланс процесса
табл.18.
Таблица
18. Сводный тепловой баланс процесса переработки никелевого штейна на
файнштейн
|
Приход тепла
|
Расход тепла
|
№ пп.
|
Статьи прихода
|
ккал
|
%
|
№ пп.
|
Статьи расхода
|
ккал
|
%
|
1
|
Тепло горячего штейна
|
20000
|
11,7
|
1
|
Тепло файнштейна
|
9250
|
5,4
|
2
|
Тепло воздуха
|
2816
|
1,7
|
2
|
Тепло шлаков
|
81514
|
47,8
|
3
|
Тепло окисления
железа ферроникеля
|
68183
|
40,0
|
3
|
Тепло газов
|
50093
|
29,4
|
4
|
Тепло окисления и
ошлакования сернистого железа
|
79623
|
46,7
|
4
|
Потери во внешнюю
среду
|
16760
|
9,8
|
|
|
|
|
5
|
Неучтенные потери и
невязка баланса
|
13005
|
7,6
|
Всего:
|
170622
|
100,0
|
Всего:
|
170622
|
100,0
|
Длина
воздухопроводов, их расположение зависят от планировки территории завода,
сечение же их должно быть рассчитано по допустимой скорости движения воздуха,
которая обычно принимается в пределах 15-25 м/сек.
Для рассчитываемого
случая примем, что цех оборудован шестью одинаковыми 40-т конверторами, из
которых в работе одновременно находятся пять.
Общее количество воздуха, необходимое для
работы пяти конверторов составит:
V=5*255=1275
нм3/мин.
Необходим резерв на
возмещение потерь воздуха на не плотностях воздухоподводящей системы. По данным
практики, эти потери составляют до 20-30% от количества воздуха, подводимого к
фурмам.
Приняв резерв 25%, получим, что воздуходувные
машины должны подать воздуха:
V=1,25*1275=1600
нм3/мин.
Из приложения 19
находим, что нужное количество воздуха могут обеспечить две воздуходувки
920-33-2 производительностью по 820 нм3/мин при давлении до 1,3 атм.
Примем скорость воздуха в воздухопроводах:
wt,p=20 м/сек.
Диаметр воздухопровода
на участке от воздуходувки до общего воздухопровода определим по формуле:
d=1,13 Vt,p/wt,p.
При давлении
воздуха 1,3 атм и температуре 600 рабочий расход воздуха от каждой
машины составит:
Vt,p=(820*(273+60))/(60*273*2,3)=7,3
м3/сек.
Диаметр воздухопровода:
d1=1,13* 73/20=0,68м »7м
Диаметр общего
воздухопровода определим, исходя из условия одновременной подачи через него
воздуха от обеих воздуходувок:
Vt, pобщ=2Vt, p=2*7,3=14,6 м3/сек.
Диаметр воздухопровода
d2=1.13* 14,6/20=0,97 » 1,0 м.
Диаметр
воздухопроводов, по которым воздух подается от общего воздухопровода к
конвертерам, определим из количества воздуха, подаваемого на один конвертер:
V0конв=1640/(5*60)=5,5 нм3/сек.
Или
Vt, pконв=(5,5*(273+60))/(273*(1+1,3))= 2,9 м3/сек.
Диаметр воздухопровода:
d3=1,13* 2,9/20=0,43 »0,45 м
Примем наибольшую
длину воздкшной трассы от воздуходувки до общего воздухопровода L1=100 м, длину участка общего воздухопровода
до наиболее удаленного конвертера L2=50 м и длину подводящего воздухопровода L3=10 м.
Потери напора на трение о стенки
воздухопроводов при wt,p=20 м/сек:
hтр=x(L1/d1+L2/d2+L3/d3)*
wt,p2/2g*gt, p.
Коэффициент потери напора от трения x=0,04. Действительный
удельный вес воздуха:
gt, p=g0*273/(273+1)*(p+1)=1,29*(273*2,3)/(273+60)=2,5 кг/м3;
ht, p=0,04*(100/0,7+50/1,0+10/0,5)*400/19,6*2,5=440
мм вод. ст.
Общая потеря напора по всей трассе составляет:
åh=440+290+220=950 мм вод. ст., или около 0,1 кг/см3.
Расчет показывает, что при
давлении дутья, создаваемом воздуходувкой, 1,3 атм. И потере напора на всей
магистрали 0,1 атм. Давление воздуха на коллекторе конвертера составит
1,3-0,1=1,2
атм.
Т.е. соответствует такому значению давления,
которое обеспечивает расчетную пропускную способность фурм.
В заключении всех выполненных расчетов
составляется сводка показателей работы конвертера:
Содержание никеля в
штейнах, %:
в горячем……………………………………………………………...16,0
в холодном…………………………………………………………….11,0
Производительность
конвертера по штейну, т/сутки:
горячего…………..……………………………………………………………..200
Общая
производительность по штейну, т/сутки……………………………..280
Производительность по
файнштейну, т/сутки……………………………….50
Содержание никеля в
файнштейне, %………………………………………..77,3
Количество
нейтральных холодных материалов,
перерабатываемых в
конвертере:
т/сутки………………………………………………………………….126
% от веса горячего штейна……………………………………………63
% от смеси штейнов……………………………………………………45
Число операций за
сутки………………………………………………………..3
Вес файнштейна за
одну операцию, т………………………………………….25
Размеры конвертера,
м………………………………………………………….3,6´6,1
Размер горловины,
м…………………………………………………………….1,7´1,9
Число установленных
фурм:
при старой конструкции фурм……………………………………….30
при усовершенствованной конструкции…………………………….22
Диаметр фурменных
труб, мм……………….………………………………..41
Пропускная
способность конвертера по воздуху, нм3/мин………………….255
Удельная нагрузка на
1см3 сечения фурм, нм3/см2*мин:
при старой конструкции фурм………………………………………..0,68
при усовершенствованной конструкции фурм………………………0,96
Давление Дутья на
коллекторе, атм………….………………………………..1,2
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.