Курсовая работа: Печи для автогенной плавки меди

(1)

где А — производительность агрегата по проплавляемой шихте, т/ч;

— соответственно теплогенерационные и теплообменные составляющие тепловых эквивалентов шихтовых материалов и продуктов плавки, кДж/кг;

n — коэффи­циент, равный отношению массы штейна к массе переплавляемой шихты;

Q_ш , Q_д — соответственно теплопотребление шихты и дутья, идущего на ее окисление, кДж/кг шихты;

Q_пот — потери тепла через ограждение печи, кВт.

Из уравнения (1) следует, что интенсивность теплообмена в рабочем пространстве печи (величина теплового потока ) будет равна, кВт

Q_п =0,28A(-n) (2)

Ее величина должна соответствовать технологическим параметрам процесса, которые выбираются таким образом, чтобы в печи были созданы условия для наиболее полного разделения продуктов плавки. Известно, что повышение средней температуры в зоне технологического процесса с одной стороны ведет к снижению вязкости шлака и тем самым способствует ускорению разделения продуктов плавки, с другой — к увеличению растворимости штейна в шлаке и (в окислительной среде) к росту так называ­емых химических потерь меди со шлаком.

В случае переработки конкретного сырья в зоне окисления сульфидов, как правило, стремятся поддерживать оптимальную температуру, значение которой определяется экспериментально. Так как соединения, полученные в результате окисления сульфидов, являются одно­временно продуктами плавки, то их действительная температура должна быть равна средней температуре зоны технологического процесса. Из определения теплового эквивалента шихтовых мате­риалов следует, что это условие соблюдается, когда поток тепла, отводимого от продуктов окислительных реакций, достигает своего максимального значения и будет равен, кВт

(3)

где Q_х.ш Q_х.пр — соответственно теплота сгорания шихты и продуктов плавки, кДж/кг.

Расчеты величин, входящих в уравнение (2), производятся по данным материального и теплового балансов плавки. Для приближенных расчетов могут быть использованы значения тепло­вых эквивалентов шихты и штейна, кВт

(4)

где S, Сu — соответственно содержание серы и меди в шихте, %;

Т₀ — заданное значение средней температуры в зоне технологи­ческого процесса, К;

— соответственно начальные темпе­ратуры шихты и дутья, К;

О₂ — содержание кислорода в дутье, %.

Физический смысл рассчитываемой по формуле (3) вели­чины заключается в том, что она показывает, какое количество тепла за единицу времени должно быть отведено в процессе тепло­обмена от продуктов окисления сульфидов с тем, чтобы избежать их перегрева относительно средней температуры процесса.

При определении интенсивности теплообмена в рабочем про­странстве печи, соответствующей заданным параметрам техно­логического процесса, необходимо также учитывать характер протекания реакций окисления сульфидов. В реальных условиях это чрезвычайно сложный многостадийный процесс. Однако, для его энергетической оценки можно воспользоваться упрощенной двухстадийной моделью, которая описывается следующими урав­нениями

1 2Cu₂ S + ЗО₂ - 2Cu₂ O + 2SO₂ + 2015 кДж

Cu₂ S + 2Cu₂ O = 6Cu + SO₂ — 304 кДж

2 Cu₂ S + 2Cu₂ O = 6Cu + SO₂ — 304 кДж

Cu₂ S + О₂ = 2Cu + SO₂ +1711 кДжна1 кг меди

3 9FeS + 15O₂ = 3Fe₃ O₄ + 9SO₂ + 9258 кДж

FeS + 3Fe₃ O4 = l0FeO + SO₂ — 896 кДж

4 FeS + 3Fe₃ O4 = 10FeO + SO₂ — 896 кДж

FeS + 1,5O₂ = FeO + SO₂ + 8389 кДжна 1 кгжелеза

Из анализа уравнений реакций 1—4 следует, что при много­стадийном характере процесса величина, характеризующая коли­чество тепла, выделившегося в зоне окисления сульфидов, может существенно отличаться от своего среднего значения, рассчитан­ного по данным теплового баланса процесса (т. е. по суммарным тепловым эффектам реакций). В рассматриваемом случае для завершения второй стадии химических превращений, предусмо­тренных принятой технологией, необходимо, чтобы «дополни­тельное» (по сравнению со средними балансными характеристи­ками) тепло, полученное на первой стадии окисления сульфидов, в процессе теплообмена поступило в зону протекания эндотерми­ческих реакций. Интенсивность теплообмена (тепловой поток кВт), соответствующая двух стадийному характеру протека­ния процесса окисления сульфидов, определяется по данным его материального и теплового балансов и может быть рассчитана по формуле