Огневое рафинирование

Рис. 3. Схема материальных потоков огневого рафинирования черновой меди 
3.3. Материальный баланс

 

При составлении материального  баланса процесса огневого рафинирования, как правило, не применяют вычислений, основанных на расчетах по реакциям, протекающим  в процессе, а принимают для расчета практические коэффициенты.

Исходные данные:

• содержание меди в черновой меди –98,25%;
• в анодную печь загружается 13% анодного скрапа (от веса черновой меди), 1% брака и скрапа анодного цеха и 1% старых изложниц;
• из анодной печи получается, от веса черновой меди:
• шлака огневого рафинирования – 2%;
• угара – 0,1%;
• содержится меди, %:
• в анодах – 99,17;
• в твердых оборотах – 99,00;
• в шлаке – 40,0.

Материальный баланс ведем на 100 кг черновой меди.

Сначала определяем общее  количество загруженной в печь меди по весу и содержанию меди в исходных материалах:

1. в 100 кг черновой меди – 98,25 кг Cu;
2. в 13 кг анодного скрапа – 13 × 0,99 = 12,87 кг Cu;
3. в 1 кг брака и скрапа – 1 × 0,99 = 0,99 кг Cu;
4. в 1 кг изложниц старых – 1 × 0,99 = 0,99 кг Cu.

Ищем содержащейся в оборотных полупродуктах (брак анодов, скрап, изложницы и шлак) и в угаре:

113,10 - (0,99 + 0,99 + 0,8 + 0,1) = 110,22 кг.

Это количество меди входит в состав анодов, содержащих 99,17% Cu.

Следовательно, вес анодов составит

110,22 : 0,9917 = 111,1425 кг.

Затем суммируем количество получаемых продуктов и вычитаем вес загружаемых материалов:

(111,1425 + 1 + 1 + 2 + 0,1) – (100 + 13 + 1 + 1) = 0,2425 кг.

Это количество условно принимается  за вес материалов, переходящих в  шлак с откосов печи, хотя он немного завышен из-за содержания окислов в шлаке.

Результаты расчет сводим в таблицу 8.

Таблица 8

Материальный баланс процесса огневого рафинирования

черновой меди (база расчета 100 кг черновой меди)

Статьи	Всего, кг	В том числе Cu
		%	кг
загружено:
черновой меди	100	98,25	98,2500
анодного скрапа	13	99,00	12,8700
брака и скрапа	1	99,00	0,9900
изложниц старых	1	99,00	0,9900
кварца из откосов	0,2425	–	–
итого	115,2425	–	113,1000
получено:
анодов годных	111,1425	99,17	110,2200
брака и скрапа	1	99,00	0,9900
изложниц	1	99,00	0,9900
шлака	2	40	0,8
угара	0,1	–	0,1
итого	115,2425	–	113,1000

 

Пересчитаем материальный баланс на 1 сутки работы печи (250 ^т/_час = 6000 ^т/_сут  по загружаемым материалам) и полученные данные занесем в таблицу 9.

Рассчитываем суточный переходной коэффициент работы печи огневого рафинирования при загрузке 6000 ^тонн/_сут

Коэффициент равен:

Переведем этот коэффициент для  расчетов ^тонн/_сут :  

Рассчитываем годовой переходной коэффициент работы печи огневого рафинирования при загрузке (6000 ^т/_сут = 2190000 ^тонн/_год ).

Коэффициент равен:

Переведем этот коэффициент для  расчетов ^{тыс. тонн}/_сут :

 

Таблица 9

Материальный баланс процесса огневого рафинирования

черновой меди на 1 сутки  работы печи

(база расчета 250 ^т/_час = 6000 ^т/_сут  по загружаемым материалам), ^т/_сут

Статьи	Всего, т	В том числе Cu
		%	т
загружено:
черновой меди	5206,42	98,25	5115,31
анодного скрапа	676,83	99,00	670,06
брака и скрапа	52,06	99,00	51,54
изложниц старых	52,06	99,00	51,54
кварца из откосов	12,63	–	–
итого	6000	–	5888,45
получено:
анодов годных	5786,55	99,17	5738,51
брака и скрапа	52,06	99,00	51,54
изложниц	52,06	99,00	51,54
шлака	104,12	40	41,65
угара	5,21	–	5,21
итого	6000	–	588,45

Пересчитаем материальный баланс на годовую производительность и полученные данные занесем в таблицу 10.

 

 

Таблица 10

Материальный  баланс на годовую производительность процесса огневого рафинирования черновой меди, ^{тыс т.}/_год

Статьи	Всего, тыс. т	В том числе Cu
		%	тыс. т
загружено:
черновой меди	1900,35	98,25	1867,09
анодного скрапа	247,04	99,00	244,57
брака и скрапа	19,00	99,00	18,81
изложниц старых	19,00	99,00	18,81
кварца из откосов	4,61	–	–
итого	2190	–	2149,28
получено:
анодов годных	2112,09	99,17	2094,56
брака и скрапа	19,00	99,00	18,81
изложниц	19,00	99,00	18,81
шлака	38,00	40	15,20
угара	1,91	–	1,90
итого	2190	–	2149,28

 

 

3.4. Схема цепи аппаратов

Произведем расчет количества рафинировочных печей для плавильного отделения по огневому рафинированию черновой меди с годовой производительностью 300тыс. тонн по анодной меди.

Дано:

1. емкость печи 250 тонн;
2. средняя продолжительность 1-ой плавки с профилактикой рафинировочной печи – 1 сутки;
3. средний годовой коэффициент использования рафинировочной печи в рабочем режиме – 0,83;
4. для того чтобы получить 300тыс. тонн анодной меди нужно переработать 311066,8 тонн черновой меди и холодных оборотов.

Расчет:

1. Суточная производительность плавильно-рафинировочного отделения по черновой меди и холодным оборотам:
2. 311066,8 ^тонн/_год : 365 ^суток/_год = 852,2 ^тонн/_сутки.
3. Суточная производительность 1-ой печи по загружаемым материалам:
4. 250 тонн : 1 сутки = 250 ^тонн/_сутки.
5. Количество печей к установке в плавильно-рафинировочном отделении:
6. 852,2 ^тонн/_сутки : 250 ^тонн/_сутки : 0,83 = 4,11 условных агрегата.

Ответ:  Принять к установке в плавильно-рафинировочном отделении 5 стационарных рафинировочных печей отражательного типа с некоторым запасом производственной мощности.

Коэффициент запаса производственной мощности:

К_ЗПН = 5 : 4,11 = 1,22.

На рисунке 4 представлена схема цепи аппаратов плавильного  отделения по огневому рафинированию черновой меди. 

Рис. 4. Схема цепи аппаратов  плавильного отделения по огневому рафинированию черновой меди  
4. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

 

Тепловой баланс печи состоит из равных между собой  приходной и расходной частей, каждая из которых складывается из ряда статей. Один цикл работы печи – 250 тонн по загружаемым материалам.

Статьи приходной части

1. Тепло, вносимое  жидкой черновой медью, кДж:

где G_чм – количество черновой меди, кг; T_чм – температура черновой меди, °С; С_чм – удельная теплоемкость черновой меди, кДж/(кг×град).

В нашем случае: G_чм=100,00 кг; T_чм=1250°С; С_чм=0,4284 кДж/(кг×град).

 кДж.

2. Тепло, получаемое  в результате сгорания природного  газа, кДж:

где B_пг – расход природного газа, кг или м³; – теплота сгорания природного газа, кДж/кг или кДж/м³.

В нашем случае: B_пг=X кг; = 45918 кДж/кг.

кДж.

3. Тепло, получаемое  в результате сгорания древесины,  кДж:

где B_д – расход древесины, кг; – теплота сгорания древесины, кДж/кг.

На один цикл работы (250 тонн загрузочного материала): B_д=2454 кг (данные технологических инструкций),  следовательно на 100 кг  черновой меди (101,78 кг загрузочного материала, т.к. процентное содержание черновой меди в загрузочном материале равно 98,25 %(см таб. 8)) B_д = = 0,999 кг =12400  кДж/кг.

 кДж.

4. Тепло, получаемое  в результате сгорания моторного  топлива, кДж:

где B_мт – расход моторного топлива, кг; – теплота сгорания моторного топлива, кДж/кг.

На один цикл работы (250 тонн загрузочного материала): B_мт=1729,6 кг (данные технологических инструкций), следовательно на 100 кг  черновой меди (101,78 кг загрузочного материала, т.к. процентное содержание черновой меди в загрузочном материале равно 98,25 %(см таб. 8))   B_мт = = 0,704 кг; =43000  кДж/кг.

 кДж.

5. Тепло, вносимое  воздухом, кДж:

где T_в – температура воздуха, °С; с_в – средняя удельная теплоемкость воздуха в интервале температур от 0°С до T_в, кДж/(м³×град); n – коэффициент расхода воздуха; v_в – количество необходимого воздуха, м³.

В нашем случае: T_в=20°С; с_в=1,2958 кДж/(м³×град); n=1,0; ,

где v_в1 – количество воздуха, теоретически необходимого для сжигания природного газа, м³; v_в2 – количество воздуха, теоретически необходимого для окисления 8% меди(I).

1) ,

где a – коэффициент избытка воздух; – теплота сгорания природного газа, кДж/м³; B_пг – расход природного газа, м³.

В нашем случае: a=1,1; = 33750 кДж/м³; B_пг=1,36×X м³.

м³.

2)

.

.

.

 кДж.

Статьи расходной части

1. Тепло, необходимое  для плавления холодных оборотов, кДж:

где G_хо – количество холодных оборотов, кг; T_хо.к – конечная температура нагрева оборотов, °С; T_хо.н – начальная температура холодных оборотов, °С; – средняя удельная теплоемкость оборотов в интервале температур от нуля до T_хо.к, кДж/(кг×град); – средняя удельная теплоемкость холодных оборотов в интервале температур от нуля до T_хо.н, кДж/(кг×град).

На один цикл работы (250 тонн загрузочного материала): G_хо=32540 кг (данные технологических инструкций), следовательно на 100 кг  черновой меди (101,78 кг загрузочного материала, т.к. процентное содержание черновой меди в загрузочном материале равно 98,25 %(см таб. 8)) G_хо = = 13,248 кг;

T_хо.к=1150°С; T_хо.н=20°С;  
=0,4089 кДж/(кг×град); =0,3899 кДж/(кг×град).

 кДж.

2. Тепло, уносимое  анодной медью, кДж:

где G_ам – количество анодной меди, кг; T_ам – температура анодной меди, °С; c_ам – удельная теплоемкость анодной меди, кДж/(кг×град).

В нашем случае: G_ам=111,1425 кг (табл. 8); T_ам=1165°С; c_ам=0,4299 кДж/(кг×град).

 кДж.

3. Тепло, уносимое анодным шлаком, кДж:

где G_аш – количество анодного шлака, кг; T_аш – температура анодного шлака, °С; c_аш – удельная теплоемкость анодного шлака, кДж/(кг×град).

В нашем случае: G_аш=2 кг (таб. 8); T_аш=1350°С; c_аш=0,3780 кДж/(кг×град).

 кДж.

4. Тепло, уносимое  отходящими газами, кДж:

где B_пг – расход природного газа, кг; Т_ух – температура отходящих из печи дымовых газов, °С; c_ух – средняя удельная теплоемкость отходящих из печи газов, кДж/(м³×град); v_ух – количество отходящих газов, отнесенное к единице природного газа, м³/кг.

В нашем случае: B_пг=X кг; Т_ух=1100°С; c_ух=1,4231 кДж/(м³×град);

v_ух=28 м³/кг

 кДж.

5. Тепло от  химической неполноты сгорания  природного газа, кДж:

где B_пг – расход природного газа, кг; a – доля несгоревшего СО; v_ух – количество отходящих газов, отнесенное к единице природного газа, м³/кг.