Определение количества и состава отходящих газов

Количество газов, выходящих из горловины конвертора, приведено ниже:

кг м³ % {объемн.)

SO₂ 30,7 10,7 9,0

SO₃ 9,6 2,7 2,3

О₂ 1,9 1,3 1,1

N₂ 130,0 104,0 87,6

Объем подсосанного воздуха при 80% от расчетного объема газов равен 118,7•0,8=95 м³. В нем содержится, м³: О₂ 95•0,21=20 и азота 95–20=75.

Состав газа, поступающего в газоход, с учетом подсоса воздуха:

м³ % (объемн.)

SO₂ 10,7 5

SO₃ 2,7 1,3

О₂ 1,3+20=21,3 10,0

N₂ 104+75=179 83,7

Сводный материальный баланс конвертирования приведен в таблице 49.

По материальному балансу видно, что масса полученных газов превышает массу всех остальных продуктов, вместе взятых.

 

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Приход тепла

Условно считаем, что все железо штейна окисляется во время продувки. Незначительное количество железа, переходящее в файнштейн и пыль, существенных изменений в тепловой баланс не вносит (расчет в ккал).

1. Тепло от окисления и ошлакования металлического железа составляет по реакции 2Fe + О₂ + SiO₂ = Fe₂SiО₄ + 145,6 ккал; при окислении 1 кг металлического железа выделяется тепла 145600/2•55,8=1305; при окислении 24,3 кг металлического железа выделяется тепла 24,6•1305=32100.

2. Тепло от окисления и ошлакования FeS составляет по реакции 2FeS + ЗО₂ + SiO₂ = Fe₂SiO₄ + 2SO₂ + 249,2 ккал: при окислении 1 кг FeS выделяется тепла 249200/2•(55,8+32,1)=1420; при окислении 49,45 кг FeS выделяется тепла 49,45•1420=70219.

3. Тепло, вносимое штейном: 225•100=22500.

4. Тепло, вносимое воздухом: 168,8•20•0,2417=816.

5. Тепло, вносимое кварцем: 40,6•15•0,174=106.

6. Всего приход тепла 32100+70219+22500+816+106=125741.

Расход тепла

1. Тепло, уносимое шлаком: 117,05•1300•0,32=48693.

2. Тепло, уносимое файнштейном: 18,65•0,22•1300=5934.

3. Потери тепла с отходящими газами (теплоемкость газов при 1200⁰С берем по таблице 19): N₂ 104•0,338•1200=42156; О₂ 1,3•0,356•1200=540; SO₂ 10,7•0,540•1200=6934; SO₃ 2,7•0,73•1200=2365.

4. Всего потери тепла с продуктами конвертирования составят 48693+5934+51766=106393.

5. Потери тепла лучеиспусканием и прочие потери определяем по разности 125741–106393=19348.

Полученные результаты сводим в таблицу 50 теплового баланса.

 

 

Таблица 49 Материальный баланс конвертирования никелевого штейна, кг

 

Статьи баланса

Всего

В том числе

Ni

Co

Cu

Fe

S

SiO2

CaO

Al2O3

O

N

прочие

Загружено штейна кварцита воздуха

40,6 168,8

– –

0,6 – –

0,2 – –

56,0 2,8 –

24,0 – –

– 32,5 –

– 0,4 –

– 2,4 –

– 1,2 38,8

– –

1,2 1,3 –

Итого

309,4

0,6

0,2

58,8

24,0

32,5

0,4

2,4

40,0

2,5

Получено: файнштейна шлака пыли газов

18,65 117,053 1,497 172,20

14,4 3,33 0,27 –

0,07 0,521 0,009 –

0,2 – – –

0,05 57,91 0,84 –

3,84 0,61 0,36 19,19

– 32,5 – –

– 0,4 – –

– 2,4 – –

– 16,99 – 23,01

– – –

0,09 2,392 0,018 –

Итого

309,4

0,6

0,2

58,8

24,0

32,5

0,4

2,4

40,0

2,5

 

 

ТАБЛИЦА 50 Тепловой баланс конвертирования никелевого штейна

Приход тепла	Расход тепла
Статьи баланса	ккал	%	Статьи баланса	ккал	%
Окисление Feмет Окисление FeS Штейн Воздух Кварц	22500*	25,5 55,8 17,9 0,7 0,1	Шлак Файнштейн Газы Лучеиспускание Избыток		38,7 4,7 41,2 9,2 6,2
Итого			Итого		100,0

* В том числе для плавления холодных присадок 7827 ккал (избыток).

Поскольку потери тепла через горловину и корпус конвертора в балансе обычно составляют 8–10%, то в данном случае они должны быть равны примерно 11521 ккал (9%). Избыток тепла используют для расплавления холодных присадок, например привозного штейна. При теплоемкости штейна 0,225 ккал/(кг•⁰С) избыточным теплом можно нагреть до 1000⁰С 7827/225=38,8 кг холодного штейна. Это значит, что количество холодного штейна в данном случае достигает 38,8/61,2•100=63,6% от заливаемого в жидком виде.

 

ОБЖИГ НИКЕЛЕВОГО ФАЙНШТЕЙНА

 

Цель обжига – удаление из файнштейна серы до содержания не более 0,02% и перевод никеля в закись (NiO) для того, чтобы в следующей операции восстановить его до металла. В. связи с тем, что файнштейн при обжиге способен спекаться, а глубокое удаление серы требует высоких температур, окислительный обжиг осуществляют в две стадии: в печи кипящего слоя и трубчатой печи.

Для предотвращения спекания файнштейна в печи КС осуществляется возврат пыли. Практически основы обжига никелевого файнштейна в кипящем слое аналогичны обжигу в печах кипящего слоя медного и никелевого концентрата после флотационного разделения медно-никелевого файнштейна.

Процесс обжига в кипящем слое никелевого файнштейна характеризуется следующими показателями:

1) удельная производительность печи по файнштейну 8–10 т/(м²-сут);

2) расход воздуха на 1 т файнштейна 1600–1700 м³;

3) температура кипящего слоя 1000–1050⁰С;

4) давление дутья под подиной печи 320–340 мм рт.ст.;

5) высота кипящего слоя 3–4 м;

6) высота лежащего слоя 0,8–1,0 м;

7) скорость выхода воздуха из сопел 30–100 м/с;

8) содержание серы в огарке 1,6–2,5%.

Огарок печи КС хлорируют и выщелачивают. После выщелачивания с содержанием 0,3–0,45% Сu его направляют на второй обжиг в трубчатой печи. Огарок загружают в печь при помощи шнека в хвостовой части печи, где поддерживают температуру в пределах 750–800⁰С. К головной части печи огарок перемещается навстречу топочным газам, температура здесь достигает 1300⁰С. Высокая температура и присутствие в газах 8–10% О способствуют обжигу и получению закиси никеля с содержанием 0,02% S. Расход топлива при втором обжиге составляет 30–40% от массы закиси.

Из трубчатой обжиговой печи закись никеля при температуре 800–1000⁰С поступает по течке в восстановительную трубчатую печь. Туда же вводят 4–8% нефтяного коксика, что дает возможность частично восстановить закись никеля по реакции

NiO + С = Ni + CO.

Огарок из этой печи выходит охлажденный, металлизированный с содержанием 82–86% Ni.

 

РАСЧЕТ РАСХОДА ВОЗДУХА

 

На обжиг поступает файнштейн следующего состава: 77,0% Ni;. 0,4% Со; 21,0% S; 0,3% Fe; 1,0% Сu; 0,3% прочие. Расчет ведем на 100 кг файнштейна. Рациональный состав файнштейна приведен в таблице 51.

 

ТАБЛИЦА 51 Рациональный состав никелевого файнштейна, %

Компоненты файнштейна	Ni	Co	S	Cu	Fe	Прочие	Всего
Ni3S2 Ni Co Cu2S Fe прочие	56,02 20,98 – – – –	– – 0,4 – – –	20,36 – 0,22 0,25 0,17 –	– – – 1,0 – –	– – – – 0,3 –	– – – – – 0,3	76,38 20,98 0,62 1,25 0,47 0,30
Всего	77,00	0,4	21,0	1,0	0,3	0,3	100,0

Определяем расход воздуха для обжига, количество и состав, отходящих газов:

1. Принимаем, что серы в огарке остается 2 кг, что соответствует 7,5 кг Ni₃S₂. Следовательно, 68,88 кг Ni₃S₂ окисляются по реакции

2Ni₃S₂ + 7О₂ = 6NiO + 4SO₂ + 548480 ккал.

Потребуется кислорода (68,88•7•32)/(2•240,1)=32,1 кг.

Образуется SO₂ (68,88•4•64)/(2•240,1)=36,6 кг.

Образуется NiO (68,88•6•74,7)/(2•240,1)=64,5 кг.

2. Металлический никель окисляется по реакции

Ni + 1/2О₂ = NiO + 58400 ккал.

Потребуется кислорода (20,98•16)/58,7=5,72 кг.

Образуется NiO (20,98+5,72)=26,70 кг.

3. Сульфид кобальта (CoS) окисляется по реакции

CoS + 1,5О₂ = СоО + SO₂ + 108000 ккал.

Потребуется кислорода (0,62•1,5•32)/(58,9+32)=0,33 кг.

Образуется SO₂ (0,62•64)/(58,9+32)=0,44 кг.

Образуется СоО (0,62•58,9+16)/(58,9+32)=0,51 кг.

4. Сульфид меди Cu₂S окисляется по реакции

Cu₂S + 1,5О₂ = Cu₂O + SO₂ + 93000 ккал.

Потребуется кислорода (1,25•1,5•32)/(2•63,6+32)=0,38 кг.

Образуется SO₂ (1,25•64)/(2•63,6+32)=0,5 кг.

Образуется Сu₂О [(1,25 (2•63,6+16)]/(2•63,6+32)=1,12 кг.

5. Сульфид железа (FeS) окисляется по реакции

2FeS + 3,5O₂ = Fe₂O₃ + 2SO₂ + 291500 ккал.

Потребуется кислорода (0,47•3,5•32)/(55,8•2+64)=0,3 кг.

Образуется SO₂ (0,47•2•64)/(55,8•2+64)=0,34 кг.

Образуется Fe₂O₃ [0,47•(2•55,8+3•16)]/(55,8•2+64)=0,43 кг.

Всего потребуется кислорода 32,1+5,72+0,33+0,38+0,30=38,83 кг. Теоретический расход воздуха составит (38,83•100)/23=168,8 кг, или 130,9 м³, в том числе азота 129,97 кг. Практически расход воздуха при α=1,2 составит 168,8•1,2=202,6. кг, или 157,0 м³ на 100 кг файнштейна, в том числе кислорода 46,6 кг, азота 156,0 кг. На 1 т файнштейна расходуется 1570 м³ воздуха. Практически расход воздуха составляет 1600–1750 м³/т. Определим состав газов. Всего азота в газах 156,0 кг, или (156,0•22,4)/29=124,8 м³. Кислорода в газах 46,6–38,83=7,77 кг, или (7,77•22,4)/32=5,4 м³. Поскольку согласно приведенным выше реакциям серы окисляется 21–2=19 кг, то SO₂ образуется (19•64)/32=38 кг, или 13,3 м³. Таким образом, получается следующий состав газов от обжига никелевого файнштейна:

м³ %

SO₂ 13,3 9,3

O₂ 5,4 3,7

N₂ 124,8 87,0

В результате обжига получен огарок следующего рационального состава:

	Всего	NiO	Ni3S2	CoO	Cu2O	Fe2O3	Прочие
кг	101,06	91,2	7,5	0,51	1,12	0,43	0,3
%	100,0	90,5	7,4	0,50	1,0	0,4	0,2

Принимаем, что при обжиге образуется 30% пыли от массы файнштейна. Химический состав пыли практически не отличается от состава огарка. Для предотвращения спекания файнштейна в печи кипящего слоя осуществляем возврат пыли на обжиг. Ниже приведены результаты расчета материального баланса обжига файнштейна, кг:

	Приход		Расход
Файнштейн Оборотная пыль Воздух	100,0 30,0 202,6	Огарок Пыль Газы Невязка	101,6 30,0 201,8 0,8
Всего	332,6	Всего	332,6

 

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Приход тепла, ккал

Физическое тепло файнштейна 0,22•100•30=660. Физическое тепло воздуха при 20⁰С по таблице 19 равно 0,313•157•20=973. Количество тепла, вносимого пылью: 0,2•30•100=600. Тепло экзотермических реакций*:

Ni₃S₂ (548480•66,88)/240,1=157061; Ni (58400•20,98)/58,7=20872,8;

CoS (108000•0,62)/90,9=736,6; Cu₂S (93000•1,25)/159,2=730,2;

FeS (288800•0,47)/175,6=773,0.

Всего 540+1102,1+600+157061+20872,8+736,6+730,2+773,0=192418.

* Уравнения и тепловые эффекты даны в начале параграфа.

Расход тепла, ккал

Тепло, уносимое газами при 1050⁰С, составляет: азота 1050•124,8•0,334=43750; кислорода 1050•5,4•0,354=2010; сернистого ангидрида 1050•13,3•0,537=7500. Всего 53260.

Тепло, уносимое огарком: 0,2•101,05•1000=20210. Тепло, уносимое пылью: 0,2•30•1000=6000. Всего расходуется тепла 53260+20210+6000=79470.

Потери тепла через стены и свод печи КС примем, согласно практическим данным, равными 15%, что составит 194517,6•0,15=299176,4, округленно 30000.

Избыток тепла определяем по разности, он должен поглощаться элементами испарительного охлаждения. Полученные, данные сводим в таблицу 52 теплового баланса.

 

ТАБЛИЦА 52 Тепловой баланс обжига в кипящем слое файнштейна

Приход тепла	Расход тепла
статьи баланса	ккал	%	статьи баланса	ккал	%
Файнштейн Воздух Пыль Экзотермические реакции	660,0 600,0	0,33 0,49 0,30   98,88	Газы Огарок Пыль Потери Избыток		26,7 10,1 3,0 15,0 45,2
Всего		100,0	Всего		100,0

Утилизацией подсчитанного избытка тепла в системе испарительного охлаждения можно обеспечить выдачу следующего количества пара: 90035•0,7/663=95,2 кг,

где 0,7 – коэффициент полезного действия системы;

663 – энтальпия пара при 9 ат (таблица 18).

Таким образом, на 1 т обжигаемого файнштейна можно выдать примерно 1 т пара.

Расчет основных размеров печи КС. Производительность печи 80 т/сут. Основные размеры печи определяются эмпирическим путем в зависимости от удельной производительности. Принимаем, что удельная производительность печи по файнштейну составляет 8 т/(м²•сут). Площадь пода печи находим по формуле F=А/а=80/8=10 м². При круглой форме печи внутренний диаметр равен 1,13 =1,13 =3,57 м. Общая высота печи находится по формуле Н=(3÷4)•Нк=4•3=12 м.

Здесь Нк=3 м – высота кипящего слоя.

Необходимое число сопел определяем по формуле n=V/ fw,

где V – расход воздуха на печь, м³/с;

V=(1570•80)/(24•60•60)=1,45 м³/с.

Здесь 1570 м³ – расход воздуха на 1 т файнштейна;

80 – суточная, производительность, печи;

f – площадь сечения отверстий в соплах, м².

Принимаем, что в сопле 4 отверстия, диаметр отверстий 6 мм:

f = •10^-6=0,000113 м²

Скорость истечения воздуха из сопел (w) принимаем равной 30 м/с, тогда при α=1,2 имеем

n=1,2V/ wf =1,2 =513 сопел.

Расчет других параметров печи см. § 32.6.

Предварительное восстановление закиси никеля

Предварительное восстановление NiO осуществляется с целью сокращения расхода электроэнергии и электродов при электроплавке, а также с целью снижения выноса пыли. Горячая NiО из трубчатой печи с температурой 1200–1300⁰С поступает по футерованной течке в печь для предварительного восстановления. В качестве восстановителя используется малосернистый нефтяной кокс с содержанием серы не более 0,26%. Дозировка молотого нефтекокса производится тарельчатым питателем в количестве до 13% от массы NiO. Восстановление закиси до металла по реакции NiO + С = Ni + CO достигается тем, что горячая NiО и восстановитель (твердый) движутся параллельно в одном направлении от загрузки к выгрузке. Необходимый контакт между молотым нефтекоксом и горячей NiO обеспечивается перемешиванием шихты при вращении барабана печи. Температура в головной части печи восстановителя должна быть 750–1000⁰С. Восстановленная NiO должна удовлетворять следующим условиям: содержание никеля не ниже 82%; содержание углерода 1–6; содержание серы до 0,030%.

Производительность барабана составляет около 3,5т/(м³-сут) по NiO.

 

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: