Расчет конвертера для никелевого штейна

Оглавление

Рациональный состав штейна и шлака.

Рациональный состав файнштейна (табл.1) рассчитан на основании заданного элементарного состава. Принято, что все железо в файнштейне находится в виде FeS, кобальт связан в СоS, остальная сера приходится на Ni₃S₂. Оставшийся никель находится в металлической форме.

Таблица1.Рациональный состав файнштейна, кг
Соединение	Всего	Ni	Co	Fe	S	Прочие
Ni3S2	69,76	50,20	-	-	19,56	-
CoS	0,77	-	0,50	-	0,27	-
FeS	0,47	-	-	0,30	0,17	-
Nimet	27,10	27,10	-	-	-	-
Прочие	1,90	-	-	-	-	1,90
Всего	100,00	77,30	0,50	0,30	20,00	1,90

Рациональные составы горячего и холодного штейнов (табл. 2 и 3) рассчитаны исходя из следующих положений.

Таблица 2. Рациональный состав горячего штейна, кг
Соединение	Всего	Ni	Co	Fe	S	Прочие
Ni3S2	14,28	10,47	-	-	3,81	-
CoS	1,03	-	0,70	-	0,33	-
FeS	40,86	-	-	26,00	14,86	-
Femet	36,30	-		36,30		-
Nimet	5,53	5,53	-	-	-	-
Прочие	2,00	-	-	-	-	2,00
Всего	100,00	16,00	0,70	62,30	19,00	2,00

Таблица 3. Рациональный состав холодного штейна, кг
Соединение	Всего	Ni	Co	Fe	S	Прочие
Ni3S2	8,99	7,15	-	-	1,84	-
CoS	0,46	-	0,30	-	0,16	-
FeS	42,92	-	-	27,32	15,60	-
Femet	40,98	-	-	40,98		-
Nimet	3,85	3,85	-	-	-	-
Прочие	2,80	-	-	-	-	2,80
Всего	100,00	11,00	0,30	68,30	17,60	2,80

Таблица4. Суммарный рациональный состав смеси холодного и горячего штейна, кг
Соединение	Всего	Ni	Co	Fe	S	Прочие
Ni3S2	17,87	13,33	-	-	4,54	-
CoS	1,21	-	0,82	-	0,39	-
FeS	58,03	-	-	36,93	21,11	-
Femet	52,70	-	-	52,69	-	-
Nimet	7,07	7,07	-	-	-	-
Прочие	3,12	-	-	-	-	3,12
Всего	140,00	20,40	0,82	89,62	26,04	3,12

Весь кобальт связан в CoS, а отношение количества никеля, связанного в Ni₃S₂, к количеству никеля, находящегося в металлической форме, принято таким же, как для файнштейна. На основании этого определенно количество Ni₃S₂ и Ni_met. Оставшаяся от CoS и Ni₃S₂ сера связана с железом в FeS, остальное железо находится в металлической форме в виде ферроникеля.

На основании данных практики приняты следующие показатели по шлакам.

Содержание никеля 0,9%, причем весь он находится в виде Ni₃S₂ в корольках штейна. В виде корольков штейна в шлаки увлекается также и FeS. Содержание FeS в шлаках определяется из отношения Ni₃S₂: FeS, которое принимается для шлаков таким же, как для суммарного состава смеси штейнов.

Содержание SiO₂ в конвертерных шлаках в соответствии с данными практики принято 28%.

Примем сумму FeO+ SiO₂+ Fe₃O₄=93%. Тогда FeO в шлаке составит 93-28-10=55%.

Примем также, что вся закись железа связана с кремнеземом в файялит 2FeO* SiO₂. Оставшийся от файялита избыточный кремнезем условно считаем свободным.

Таблица 5. Рациональный состав конвертерного шлака без учета кобальта, кг
Соединение	Всего	Ni	Fe	S	SiO2	O2	Прочие
Ni3S2	1,23	0,90	-	0,33	-	-	-
Fe3O4	10,00	-	7,24	-	-	2,76	-
2FeO* SiO2	78,00	-	42,80	-	23,00	12,20	-
FeS	4,00	-	2,54	1,46	-	-	-
SiO2	5,00		-	-	5,00	-	-
Прочие	1,77	-	-	-	-	-	1,77
Всего	100,00	0,90	52,58	1,79	28,00	14,96	1,77

Поведение кобальта и режим конвертирования.

Для возможно полной концентрации кобальта в шлаках последних сливов вначале продувку ведут до бедной массы, содержащей не менее 20-30% Fe. На основании этого принимают условное разделение процесса на два периода: период набора с получением массы, содержащей 25% Fe, и период варки файнштейна с полным удалением железа.

В соответствии с практическими данными примем следующее распределение кобальта по продуктам конвертирования, %: в файнштейн15; в шлаки периода набора 50; в шлаки периода варки файнштейна 34; в пыль 1,0.

Основные реакции процесса.

Без кремнекислоты

3Fe + 2O₂= Fe₃O₄

При наличии кремнекислоты

2Fe + O₂ + SiO₂ = 2FeO* SiO₂

Для упрощения расчета можно принять, что вся сера сернистого железа никелевого штейна будет окисляться только до SO₂. В этом случае процессы окисления FeS можно представить реакциями:

Без кремнекислоты

3 FeS+ 5O₂ = Fe₃O₄ + SO₂

В присутствии кремнекислоты

2 FeS + 3O₂ + SiO₂ = 2FeO* SiO₂ + 2SO₂

Расчет технологического процесса периода набора.

1. Окисление железа ферроникеля.

Из данных таблицы 4 следует, что окисление кислородом дутья должно подвергнуться 52,7 кг железа ферроникеля. В конвертерном шлаке (см. табл.5) окисленное железо составляет 50,04%.

Таблица 6. Тепловые эффекты реакций конвертирования никелевых штейнов
Реакция	Уравнение реакций	Тепловой эффект реакции ккал/кг*моль	Количество тепла на 1 кг Fe, ккал/кг
1	3Fe + 2O2= Fe3O4	267000	1590
2	2Fe + O2 + SiO2 = 2FeO* SiO2	139300	1244
3	3 FeS+ 5O2 = Fe3O4 + SO2	411720	2451
4	2 FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO* SiO2 + 2SO2	235780	2105

Считая, что всё металлическое железо штейна окисляется и переходит в шлак, получим выход конвертерного шлака от окисления железа ферроникеля:

52,7/50,04*100=105,3 кг

В этом количестве шлака содержится железа в виде магнетита

105,3*0,0724=7,62 кг;

в виде закиси (файялита)

105,3*0,428=45,07 кг.

Необходимое количество кислорода для окисления железа до магнетита по уравнению реакции (1)

64/167,7*7,62=2,91 кг.

Для окисления железа до закиси по реакции (2) кислорода необходимо:

16/55,9*45,07=12,9 кг.

Всего теоретически необходимо кислорода на окисление железа ферроникеля:

2,91+12,9=15,81 кг.

При степени усвоения кислорода ванной 95% практическое количество кислорода 16/0,95=16,9 кг или 11,83 н*м³

Избыток кислорода

16,9-15,81=1,09 кг или 1,56 н*м³

Воздуха необходимо:

16,9/0,23=73,5 кг.

В таблице 7 приведены результаты расчета количества и состава газов при окислении железа, ферроникеля.

Таблица 7. Количество и состав газов при окислении железа ферроникеля
газ	Вес, кг	Объём, н*м3	% (объёмн)
O2	1,09	0,84	2,2
N2	48,1	37,3	97,8
Всего:	49,19	38,14	100

2. Окисление сернистого железа до содержания в массе до 25% Fe.

Из табл. 5 следует, что после окисления железа ферроникеля в массе остается сернистого железа 58,03 кг или железа в виде FeS 36,92 кг (63,6% от веса FeS). Обозначим:

X кг – количество FeS, которое нужно окислить до содержания в массе 25% Fe;

0,636x кг - количество окисляющего железа.

Поскольку окисленное железо в шлаке составляет 50,04% (см. табл. 5), выход шлака при окислении сульфида железа будет:

0,636/50,04*100=1,271 кг.

Обозначим: А кг – вес железа в обогащенной массе;

В кг – вес массы, остающейся после периода набора.

Тогда по условиям А/В=0,25.

Как было вычислено выше, в результате окисления железа ферроникеля из 140 кг смеси штейнов образовалось 105,3 кг шлака.

При окислении железа FeS образовалось шлака 1,271x кг. Как следует из табл.5, в шлаке содержится 2,54% Fe в виде FeS

(105,3+1,271x)*0,0254 кг

Окислится должно 0,636х кг железа из FeS. При начальном количестве железа в штейне в виде FeS 36,92 кг (в 140 кг смеси штейнов) вес железа, оставшегося в массе:

А=36,92-0,0254*(105,3+1,271х)-0,636х=34,24-0,6683х кг.

В результате окисления и ошлакования железа ферроникеля и сульфидного железа и удаления серы в газы первоначальный вес смеси штейнов уменьшается на 52,7+х кг.

В виде корольков штейна в шлаки уходят (в соответствии с табл. 5 и весом шлака):

(105,3+1,271х)*0,0123 кг Ni₃S₂

(105,3+1,271х)*0,04 кг FeS

Кроме того, как принято выше, в шлаке периода набора уходит 50% всего кобальта. Приняв условно, что в шлаках периода набора кобальт содержится в форме CoS, получим, что в шлаки уходит: 1,21*0,5=0,605 кг CoS.

Таким образом, вес массы, остающегося в результате периода набора:

В=140-(52,7+х)-(105,3+1,271х)*(0,0123+0,04)-0,605=81,188-1,0666х.

Как выше принято А/В=0,25, или

(34,24-0,6683х)/(81,188-1,0666х)=0,25

откуда х=34,84 кг.

Таким образом, окисляется FeS 34,84 кг ( в нем железа 0,636 х=22,16 кг).

За счет этого образуется шлака 1,271х=44,3 кг.

Общее количество шлаков периода набора

105,3+44,3=149,6 кг.

Остается массы

В=81,188-1,0666*34,84=44,03 кг.

В ней железа в виде FeS

А=34,24-0,6683*34,84=10,96 кг,

или 10,96/0,636=17,23 кг FeS.

В шлаки увлекается

149,6*0,0123=1,84 кг Ni₃S₂

В массе остается

17,87-1,84=16,03 кг Ni₃S₂

В шлаки увлекается 0,605 CoS.

В массе останется

1,21-0,605=0,605 кг CoS.

Металлическое железо из массы удалено полностью, металлический никель считаем полностью сохраняющимся в массе в количестве 7,07 кг, прочие из 140 кг смеси штейнов в количестве 3,48 кг также считаем остающимися в массе.

Проверяем вес массы как суммы Ni₃S₂+ CoS+ FeS+ Ni_met+ Прочие.

Получим вес массы:

16,03+0,605+17,23+7,07+3,48=44,415 кг.

На основании проделанных расчетов определяем состав массы, получаемой в итоге периода набора (табл. 8).

Таблица 8. Количество и состав обогащенной массы на 140 кг смеси штейнов (без холодных материалов).
Химические соединения	Количество	Ni	Co	Fe	S	Прочие
на 140 кг смеси штейнов	% в массе	кг	% в массе	кг	% в массе	кг	% в массе	кг	% в массе	кг	% в массе
Ni3S2	16,03	36,09	11,7	26,3	-	-	-	-	4,33	9,75	-	-
CoS	0,605	1,36	-	-	0,22	0,5	-	-	0,39	0,87	-	-
FeS	17,23	38,79	-	-	-	-	10,96	24,7	6,27	14,1	-	-
Nimet	7,07	15,92	7,07	15,9	-	-	-	-	-	-	-	-
Прочие	3,48	7,84	-	-	-	-	-	-	-	-	3,48	7,84
Всего	44,415	100	18,8	42,3	0,22	0,5	10,96	24,7	11	24,7	3,48	7,84

В соответствии с рациональным составом шлака (см. табл.5) находим, что в 44,3 кг его находится железа в виде Fe₃O₄ 44,3*0,0724=3,2 кг и в виде FeO 44,3*0,428=18,9 кг.

Подсчитываем количество кислорода, необходимое для окисления FeS штейна до получения массы с содержанием железа 25%.

По реакции (3) расход кислорода по количеству окислившегося железа будет:

160/167,7*3,2=3,04 кг.

По реакции (4) расход кислорода по количеству железа:

96/111,8*18,9=16,2 кг.

Всего теоретический расход кислорода:

30,4+16,2=19,24 кг.

При степени усвоения кислорода ванной конвертера 95% практическое количество его:

19,24/0,95=20,24 кг.

Воздуха потребуется

20,24/0,26=77,85 кг или 60,34 н*м³.

Определяем количество газов, образующихся при окислении FeS.

Подается с воздухом азота:

77,85-20,24=57,61 кг

В газы попадает избыточный кислород:

20,24-19,24=1,0 кг.

Образуется SO₂:

По реакции (3) (3*64,1)/(3*55,9)*3,2=3,66 кг;

По реакции (4) (2*64,1)/(2*55,9)*18,9=21,6 кг.

Всего SO₂ в газах: 3,66+21,6=25,26 кг.

Данные расчетов по количеству и составу газов от окисления FeS штейна в период набора сведены в табл. 9.

1. Расчет количества флюсов.

Суммарное количество шлака при окислении железа ферроникеля и сернистого железа за период набора:

105,3+44,2=149,5 кг

При 28% SiO₂ в шлаке и 95% SiO₂ в кварцевом флюсе требуется подать кварцита:

149,5*0,28/0,957=43,7 кг

4. Проверка извлечения кобальта в шлаки периода набора.

Общее количество кобальта, поступившего в процесс с горячим и холодным штейном 0,82 кг.

В соответствии с принятым выше распределением кобальта между продуктами плавки в шлаки периода набора перейдет кобальта:

0,5*0,82=0,41 кг.

Общее расчетное количество шлаков периода набора 149,5 кг.

Содержание кобальта в них:

0,41/149,5*100=0,27%.

5. Расчет количества холодных материалов.

В расчете приняты следующие условия:

• температура жидких продуктов процесса 1300⁰С;

• температура газов 1100⁰С;

• потери тепла во внешнюю среду 15% от суммарного тепловыделения процесса;

Состав холодных материалов, условно принятых как механическая смесь, состоящая на 70% из конвертерного шлака и на 30% из обогащенной массы, приведен в табл.10.

Обогащенной массы: 44,415+18,6=63,015 кг

Конвертерного шлака: 149,5+43,4=192,9 кг.

Таблица 10. Расчет условного состава холодных материалов
Компоненты холодных материалов	Состав	Ni	Co	Fe	S	SiO2	O2	Прочие
%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Обогащенная масса	30	18,6	42,3	7,9	0,5	0,1	24,7	4,6	24,7	4,6	-	-	-	-	7,8	1,5
Конвертерный шлак	70	43,4	0,9	0,4	0,2	0,1	52,6	22,8	1,8	0,8	28,0	12,2	15,0	6,5	1,5	0,7
Смесь	100	62	13,3	8,3	0,3	0,2	44,2	27,4	8,7	5,4	19,6	12,2	10,5	6,5	3,4	2,1

1. Материальный баланс периода набора.

Расчет технологического процесса периода варки файнштейна.

1. Расчет количества шлака и файнштейна.

В результате периода набора получено 63 кг обогащенной массы. Исходя из ее рационального состава (табл.8) находим, что в указанном количестве обогащенной массы содержится:

63*0,3879=24,43 кг FeS;

(в том числе Fe 15,54 кг);

63*0,3609=22,74 кг Ni₃S₂.

В соответствии с рациональным составом конвертерного шлака (табл.5) в нем содержится железа в сульфидной и окисленной форме 52,58%, а также 1,23% Ni₃S₂.

Считая, что все железо массы перейдет в шлак, определяем выход шлака периода варки:

15,54/0,5258=29,55 кг.

С этим количеством шлака увлекается:

29,55*0,0123=0,36 кг Ni₃S₂.

В файнштейн перейдет:

22,74-0,36=22,38 кг Ni₃S₂,

что соответствует количеству никеля в форме Ni₃S₂

176,1/240,3*22,38=16,4 кг.

Кроме того, в файнштейн из массы без потерь, как принято, перейдет весь металлический никель в количестве:

63*0,16=10,08 кг.

Всего в файнштейн переходит никеля:

16,4+10,08=26,48 кг.

При 77,3% Ni в файнштейне выход файнштейна:

26,48/0,773=34,26 кг.

В конвертерный шлак увлекается:

29,55*0,04=1,18 кг FeS.

Количество FeS, окисляющегося по реакциям (3) и (4),

24,43-1,18=23,25 кг FeS

или

55,9/88*23,25=14,77 кг Fe.

В соответствии с рациональным составом шлака (табл. 5) находим, что в нем содержится железа:

В виде FeO……….29,55*0,428=12,65 кг

В виде Fe₃O₄……..29,55*0,0724=2,14 кг

___________________________________

Всего железа в виде окислов……14,79 кг.

1. Расчет количества воздуха и газов.

По реакции (3) окисляется 2,14 кг Fe.

Расходуется кислорода на это:

160/167,7*2,14=2,04 кг.

Образуется:

63/55,9*2,14=2,41 кг SO₂.

По реакции (4) окисляется 12,65 кг Fe.

Расходуется кислорода:

96/111,8*12,65=10,86 кг.

Образуется:

128,2/111,8*12,65=14,06 кг SO₂.

Суммарно на реакции (3) и (4) требуется кислорода:

2,04+10,86=12,9 кг;

образуется по обеим реакциям

2,41+14,06=16,47 кг SO₂.

При 95% усвоении кислорода ванной конвертера практический расход кислорода:

12,9/0,95=13,58 кг.

Избыток кислорода:

13,58-12,9=0,68 кг.

Воздуха на период варки файнштейна потребуется:

13,58/0,26=52,23 кг.

Поступило азота с воздухом:

52,23-13,58=38,65 кг.

Количество и состав газов периода варки файнштейна приведены в табл.12

Таблица 12.Количество и состав газов.
газ	вес,кг	объем, нм3	%(объемн)
SO2	16,47	5,76	15,5
N2	38,65	30,92	83,22
O2	0,68	0,476	1,28
Всего:	55,8	37,156	100

1. Количество кварцевого флюса.

В период варки файнштейна образуется 29,55 кг конвертерного шлака. В этом количестве содержится 29,55*0,28=8,27 кг SiO₂.

Необходимое количество флюса:

8,27/0,957=8,64 кг.

1. Содержание кобальта в файнштейне и шлаке периода варки.

Содержащийся в обогащенной массе кобальт в количестве 0,31 кг распределяется между файнштейном и шлаком периода варки в соотношении 14:35, т.е от количества кобальта, содержащегося в массе переходит в файнштейн:

14/49*100=28,6%, или 0,31*0,286=0,089 кг.

Переходит кобальта в шлак:

35/49*100=71,4%, или 0,31*0,714=0,22 кг.

При выходе файнштейна 34,26 кг содержание кобальта в нем:

0,22/29,55=0,74%.

1. Материальный баланс периода варки файнштейна.

Сводный материальный баланс конвертирования.

Расчет конвертера.

1. Пропускная способность конвертера по воздуху.

На основании сводного материального баланса находим теоретическое удельное количество воздуха на 1 т штейна:

V_уд=195,2/(0,14*1,29)=1080,84 нм³/т.

Приняв k=0,7, найдем потребную пропускную способность конвертера:

V_конв=(210*1080,84)/(1440*0,7)=225,2 нм³/мин.

1. Удельная загрузка конвертора.

Находится по формуле:

q=1.74 (p₁-H_гидр)/С

q=1.74 (1,2-0,3)/6=0,68 нм³/см²*мин.

1. Площадь сечения работающих фурм.

F_ф=V_конв/q=225,2/0,68=331,2 см³.

1. Число работающих фурм.

Приняв диаметр фурменных трубок d=41мм, получим необходимое число одновременно работающих фурм:

n_р=127.2*F_ф/d²=127,2*331,2/1681=25,06.

1. Число установленных фурм.

С учетом резерва 20% число установленных фурм: n_уст=1,2n_р=1,2*25,06=30,1.

1. Тип и размеры конвертера.

Исходя из найденных значений площади сечения фурм F_ф=331,2 см²; диаметра фурмы d=41 мм и числа фурм n_уст=30, по табл. 3 [1] выбираем стандартный конвертер с размерами по кожуху 3,66,1 м и емкостью по файнштейну 40 т.

1. Расчет эффективности применения фурм усовершенствованной конструкции.

Предложена конструкция, имеющая показатель гидравлического сопротивления C=3.

Повторяем расчеты пунктов 1-5.

q=0,96 нм³/см²*мин;

F_ф=234,6 см²;

n_р=18;

n_уст=22.

Таким образом, если оставить n_уст=30, то это позволит увеличить производительность конвертера на 41%.

1. Определение числа операций.

При заданной производительности конвертера 280 т/сутки по горячему и холодному штейну обогащенной массы будет получено:

280*63/140=126 т/сутки.

Число операций в сутки составит:

126/40=3,153.

1. Проверка размеров горловины.

V_t=(280*1273*943)/(86400*0,7*273)=20,36 м³/сек.

Для выбранного стандартного конвертера F_горл=1,7*1,9=3,23 м³.

Скорость газов в сечении горловины: _t=V_t/F_горл=20,36/3,23=6,3 м/сек.

Тепловой баланс конвертера.

Таблица 15. Температуры и теплоёмкости материалов и продуктов процесса конвертирования никелевых штейнов.
Материалы	Температура, 0С	Теплоемкост, ккал/кг, С
Период набора	в период варки файнштейна
Горячий штейн	1000	-	0,2
Воздух	60	60	-
Обогащенная масса	1250	1250	0,2
Шлаки	1250	1350	0,3
Газы	1000	1200	-
Файнштейн	-	1350	0,2
Внутренняя полость конвертера	1250	1350	-
Наружная поверхность кожуха конвертера	200	300	-

Балансовое время, т.е. время переработки 140 кг штейна, находится из суточной производительности:

=24/280*0,14=0,012 часа.

Время периода набора и периода варки файнштейна находится из соотношения количеств воздуха, подаваемого в соответствующий период:

В период набора воздуха израсходовано………………143 кг…74%

В период варки файнштейна…………………………….52,23…26%

_________________________________________________

Итого:…………………………………195,23 кг…100%

Отсюда

₁=0,74=0,74*0,012=0,009 часа;

₂=0,26=0,26*0,012=0,003 часа.

А. Тепловой баланс периода варки.

Приход тепла.

1. Тепло горячего штейна:

Q_шт=G_шт*С_шт*t_шт.

Q_шт=100*0,2*1000=20000 ккал.

1. Тепло воздуха:

V_в=143/1,29=110,9 нм³

Q_в=110,9*60*0,31=2062,7 ккал.

1. Тепло окисления железа ферроникеля.

По реакции (1) окисляется до Fe₃O₄ 7,62 кг Fe:

Q=7,62*1590=12116 ккал.

По реакции (2) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 45,07 кг Fe:

Q=45,07*1244=56067 ккал.

Всего окисление железа ферроникеля с учетом тепла шлакообразования:

Q_Fe=68183 ккал.

1. Тепло окисления сернистого железа.

По реакции (3) окисляется до Fe₃O₄ 3,2 кг Fe:

Q=3,2*2451=7850 ккал.

По реакции (4) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 18,9 кг Fe:

Q=18,9*2105=39900 ккал.

Всего от окисления сернистого железа с учетом тепла шлакообразования:

Q_Fe=47750 ккал.

Всего приход тепла:

20000+2063+68183+47750=137996 ккал.

Расход тепла.

1. Тепло обогащенной массы:

Q_м=G_м*С_м*t_м.

Q_м=63*0,2*1250=15750 ккал.

1. Тепло шлака:

Q_шл=G_шл*С_шл*t_шл.

Q_шл=193*0,3*1250=72375 ккал.

1. Тепло газов:

Q_газ=(8,84*0,536+84,56*0,334+1,46*0,353)*1000=33497 ккал.

1. Потери тепла во внешнюю среду:

а) потеря тепла поверхностью кожуха

Q_кож=q*F_кож*₁,

F_кож=85*1,3=110 м²

Q_кож=3500*110*0,012=4600 ккал;

б) потеря тепла излучением через горловину размерам 3,2 м²

Q_горл=180000*3,2*0,012=6900 ккал.

Всего потери тепла во внешнюю среду составляют:

4600+6900=11500 ккал.

Всего расход тепла:

15750+72375+33497+11500=133122 ккал.

Результаты расчетов теплового баланса периода набора сведены в табл.16.

Таблица 16. Тепловой баланс периода набора.
Приход тепла	Расход тепла
№ пп.	Статьи прихода	ккал	%	№ пп.	Статьи расхода	ккал	%
1	Тепло горячего штейна	20000	14,5	1	Тепло обогащенной массы	15750	11,4
2	Тепло воздуха	2063	1,5	2	Тепло шлаков	72375	52,4
3	Тепло окисления железа ферроникеля	68183	49,4	3	Тепло газов	33497	24,3
4	Тепло окисления и ошлакования сернистого железа	47750	34,6	4	Потери во внешнюю среду	11500	8,3
				5	Неучтенные потери и невязка баланса	4874	3,5
Всего:	137996	100,0	Всего:	137996	100,0

Б. Тепловой баланс периода варки файнштейна.

Приход тепла.

1. Тепло обогащенной массы: 15750 ккал.

2. Тепло воздуха: V_воз=52,23/1,29=40,5 нм³,

Q_в=40,5*0,31*60=753 ккал.

1. Тепло окисления сернистого железа.

По реакции (3) окислиется до до Fe₃O₄ 2,14 кг Fe:

Q=2,14*2451=5245 ккал.

По реакции (4) окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 12,65 кг Fe:

Q=12,65*2105=26628 ккал.

Всего от окисления сернистого железа с учетом тепла шлакообразования:

Q_Fe=31873 ккал.

Всего приход тепла:

15750+753+31873=48376 ккал.

Расход тепла.

1. Тепло файнштейна:

Q_ф=G_ф*С_ф*t_ф.

Q_ф=34,26*0,2*1350=9250 ккал.

1. Тепло шлака:

Q_шл=G_шл*С_шл*t_шл.

Q_шл=33,85*0,3*1250=9139 ккал.

1. Тепло газов:

Q_газ=(5,76*0,546+30,92*0,34+0,48*0,359)*1200=16596 ккал.

1. Потери тепла во внешнюю среду:

а) потеря тепла поверхностью кожуха

Q_кож=q*F_кож*₂,

F_кож=85*1,3=110 м²

Q_кож=7000*110*0,003=2310 ккал;

б) потеря тепла излучением через горловину размерам 3,2 м²

Q_горл=230000*3,2*0,003=2950 ккал.

Всего потери тепла во внешнюю среду составляют: 5260 ккал.

Всего расход тепла:

9250+9139+16596+5260=40245 ккал.

Результаты расчетов теплового баланса периода набора сведены в табл.17.

Таблица 17. Тепловой баланс периода варки файнштейна.
Приход тепла	Расход тепла
№ пп.	Статьи прихода	ккал	%	№ пп.	Статьи расхода	ккал	%
1	Тепло обогащенной массы	15750	32,6	1	Тепло файнштейна	9250	19,1
2	Тепло воздуха	753	1,6	2	Тепло шлака	9139	18,9
3	Тепло окисления и ошлакования сернистого железа	31873	65,9	3	Тепло газов	16596	34,3
				4	Потери во внешнюю среду	5260	10,9
5	Неучтенные потери и невязка баланса	8131	16,8
Всего:	48376	100,0	Всего:	48376	100,0

Для общей оценки тепловой работы конвертера составлен также сводный тепловой баланс процесса табл.18.

Таблица 18. Сводный тепловой баланс процесса переработки никелевого штейна на файнштейн
Приход тепла	Расход тепла
№ пп.	Статьи прихода	ккал	%	№ пп.	Статьи расхода	ккал	%
1	Тепло горячего штейна	20000	11,7	1	Тепло файнштейна	9250	5,4
2	Тепло воздуха	2816	1,7	2	Тепло шлаков	81514	47,8
3	Тепло окисления железа ферроникеля	68183	40,0	3	Тепло газов	50093	29,4
4	Тепло окисления и ошлакования сернистого железа	79623	46,7	4	Потери во внешнюю среду	16760	9,8
				5	Неучтенные потери и невязка баланса	13005	7,6
Всего:	170622	100,0	Всего:	170622	100,0

Расчет воздухоподводящей системы и воздуходувок.

1. Выбор схемы воздухопроводов и расчет их диаметров.

Длина воздухопроводов, их расположение зависят от планировки территории завода, сечение же их должно быть рассчитано по допустимой скорости движения воздуха, которая обычно принимается в пределах 15-25 м/сек.

Для рассчитываемого случая примем, что цех оборудован шестью одинаковыми 40-т конверторами, из которых в работе одновременно находятся пять.

Общее количество воздуха, необходимое для работы пяти конверторов составит:

V=5*255=1275 нм³/мин.

Необходим резерв на возмещение потерь воздуха на не плотностях воздухоподводящей системы. По данным практики, эти потери составляют до 20-30% от количества воздуха, подводимого к фурмам.

Приняв резерв 25%, получим, что воздуходувные машины должны подать воздуха:

V=1,25*1275=1600 нм³/мин.

Из приложения 19 находим, что нужное количество воздуха могут обеспечить две воздуходувки 920-33-2 производительностью по 820 нм³/мин при давлении до 1,3 атм.

Примем скорость воздуха в воздухопроводах:

_t,p=20 м/сек.

Диаметр воздухопровода на участке от воздуходувки до общего воздухопровода определим по формуле:

d=1,13 V_t,p/_t,p.

При давлении воздуха 1,3 атм и температуре 60⁰ рабочий расход воздуха от каждой машины составит:

V_t,p=(820*(273+60))/(60*273*2,3)=7,3 м³/сек.

Диаметр воздухопровода:

d₁=1,13* 73/20=0,68м 7м

Диаметр общего воздухопровода определим, исходя из условия одновременной подачи через него воздуха от обеих воздуходувок:

V_{t, p}^общ=2V_{t, p}=2*7,3=14,6 м³/сек.

Диаметр воздухопровода

d₂=1.13* 14,6/20=0,97  1,0 м.

Диаметр воздухопроводов, по которым воздух подается от общего воздухопровода к конвертерам, определим из количества воздуха, подаваемого на один конвертер:

V₀^конв=1640/(5*60)=5,5 нм³/сек.

Или

V_{t, p}^конв=(5,5*(273+60))/(273*(1+1,3))= 2,9 м³/сек.

Диаметр воздухопровода:

d₃=1,13* 2,9/20=0,43 0,45 м

1. Расчет сопротивления воздухоподводящей системы.

Примем наибольшую длину воздкшной трассы от воздуходувки до общего воздухопровода L₁=100 м, длину участка общего воздухопровода до наиболее удаленного конвертера L₂=50 м и длину подводящего воздухопровода L₃=10 м.

Потери напора на трение о стенки воздухопроводов при _t,p=20 м/сек:

h_тр=(L₁/d₁+L₂/d₂+L₃/d₃)* _t,p²/2g*_{t, p}.

Коэффициент потери напора от трения =0,04. Действительный удельный вес воздуха:

_{t, p}=₀*273/(273+1)*(p+1)=1,29*(273*2,3)/(273+60)=2,5 кг/м³;

h_{t, p}=0,04*(100/0,7+50/1,0+10/0,5)*400/19,6*2,5=440 мм вод. ст.

Общая потеря напора по всей трассе составляет:

h=440+290+220=950 мм вод. ст., или около 0,1 кг/см³.

Расчет показывает, что при давлении дутья, создаваемом воздуходувкой, 1,3 атм. И потере напора на всей магистрали 0,1 атм. Давление воздуха на коллекторе конвертера составит

1,3-0,1=1,2 атм.

Т.е. соответствует такому значению давления, которое обеспечивает расчетную пропускную способность фурм.

Технические показатели.

В заключении всех выполненных расчетов составляется сводка показателей работы конвертера:

Содержание никеля в штейнах, %:

в горячем……………………………………………………………...16,0

в холодном…………………………………………………………….11,0

Производительность конвертера по штейну, т/сутки:

горячего…………..……………………………………………………………..200

Общая производительность по штейну, т/сутки……………………………..280

Производительность по файнштейну, т/сутки……………………………….50

Содержание никеля в файнштейне, %………………………………………..77,3

Количество нейтральных холодных материалов,

перерабатываемых в конвертере:

т/сутки………………………………………………………………….126

% от веса горячего штейна……………………………………………63

% от смеси штейнов……………………………………………………45

Число операций за сутки………………………………………………………..3

Вес файнштейна за одну операцию, т………………………………………….25

Размеры конвертера, м………………………………………………………….3,66,1

Размер горловины, м…………………………………………………………….1,71,9

Число установленных фурм:

при старой конструкции фурм……………………………………….30

при усовершенствованной конструкции…………………………….22

Диаметр фурменных труб, мм……………….………………………………..41

Пропускная способность конвертера по воздуху, нм³/мин………………….255

Удельная нагрузка на 1см³ сечения фурм, нм³/см2*мин:

при старой конструкции фурм………………………………………..0,68

при усовершенствованной конструкции фурм………………………0,96

Давление Дутья на коллекторе, атм………….………………………………..1,2