Расчет ведем в соответствии с технологической схемой

2.2.1 Вещественный состав штейна

Принимаем, что цветные металлы находятся в штейне в виде , , , железо – в виде свободного металла (абсолютное содержание 4%), , .

Для расчета массы  сначала находим массу серы в .

, где

 - масса Ni (9,1кг),

 - масса S,

 - молекулярная масса Ni (58,71г/моль),

 - молекулярная масса S (32,06 г/моль).

.

Тогда масса  равна 10,5 + 3,823= 14,323 кг.

Аналогично рассчитывается масса других соединений. Для железа сначала считаем массу , а затем . Результаты сводим в таблицу.

Таблица № 6                                     Вещественный состав медно-никелевого штейна, кг

Соединения	Элементы
	Ni	Cu	Co	Fe	S	O2	Прочие	Всего
Ni3S2	10,5				3,823			14,323
Cu2S		7,7			1,943			9,643
CoS			0,55		0,299			0,849
FeS				36,46441	20,936			57,400
Fe3O4				9,14		3,490		12,626
Fe мет				4,00				4,00
прочие							1,160	1,160
Всего	10,500	7,700	0,550	49,600	27,000	3,490	1,160	100,0

 

2.2.2 Масса металлов в каждом продукте.

Распределение металла по продуктам конвертирования в процентах принимаем по данным практики и рассчитываем массу металлов в каждом продукте.

Таблица № 7             Распределение металлов штейна между продуктами конвертирования

Продукт	Распределение, %				Масса, кг
	Ni	Cu	Co	Fe	Ni	Cu	Co	Fe
Файнштейн	88,0	87,0	30,0	1,5	9,240	6,699	0,165	0,744
Конвертерный шлак	11,0	12,0	68,5	97,0	1,155	0,924	0,377	48,112
Пыль	1,0	1,0	1,5	1,5	0,105	0,077	0,008	0,744
Всего	100,0	100,0	100,0	100,0	10,500	7,700	0,550	49,600

 

2.2.3 Масса и состав файнштейна

Примем по данным практики суммарное содержание в фанштейне никеля, меди, кобальта и железа равным 77,5%, тогда выход файнштейна:

( 9,240 + 6,699 + 0,165 + 0,744 ):0,775 = 21,74 кг.

Для расчета вещественного состава файнштейна и содержания в нем серы примем по данным литературы и практики, что частично никель, кобальт, железо и медь находятся в виде сплава металлов (соответственно 20, 25, 25 и 5 % от их массы в файнштейне) и, главным образом, в виде сульфидов ( , , ). Результаты расчета массы и вещественного состава файнштейна сводим в таблицу.

Таблица № 8                                                   Масса файнштейна и его вещественный состав

Соединения	Элементы, кг
	Ni	Cu	Co	Fe	S	Прочие	Всего
Ni мет	1,848						1,848
Ni3S2	7,392				2,691		10,083
Cu мет		0,335					0,335
Cu2S		6,364			1,606		7,970
Co мет			0,041				0,041
CoS			0,124		0,022		0,146
Fe мет				0,186			0,186
FeS				0,558	0,320		0,878
Прочие						0,252	0,252
Всего	9,240	6,699	0,165	0,744	4,639	0,252	21,739
Содержание,%	42,504	30,815	0,759	3,422	21,341	1,159	100,000

 

2.2.4 Масса и состав пыли

 По данным практики принимаем суммарное содержание никеля, меди, кобальта и железа в пыли 60%, тогда выход пыли:

( 0,105 + 0,077 + 0,008 + 0,744 ):0,60 = 1,557 кг.

Для расчета вещественного состава пыли принимаем, что данные металлы находятся в пыли на 50% в виде сульфидов , ,  и  (50%), оксидов , ,  и  (50%).

Масса Ni в  рассчитывается:

 кг.

Тогда масса серы в  рассчитывается:

,

где  - масса никеля в пыли,

 - масса серы в  в медно – никелевом штейне,

 - масса никеля в  в медно – никелевом штейне.

 кг.

Тогда масса  в пыли равна 0,0525 + 0,019 = 0,0715  кг.

Аналогично рассчитываются массы для остальных сульфидов.

Масса Ni в  рассчитывается:

кг.

Масса кислорода в  рассчитывается:

,

где:  - масса Ni в пыли(0,0525 кг),

   - масса O в пыли,

 - молекулярная масса Ni (58,71 г/моль),

 - молекулярная масса O (16  г/моль).

Тогда масса  в пыли равна 0,0525 + 0,0143 = 0,0668 кг.

Аналогично рассчитываются массы для остальных оксидов.

Результаты расчета массы и вещественного состава пыли сводим в таблицу.

Таблица №  9                                                                       Масса пыли и ее вещественный состав

Соединения	Элементы, кг
	Ni	Cu	Co	Fe	S	O2	Прочие	Всего
Ni3S2	0,053				0,019			0,072
NiO	0,053					0,014		0,067
Cu2S		0,039			0,010			0,048
Cu2O		0,039				0,005		0,043
CoS			0,004		0,002			0,006
CoO			0,004			0,001		0,005
FeS				0,372	0,214			0,586
FeO				0,372		0,107		0,479
Прочие							0,251	0,251
Всего	0,105	0,077	0,008	0,744	0,245	0,127	0,251	1,557
Содержание,%	6,743	4,945	0,530	47,782	15,712	8,148	16,140	100,000

 

2.2.5 Масса кварцевого флюса, массы и состав конвертерного шлака

Для расчета массы кварцевого флюса учитываем его флюсующую способность. Вычислим массу кремнезема, необходимого для ошлакования 48,112 кг железа, содержащегося в конвертерном шлаке, и 5,8 кг железа в кварцевом флюсе. Соответственно

54,0 кг Fe требуют 16,5 кг SiO₂

48,112 кг Fe требуют X кг SiO₂

Тогда X = 14,7 кг

 

54,000 кг Fe требуют 16,5 кг SiO₂

5,8 кг Fe требуют X кг SiO₂

Тогда X = 1,772 кг

Шлакующая способность кварцевого флюса:

72,5-1,772=70,728 %.

Масса кварцевого флюса:

кг

С рассчитанным количеством кварцевого флюса в конвертер поступит:

кг SiO₂

Аналогично для Fe (1,206 кг); Fe₂ O₃ (1,497 кг); CaO (0,603 кг); MgO (0,436);

Al₂ O₃ (1,226 кг) и прочих (1,954 кг).

Для расчета массы и вещественного состава конвертерного шлака принимаем по данным литературы и практики, что никель в нем находится на 50% в виде  и на 50% в виде , медь на 85% в виде и на 15% в виде , кобальт – на 25% в виде  и на 75% в виде , а железо – в виде ,  и  (соответственно 10; 35 и 55 % от его массы в конвертерном шлаке). Количество прочих в шлаке находим из баланса их прихода и расхода:

1,160 + 1,954 - ( 0,252 + 0,251 ) = 2,610 кг.

Результат сводим в таблицу.

Содержание железа и кремнезема в шлаке оказалось несколько выше заданного (из-за недостаточного количества прочих), но их соотношение 54,0:16,5 выдержано, что свидетельствует о правильности расчета количества кварцевого флюса.

2.2.6 Расчет количества воздуха и отходящих газов

Масса серы, переходящей в газовую фазу:

27,0 - ( 4,639 + 0,245 + 3,291 ) = 18,829 кг

Считаем, что сера в газовой фазе находится полностью в виде . Масса кислорода, потребного для связывания серы в ,

 

 

Масса  18,829 + 18,794 = 37,623 кг, а объем (рассчитан при нормальных условиях)

Таблица № 10                                                                                                                              Масса конвертерного шлака и его вещественный состав

Соединения	Элементы ,кг
	Ni	Cu	Co	Fe	S	O2	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Прочие	Всего
Ni3S2	0,578				0,210							0,788
NiO	0,578					0,157						0,735
Cu2S		0,785			0,198							0,984
Cu2O		0,139				0,017						0,156
CoS			0,094		0,051							0,145
CoO			0,283			0,077						0,359
FeS				4,932	2,832							7,763
Fe3O4				17,261		6,595						23,856
FeO				27,125		7,772						34,897
SiO2							15,069					15,069
CaO								0,603				0,603
MgO									0,436			0,436
Al2O3										1,226		1,226
Прочие											2,610	2,610
Всего	1,155	0,924	0,377	49,318	3,291	14,618	15,069	0,603	0,436	1,226	2,610	89,628
Содержание,%	1,289	1,031	0,420	55,025	3,672	16,310	16,813	0,673	0,487	1,368	2,912	100,000

 

 

Теоретическая масса кислорода для переработки 100 кг штейна соответственно:

( 18,794 + 0,127 + 14,618 ) - ( 3,49 + 0,291 ) = 29,758 кг, объем (при нормальных условиях):

Примем коэффициент использования кислорода дутья ванной конвертера равным 95%, тогда практический объем и масса кислорода:

 м³

 кг.

Масса воздуха, подаваемого в конвертер:

 кг.

Воздух содержит 136,183 – 31,322 = 104,861 кг или

 м³ азота.

Масса и объем избыточного кислорода в газах 31,322 – 29,753 = 1,565 кг и

21,926 – 20,827 = 1,095 м³ соответственно.

Данные расчета количества и состава отходящих газов сводим в таблицу.

Таблица № 11                                                    Содержание отходящих газов и их состав

Газы	количество, кг	Массовое содержание, %	Объем, м3	Объемное содержание, %
SO2	37,614	26,115	13,153	13,403
O2	1,566	1,087	1,096	1,117
N2	104,852	72,798	83,882	85,480
Всего	144,032	100,000	98,130	100,000

 

2.2.7 Материальный баланс процесса конвертирования

Для проверки правильности выполненных расчетов и удобства пользования ими сводим результаты расчетов в таблицу материального баланса.

Таблица № 12                                                                                                                  Материальный баланс конвертирования медно – никелевого штейна, кг

Параметр	Всего	Ni	Cu	Co	Fe	S	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	O2	N2	Прочие
Поступило
Штейн	100,000	10,500	7,700	0,550	49,600	27,000					3,490		1,160
Кварцевый флюс	20,785				1,206		15,069	0,603	0,436	1,226	0,291		1,954
Воздух	136,171										31,319	104,852
Всего	256,956	10,500	7,700	0,550	50,806	27,000	15,069	0,603	0,436	1,226	35,101	104,852	3,114
Получено
Файнштейн	21,739	9,240	6,699	0,165	0,744	4,639							0,252
Конвертерный шлак	89,628	1,155	0,924	0,377	49,318	3,291	15,069	0,603	0,436	1,226	14,618		2,610
пыль	1,557	0,105	0,077	0,008	0,744	0,245					0,127		0,251
газы	144,032					18,825					20,356	104,852
Всего	256,956	10,500	7,700	0,550	50,806	27,000	15,069	0,603	0,436	1,226	35,101	104,852	3,114
Невязка баланса	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000