Аннотация
В данном курсовом проекте описан процесс плавки во взвешенном состоянии. Представлено описание физико-химических основ процесса, технологии и конструкции. Так же приведен расчет минералогического состава, материального и теплового баланса процесса.
Страниц 35, таблиц 18, рисунков 1.
печь газ аптейк плавка
The summary
the given course project the smelting process of fusion a condition is described. The description of the physico-chemical base of process. As the calculation of a heat balance of process, heat generation, sizes and heat balance of board, an gas of a system is adduced.35, tables 18, figures 1.
Содержание
Введение
. Теоретические основы производства
.1 Физико-химическое содержание процессов, протекающих в шахте печи
.2 Физико-химическое содержание технологической оптимизации процессов ПВП в отстойной зоне
.3 Основное содержание физико-химических процессов первичной обработки технологических газов в аптейке
.4 Подготовка медного концентрата к плавке
.5 Устройство печи для плавки во взвешенном состоянии на подогретом воздушном дутье
.6 Достоинства плавки концентрата в ПВП
. Расчёт вещественного состава
. Расчёт материального баланса
. Расчёт теплового баланса
. Условия теплогенерации и теплообмена
Заключение
Библиографический список
Введение
Процесс плавки медных концентратов во взвешенном состоянии благодаря ряду достоинств находит всё большее распространение в медеплавильной промышленности.
Сущность взвешенной плавки заключается в том, что сухой медный концентрат в смеси с тонко измельченными флюсами вдувается горячим воздушным, воздушно-кислородным или кислородным дутьём в предварительно разогретую до высоких температур печь, в которой протекают процессы окисления сульфидов, плавления шихты, создаются предпосылки для образования шлака и штейна. В зависимости от условий проведения процесса и состава перерабатываемых концентратов взвешенная плавка может протекать автогенно, т.е. без углеродистого топлива, или с добавкой некоторого количества топлива.
Широкое распространение взвешенной плавки и практическое использование её на предприятиях нашей и других стран мира, определяют необходимость обобщения теории и практики процесса взвешенной плавки медных концентратов. В данном курсовом проекте приведена теоретическая основа процесса, конструкция печи ПВП, расчёт минералогического состава, материального и теплового баланса.
1. Теоретические основы производства
Плавка во взвешенном состоянии относится к современным автогенным плавкам. Автогенными в металлургическом производстве принято называть технологические процессы, которые осуществляются полностью за счет внутренних энергетических ресурсов без затрат посторонних источников теплоты- топлива или электрического тока. Использование реакционной способности распыленных в атмосфере воздуха или кислорода частиц концентрата приводит к резкому увеличению скорости процессов окисления и плавления сульфидов. Кроме того, в процессе используется значительный тепловой эффект окисления сульфидов, что позволяет частично или полностью отказаться от топлива.
Все реакции протекающие в ходе плавки можно разбить на три группы:. Основные реакции:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
II. Реакции с участием примесей:
(7)
(8)
(9)
(10)
III. Реакции пустой породы:
(11)
(12)
(13)
Вследствие того, что процесс протекает в условиях избытка кислорода, только после процессов окисления пойдут процессы диссоциации.
Тепловой эффект этой плавки обеспечивает максимально возможный перегрев шихты и обеспечивает условия для формирования продуктов плавки (штейна и шлака) по схеме:
Десульфуризация в этом виде плавок составляет 85-90%. Она регулируется количеством вдуваемого в печь воздуха (кислорода). Вследствие высокой десульфуризации в шлак переходит значительное количество железа, которое эффективно может быть выделено только в виде силиката - фаялита. Плавка во взвешенном состоянии на холодном воздушном дутье имеет очень напряженный тепловой баланс. Для устранения этого недостатка в зависимости от состава сырья применяют подогрев воздуха до 500-1000°С (завод "Харьявалта" в Финляндии), обогащение дутья кислородом до 30-40% и подсушивают медный концентрат в барабанных сушилках и после выхода из сушилки с температурой 150-300°С (Надеждинский металлургический завод) и переход на чисто кислородное дутье КФП (Алмалыкский медный завод). Вместе с газами уносится пыль в количестве от 2 до 5% от массы концентрата.
1.1 Физико-химическое содержание процессов, протекающих в шахте печи
Промышленная практика даёт многочисленные примеры чрезвычайно серьёзных осложнений процесса по причине образования значительного количества магнетита. Для этого есть все основания в самой сути плавки, которая реализуется в системе твердое - газ. Шихта, внесённая воздушно-кислородным дутьём в зону обжига-плавки, испытывает высоко кинетические процессы окисления сульфидов, и в первую очередь, и даже исключительно, идёт окисление сульфидов железа и в эти моменты никакого контакта с флюсами практически нет. Тем самым создаются условия переокисления сульфидов железа до магнетита.
В силу отмеченных причин, в окислительно-плавильной шахте процесс шлакообразования не носит массового характера, здесь происходит лишь подготовка к последующему шлакообразованию. Об этом свидетельствуют: диссоциация сложных компонентов пустой породы, появление оксидов железа, повышение реакционной способности, усреднение состава штейно-шлаковых продуктов.
Таким образом, в шахте обжига-плавки происходят значительные физико-химические преобразования исходной шихты: 1) автогенное окисление сульфидного железа, обеспечивающее мощный перегрев всех участников процесса; 2) в соответствие с запланированной десульфуризацией, в продуктах окисленного плавления появляются в оптимальном состоянии все участники будущего шлака ; 3) компоненты будущего штейна в первичном состоянии образуют первичные сульфидные эвтектики; 4) перегретые участники процесса оказываются в отстойной зоне печи, где заканчивается формирование каждого продукта штейна и шлака, и их физическое разделение.
1.2 Физико-химическое содержание технологической оптимизации процессов ПВП в отстойной зоне
В эту зону печи поступают два компонента из вертикальной шахты: полурасплавленная шихта и газовая фаза. Технологические газы характеризуются высокими температурами на входе (1400 - 1500—С) и на выходе (1200 - 1300—С). Главным их компонентом является . В зависимости от концентрации кислорода (воздух-кислород), содержание колеблется от 28 до 68%. Другой особенностью газов является индеферентность по отношению к продуктам плавки.
Раскалённые продукты плавки накапливаются в отстойной зоне печи, в первую очередь, из них уходит сульфидная часть, обладающая большей плотностью, меньшими температурами плавления, взаимной растворимостью, отсутствием растворимости в шлаке. Поэтому процесс формирования штейна не лимитирует плавку ПВП. К тому же в погоне за автогенностью вынуждены работать с высокой десульфуризацией, что естественно приводит к образованию богатых по меди штейнов (до 60 - 70%). И поэтому в таких штейнах содержание магнетита будет минимальным ［1］.
Наряду с формированием штейна, самым медленным процессом в отстойной зоне является оптимизация состава шлака из отдельных оксидов шихты. Процесс носит ярко выраженный диффузионный характер. Скорость массообменна минимальна и определяется некоторыми невыразительными явлениями: разница плотностей , дифференциация всего слоя по температуре (у плавильной шахты температура выше). Особое отрицательное влияние на процесс шлакообразования оказывает магнетит. Обычно его содержится до 30 - 50%. Незначительная его часть переходит в штейн. Но при этом шлак не может ассимилировать весь магнетит из-за разности плотностей, температур плавления и жидкотекучего состояния, и поэтому магнетит начинает формирование самостоятельной структуры между шлаком и штейном. По данным НГМК (Надежденский металлургический завод) толщина магнетитовой прослойки может доходить до 0,5 метра. Естественно, что образование самостоятельного слоя магнетита затрудняет эффективное разделение продуктов плавки, ухудшает качество того и другого продукта, увеличивает потери меди со шлаком. Оптимизация составов продуктов плавки в отстойной зоне снижает производительность ПВП в целом до .
Ниже, в таблицах 1 и 2, приведены составы штейнов и шлаков по данным анализов некоторых предприятий.
Таблица 1 Состав промышленных штейнов, %
Завод Алмалыкский "Сарганосеки" "Харьявалта" 35 58,6 60 --- --- 0,4 --- 0,2 1,0 34 15,5 14 26 23 22,7 78 --- ---
Таблица 2 Состав промышленных шлаков, %
Завод Алмалыкский "Сарганосеки" "Харьявалта" 0,9 0,88 0,9 --- --- 0,04 --- 0,9 2,5 41 38,9 44 33 32 29 11 --- 14
.3 Основное содержание физико-химических процессов первичной обработки технологических газов в аптейке
Отходящие газы, проходящие через аптейк характеризуются повышенным содержанием сернистого ангидрида. При плавке с дутьём, обогащенным кислородом, содержание его на выходе из печи составляет 18 - 20%, а при плавке на кислородном дутье концентрация достигает 80 - 90%. Увеличение содержания сернистого ангидрида в газах оказывает значительное влияние на такие свойства, как степень черноты и &q
