Никель2. Курсовая работа 22. 04. 02. 02 Металлургия цветных металлов

• Название: Курсовая работа 22. 04. 02. 02 Металлургия цветных металлов
• Дата: 28.12.2022
• Размер: 0.85 Mb.
• Имя файла: Никель2.doc
• Тип: Курсовая; #867570
• страница: 5 из 5

4 Расчет печи
На основе заводских таблиц определяем средний размер куска для каждого из шихтовых материалов.

Агломерат

Крупная часть:

50 мм - 50% (63%)

27 мм - 30% (37%)

80% (100%)

lcp=0,9*(b*lmin+(1-b)lmax)

l_min – размер мелких кусков, l_max – размер крупных кусков,

b – объемное содержание мелких кусков в долях единицы.



Мелкая часть:

10 мм - 15% (75%)

4 мм - 5% (25%)

20% (100%)

lcp=0,3*lmax+0,7*lmin



Окончательный средний размер кусков агломерата:



Гипс и известняк

Крупная часть:

50 мм - 60% (70%)

27 мм - 25% (30%)

85% (100%)

lcp=0,9*(b*lmin+(1-b)lmax)



Мелкая часть:

10 мм - 7% (47%)

4 мм - 8% (53%)

15% (100%)

lcp=0,05*lmax+0,95*lmin



Окончательный средний размер кусков гипса и известняка:



Кокс

Крупная часть:

70 мм - 10% (13%)

50 мм - 65% (87%)

75% (100%)

lcp=0,9*(b*lmin+(1-b)lmax)



Мелкая часть:

27 мм - 15% (60%)

10 мм - 10% (40%)

25% (100%)

lcp=0,01*lmax+0,9*lmin



Окончательный средний размер кусков гипса и известняка:


Таблица 4.1 – Характеристика шихтовых материалов

	Вес, кг	Кажущийся удельный вес, кг/м3	Насыпной вес, т/м3	Объем, м3	Содержание в шихте, %	Высота n-го слоя, м3	Средний размер куска, м	Площадь свободных проходов,м2
Кокс	25,758	970	0,45	0,2602	16,5026	0,165	0,0295	0,215
Гипс	10,599	1600	1,35	0,0649	6,7875	0,068	0,0215	0,15
Известняк	19,732	2150	1,60	0,0899	12,6419	0,126	0,0215	0,15
Агломерат	100	1100	0,90	0,8909	64,0679	0,641	0,0216	0,15
Всего	156,084	5820	4,3	1,3059	100	1	0,0942	0,16625

По данным таблицы находим.

1) Удельный объем шихты:

.

Содержание кокса в шихте:

.

Находим среднюю температуру газов, приняв температуру в фокусе печи и поверхности шихты:









Расход топлива от веса шихты:

.

2) Оптимальное количество дутья.

Рассчитываем предельное количество дутья, при котором нарушается стабильное состояние столба шихты:

, (4.1)

где - величины площади свободных проходов между кусками в слоях шихты,

а – безразмерный коэффициент, учитывающий неточности при определении , а также силу трения кусков: а = 0,65,

- количество газов, образующихся в печи на единицу дутья, нм³/нм³,

- высота слоев шихты, м,

- кажущийся удельный вес шихтовых материалов, кг/м³,

- средний размер кусков шихтовых материалов, м,

- приведенный удельный вес газов в печи, кГ/м³,

- средняя температура газов в словах шихты,

К = 1,2466 нм³/м²*мин.

После нахождения величины К определяют К₀ по формуле:

. (4.2)

3) Удельная производительность печи.

, (4.3)

где - число рабочих часов в сутки, ,

К₀ = 0,9973 нм³/м²*мин,

m = 16.5% - удельный расход углеродистого топлива.

.

.

4) Основные размеры шахтной печи.

Площадь сечения печи на уровне фурм:

. (4.4)

Ширина печи В = 1700 мм.

Длина печи:

. (4.5)

Рабочая высота печи (высота сыпи над фурмами):

, (4.6)

где - удельный объем шихты в печи,

= 2 часа – минимально необходимое время пребывания шихты в печи, обеспечивающее завершение физико-химических процессов.

Общая высота печи (от лещади до уровня колошника):



5) Давление дутья.

Сопротивление слоя шихты в печи:

, (4.7)

где d_ср – средний размер кусков, м,

- условная скорость газов в пустой шахте,

К – расчетный коэффициент.

, (4.8)

где а – безразмерный коэффициент, зависящий от материала шихты и характера движения газов.

Значение а выбирают в зависимости от критерия Рейнольдса:

, (4.9)

. (4.10)

Считаем для агломерата (1) и для кокса (2):

, .

- а = 15,

- а = 9,5,

, .

Для расчета берем К_ср:



мм вод ст.

Давление воздуха на воздуходувке с учетом потерь давления на фурмах и в сети будет:

мм вод ст.

6) Проверка ширины печи по проницаемости шихты.

.

- удельная упругость дутья.

Для среднепроницаемой шихты – среднее содержание мелочи, значительное количество кокса 1000 мм вод ст/м.

5 Тепловой баланс
Балансовое время, соответствующее переработке 100 кг агломерата при суточном производстве по агломерату 600 тонн:

.
5.1 Приход тепла

1. 
   Тепло от горения углерода кокса:
   

а) до СО₂ сгорает 14,076 кг углерода.

Тепловой эффект этой реакции 7838 кКал/кг.



Q₁ = 14.076*7838 = 110327.7 кКал.

б) до СО 7,038 кг углерода.

Тепловой эффект этой реакции 2201 кКал/кг.



Q₂ = 7,038*2201 = 15490,64 кКал.

Всего от горения углерода образуется тепла:

Q₃ = Q₁ + Q₂ = 110327.7 + 15490.64 = 125818.3 кКал.

2. 
   Тепло от горения водорода кокса:
   

до H₂O сгорает 0,0783 кг водорода. Тепловой эффект этой реакции 28900 кКал/кг.



Q₄ = 0,0783*28900 = 2262,87 кКал.

3. 
   Тепло от горения серы кокса:
   

до SO₂ сгорает 0,007 кг серы. Тепловой эффект этой реакции 2220 кКал/кг.



Q₅ = 0,007*2220 = 15,6251 кКал.

4. 
   Физическое тепло воздуха при t = 40 , С = 0,31 кКал/кг*град:
   

.

5. 
   Физическое тепло шихты при t = 20 , С = 0,2 кКал/кг*град:
   

.

6. 
   Тепло реакций шлакообразования:
   

а) реакция образования фаялита (2FeO*SiO₂).

Масса фаялита – 31,364 кг. Тепловой эффект этой реакции 11900 кКал/кмоль.

, М(2FeO*SiO₂) = 132 кг/кмоль.



Q₈ = 0,2376*11900 = 2827,509 кКал.

б) реакция образования силиката кальция (2CaO*SiO₂).

Масса силиката кальция – 17,5336 кг. Тепловой эффект этой реакции 21750 кКал/кмоль.

, М(2CaO*SiO₂) = 116 кг/кмоль.



Q₉ = 0,1511*21750 = 3287,558 кКал.

в) реакция образования CaO*Al₂O₃..

Масса CaO*Al₂O₃ – 12,8349 кг.



, М(CaO*Al₂O₃) = 158 кг/кмоль.



Q₁₀ = 0,0812*20700 = 1681.534 кКал.

Всего реакции шлакообразования дают тепла:

Q₁₁ = Q₈ + Q₉ + Q₁₀ = 7796,602 кКал.

Всего приход тепла составляет:

Q = Q₃ + Q₄ + Q₅ +Q₆ +Q₇ + Q₁₁ = 138239,19 кКал.


5.2 Расход тепла

1. 
   Тепло, уносимое штейном:
   

, ,

Q₁ = mCt = 10,35*0,2*1200 = 2484 кКал.

2. 
   Тепло, уносимое шлаком:
   

, ,

Q₂ = mCt = 128,4*0,3*1350 = 52002 кКал.

3. 
   Тепло, уносимое пылью:
   

, ,

Q₃ = mCt = 8,016*0,2*600 = 961,92 кКал.

4. 
   Тепло, уносимое газами:
   

, ,

Q₄ = VCt = 123,1757*0,4*600 = 29562,17 кКал.

5. 
   Тепло эндотермических процессов.
   

а) диссоциация известняка:



m(CaO) = 22,128 кг, m(CO₂) = 17,438 кг

, М(CaO + СО₂) = 100 кг/кмоль.



Q₅ = 42448*0,3957 = 16796,674 кКал.

б) дегидратация гипса:



m(CaSO₄) = 7.784 кг, m(H₂O) = 2,1627 кг

, М(CaSO₄ + H₂O) = 172 кг/кмоль.



Q₆ = 41738*0,0578 = 2413,597 кКал.

в) восстановление гипса:



m(CaO) + m(SO₃) = 7,784 кг

, М(CaSО₄) = 136 кг/кмоль.



Q₇ = 227120*0,0572 = 1299,928 кКал.

г) сульфидирование железа:



m(CaO) = 15,9663 кг, m(FeS) = 1,1125 кг

, М(CaO +FeS) = 144 кг/кмоль.



Q₈ = 0,1186*4380 = 519,4832 кКал.

д) тепло на испарение влаги:

,

Q₉ = 5,15*600 = 3090 кКал.

е) восстановление магнетита до FeO:



m(Fe₃O₄) = 2,6421 кг, М(Fe₃O₄) = 232 кг/кмоль



Q₁₀ = 0,0114*75900 = 864,3767 кКал.

Всего на эндотермические реакции приходится тепла:

Q₁₁ = Q₅ + Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉ + Q₁₀ = 33593,41 кКал.

6. 
   Потери тепла с водой, охлаждающей кессоны.
   

По данным практики, средний расход воды на охлаждение кессонов составляет 2 м³ на 100 кг агломерата при температуре воды 10⁰С.

, ,

Q₁₂ = 2000*0,5009*10 = 10018 кКал.

7. 
   Потери тепла во внешнюю среду.
   

а) излучение тепла поверхностью:





Q_изл = 75,8949 кКал.

б) потери тепла через подину внутреннего горна при К = 5000 кКал/м²*час:



Q = 1487,798 кКал.

Всего потери во внешнюю среду составляют 1563,6933 кКал.

Систематизируем все полученные результаты в таблицу.

Таблица 5.1 – Тепловой баланс печи

Приход тепла, кКал.		Расход тепла, кКал.
статьи		статьи
1. Горение кокса	128096,8	1. Тепло, уносимое штейном	2484
2. Тепло воздуха	1721,4518	2. Тепло, уносимое шлаком	52002
3. Тепло шихты	624,337	3. Тепло, уносимое пылью	961,92
4. Тепло реакций шлакообразования	7796,602	4. Тепло эндотермических процессов	33593,41
		5. Тепло, уносимое газами	29562,17
		6. Охлаждение кессонов	10018
		7. Потери во внешнюю среду	1563,6933
		8. Неучтенные потери и невязка	25088,045
Всего	138239,19	Всего	155273,24

Заключение
В рассмотренном курсовом проекте рассчитали необходимый состав шихты для плавки окисленной никелевой руды на огневой никель. Все полученные результаты свели в таблицы. Составили необходимые материальный и тепловой балансы. Тем самым показали, что все расчеты произведены верно.

Рассмотренная технологическая схема имеет некоторые недостатки:

- сложность технологии;

- высокий расход дорогостоящего и дефицитного кокса;

- низкое извлечение никеля;

- полная потеря всего железа руды, ценность которого составляет до 40 – 50 % общей стоимости руды.

Список используемых источников

1. 
   Кривандин, В.А., Филимонов Ю.П. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. М., «Металлургия», 1978 – 360с.
   
2. 
   Ванюков, А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. М., «Металлургия», 1988 – 432с.
   
3. 
   Диомидовский, Д.А. Металлургические печи. М., «Металлургия», 1968 – 700 с.
   
4. 
   Равдель, А.А., Пономарева А.М. Краткий справочник физико-химических величин. С – Пб., «Иван Федоров», 2002 – 240 с.
   
5. 
   Смирнов, В.И. Шахтная плавка в металлургии цветных металлов. М., «Металлургия», 1955 – 658с.