Проектирование отделения восстановительной электроплавки ильменитового концентрата (стр. 3 из 8)

32. Состав реакционных газов, м³:

Таблица 5 - Состав реакционных газов

СО 13,07 + 2,416	15,486	73,48	19,36
Н2О	0,553	2,62	0,455
SO2	0,111	0,527	0,317
CO2	0,102	0,48	0,2
CH4	0,28	1,328	0,2
N2	4,544	21,56	5,68
21,076	100,0	26,21

Масса газов на 1 тонну шлака составит:

26,21 · 1000 / 69,061 = 305,179 кг.

33. Количество пылевидных отходов (часть из них под воздействием высоких температур в зоне дуг может быть в газообразном виде до поступления в аспирационную систему) составит:

улетучиться из концентрата по таблице 2 -3,235 кг., из угля по таблице 3 –1,3142.

8,904 · 1,3142 / 100 = 0,117 кг

Всего 3,235 + 0,117 = 3,352 кг.

За вычетом серы, которая переходит в SO₂ по п. 28:

3,352 – 0,084 = 3,268 кг или на 1 тонну шлака:

3,268 · 1000 / 69,061 = 47,3 кг.

Ориентировочный состав пыли с учётом того, что углеродистая её часть догорит на колошнике (%): TiO₂ –50,3; Fe₂O₃ –21,6; SiO₂ –17,2; Al₂O₃ –2,1; Cr₂O₃ –1,2; MnO –5,4; MgO –0,4; V₂O₅ –0,2; P₂O₅ –1,44.

33.1 Запылённость газов на входе в газоход:

47,3 · 1000 / 305,179 = 112,9 г/м³

34. Материальный баланс.

Таблица 6 - Материальный баланс.

Приход.

1	С концентратом	1448,0	84,76
2	С углём	132,8	7,77
3	С электродами	21,2	1,24
4	С воздухом	106,3	6,22
1708,3	100 %

Расход

1	Шлак	1000	58,54
2	Металл	302	17,68
3	Отходящие газы	309,8	18,13
4	Потери (1448 + 132,8) · 0,03	47,2	2,76
5	Пылеунос (возгоны)	47,32	2,78
6	Невязка	2,0	0,11
1708,3	100 %

35. Баланс по титану.

Приход

1. С концентратом: 1448 · 0,526 · 48 / 80 = 475,78 100%

Таблица 7 - Баланс по титану –расход.

1	Со шлаком1000 · 0,5223 · 48 / 80 =1000 · 0,2014 · 96 / 144 =	313,38134,27	65,8728,221
2	С металлоом302 · 0,0005 =	0,15	0,03
3	С потерей концентрата1448 · 0,03 · 0,526 · 48 / 80 =	13,7	2,88
4	С пылеуносом47,32 · 0,503 · 48 / 80 =	14,08	2,96
5	Невязка	0,2	0,04
475,78	100 %

Извлечение по титану:

(313,38 + 134,27) · 100 / 475,78 = 94 %

36. Баланс по железу, кг.

Таблица 8 - Баланс по железу –приход.

1	С концентратом1435,3 · 0,3286 · 112 / 160 =	330,1	98,862
2	С углём132,8 · 0,0411 · 112 / 160 =	3,8	1,138
333,9	100%

Рисунок 2 -Материальные потоки выплавки титанового шлака

1.2 Расчёт теплового баланса рудно-термической печи

Расчёт проводим на часовую производительность печи по титановому шлаку. По материальному балансу на 1000 кг концентрата получается 690 кг шлака. При производительности печи 100 т/сутки титанового шлака для перехода к часовой производительности введём коэффициент пересчёта

100 / 24 = 4,16

Приход тепла

Количество физического тепла шихты определим следующим образом.

Примем температуру шихты 20˚С.

Рассчитаем среднюю удельную теплоёмкость шихты по основным компонентам. По данным [6] средняя, удельная теплоёмкость этих компонентов составит кДж/(кг·К):

TiO₂ –0,705; FeO –0,735; Fe₂O₃ –0,79; SiO₂ –0,91; Al₂O₃ –0,895; ZnO₂ –0,70; C –0,24.

Среднюю удельную теплоёмкость шихты определим по формуле:

С_кр = Σm_ic_i / Σm_i (9)

где m_i и c_i –масса (кг) и теплоёмкость (кДж/(кг·К)) составляющих, входящих в продукт.

С_ср = (526 · 4,16 · 0,705 + 34,6 · 0,735 · 4,16 + 0,24 · 132,8 · 4,16 + 9,1 · 4,16 · · 44,6 + 0,895 · 39 · 4,16 + 0,7 · 15,3 · 4,16 + 0,24 · 132,8 · 4,16) / (4,16 · (526 + +34,6 + 294 + 44,6 + 39 + 15,3 + 132,8)) = 1,02

Количество тепла, вносимого шихтой, определим по формуле:

Q = mct (10)

где m –масса, кг;

c –теплоёмкость, кДж/(кг·К);

t –температура, ˚С.

Количество физического тепла воздуха, поступающего в печь определяем при температуре 20˚С, удельная теплоёмкость при этой температуре 1,3 кДж/(кг·К). Объём поступающего воздуха:

(106,3 · 4,16) / 1,29 = 342,00 м³

Количество тепла вносимого воздухом, находим по формуле (3.10):

Q_в = 342,00 · 1,3 · 20 = 8892 кДж/ч.

Количество тепла, образующего от сгорания электродов, определим следующим образом:

Тепловой эффект от сгорания углерода по данным [5] составит 423266 кДж/ч.

Общий приход тепла (без учёта электрической энергии):

Q_прих = 122883 + 8892 + 423299 = 555074 кДж/ч.

Расход тепла.

Количество физического тепла, уносимого шлаком, определяем следующим образом.

Примем температуру шлака 1800˚С.

Энтальпия шлака по [5] ΔН_шл = 2360 кДж/кг.

Тогда количество тепла, уносимого шлаком, по формуле (3.10):

Q_шл = 1000 · 4,16 · 2360 = 9817600 кДж/ч.

Количество физического тепла, уносимого чугуном, оцениваем следующим образом.

Примем температуру чугуна 1500˚С. Теплоёмкость его при этой температуре 0,833 кДж/(кг·К). Тогда количество тепла, уносимого чугуном, также определим по формуле (2):

Q = 302 · 4,16 · 0,838 · 1500 = 1579197 кДж/ч.

Количество тепла отходящими газами.

Примем температуру 1000˚С. По данным [6], энтальпия газа при этой температуре 1866 кДж/м³. Количество тепла, уносимого газами определим по формуле:

Q_г = m · J (11)

где J –энтальпия газа (кДж/м³)

Q_г = 309,8 · 4,16 · 1866 = 2404839 кДж/ч.

Потери тепла в трансформаторе и токоведущих устройствах находим следующим образом. Определим общий расход тепла без учёта потерь трансформатора и тоководах.

Q_рос = 9817600 + 1579197 + 1116073 + 4169318 + 2069040 = 18751228 кДж/ч.

Требуется ввести тепло за счёт электрической энергии:

Q_Э = 18751223 – 423299 = 18327929 кДж/ч.

Потери тепла в трансформаторе и токоведущих устройствах примем равными 8% от тепла, вводимого электрической энергией:

Q_г = 18327929 · 0,08 = 1466234,3 кДж/ч.

Неучтённые потери тепла оценим следующим образом. Общий расход тепла с учётом потерь в трансформаторе и токопроводах.

Q_o = 18751228 + 1466234,3 = 20217462 кДж/ч

При плавке титанового шлака протекают эндотермические реакции.

Данные о тепловых эффектах этих реакций при температуре плавки отсутствуют.

По формулам:

Q_т = Q₂₉₈ + α(Т – 298) + β(Т² – 298²) + γ(Т³ – 298³);

где α = Σna; β = 0,5Σnb; γ = 1/3Σnc

а, b и с –постоянные коэффициенты в уравнениях температурной зависимости истинной молекулярной теплоёмкости для каждого из компонентов, участвующих в реакции:

n – количество молей каждого компонента;

Т –абсолютная температура процесса, К;

Q₂₉₈ – тепловой эффект реакции при 298 К, кДж.

Для определения Q₂₉₈ используется формула:

Q₂₉₈ = Σ ΔН⁰_298кон - Σ ΔН⁰_298исх

где ΔН⁰_298кон и ΔН⁰_298исх энтальпия образования исходных и конечных соединений реакций в стандартных условиях, кДж/моль.

Определим тепловой эффект реакции при температуре плавки 1800˚С с учётом агрегатного состояния соединений участвующих в реакциях Qⁿ₂₀₇₃. Далее по формуле

Q_тчас = Σm_i / M_iQ_тτ (12)

где m_i –количество исходного соединения вступающего в реакцию, кг;

M_i –молекулярная масса соединения;

τ –время переработки исходного соединения, ч.

Найдём количество тепла, поглощаемого при протекании реакции за 1 час, Q^ч_n.

Тепловой эффект реакции:

TiO₂ + 2C = Ti + 2CO (13)

Q^ч₂₀₇₃ = -50 кДж

Поглощаемое тепло Q^ч = -33396 кДж/ч

Для реакции MnO + C = Mn + CO (14)

-тепловой эффект Q²₂₀₇₃ = -148 кДж

-поглощаемое тепло Q^ч₂ = -3082 кДж/ч

Для реакции FeO + C = Fe + CO (15)

-тепловой эффект Q³₂₀₇₃ = -187.1 кДж

-поглощаемое тепло Q^ч₃ = -3690219 кДж/ч

Для реакции Fe₂O₃ + C = 2FeO + CO (16)

-тепловой эффект Q⁴₂₀₇₃ = -200 кДж

-поглощаемое тепло Q^ч₄ = -344124 кДж/ч

Для реакции SiO₂ + C = Si + 2CO (17)

-тепловой эффект Q⁵₂₀₇₃ = -200 кДж

-поглощаемое тепло Q^ч₅ = -81664 кДж/ч

Для реакции V₂O₅ + 5C = 2V + 5CO (18)

-тепловой эффект Q⁶₂₀₇₃ = -906,6 кДж

-поглощаемое тепло Q^ч₆ = -16833 кДж/ч

Общий расход тепла на эндотермические реакции:

Q_энд = 33396 + 3082 + 3690219 + 344124 + 81664 + 16833 = 4169318 кДж/ч

Потери тепла поверхности печи определяются следующим образом.

1. Потери тепла через под печи. Примем опытный коэффициент потерь тепла через холодную подину К = 5800 Вт/(м·К)

-Площадь пода:

F_n = 0,7854 · d₁² = 0.7854 · 8,8² = 60,8 м²

-Потери тепла через подину определяются по формуле:

Q_n = k’ · F_n · τ

где k’ –опытный коэффициент потерь тепла через под печи, кДж/(м²·ч)

τ –время переработки расчётного количества материалов, ч.

Q_n = 5800 · 60,8 · 1 = 352640 кДж/ч

2. Потери тепла через стены в зоне расплава

Q_n = 705280 кДж/ч

Средняя толщина стен из кирпича

S_m =

3. Потери тепла стены в газовой зоне

Q_nг= 206320 кДж/ч

4. Потери тепла через бетонную крышку свода:

Q_nk = 804800 кДж/ч

Q_общn = 352640 + 705280 + 206320 + 804800 = 2069040 кДж/ч

Примем неучтённые потери тепла равными 5% от общего расхода тепла:

Q_н = 20217462 · 0,05 = 1010873 кДж/ч

Q_пол = 20217462 + 1010873 = 21228335 кДж/ч

Полный расход тепла в электропечи.

Требуется ввести тепла в счёт электроэнергии для покрытия всех тепловых потерь:

Q_эп = 21228335 – 555074 = 20673261 кДж/ч

На основании расчётов составим тепловой баланс рудно-термической печи (см. таблицу 3.18).

Расход электрической энергии за 1 час: