Расчет материальных потоков металлургических процессах

Расчет расхода воздуха и количества дымовых газов при горении природного газа.

Расчет ведем согласно законам стехиометрии.

Расчет ведем на 100 м³ природного газа следующего состава, % (объемн.): 82,5 CH₄, 17,1 C₂H₄ и 0,4 N₂.

При расчете пользуемся законом Авогадро, согласно которому в равных объемах всех газов содержится равное число молекул, что позволяет сразу подсчитать объем потребного кислорода:

CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O;        C₂H₄+3O₂→2CO₂+2H₂O.

Потребуется кислорода, м³:

С кислородом поступит азота.В воздухе содержится 79% азота и 21% кислорода.

Тогда содержание азота получаем.

216,3:21∙79=813,7 м³.

Теоретическая потребность в воздухе

216,3+813,7=1030 м³.

Теоретически в продукты сгорания переходит:

Дли расчета фактического расхода воздуха и выхода продуктов сгорания необходимо учесть избыток воздуха, при котором ведется сжигание топлива, и его подсос за счет неполной герметизации аппаратуры.

Расчет состава и количества медного штейна.

Предположим, что плавке подвергается 100 кг медного концентрата состава, %: Си 18; Zn 1,2; Fe 34,1; S 39,8; Si0₂4,4; СаО 1;  прочие 1,5. Требуется рассчитать состав и количество получающегося штейна при плавке в нейтральной атмосфере (вариант 1) и в окислительных условиях (вариант 2).

Вариант 1. Плавка в нейтральной атмосфере. Для расчета принимаем: десульфуризация при плавке равна 55 %, извлечение меди в штейн 96 %, цинка 40 %, содержание в штейне прочих 1 %.

При десульфуризации 55 % в штейн перейдет 45 % серы, содержащейся в концентрате, т.е. 39,8 • 0,45 = 17,91 кг.

Тогда из 100 кг концентрата при среднем содержании серы в медных штейнах, равном 25 % (правило Мостовича), получится

штейна17,91:0,25 = 71,64 кг.

В штейн перейдет:

меди 18 • 0,96 = 17,28 кг (содержание в штейне 24,12 %);

цинка1,2•0,4 = 0,48 кг;

кислорода 71,64 • 0,055 = 3,94 кг (штейн, содержащий ~ 24,1 % меди, содержит - 5,5 % кислорода);

прочих 71,64 *0,01 = 0,72 кг;

железа (по разности) 71,64 - (17,28 + 17,91 + 0,48 + 3,94+ 0,72) = 31,31 кг

Результаты расчета с целью сравнения сведем в табл. 1 после выполнения расчетов по 2-му варианту плавки.

Вариант 2. Плавка в окислительных условиях. Для расчета принимаем; получающийся штейн должен содержать 40% меди, извлечение меди в штейн 95%, цинка 60 %, содержание в штейне прочих 1 %, кислорода 3 % (при содержании меди в штейне, равном 40 %).

Количество меди, перешедшей в штейн составит: 18 • 0,95 = 17,1 кг.

Общее количество штейна с учетом 40 %-ного содержания меди будет: 

(17,1 •  100)/40 = 42,75 кг.

В этом количестве штейна по правилу Мостовича будет содержаться серы:

42,75• 0,25 = 10,69кг.

Степень десульфуризации в этом случае составит: 

[(39,8 — 10,69) / 39,8]• 100 = 73,14 %.

В штейн перейдет:

цинка 1,2• 0,6 = 0,72 кг,

кислорода 42,75• 0,03 = 1,28 кг,

прочих 42,75 • 0,01 = 0,43 кг,

железа 42,75 - (17,1 + 10,69 + 0,72 + 1,28 + 0,43)= 12,53 кг

При сопоставлении результатов расчетов двух вариантов плавки концентрата одного и того же состава в нейтральной атмосфере и в окислительных условиях, приведенных в табл. 1, можно видеть, чтово втором случае увеличение содержания меди в штейне в 1,9 раза (4024,1) за счет увеличения десульфуризации до 72,2 % ведет к уменьшению во столько же раз его выхода. 

Из этого следует, что для получения более богатых штейнов из одного и того же концентрата, необходимо любым способом повышать степень десульфуризации.

Таблица.1 Расчетный состав и количество штейна при плавке медного концентрата в нейтральной (вариант I) и окислительной (вариант II) атмосферах

3.Расчет выхода и состава огарка.

Примем, что обжигу подвергается 100 кг концентрата состава, %: Cu – 18; Zn – 1,2; Fe – 34,1; S – 39,8; SiO₂ – 4,4; CaO – 1; прочие–1,5.

Исходные данные для расчета: степень десульфуризации 80 % окисляется ¹/₃ цинка; в огарке остается ²/₃ прочих; потерями меди при обжиге пренебрегаем. Тогда количество серы, остающейся в огарке, составит:

39,8∙(100 - 80)/100 = 7,96 кг.

Количество серы в оставшемся сульфиде цинка

(1,4∙²/₃∙32)/65,4 = 0,46 кг.

Количество потребленного кислорода для окисления цинка в ZnO

(1,4∙¹/₃∙16)/65,4 = 0,11 кг.

Количество серы, связанной с медью в Cu₂S:

16∙32/(2∙63,55) = 4 кг.

Количество неокислившейся серы, связанной с железом:

8,14 - (0,46 + 4) = 3,68 кг,

тогда количество оставшегося в сульфидной форме железа составит

3,68 ∙ 55,85/32 = 6,42 кг,

а железа, перешедшего в оксидную форму:

34,8 - 6,42 =28,38 кг.

Для окисления железа до Fе₂О₃ потребуется кислорода:

28,38 ∙ (3∙16)/(2∙55,85) = 12,19 кг.

Всего для окисления железа и цинка потребуется 12,19 + 0,11 = 12,3 кг кислорода. Тогда в огарке будет содержаться, кг: 16Cu; 1,4Zn; 34,8Fe; 8,14S; 12,19O₂; 4,6SiO₂ ; 1 CaO ;1,0—прочие.

Общая масса огарка будет равна 79,63 кг, т. е. выход огарка от массы исходного концентрата составит 79,63 %. Состав огарка будет следующим, %: 20,1Cu; 1,77Zn; 43,7Fe; 10,2S; 15,3O₂; 5,8 SiO₂, 1,26CaO,1,87 – прочие.

Как видно из расчета, степень обогащения огарка медью по сравнению с исходным концентратом невелика и составляет всего 20,1:16 =1,25.

Практическая работа №5.

Расчет материального баланса металлургического процесса