Физико-химическая сущность процессов получения штейна. Характеристика сырья, металлосодержащих продуктов и основных технологических материалов. Материальный и тепловой расчеты руднотермической плавки медно-никелевого агломерата в руднотермической печи.
Аннотация к работе
Металлургическими печами называются агрегаты, в которых, используя тепловую энергию, проводят необходимые физико-химические превращения металлосодержащих материалов с целью извлечения, рафинирования или тепловой обработки металлов и сплавов. В данной работе рассматривается руднотермическая печь, которая служит звеном в технологической цепочке производства никеля. Никель - элемент восьмой группы, периодической системы Д. И. Менделеева, порядковый номер 28. Атомная масса 58,70 г; температура плавления 1455 оС; кипения 2900 оС; удельная теплоемкость никеля твердого 0,456; жидкого 0,699 кДж/г; скрытая теплота плавления 243,25 кДж/г; нормальный стандартный потенциал - 0,25 В. Основными компонентами, входящими в состав данных руд являются: - сульфиды - Fe7 S8 ; (Fe, Ni) S; CuFeS2 ; - оксиды и ферриты - Fe2O3; Fe3O4; NiO; CoO; CuO; Al2O3; - силикаты - (mMeO * nSiO2); - сульфаты - MeSO4; - карбонаты - МеСО3; - гидраты - Ме (ОН) 2 , где Me - любой из металлов: Са, Mg, Fe, Ni, Cu, Co. 1. Физико-химическая сущность процесса получения штейна При пропускании электрического тока через твердые тела или жидкости последние нагреваются, т.е. при этом электрическая энергия превращается в тепловую. Электропечами называют печи, в которых тепловая энергия, необходимая для их работы, получается за счет электроэнергии. Исходную твердую шихту (руда, агломерат, флюсы и т.д.) загружают на поверхность ванны печи в виде конической формы откосов, погруженных в расплав. Условие плавучести откоса шихты подчинено закону Архимеда - масса откоса шихты (m) в тоннах равна массе шлака, вытесненного объемом погруженной в расплав части откоса. m = V·p , (3) где V - объем погруженной части откоса, м3 ; p - плотность шлака, т/м3. Ток в ванне может проходить двумя путями (рис.2): - от электродов через шлак в слой штейна (по схеме «звезда»); - от одного электрода по шлаку к другому электроду (по схеме «треугольник»). Газовый слой обладает высоким электросопротивлением, поэтому прохождение через него электрического тока связано с высоким падением напряжения (до 90% от напряжения, приходящегося на электрод). Плотность шлака, в результате присутствия в нем большого количества газов и повышенной температуры, значительно уменьшается. В состав шихты рудной электроплавки входят: агломерат, руда, песчаник, твердый конвертерный шлак, уголь, жидкий конвертерный шлак, никелевый шлак МЗ и т.д. Шлак руднотермических печей является отвальным продуктом. При этом конвертерный шлак перемешивается с печным шлаком и, благодаря конвекции, энергично контактирует с сульфидами, флюсами и восстановителем твердой шихты. Химический состав агломерата Массовая доля, % Ni Cu Co Fe S SiO2 CaO MgO Al2O3 Прочее 5,0 3,0 0,18 38,3 9,7 11,8 5,5 3,8 3,9 ост Никелевый агломерат является продуктом 4 класса опасности в соответствии со стандартами предприятия, гост и правил, пожаро- и взрывобезопасен. Химический состав богатой медно-никелевой руды Массовая доля, % Ni Cu Co Fe S SiO2 CaO MgO Al2O3 Прочие 2,78 2,9 0,13 32,5-38,4 26,7 12,8 6,67 3,0 4,2 ост Медно-никелевая руда является продуктом 4 класса опасности в соответствии со стандартами предприятия, гост и правил, пожаро и взрывобезопасна. Вещественный состав богатой медно-никелевой руды (база расчета 100 кг руды) Компоненты Ni Cu Co Fe S SiO? CaO MgO AL?O? Прочие Итого CuFeS? 2,175 1,911 2,195 6,282 CuFe?S? 0,725 1,274 1,098 3,097 (NiFe)?S? 2,78 2,644 1,350 6,774 CoS 0,13 0,071 0,201 Fe?S? 13,335 8,750 22,085 FeS? 13,335 15,313 28,648 SiO? 12,80 12,80 CaO 6,67 6,67 MgO 3,00 3,00 AL?O? 4,20 4,20 Прочие 6,24 6,24 Итого 2,78 2,90 0,13 32,50 28,78 12,80 6,67 3,00 4,20 6,24 100,00 На плавку направляется 15% руды.