Металлургия и ее применение

 

Расчет количества черновой меди

В шихте  и биметалле содержится меди 25,73 кг. Извлечение меди в черновую медь составляет 96,0%. В черновую медь пройдет  меди:

25,73∙0,96= 24,70 кг

Химический  состав черновой меди, %: Cu=86,8; Zn=6,75; Pb=1,2; Sn=1,95; проч.=3,3.

Количество  черновой меди составит:

24,70:0,868=28,46 кг

В этой меди содержится, кг:

Cu – 28, 46∙0,868=24,70  86,8

Zn – 28, 46∙0, 0675=1, 92  6, 75

Pb – 28, 46∙0,012=0, 34  1, 20

Sn - 28, 46∙0, 0195=0, 55  1, 95

Проч. - 28,46∙0,033=0,95 3,30

Всего   28,46 кг 100%

 

Расчет рационального  состава цинка

Извлечение  меди в шлак при плавке составляет 2,6%

Количество  меди в шлаке составит :    25,73∙0,026=0,66кг

Извлечение  цинка в шлак при плавке 40%.

В шихте и  биметалле цинка 14,22 кг. Количество цинка в шлаке составит:

14,22∙0,40=5,68 кг

Извлечение  свинца в шлак при плавке 15%.

Количество  свинца в шихте 1,17 кг. Следовательно, в шлак переходит свинца.

1,17∙0,15=0,17 кг

Извлечение  олова в шлак при плавке 8%.

0,81∙0,08=0,06 кг

Количество  FeO в шлаке:

64,06∙0,428=27,42 кг (Fe=21,32 кг)

Кремнезема  в шлаке содержится:

64,06∙0,244=15,63 кг

Окиси кальция  в шлаке содержится:

64,06∙0,087=5,57 кг

Окись магния полностью переходит из шихты  и кокса в шлак, что составит 0,30 кг. Окись алюминия полностью  переходит их кокса в шлак, что  составляет 1,47 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.8.

Таблица –  Рациональный состав шлака

соединение		сумма	Cu	Zn	Pb	Sn	Fe	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Проч.
Cu мет		0,33	0,33	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Cu2O		0,37	0,33	-	-	-	-	0,04	-	-	-	-	-
ZnO		7,07	-	5,68	-	-	-	1,39	-	-	-	-	-
PbO		0,18	-	-	0,17	-	-	0,01	-	-	-	-	-
SnO		0,07	-	-	-	0,06	-	0,01	-	-	-	-	-
(FeO)2SiO2		38,83	-	-	-	-	21,32	6,09	11,42	-	-	-	-
SiO2		4,21	-	-	-	-	-	-	4,21	-	-	-	-
CaO		5,57	-	-	-	-	-	-	-	5,57	-	-	-
MgO		0,30	-	-	-	-	-	-	-	-	0,30	-	-
Al203		1,47	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,47	-
Проч.		5,66	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	5,66
Всего	кг	64,06	0,66	5,68	0,17	0,06	21,32	7,54	15,63	5,57	0,3	1,47	5,66
	%	100	1,03	8,86	0,26	0,09	33,28	11,77	24,4	8,7	0,46	2,29	8,86

 

 

Расчет количества и состава пыли

Состав пыли определяется по разности между суммой веществ в шихте, биметалле, коксе, известняке и суммой веществ в черной меди и шлаке.

В пыли содержится:

Меди-0,37кг

Цинка-6.62кг

Свинца-0.66кг

Олова-0.20кг

Железа-8.81кг

Кремнезема-0,11кг

 

 

 

Таблица 3.9.

Таблица - Рациональный состав пыли

Соедин.		сумма	Cu	Zn	Pb	Sn	Fe	O	SiO2
Cu2O		0,41	0,37	-	-	-	-	0,04	-
ZnO		8,24	-	6,62	-	-	-	1,62	-
PbO		0,71	-	-	0,66	-	-	0,05	-
SnO		0,22	-	-	-	0,20	-	0,02	-
FeO		11,17	-	-	-	-	8,61	2,46	-
SiO2		0,11	-	-	-	-	-	-	0,11
Всего	Кг	20,81	0,37	6,62	0,66	0,20	8,61	4,19	0,11
	%	100	1,77	31,81	3,17	0,96	41,37	20,13	0,79

 

Расчет количества воздуха и состава газов

Кислород  воздуха требуется на горение  кокса и образование окислов  шлака и пыли

В 11кг кокса  горючих  составляющих содержится:

C - 11∙0,715=7, 86 кг

S - 11∙0, 02=0, 22 кг

H - 11∙0,015=0, 16 кг

На горение  углерода требуется кислорода и  образуется углекислого газа:

C+O₂=CO₂

 

 

Из известняка образуется CO₂ 1,36 кг (таблица  )

Всего образуется CO₂:

28,82+1,36=30,18 кг

На горение  водорода требуется кислорода и  образуется паров воды:

2H+O₂=2H₂O

=1, 28 кг

 

В коксе содержится воды:

11∙0,045=0,50 кг

Всего образуется паров воды:

1,44+0,50=1,94 кг

Серы в  коксе и шихты:

0,22+0,7=0,92 кг

На горение серы требуется кислорода  и образуется сернистого газа:

S+O₂=SO₂

 

На реакции горения углерода, водорода и серы требуется кислорода:

20,96+1,28+0,82=23,16 кг

С шихтой и  FeO золы кокса поступает «твердого» кислорода:

8,95+0,08=9,03 кг

На образование  окислов шлака и пыли требуются  кислорода:

7,54+4,19=11,73 кг

Дополнительно требуется кислорода:

11,73-9,03=2,70 кг

Всего требуется  кислорода:

23,16+2,7=25,86 кг  или  18,13 м³

Теоретически  требуется воздуха:

18,13:0,21=86,33 м³

Практически воздух подается в печь с избытком α=1,2

Практический  расход воздуха составит:

86,33∙1,2=103,59 м³

С воздухом поступит:

Кислорода 103,59∙0,21=21,75 м³ или 31,07 кг

Азота 103, 59-21,75=81,84 м³ или 102,30 кг

С коксом поступит азота:

11,0 0,013=0,14 кг  или 0,11 кг

Следовательно, азота в газах содержится:

81, 84+0,11=81,95 м³ или 102,3+0,14=102,44 кг

Избыток кислорода  в газах составит:

21,75-18,13=3,62 м³ или 5,22 кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица –  Состав газов

газы	кг	м3	%
CO2	30,18	15,36	14,76
N2	102,44	81,95	78,82
O2	5,22	3,65	3,50
H2O	1,94	2,41	2,31
SO2	1,84	0,64	0,61
Всего:	141,62	104,01	100

 

 

Таблица –  Распределение цветных металлов между продуктами плавки

Продукты	Cu		Zn		Pb		Sn
	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%
Черная медь	24,7	95,99	1,92	13,50	0,34	29,05	0,55	67,9
Шлак	0,66	2,56	5,68	39,94	0,17	14,52	0,06	7,40
Пыль	0,37	1,45	6,62	46,56	0,66	56,43	0,20	24,7
Всего:	25,73	100,0	14,22	100,0	1,17	100,0	0,81	100,0

 

Расчет теплового  баланса шахтной печи

Приход тепла

Горение топлива

Теплотворная  способность кокса составляет:

 

 

Тепла от горения  топлива будет получено:

 

Q – тепло от горения топлива

 – теплотворная способность кокса

m – масса

Q=26566∙11==292230 кдж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.10.

 

Таблица – Материальный баланс шахтной плавки

Материалы	∑	Cu	Zn	Pb	Sn	Fe	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	O	N	H	C	S	проч
Лом и стружка	25	16,25	6,5	0,25	0,28	0,81	-	-	-	-	0,08	-	-	-	-	0,83
Внесортные материалы и провода	10	4,23	0,69	0,56	0,14	2,22	-	-	-	-	0,54	-	-	-	-	1,62
Шлаки рафинировачных производств	10	3,10	1,16	0,18	0,33	1,62	1,26	0,43	0,08	0,46	0,85	-	-	-	0,16	0,37
Сора	10	1,39	2,24	0,09	0,02	1,58	2,62	0,11	0,02	0,63	0,92	-	-	-	0,28	0,10
Шлаки оборотные	45	0,47	3,51	0,09	0,04	19,26	10,98	3,01	-	-	6,56	-	-	-	0,26	0,82
Биметалл	4,59	0,29	0,12	-	-	4,18	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Известняк	3,28	-	-	-	-	-	0,11	1,74	-	-	0,99	-	-	0,37	-	0,07
Кокс	11	-	-	-	-	0,26	0,77	0,28	0,20	0,38	0,59	0,14	0,21	7,86	0,22	0,09
Воздух	133,37	-	-	-	-	-	-	-	-	-	31,07	102,3	-	-	-	-
Всего:	252,24	25,73	14,22	1,17	0,81	29,93	15,74	5,57	0,3	1,47	41,6	102,44	0,21	8,23	0,92	3,9
Черная медь	28,46	24,7	1,92	0,34	0,55	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,95
Шлак	61,35	0,66	5,68	0,17	0,06	21,32	15,63	5,57	0,3	1,47	7,54	-	-	-	-	2,95
Пыль	20,81	0,37	6,62	0,66	0,2	8,61	0,11	-	-	-	4,19	-	-	-	-	-
Газы	141,62	-	-	-	-	-	-	-	-	-	29,82	102,44	0,21	8,23	0,92	-
Всего:	252,24	25,73	14,22	1,17	0,81	29,93	15,74	5,57	0,3	1,47	41,6	102,44	0,21	8,23	0,92	3,9

 

 

Тепло вносимое в печь шихтой и коксом

Q=m∙c∙t

Где

m-масса шихты и кокса

c-теплоемкость шихты и кокса

t-температура шихты и кокса

Q=118.87∙0, 83∙20=1970кДж

 

 

Тепло вносимое в печь воздухом

Q=V∙c∙t

где

V-объем воздуха

Q=103.59∙1.29∙30=4000кДж

Тепло экзотермических  реакций

4Cu+O₂=2Сu₂O+33472 кДж

Сu₂O содержится в шлаке и пыли в количестве:

0,37+0,41=0,78 кг

 

ZnO+1/2O₂=ZnO+349000 кДж

 ZnO в шихте 7, 19 кг

ZnO в шлаке и пыли содержится:

7,07+8,24=15,31 кг

Образуется  ZnO

15, 31-7, 19=8, 12 кг

 

Pb+1/2O₂=PbO+217860 кДж

В шихте Pb содержится:

0,18+0,71=0,89 кг

Образуется  PbO:

0,89-0,38=0,51 кг

 

Sn+1/2O₂=SnO+1286000 кДж

SnO в шлаке и пыли содержится:

0,07+0,22=0,29 кг

 

2FeO+O₂=(FeO)₂SiO₂+49700 кДж

 

Всего тепла  экзотермических реакций:

180=34980+490+610+9460=45720 кДж

 

Расход тепла

Тепло, уносимое черной медью, определяем по формуле (13)

28,46∙0,40∙1400=15930 кДж

Тепло уносимое шлаком:

61,35∙1,25∙1400=107350 кДж

Тело, уносимое газами:

Q=∑(V∙c∙t)

 

 

где

∑ - сумма

V – Объем газовых составляющих

С – теплоемкость газов

t – Температура газов

Q_CO2=15, 36∙2, 04∙500=15670 кДж

Q_N2=81, 95∙1, 33∙500=54500 кДж

Q_O2=3, 65∙1, 40∙500=2560 кДж

Q_SO2=0, 64∙2, 04∙500=650 кДж

Всего:       75280 кДж

Тепло  эндотермических реакций:

Cu₂O+CO=2Cu+CO₂-115650 кДж

 

Cu₂O поступило с шихтой:

2,92∙0,25+1,42∙0,1+5,58∙0,1+1,56∙0,1+0,05∙0,45=1,61 кг

В шлаке и  пыли Cu₂O 0,78 кг

Восстанавливается Cu₂O:

1, 61-0, 78=0, 83 кг

 

CaCO₃=CaO+CO₂-169000 кДж

CaCO₃ (CaO и CO₂) в известняке:

1,74+1,36=3,10 кг (табл.)

 

Испарение воды шихты и кокса. Влажность шихты 5 %. В 107,87 кг шихты и кокса содержится воды:

 

H₂O=5, 67 кг

В коксе содержится воды:

11∙0,045=0,5 кг

Тепла на испарение  воды шихты требуется:

Q=m∙c∙ (t₂-t₁) +m∙λ

Q=6, 17∙4, 18(100-20) +6, 17∙2260=2260 кДж