Расчет шихты для плавки окисленных никелевых руд в шахтной печи

Составить материальный баланс плавки агломерата следующего состава, %: Ni 0,96; MgO 16,50; SiO₂ 48,10; Al₂O₃ 7,0; Fe₂O₃ 23,0; CaO 3,50; S 0,07; прочие 0,87.

Принимаем в штейне 20% Ni и 22% S; извлечение никеля рассчитываем по формуле В.И. Смирнова, считая содержание никеля в шлаке 0,2% (0,01 от содержания в штейне), выход шлака 100% от веса агломерата, угар 0,7%, пренебрегая пока уносом в пыль, возвращаемую на агломерацию.

Извлечение никеля

И _Ni = () *100 - 0,7 = 78,50%.

Расход сухого кокса 33% от веса агломерата, десульфуризация при плавке 50%. Состав кокса, %: 82,0 С; 1,0 летучих; 1,0 S и 16,0% золы. Состав золы кокса, %: 50,0 SiO₂; 30,0 Al₂O₃; 11,0 Fe₂O₃; 5,0 CaO; 4,0 прочие.

Составляем расчетный баланс для подсчета количества потребного гипса и выяснения предварительного состава шлака, получающегося при плавке без флюсов, кроме гипса.

По условию содержание никеля в агломерате 0,96%, из них 78,5% переходит в штейн. На 100 кг агломерата в штейн переходит 0,96 * 0,785 = 0,75 кг Ni, этот никель в штейне составляет 20%. Штейна будет 3,75 кг (0,75: 0,2).

В штейне содержится 3,75 * 0,22 = 0,83 кг S.

При 50% десульфуризации в шихте должно быть 0,83: 0,5 = 1,66 кг S _общ.

Содержание серы в шихте, кг:

В агломерате 0,07

В коксе 33 * 0,01 = 0,33

Итого 0,40

Должно быть введено с гипсом 1,66 - 0,40 = 1,26 кгS.

Состав гипса (CaSO₄ * 2H₂O), %: 28,05 CaO; 16,00 S; 32,00 О₂; 18,00 Н₂О; 4,55 SiO₂; 1,40 Al₂O₃.

Следует ввести 1,26: 0,16 = 7,88 кг гипса. Вместо гипса можно принять пирит. Порядок расчета будет тот же. Расчетный баланс сведем в таблицу 1.

Таблица 1. Расчетный баланс плавки агломерата без учета воздуха, флюсов, пыли и угара

Предварительный состав шлака при плавке без флюсов:

Кг %₂ 51,25 50,00О 17,30 16,906,92 6,7516,50 16,10₂O₃ 8,74 8,53

Прочие 1,77 1,73

Итого 102,48 100,00

При плавке без флюсов шлак получается слишком кислым (SiO₂ + Al₂O₃ = 59,99%). Хотя содержание FeО почти на пределе, ведем расчет на добавку в качестве флюса только известняка. Расчет ориентируем на получение в шлаке 43% SiO₂, учитывая довольно большое количество Al₂O₃.

Расчет количества известняка в этом случае получается несложным: в шлаке 51,25 кг SiO₂; задано 43% SiO₂.

Общий вес шлака 51,25: 0,43 = 119,19 кг.

Следует ввести 119,19 - 102,48 = 16,71 кг CaO.

Принимаем для упрощения чистый CaСO₃ (56% CaO и 44% СО₂).

Такого известняка потребуется 16,71: 0,56 = 29,84 кг и содержание CaO в шлаке составит (6,92 + 16,71): 119,19 * 100 = 21%. Содержание MgO в шлаке 16,50: 119,19 * 100 = 14,0%. Сумма 21 + 14 = 35% укладывается в предельное содержание 36%, но содержание FeО (17,3: 119,19 * 100 = 14,5%) получается почти на нижнем пределе 12%, т.е. агломерат является тугоплавким маложелезистым.

Для расчета количества потребного воздуха нужно задаться соотношением углерода, сгорающего в СО к углероду, сгорающему в СО₂. Это соотношение равно соотношению этих компонентов в отходящих газах по объему, за вычетом объема СО₂. На практике анализы отходящих газов дают отношение СО: СО₂ (включая СО₂ известняка) в среднем от 1: 1,5 до 1: 2.

Для нашего расчета данное соотношение принимаем СО: СО₂ = 1: 1,5.

В этом случае сгорает в окись углерода 27,06: 2,5 * 1 = 10,82 кг С. и в углекислоту 27,06: 2,5 * 1,5 = 16,24 кг С.

Потребуется кислорода, кг

Для сгорания С в СО 10,82: 12 * 16 = 14,43

Для сгорания С в СО₂ 16,24: 12 * 32 = 43,31

Для серы 0,87

Итого 58,61.

За вычетом 7,63 кг О₂, переходящего в газы из шихты (на восстановление Fe₂O₃ и CaSO₄: 7,6 + 2,52 + 0,18 - 4,43) потребуется 51,48 кг О₂ или 51,48: 0,23 = 223,83 кг воздуха.

Полученные данные сводим в таблицу 2.

Таблица 2. Материальный баланс плавки агломерата без учета пыли, оборотного и конвертерного шлаков, кг

На основании данных полученного баланса рассчитываем количество и состав газов (таблица 3).

Таблица 3. Состав и количество газов шахтной печи при плавке агломерата

Для нашего примера принимаем следующие показатели: 30% О₂ в дутье, 20% расход кокса от веса агломерата и 10% углерода кокса сгорает в СО и 90% в СО₂.

Также принимаем:

Х - количество чистого кислорода, добавляемого на 100 м³ воздуха, м³;

а - содержание кислорода в смеси, %.

Если к 100 м³ воздуха добавить Х м³ кислорода, то объем смеси будет (100+ Х), а содержание кислорода равно (21 + Х), тогда из уравнения определится

а = * 100.

Решая это уравнение относительно Х, получаем

Х = м³.

В нашем случае а = 30 и тогда Х = = 12,86 м³, т.е. для получения смеси, содержащей 30% О₂, нужно на каждые 100 м³ воздуха подать 12,86 м³ чистого кислорода.

На 100 кг агломерата по условию сжигается 20 кг сухого кокса, причем, как принято выше, 10% С кокса сгорает в СО и 90% - в СО₂. В 20 кг сухого кокса 16,40 (20*0,82) кг С, их которых 1,64 * 16,40 * 0,10 сгорает в СО, остальные 14,76 кг (16,40*0,9) - в СО₂. Потребуется кислорода, кг:

Для сгорания С в СО 1,64: 12 * 16 = 2,19

Для сгорания С в СО 14,76: 12 * 32 = 39,36

Для серы 0,81

Итого 42,36 кг О₂.

За вычетом 7,55 кг О₂, переходящего в газы из шихты (восстановление Fe₂O₃ и CaSO₄: 6,37 + 4,44 + 0,18 - 3,36 кг), потребуется вводить в печь 34,81 кг О₂.

По условию, в дутье, обогащенном кислородом, содержится 30% О₂ и 70% N₂ по объему. 100 м³ такой смеси будут иметь вес и весовой состав:

О₂ 30: 22,4 * 32 = 43,04 кг 33,00%

N₂ 70: 22,4 * 28 = 87,50 кг 67,00%

Итого 130,54 кг 100%

Следовательно, в печь будет введено азота 34,81: 0,33 * 0,67 = 70,67 кг.

Все остальные данные на 100 кг агломерата: расход гипса, известняка, выход штейна и т.д., остаются такими же, как и при плавке на воздухе. Поэтому при составлении материального баланса плавки агломерата на дутье, обогащенном кислородом, данные по агломерату, гипсу, известняку и штейну можно заимствовать из таблицы 2.

шихта плавка печь автогенный

Таблица 4. Материальный баланс плавки агломерата на воздухе, обогащенном кислородом, без учета пыли, оборотного и конвертерного шлаков, кг