Проект отделения конвертирования никелевого штейна производительностью 23000 т/год никеля в файнштейне

Проект отделения конвертирования никелевого штейна производительностью 23000 т/год никеля в файнштейне

Министерство образования и науки Российской Федерации

государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Орский индустриальный колледж»

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Разработал студент

А.В. Чернышев

Министерство образования и науки Российской Федерации

государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Орский индустриальный колледж»

ПРОЕКТ ОТДЕЛЕНИЯ КОНВЕРТИРОВАНИЯ НИКЕЛЕВОГО ШТЕЙНА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ 23000 Т/ГОД НИКЕЛЯ В ФАЙНШТЕЙНЕ

Пояснительная записка к дипломному проекту

ДП.150102.151.2011.00ПЗ

Разработал студент 4 М А.В. Чернышев

Руководитель проекта преподаватель Г.К. Щербаков

Консультант экономической части преподаватель И.Ю. Козлова

Председатель предметно-цикловой комиссии преподаватель В.А. Кулибаба

Аннотация

металлургический никель файнштейн

дипломного проекта ДП.150102.151.2011

по теме

Проект отделения конвертирования никелевого штейна производительностью 23000 т/год никеля в файнштейне

студента 4 курса специальности

Металлургия цветных металлов

А.В. Чернышев

Дипломный проект представлен пояснительной запиской объемом 60 страниц, 3 рисунков, 26 таблиц, 6 использованных литературных источника. Графическая часть выполнена в виде сборочного чертежа, чертежа общего вида, схема КИП и А на формате А1(841х1189), технико-экономические показатели представлены на формате А1, спецификации к чертежам на формате А4.

В дипломном проекте согласно заданию рассмотрены вопросы выбора и обоснования схемы, теории и практики металлургических процессов, выполнено описание оборудования и пылегазового тракта, произведен контроль производства, описана схема работы КИП и А. Предложены мероприятия по охране труда, окружающей среды.

По заданным исходным параметрам были произведены следующие технологические расчеты: расчет теплового баланса; металлургические расчеты состава материального баланса; расчет оборудования и пылегазового тракта.

Экономические расчеты представлены в виде калькуляции себестоимости и технико-экономическими показателями.

Содержание

Введение

. Теоретическая часть

.1 База производства

.2 Выбор и обоснование принятой схемы

.3 Теория и практика процесса

.4 Описание оборудования

.5 Описание пылегазового тракта

1.6 Контроль производства

1.7 Описание схема КИП и А

. Расчётная часть

.1 Расчётно-технологическая

.1.1 Металлургические расчеты с составлением материального баланса

.1.2 Расчет теплового баланса

.1.3 Расчет оборудования

.1.4 Расчет пылегазового тракта

.2 Организационно - экономическая

.2.1 Организация производства, штатное расписание и фонд заработной платы

.2.2 Калькуляция себестоимости

.2.3 Технико-экономические показатели

. Охрана труда

.1 Мероприятия по охране труда

.2 Расчет освещения

.3 Расчет вентиляции

. Охрана окружающей среды

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Введение

Никель входит в число самых тяжёлых цветных металлов. Химический элемент был открыт в 1751 году. До 1875 г. никель считается ювелирным металлом, стоил дорого и производился в очень небольших количествах. Его стали широко применять только в конце 19 века.

Мировое производство никеля в 1875 составило всего около 500 т, а затем стало, быстро расти - это было связанно с установлением облагораживающего влияния никеля на свойства стали и открытием во второй половине прошлого столетия больших месторождений окисленных никелевых руд в Новой Каледонии и сульфидных медно-никелевых руд в Канаде.

Никель малоактивный металл. Он имеет высокую коррозионную стойкость в атмосфере воздуха, устойчив к воздействию воды и многих агрессивных сред, например щелочной. Окисление никеля на воздухе возможно при температуре 700 - 800⁰ С.

Чистый никель металл светло - серебристого цвета. Поверхность никеля очень высокая отражающая способность. Никель обладает достаточно высокой прочностью и пластичностью. Он легко подаётся механической обработке как в горячем, так и в холодном состоянии, легко покрывается в листы.

Применение никеля: в чистом виде никель используется в качестве защитного покрытия на железе и других металлах, для изготовления аппаратов и посуды с высокой корозистойкостью, приборов радиоэлектроники, в качестве катализаторов.

Задача данной курсовой работы, рассмотреть технологию получения файнштейна и методику проведения металлургических расчётов.

. Теоретическая часть

1.1 База производства

Сырьевой базой для конвертирования служит никелевый штейн, полученный в результате восстановительно-сульфидирующей плавки окисленных никелевых руд. Штейн представляет собой сплав сульфидов Ni₃S₂, CoS, FeS, FeNi.

Химический состав штейнов в соединениях Ni₃S₂ и Ni_мeт, CoS, PeS, Fe_мeт

по данным предприятия: Ni - 12%; Со - 0,4%; S -25%; Fe - 61%; 1,6% - прочее.

Электроснабжение:

Подача электроэнергии осуществляется по линии электропередач в направлении на главную подстанцию, где она транслируется.

Водоснабжение:

Осуществляется от двух водозаборов установленных на реке Урал. Питьевая вода поступает с Кумакского водозабора.

Теплоснабжение:

Конвертерный передел использует пар из паросилового цеха и шахтных печей. Воздух для процесса берется из воздуходувной станции плавильного цеха.

Топливо:

Природный газ подаётся к конвертерам по газопроводу через ГРУ конвертерного участка. Конвертерный и компрессорный воздух на конвертерный участок поступает из воздуходувного отделения плавильного цеха.

.2 Выбор и обоснование принятой схемы

В настоящее время никелевый штейн получают, как правило, из окисленных никелевых руд, с помощью восстановительно-сульфидирующей плавки в шахтных печах.

Переработка никелевого штейна до файнштейна осуществляется в конвертере с помощи продувки сжатым воздухом. Первоначально процесс конвертирования осуществляется в вертикальном конвертере с небольшой производительности. Было выявлено ряд особых недостатков: сложность конструкции при увеличении емкости, неравномерное погружение фурм в расплав. Поэтому с развитием конвертерных никелевых заводов переделали и стали применять горизонтальные конвертера.

Штейн поступает в конвертер набора, с добавлением холодных присадок, в качестве которых применяются корки от штейновых ковшей, корки штейновых желобов шахтных печей с содержанием Ni от 1 до 9%.

Пыль, которая осаждается в пылеуловителях, является оборотной. Ее используется в качестве холодных присадок. Также получают после продувки шлак, который дальше идет на обеднение конвертерных шлаков.

Конечный продукт файнштейн поступает на очистку. Шлаки поступают на первичное обеднение, а оборотные шлаки на вторичное обеднение, с целью большего извлечения металла.

1.3 Теория и практика процесса

.3.1 Теория процесса

Конвертирование является пока одним из основных процессов пирометаллургического способа получения никеля из штейна.

Суть процесса конвертирования заключается в продувке жидких штейнов сжатым воздухом.

При этом происходит полное или частичное окисление (соединение с кислородом) примесей штейна. Основные примеси в штейнах - железо и сера. Содержание этих примесей исчисляется десятками процентов.

При конвертировании никелевого штейна основными реакциями будут реакции окисления (соединения с кислородом) и шлакообразования. К первым, прежде всего, относятся реакции окисления металлического и сернистого железа, содержащихся в штейне.

2Fe+O₂-► 2FeO (1)

 FeS+1,5O₂-►FeO+SO₂ (2)

3Fe+2 O₂-►Fe₃O₄ (3)

3FeS+5O₂-► Fe₃O₄+3SO₂ (4)

Поскольку производительность конвертера определяется количеством вдуваемого в него в единицу времени воздуха (кислорода), то в конвертере определенной производительности при продувке металлизированного штейна, тепла будет выделяться в единицу времени больше, чем при продувке неметаллизированного штейна.

При продувке никелевого штейна, особенно имеющего высокое содержание никеля (приблизительно 50%), возможно окисление никеля до его закиси NiO.

2Ni+O₂ -► 2NiO                                                                                (5)

Ni₃S₂+3,5O₂-► 3NiO+2SO₂                                                                                                         (6)

Реакция взаимодействия закиси никеля и его сульфида с получением металлического никеля.

4NiO+Ni₃S₂-►7Ni+2SO₂ (7)

При температурах, характерных для обычных операций конвертирования (менее 1350 С), реакция идет плохо. Поэтому в отличие от конвертирования медных штейнов, при котором получают металлическую медь, продувку никелевого штейна заканчивают получением файнштейна - сплава сульфида никеля с небольшим количеством других элементов.

Образующаяся при продувке штейнов закись никеля может реагировать с металлическим и сернистым железом штейна:

 2NiO+Fe -►FeO+Ni                                                                           (8)

9NiO+7FeS-► 3Ni₃S₂+7FeO+SO₂                                                                                            (9)

Эти реакции называются вторичными, они приобретают все более значительную роль для процесса окисления железа и его перехода в шлак при обогащении продуваемого шлака никеля.

Полученная при окислении металлического и сульфидного железа закись отшлаковывается кремнезёмом флюса, периодически загружаемым в конвертер.

2FeO+SiO₂-►2FeO+SiO₂ (10)

В качестве флюса при конвертировании никелевого штейна добовляют кварц, содержащий от 85 до 95 % кремнезема.

Кобальт, присутствующий в никелевых штейнах также окисляется до закиси кобальта с последующим его ошлакованием кремнезёмом. Реакции шлакообразования не лимитируют скорость процесса конвертирования никелевого штейна.

При продувке штейна без загрузки кварцевого флюса, коэффициент использования кислорода дутья по ходу окисления постепенно падает до 78%, сразу же после загрузки кварца он резко возрастает до обычной величины (98-100%).

При отсутствии кварца в конвертере, штейн постоянно насыщен до предела окислами железа, образующимися в результате реакции окисления. Без вывода окислов железа из штейна, за счет связывания снижается скорость реакций окисления.

Различная концентрация кислорода в штейне у фурм и в верхних слоях ванны свидетельствует о том, что шлакообразование идет через растворение окислов железа в штейне и последующее расслаивание расплава при контакте с кремнеземом.

Скорость окисления штейна определяет основные показатели конвертерного процесса. Она может характеризоваться изменением во времени количеств, как компонентов штейна, так и второго участника процесса окисления - воздуха.

При конвертировании никелевых штейнов, о скорости процесса лучше всего судить по измерению количества кислорода воздуха, вдуваемого в конвертер в единицу времени.

1.3.2 Практика процесса

Операция по получения никелевого файнштейна из штейна, включает три последовательные стадии: зарядку конвертера, набор, варку.

Зарядка конвертера.

Зарядка конвертера включает залив в конвертер жидкого штейна и загрузку «холодных» присадок, в качестве которых применяются корки от штейновых ковшей, замороженный штейн, всевозможные обороты. Количество жидкого штейна, заливаемого в конвертер, должно обеспечивать при выбранном воздушном режиме нормальную работу конвертера, без выбросов расплава из горловины и при хорошем использовании кислорода воздуха.

После зарядки конвертера производят пуск дутья и поворот конвертера в рабочее положение. Нормальное состояние горловины обеспечивает загрузку холодных присадок, залив штейна, выход отходящих газов. Продувку ведут не менее 20 - 25 минут. За это время футеровка разогревается и при последующем повороте конвертера не нарушается.

Набор.

На наборе одновременно работают несколько конвертеров, которые перерабатывают горячий штейн шахтных печей, холодные присадки конвертерную пыль. В конвертерах набора перерабатывают никельсодержащие отходы. В качестве флюса используется смесь кварца и агломерата. Штейн шахтных печей в конвертерах продувается воздухом. Во время продувки в конвертер периодически загружается флюс. Железо штейна окисляется кислородом воздуха и ошлаковывается кремнеземом флюса.

Для обеспечения графика по выдаче файнштейна масса конвертера набора за два часа до получения файнштейна должна иметь черный цвет на фурмовке, что соответствует 50 - 55% никеля в массе. Процесс набора при этом прекращается.

Варка.

Начинается подготовка к варке Фанштейна путем окончательного ошлакования железа через “холостые” продувки, т.е. без залива в конвертер штейна. Во время “холостых” продувок периодически в конвертер дается кварц, и перерабатываются богатые обороты. “Холостые” продувки ведутся до получения пробы массы на фурмовке красного цвета. Затем масса в конвертере подвергается рафинировке от кобальта, для чего в конвертер заливается ковш обедненного конвертерного шлака.

После 10-15 минут продувки (до желтой пробы на фурмовке) шлак сливается, берётся проба массы на анализ. Процесс рафинирования считается законченным, если кобальта не более 0,5 %, имеющая красный цвет на фурмовке.

Для получения качественного Фанштейна в конце варки продувка ведется с избытком кварца. При этом шлак свертывается и переходит в твердое «горошкообразное» состояние. Продувка с твердым шлаком ведется до тех пор, пока на фурмовке проба не достигнет светложелтого цвета. Устойчивый светло - желтый цвет на фурмовке показывает готовность файнштейна по содержанию железа.

Рисунок 1 - Технологическая схема конвертирования никелевого штейна

.4 Описание оборудования

Характеристика основного оборудования. Переработка никелевого штейна до файнштейна продувкой сжатым воздухом осуществляется в конвертере. Первоначально процесс конвертирования осуществлялся в вертикальном конвертере небольшой производительности. Был отмечен ряд недостатков: сложность конструкции при увеличении ёмкости, неравномерное погружение фурм в расплав. Поэтому с развитием конвертерных переделов никелевых заводов стали применять горизонтальные конвертеры.

Горизонтальный конвертер - это цилиндрическая бочка изготовленная из стальных листов и футерованная изнутри огнеупорным кирпичом. Бочка (кожух) конвертера опирается на стальные рамки. Оси роликов вращаются в подшипниках специальных опор, крепящихся с помощью анкерных болтов. Бочка конвертера имеет также зубчатый обод, связанный через промежуточный узел шестерни и редуктора с электромотором. Поворотный механизм позволяет вращать его в любую сторону на 180^o . В верхней части бочки находится отверстие - горловина, расположенная в середине бочки. Торцевые днища бочки крепятся стальными болтами, которые притягивают днища. На болты одеты пружины, позволяющие днищам отходить из торцов бочки при разогреве футеровки конвертера.

Горловина предназначена для заливки жидкого штейна, загрузки холодных присадок и кварцевого флюса, слива шлака и файнштейна, удаления из конвертера образующихся при продувке газов. Отверстие горловины прямоугольное, с закруглёнными углами.

Для подачи воздуха в жидкую ванну штейна, конвертер имеет фурмы, воздух к которым подводится от - образного коллектора. Количество фурм на конвертерах колеблется в пределах 14 - 16.

Между огнеупорной кладкой и кожухом конвертера оставляют зазор толщиной примерно 65 мм, заполняемый во время кладки магнезитовым порошком. Газы, выходящие из горловины конвертера удаляются через напыльник.

Водоохлаждаемые напыльники более герметичны. На заводах цветной металлургии применяется несколько конструкций водоохлождаемых напыльников. На никелевых заводах применяются два вида: с горизонтальной плоскостью сдвига подвижной части напыльника и вертикальной плоскостью сдвига подвижной части относительно неподвижн

.5 Описание пылегазового тракта

Окисленные руды не содержат металлов и их соединений, обладающих высокой летучестью. Поэтому пыли технологических газов никелевых заводов практически не содержат возгонов и, следовательно, их частицы относительно крупны.

Газы конвертеров для продувки никелевых штейнов, содержащие 3-5% SO₂ и предназначенные для производства серной кислоты, очищают от пыли в сухих горизонтальных многопольных электрофильтрах.

На конвертере установлен напыльник (подвижный, водоохлаж-даемый, нефутерованный, сваренный из металла толщиной 5 мм), который всасывает практически весь газ. Через участок газохода от на-пыльника до камеры, газ проходит в пылевую камеру (пылесборник сваренный из листового металла 10 мм нефутерованный). Из камеры газ переходит в циклон (нефутерованный, сварен из листового металла 10 мм, выпуск пыли осуществляется открытием шибера в нижней части конструкции). Следующая операция очистки газа от пыли происходит в скруббере. Из скруббера газ проходит в дымоход и через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу.

1.6 Контроль производства

На конвертерном участке проектом предусмотрен контроль производства.

В химической лаборатории цеха делается анализ на содержание железа и кобальта в штейновой массе в процессе получения автоклавной массы; делается анализ содержания кобальта в массах конвертеров обеднения; берется проба шлака отвального и оборотного, анализируется в центральной лаборатории на содержание в нем никеля, кобальта, SiO₂ и серы. Проба на анализ берется из готового файнштейна и анализируется на содержание в нем никеля, кобальта, железа и серы.

На конвертерах контролируется давление конвертерного воздуха, расход конвертерного воздуха; давление воды, поступающей на охлаждение в напыльниках.

На конвертерах обеднения контролируется расход, давление природного газа.

Готовая продукция грузится в файнштейновые банки, взвешивается и отправляется в гидрометаллургический цех.

Ведется учет количества отвального и оборотного конвертерного шлака.

Таблица 1 - Контроль производства

Наименование параметров	Единица измерения	Величина параметров	Периодичность
Состав штейна	%	Ni-12 Со-0,4  Fe-61 S-25	2 раза в смену
Файнштейн	%	Ni-77 Со-1,14  Fe-0,28 S-21	1 раз в смену
Воздух	тыс. м3	45,4	постоянно
Tоc	оС	1300	постоянно
Кварц	тонн	7,2	3 раза в смену
Холодный штейн	%	Ni- 12 Co- 1  Fe-62 S-23	2 раза в смену

.7 Описание схема КИП и А

В примененной схеме принят только контроль температуры в ванне. Два радиационных пирометра типа РАПИР визируются на горловину конвертера в двух его положениях. Оба пирометра через автоматический переключатель связаны с электронным потенциометром ЭПД модель 4802, сигнализирующем превышение температуры над максимально допустимым значением ее с помощью светового табло. Переключатель управляется релейным блоком в соответствии с положением конвертера. При конвертировании наблюдается снижение и повышение давления воздуха перед фурмами, поэтому в схеме применена блокировка поворота конвертера по давлению дутья и блокировка подачи воздуха по положению конвертера, выполняемые релейным блоком. При снижении давления воздуха в магистрали ниже допустимого предела монометр ЭКП модель 1401 - подает сигнал релейному блоку. Релейная автоматика поворачивает конвертер в нерабочее положение, чтобы фурмы вышли из под слоя штейна. При этом автоматически перекрывается подача воздуха.

В случае поворота конвертера из рабочего положения, релейный блок по сигналу от концевого выключателя перекрывает отключающую заслонку по линии подачи воздуха с помощью исполнительного механизма. Реле времени, включенное в цепь управления исполнительным механизмом, позволяет перекрыть подачу воздуха не раньше чем фурмы поднимутся над слоем материала.

Воздушный ресивер обслуживает сразу несколько конвертеров, воздух в него подается воздуходувками из машинного зала. Отключение дутья сразу на нескольких конвертерах приводит к резкому повышению давления в ресивере, что недопустимо. В виду этого предусмотрен аварийный сброс излишков воздуха в дымовую трубу. Управление клапаном сброса осуществляется по сигналу от электроконтактного манометра ЭКМ через исполнительный механизм ИТМ -40/120.

Расход воздуха измеряется с помощью нормальной дисковой диафрагмы ДДН - 2,5, мембранного дифманометра - расходометра ДМ - 7 и вторичного прибора типа ЭПИД.

Температуру отходящих газов контролируют в газоходе после напыльника с помощью термопары ТХА - 8 и электронного потенциометра ЭПО. Разряжение в газоходе перед дымовой трубой характеризует состояние пылеосадительных камер и величину естественной тяги, создаваемой трубой. Разряжение измеряется тягомером ТПМ.

Сигнал релейному блоку на поворот конвертера для слива шлака и загрузки штейна подают с помощью ключа дистанционного управления, вручную. Такие же ключи установлены для дистанционного ручного управления перемещением газовых шиберов и воздушных заслонок и клапанов. Применена сигнализация поворота конвертера: звуковая и световая.

. Расчетная часть

2.1 Расчетно-технологическая

.1.1 Металлургические расчеты с составлением материального баланса

Из практики комбината ЮУНК в файнштейне и штейне никель содержится в форме Ni₃S₂ - 70% и в металлической форме - 30%. Железо находится в металлической форме и в виде FeS. Кобальт находится в виде CoS. Исходя из этого ведем расчет рационального состава горячего штейна. Расчет ведется на 100 кг.

Таблица 2 - Химический состав горячего штейна

компоненты	Ni	Со	Fe	S	прочее	итого
%	12	0,4	61	25	1,6	100

Количество никеля в металлической форме

Ч30 / 100 = 3,6 кг

Количество никеля в Ni₃S₂

12Ч 70 / 100 = 8,4 кг

Количество серы в Ni₃S₂

8,4Ч 64 / 170,1 =3,16 кг

Количество серы в CoS

0,4Ч 32/ 58,9 = 0,22 кг

Количество серы в FeS

25-3,16-0,22 = 21,62 кг

Количество железа в FeS

,62 Ч55,8 / 32 = 37,7кг

Количество металлического железа

-37,7 = 23,3 кг

Таблица 3 - Рациональный состав горячего штейна

соединения	всего	Ni	Co	Fe	S	прочее
Ni3S2	11,56	8,4			3,16
Ni	3,6	3,6
CoS	0,62		0,4		0,22
FeS	59,32			37,7	21,62
Fe	23,3			23,3
прочее	1,6					1,6
всего	100	12	0,4	61	25	1,6

.1.1.2 Расчет рационального состава холодного штейна

Таблица 4 - Химический состав холодных присадок

компоненты	Ni	Со	Fe	S	прочее	итого
%	12	1	62	23	2	100

Количество никеля в Ni₃S₂

12Ч 70 / 100 = 8,4 кг

Количество серы

,4Ч 64/ 170,1 = 3,16 кг

Количество металлического никеля

Ч30 / 100 = 3,6 кг

Количество серы в CoS

Ч32 / 58,9 = 0,54 кг

Остальная сера находится в FeS

-3,16-0,54 = 19,3 кг

Количество железа в FeS

,3 Ч55,8/ 32 = 33,65 кг

Количество металлического железа

-33,65 = 28,35 кг

Таблица 5 - Рациональный состав холодного штейна

соединения	всего	Ni	Co	Fe	S	прочее
Ni3S2	11,56	8,4			3,16
Ni	3,6	3,6
CoS	1,54		1		0,54
FeS	52,95			33,65	19,3
Fe	28,35			28,35
прочее	2					2
всего	100	12	1	62	23	2

В проекте принято соотношение холодного к горячему штейну 1: 2, поэтому холодного штейна берется для загрузки в конвертер 50 кг.

Таблица 6 - Рациональный состав холодного штейна на 50 кг

соединения	всего	Ni	Co	Fe	S	прочее
Ni3S2	5,78	4,2			1,58
Ni	1,8	1,8
CoS	0,77		0,5		0,27
FeS	26,48			16,83	9,65
Fe	14,18			14,18
прочее	1					1
всего	50	6	31,01	11,5	1

Таблица 7 - Суммарный рациональный состав, состоящий из 100кг и 50 кг холодного штейна

соединения	всего	Ni	Co	Fe	S	прочее
Ni3S2	17,34	12,6			4,74
Ni	5,4	5,4
CoS	2,31		1,5		0,81
FeS	79,43			50,48	28,95
Fe	42,53			42,53
прочее	3					3
всего	150	18	1,5	93,01	34,5	3

2.1.1.3 Распределение металлов по продуктам

По данным практики распределение Ni по продуктам:

в файнштейн - 77%

в шлак-21%

в пыль - 2%;

Итого- 100%

Количество никеля переходящего:

в файнштейн 18Ч 0,77= 13,86 кг

в шлак 18 Ч 0,21 = 3,78 кг

в пыль 18Ч 0,02 = 0,36 кг

Итого 18 кг

Распределение кобальта по продуктам:

в файнштейн - 13%

в шлак - 85%

в пыль -2%

Количество кобальта переходящего из 150 кг штейна:

в файнштейн 1,5 Ч 0,13 = 0,2 кг

в шлак 1,5Ч 0,85 = 1,28 кг

в пыль 1,5 Ч0,02 = 0,03 кг

Итого 1,5 кг

Содержание никеля в файнштейне принимаем 77%, тогда количество файнштейна при количестве Ni переходящего в файнштейн 13,86 составляет

21,65 / 0,77 = 18кг файнштейна

Содержание железа в файнштейне 0,26%, тогда

28,11 Ч0,26/ 100 = 0,05 кг

2.1.1.4 Расчет рационального состава файнштейна

Содержание серы в файнштейне принимаем 21%

Количество серы

18Ч 21 / 100 = 3,78 кг

Количество никеля в виде Ni₃S₂

13,86Ч 70 / 100= 9,7 кг

Количество металлического никеля

,86 - 9,7 = 4,16 кг

Количество серы в CoS

0,2 Ч32/ 58,9 = 0,11 кг

Количество серы в Ni₃S₂

9,7Ч 64/ 170,1 = 3,65 кг

Количество серы в FeS

3,78 - 3,65 - 0,11 = 0,03 кг

Количество прочих в файнштейне

- 4,16 - 13,35 - 0,31 - 0,08 = 0,1 кг

Таблица 8 - Рациональный состав файнштейна

соединения	всего	Ni	Со	Fe	S	прочее
Ni3S2	13,35	9,7			3,65
Ni	4,16	4,16
CoS	0,31		0,2		0,11
FeS	0,08			0,05	0,03
прочее	0,01
всего	18	13,86	0,2	0,05	3,79	0,1
%	100	77	0,11	0,28	21	0,56

.1.1.5 Расчет количества и состава пыли

В процессе конвертирования потери с пылью составляют 2% от загружаемого материала. Из расчета получено, что в пыль уходит никеля 0,36 кг, кобальта 0,03 кг.

В пыль переходит:

железа 93,01 Ч 0,02 = 1,86 кг

серы 34,5 Ч 0,02 = 0,69 кг

прочих 3 Ч 0,02 = 0,06 кг

всего 150 Ч0,02 = 3 кг

Таблица 9 - Состав конвертерной пыли

компоненты	кг	%
Ni	0,36	12
Со	0,03	1
Fe	1,86	62
S	0,69	23
прочее	0,06	2
всего	3	100

.1.1.6 Расчет количества и состава шлака

В процессе конвертирования ошлаковывается железа

,01 - 1,86 - 0,05 = 91,1 кг

Железо в конвертерном шлаке находится в виде магнетита и фаялита. По данным практики в виде Fe₃O₄ находится 16% от всего железа шлака.

Количество железа в виде Fe₃O₄

91,1Ч 0,16 = 14,58 кг

Количество кислорода в Fe₃O₄

,58 Ч64/ 167,4 = 5,57 кг;

Количество железа в 2 FeOSiO₂

91,1-14,58 = 76,52 кг

Количество кислорода в FeO

,52 Ч 16/55,8 = 21,94 кг

Количество FeO

,52 +21,94 = 98,46 кг

Количество SiO₂ связано с FeO в фаялите

,46Ч 28 / 131,9 = 20,9 кг

Всего в шлаке фаялита

,46 +20,9 = 119,36 кг

В конвертерном шлаке от всего никеля находится 50% NiO и 50% в виде Ni₃S₂

Всего никеля в шлаке

-13,86-0,36 = 3,78 кг

Количество никеля в виде NiO

3,78Ч 0,5 = 1,89 кг

Количество кислорода в NiO

1,89Ч 16/ 58,7 = 0,52 кг

Количество NiO в шлаке

,89+ 0,52 = 2,41 кг

Количество никеля в Ni₃S₂

,89-0,52 = 1,89 кг

Количество серы в Ni₃S₂

1,89Ч64/ 170,1 = 0,71 кг

Количество Ni₃S₂ в шлаке

,89+ 0,71 = 2,6кг

Со в шлаке находится 70% в виде CoOSi0₂ и 30% в виде CoS

Всего кобальта в шлаке

,5-0,2-0,03 = 1,27 кг

В СоО SiO₂ находится кобальта

,27Ч 0,7 = 0,9 кг

В нем находится кислорода

,09Ч16/ 58,9 = 0,27 кг

Всего СоО

,9+0,27 = 1,17 кг

Количество SiO₂ в CoOSiO₂

1,17 Ч60/ 75 = 0,94 кг

Всего CoOSiO₂ в шлаке

,17 +0,94 = 2,11 кг

В CoS находится кобальта

,27 Ч 0,3 = 0,38 кг

Количество серы в CoS

,38Ч 32/ 59 = 0,21 кг

Всего CoS в шлаке

0,38+ 0,21 = 0,59 кг

Всего SiO₂ в шлаке

,9 + 0,9 = 21,8 кг

Прочих

3-0,06-0, 01 = 2,93 кг

Сумма компонентов конвертерного шлака

Fe₃O₄ + FeO SiO₂ +NiO + Ni₃S₂+ CoS + CoO SiO₂ + прочее = 20,15 + 119,36 + 2,41 + 2,6 + 0,59 + 2,11 + 2,93 = 150,15 кг

.1.1.7 Расчет количества кварца и агломерата

Теоретическое процентное содержание SiO₂ в шлаке (без учета переработки агломерата): 21,8/ 150,15Ч 100= 14,52 %;

Содержание SiO₂ в кварце - 85%;

Содержание SiO₂ в агломерате - 47% (данные предприятия).

В качестве флюса применяют смесь кварца и агломерата в соотношении по объему 1:1, что составляет 3:1 в весовом соотношении.

Условно принимаем содержание SiO₂ в шлаке 26% и на основании

принятого содержания определяем необходимое количество кварца.

Если содержание SiO₂ 21,8 кг в 150,15кг шлака, то при 26% SiO₂ в шлаке

21,8Ч26 / 13,01 = 43,57 кг

Количество кварца при содержании в нем 85% , SiO₂

43,57 Ч100/ 85 = 51,25 кг

агломерата расходуется

,25 / 3= 17,08 кг

кварца расходуется

,25 -17,08 = 34,17 кг

в кварце содержится SiO₂

34,17Ч 0,85 = 29,04 кг

прочих в кварце

34,17 Ч 0,15 = 5,13 кг

компоненты	SiO2	СaО	Fe2O3	AI2O3	всего
кг	29,04	1,71	1,71	1,71	34,17
%	85	5	5	5	100

Агломерат, полученный на комбинате, имеет состав

Таблица 11 - Химический состав агломерата

компоненты	Ni	Со	Fe	SiO2	O2	прочее	всего
%	1	0,5	16	49	5	28,5	100

Количество приходящего с агломератом:

никеля 17,08Ч 0,01 = 0,17 кг

кобальта 17,08 Ч 0,005 = 0,09 кг

железа 17,08 Ч 0,16 = 2,73 кг

SiO₂ 17,08Ч 0,49 = 8,37 кг

Количество кислорода, который находится в соединении с никелем,

кобальтом и железом и приходит с агломератом

17,08 Ч0,05 = 0,85 кг

Количество прочих приходящих с агломератом

17,08 Ч0,285 = 4,87 кг

Количество SiO₂ приходящее со смесью кварца и агломерата

29,04+ 8,37 = 37,41 кг

Количество SiO₂ уходящего в пыль 2%

37,41 Ч2 / 100 = 0,75 кг

Количество SiO₂ в шлаке

,41-0,75 = 36,66 кг

Избыток SiO₂ в шлаке

,66 - 0,9 - 20,9 = 14,86 кг

Для удобства расчетов принято, что никель и кобальт из агломерата полностью переходит в штейн, а извлекается в конвертерах обеднения. Никель и кобальт в агломерате находится в соединениях NiO и СоО, а железа в Fe₃O₄

Количество кислорода в соединениях

NiO = 16 Ч0,17 / 58,7 = 0,05 кг

СоО = 16 Ч0,09 / 58,93 = 0,02 кг

Fe₃O₄ = 64 Ч2,73 / 167,52 = 1,04 кг

Общее количество прочих в шлаке

,93 +5,13 + 4,87= 12,93 кг

Таблица 12 - Химический состав конвертерного шлака

соединения	Ni	Со	Fe	S	SiO2	O2	прочее	∑
Fe3O4			14,58			5,57		20,15
2FeО SiO2			76,52		20,9	21,94		119,36
NiО	1,89					0,52		2,41
Ni3S2	1,89			0,71				2,6
CoО SiO2		0,09			0,94	0,27		2,11
CoS		0,38		0,21				0,59
SiO2					14,86			14,86
прочее							12,93	12,93
∑	3,78	1,28	91,1	0,92	36,7	28,3	12,93	175,01
%	2,16	0,73	52,05	0,73	20,97	16,17	7,38	100

.1.1.8 Расчет количества воздуха

 Необходимое количество кислорода на окисление серы, и на образование SO₂.

Количество кислорода для шлакообразование 28,93 кг

Необходимое количество кислород для окисление серы

,5-3,78-0,69-0,92=29,04 кг

Расход воздуха (23% кислорода в воздухе)

57,97 Ч 100 / 23 = 252,04 кг

Количество азота

,04 - 57,97 = 194,07 кг

Принимаем расход воздуха при использовании кислорода 74,7%

,04/ 0,747 = 337,4 кг

Кислорода в этом воздухе

,4 Ч 0,23 = 77,6 кг

Азота в воздухе

,4-77,6 = 259,8 кг

Избыток содержания кислорода

,6 - 57,97 = 19,63 кг

Таблица 13 - Расчет количества и состава отходящего газов

компоненты	кг	м3	%
SO2	53,97	16,56	17,18
O2	19,63	13,72	5,82
N2	259,8	207,84	77
всего	337,4	238,12	100

 

2.1.2 Расчет теплового баланса

Приход тепла:

1. Тепло от горячего штейна

Q_шт= C_штЧC' _шт Чt_шт (1)

где С_шт - масса штейна = 100 кг;

С'_шт - теплоемкость штейна = 0,24 кКал;

t_mт -температура штейна = 1000°С;

4,2 - переводной коэффициэнт из ккал в Дж; Q_шт = 100800 кДж

2.Тепло от окисления сернистого железа и его ошлаковывания по реакции

2FeS + О₂ + 2SiO₂ = 2SiO₂ + 2Fe SiO₂+ 249.2 ккал

 При окислении 1 кг FeS выделяется тепла

249200 / (55,8 + 32) Ч 4,2 = 11920,73 кДж

то при окислении 79,43кг FeS выделится тепла

Q₁ =79,43 Ч 11920,73кДж = 946863,58 кДж

3.Тепло от окисления железа ферроникеля по реакции

Fe + 2О₂ = Fe₃O₄ + Q

при Q₂ = 42,53 Ч 6678 =284015,34 кДж

Q₁ + Q₂ = Q_экзот

,58 +284015,34 = 1230878,92 кДж

4.Тепло вносимое воздухом

Q_в= V_в Ч C_в Ч t_в (2)

где V_в- объем воздуха, м³;

 С_в- теплоемкость воздуха = 0,31;

t_в - температура воздуха = 60° С ;

V_в =337,4 / 1,29 = 261,55 м³;

Q_в= 261,55Ч 0,31 Ч 60 Ч4,2= 20432,29 кДж

5.Тепло вносимое кварцем

Q _кв=V _квЧ C _квЧ t_кв (3)

где С _кв = 0,174;

t_кв = 15є;

М_кв =29,04+ 14,86 = 43,9 кг;

Q_кв=43,9 Ч15 Ч 0,174 Ч4,2 = 481,23 кДж

6. Всего приход тепла

100800 + 946863,58 +284015,34+20432,29+481,23= 1352592,44 кДж

Расход тепла:

1. Тепло уносимое файнштейном

 Q_ф= 18Ч 0,2 Ч1350Ч 4,2 = 20412 кДж

2. Тепло уносимое шлаком

Q_шл= 175,01Ч0,3Ч 1350 Ч4,2 = 29762,01 кДж

3. Потери тепла с отходящими газами N₂, O₂, SO₂

Q_r = (207,84 Ч 0,534 + 13,72Ч 0,353 + 16,56Ч 0,332) Ч 1000Ч 4,2 = 509586 кДж

. Всего тепла

Q = Q_ф+C_шл+Q_r

Q = 20412+ 29762,01 + 509586 = 559760,01 кДж

5. Потери на лучеиспускание и прочие потери

,44 - 559760,01 = 792832,43 кДж

Таблица16 -Тепловой баланс

Приход			Расход
статьи баланса	кДж	%	статьи баланса	кДж	%
тепло штейна	100800	7,45	тепло файнштейна	20412	1,51
тепло воздуха	20432,29	1,51	тепло шлака	29762,01	2,2
тепло кварца	481,23	0,04	тепло газов	509586	37,67
тепло экзотермической реакции	1230878,92	91	лучеиспускание	792832,43	58,62
всего	1352592,44	100	всего	1352592,44	100

.1.3 Расчет оборудования

На основании материального баланса конвертирования штейна (150кг), находим теоретическое удельное количество воздуха;

V_yд= Q_возд/ М_шт Ч1,293 (4)

где Q_возд - количество воздуха необходимое для конвертирования штейна (из материального баланса) Q_возд =337,4 кг,1,293 - вес 1 м³;

М_шт - количество перерабатываемого штейна 150 кг воздуха;

V_yд = 337,4 / 150 Ч1,293 = 2,91 м³/кг

А = К_год / (365- В_ппр) (5)

где К_год- годовая производительность;

В_ппр = 120 сут;

К_год = 133757,9 + 66878,95 = 200636,85тн

А = 200636,85/ (365-120) = 818,93 тн/сут

V_конв=AЧ V_уд/1440ЧK (6)

где А - суточная производительность по горячему и холодному штейну;

А = 818,93Ч 1000 / 1440 = 568,7 кг/мин

По данным практики коэффициент использования конвертера под дутьем К = 0,85. Найдем потребную пропускную способность по воздуху.

 V_кohb = 568,7Ч 2,91 / 0,85 = 1946,96 м³/мин

Удельная нагрузка фурм конвертера по данным плавильного цеха ЮУНК равна, q =1,1нм³/см²

 Площадь сечения рабочих фурм конвертора

F_ф = V_конв/q

F_ф = 1946,96/ 1,1 = 1769,96 см²

Число работающих фурм

 Приняв на основании данных плавильного цеха ЮУНК диаметра фурменных трубок 40мм, получаем необходимое количество одновременно работающих фурм.

n_уст = 127,2 Ч Fф/Y²тр                                                                     (7)

где Y²тр - это диаметр фурм;

n_уст = 127,2Ч1769,96/ (40 Ч40)= 140 шт

Тип и размер конвертера

Исходя из найденных значений площади сечения фурм (Fф), диаметра фурм (Y²тр), и определенного числа фурм (n_уст), но по типовому стандарту и данным плавильного цеха ЮУНК, выбираем конвертор горизонтальный с размерами по кожуху (2,8 х 6,2) и емкостью по фанштейну 30 тн с размерами горловины (1,8м х 2м) и количеством установленных фурм 16 шт.

Количество конвертеров

n_уст/ 16 = 140/ 16 ≈8 шт

Принимаем в работе 8 конвертеров.

.1.4 Расчет пылегазового тракта

Рисунок 2 - Схема газопылеулавливающих установок конвертеров

В проекте принята схема газопылеулавливающих установок конвертеров

- конвертер

- напыльник

3 - пылевая камера

4- циклон

5 - скруббер

-дымосос

А - участок газохода от напыльника до камеры, 5 метров

В - участок от камеры до циклона, 10 метров

С - участок от циклона до скруббера, 10 метров

D - участок от скруббера до дымососа, 8 + 2 метра

Сопротивление на поворотах плавных на 90° Подсосы

1) напыльник-20%

2) на участке газохода - 5%

3) циклон -5%

4) камера - 10%

5) скруббер - 5%

Температура газов при выходе с учетом подсосов в напыльнике

Т_{1 =} Т_г /(1+a/100) °С (8)

где Т_г-1200С°;

а - величина подсоса в %;

а = 20 %;

Т₁= 1200/ 1,2= 1000° С

Т₂ = T₁ - (nЧ t)°С (9)

где n -длина канала;

t - падение температуры на 1 погонный метр 3°С;

Температура газов на выходе в камеру при t = 3°С;

Т₂= 1000-(5Ч 3) = 985°С

Температура газов на выходе из камеры с учетом охлаждения в мультициклонах и подсосами.

Т₃= (985-300)/1,1 =623°С

Температура газов на выходе в циклон при падении температуры в газоходе на 3°С на 1 погонный метр с учетом подсоса.

Т₄ =623 - (3Ч 10) /1,05 = 564°С

Температура газов на выходе из циклона с учетом подсосов и охлаждения кисонами на 150°С.

Т₅=( 564-150)/ 1,05= 395°С

Температура газов на выходе в скруббер с учетом падения температуры на 3°С на один погонный метр газохода и подсоса.

Т₆= 395- (3Ч10)/1,05 =347°С

Температура на выходе в дымосос с учетом падения температуры в газоходе на 5°С на один погонный метр газохода.

Т₇ = 235 -(5Ч10) = 185°С

Далее определяются действительные объемы газов и рассчитываются отдельные пылеулавливающие устройства и дымосос.

Количество газов на участке будет.

Произведем расчет объема газов от 8 работающих конвертеров по формуле:

V = (Q_raзa Ч К_годЧ 1000) / (365Ч 24 Ч3600) (10)

где Q_газа - объем выхода газа на 100 кг перерабатываемого штейна. 238,12 м³;

К_год- коэффицент перерасчета на годовую производительность;

К_год=1337,579;

V = (238,12 Ч 1337,579Ч1000) / (365 Ч 24 Ч3600) = 10,1 нм³/сек

На основании данных практики газовый поток от 8 конвертеров делится пополам на две группы конвертеров: 10,1 / 2 = 5,05 м³/сек.

Производим расчеты по участкам

)Участок конвертер - камера

Средняя температура газов

Т =(1000+985)/2 = 992,5°С

Объем газов

n₁ = V_cекЧ ( 992,5 + 273) / 273 = 4,64

n₁ = 5,05 Ч (992,5+ 273)/273 = 23,43 нм³/сек

При скорости газа S - 3 м/сек сечение газохода на этом участке будет

S₁=n₁/S

 

S₁ = 23,43/3= 7,81 м²

Д₁ = ₁Ч4/3,14

Д₁ =  =3,15 м

) Расчет камеры

Секундный объем газов - n₁= 23,43 нм³/сек

Скорость газов в камере - 3м/сек

F₁ = n₁/3

F₁=23,43 /3 =7,81 м²

Высоту камеры принимаем учитывая, что частицы пыли осаждаются в камере крупнее 0,2 мм, скорость их осаждения будет не менее 0,056 м/сек.

Горизонтальные сечения камеры -7,81 м²

Длина камеры -7,81 / 2= 3,91 м²

3) Участок камера - циклон

Т_ср = (623+564) /2

Т_ср = 593,5°С

Объем газов

n₂ = 23,43Ч (593,5+273) / 273 = 74,27 нм³/сек

Сечение газохода S = 10 м/сек

S₂ = n₂ / S

S₂= 74,27 /10 = 7,42 м²                     

Д₂ = ₂Ч4/3,14

Д₂ = =3,07 м

Средняя температура газов в циклоне

Т_ср =(564+395)/2 = 479,5°С

Объем газов, проходящих через циклон

n₃ =74,27 Ч (479,5+273) / 273 = 204,99 нм²/сек

В часах это будет

n₃Ч 3600 = 737964 нм³/час

 По данным производительности принимаем циклон СИОТ, Д = 1000мм,h =70

 4) Участок циклон - скруббер

Т_{ср.газов}= (395+347)/2 = 371⁰С

n_4газов= 204,99 Ч (371+273) / 273 = 483,78нм³/сек

Сечение газохода S = 15м/сек

S₃=n₄/S

S₃ = 483,78/15 = 32,25 м²

Д₃=₃Ч4/3,14

Д₃ ==6,41м

Средняя температура в скруббере

Т_ср =(347+235) /2 = 291°С

Объем газов проходящих через скруббер

n₄=483,78 Ч (291+273) /273 = 1001,42 нм³/сек

Скорость газов в скруббере принимаем 2м/сек

Отношение высоты (h) к диаметру (Д)

h_скр/ Д_скр = 3,5м

При скорости газа 2м/сек площадь сечения скруббера будет

S_4ckp = n₄/2

S_4ckp = 1001,42 /2 = 500,71 м²

Диаметр скруббера

Д₄ = ₄ Ч4/ 3,14

Д₄ = = 25,26 м

Диаметр газохода приблизительно в 3,5 - 4 раза меньше сечения скруббера

Д_газ== 125,18 м

Высоту скруббера принимаем из отношения

_cкр = 3,5Ч Д_cкр = 3,5Ч 25,26 = 88,41 м

) Участок скруббер - дымосос

Средняя температура газов

Т_ср = (235+185)/2 = 210°С

Объем газов

n₅ =1001,42Ч (210+273) / 273 = 1782,53 нм³/сек

В час

n₅ Ч3600 = 1782,53Ч 3600 = 6417108 нм³/час

При скорости газов 5 м/сек, сечение газохода

S₅ = n₅/5

S₅ = 1782,53/5 = 356,51 м²

при этом диаметр газохода:

Д =₄ Ч4/ 3,14

Д == 21,31м

Для выбора дымососа необходимо определить сумму сопротивлений (потери напора) газоходной системы

) Участок конвертер - камера

 A) y°_r =(V₁ + 1,29 Ч0,05)/ 1,05

y^o_г = (31,25+1,29 Ч 0,05) / 1,05 = 29,82 кг/нм³

у¹ = (273Чу°_г)/ (273+t)

y ¹ = (273Ч 29,82 ) / (273+1000) = 6,4 кг/нм³

h₁ = EЧ(W²/ 2Чq )Чy¹(11)

где Е - плавный поворот на 90° = 0,5;

 q = 9,8;

 h₁ = 0,5Ч (5²/2Ч9,8) Ч 6,4= 392 Па

Б) сопротивление пылеулавливающей камеры h₂ = 147 Па

B) потери напора на трение

 h_3noт = (МЧ(L / d)) Ч (Wt² / 2) Чy¹

М = 0,05, d = Д, L=5м

h_3пот= (0,05 Ч (5/3,15))Ч (5²/2Ч9,8) Ч 6,4 = 31,36 Па

 Г) потери напора в камере h_4пот =588 Па

)Участок камера - циклон

А)потери на трение

h_5noт = (MЧ(L/ d)) Ч (W² /2Чq) Чу¹

M = 0,05, L= 10м, d = Д₂

y°_r =(V₂ + 1,29 Ч0,05)/ 1,1     

y°_r = (21+ 1,29Ч0,05)/ 1,1 = 19,15 кг/нм³

y¹=(273Ч19,15)/(273+1000)=4,11 кг/нм³

h_5пот = (0,05 Ч (10/ 3,07)) Ч (5²/2Ч9,8 ) Ч4,11 = 82 Па

3) Участок циклон - скруббер

А) потери на трение

h_6пот= (МЧ (L/ d)) Ч (W² / 2Чq) Чу¹

М = 0,05, L = 10m, d=Д₃

y°_r =(V₃ + 1,29 Ч0,05)/ 1,15

y°_г = (15+1,29 Ч0,05)/ 1,15 = 13,1 кг/нм³

y¹= (273 Ч13,1)/ (273+347) = 5,77 кг/нм³

h_6пот= (0,05Ч (10/6,41)) Ч (5²/2Ч9,8) Ч5,77 = 55,04 Па

Б) потери напора в скруббере

h_7пот =588 Па

В) поворот на 90°

h_8пoт= 0,5Ч (5²/2Ч9,8) Ч 5,77 = 352,8 Па

4) Участок скруббер-дымосос

A) h_9пот = (MЧ (L/у°_г ))Ч (W² / 2Чq) Чу¹

y°_r =(V₄ + 1,29 Ч0,05)/ 1,2

у°_г=(16 + 1,29Ч0,05)/ 1,2= 13,38 кг/нм³

y¹ = (273 Ч 13,38) / (273+235) = 7,19 кг/нм³

h_9пот= (0,05Ч (10/25,26)) Ч (5²/2Ч9,8) Ч7,19 = 17,43 Па

Б) плавный поворот на 90°

h_10пот= 0,5Ч (5²/2Ч9,8) Ч 7,19 = 440,39 Па

В) потери напора при спускании газа перед дымососом

h_11пот= 2Ч (у_газ - у_возд)

h_11пот =2 Ч (7,19 - 1,29) = 115,64 Па

∑ h_пот = h₁+h₂+h₃+h₄+...........+h₁₁

∑ h_пот = 392 + 147 + 31,36+ 558 + 82+ 55,04 + 588+ 352,8 +17,43+ 440,39 + 115,64 = 2779,66 Па

С учетом работы конвертеров набора и варки файнштейна, конвертеров первичного и вторичного обеднения, конвертеров подготовки и получения автоклавной массы - замкнутого цикла работы конвертерного участка, в проекте принимаем дымосос типа Дн = 21,5, Q = 280000м³/ч. Двигатель: 500кВт. п = 600 об/мин с необходимым количеством дымососов 2 штуки.

.2 Организационно - экономическая

2.2.1 Организация производства, штатное расписание и фонд заработной платы

Таблица 17- Расчет производственной программы

Показатели	Индекс	Количество
1. Количество установленных конвертеров, шт	N	8
2. Объем конвертера, м	S	30
3. Календарный период, сут	tк	365
4. Время простоя конвертера в текущем ремонте, сут	t1	70
5. Время простоя конвертера в капитальном ремонте, сут	t2	50
6. Фонд времени работы конвертера, сут	Tn=tk-t1-t2	245
7. Суточная производительность отделения по штейну,т/сут	818,93
8. Содержание Ni в штейне , %	а	12
9. Годовой объём переработанного штейна, т,  в нём Ni	Q	133757,9 16050,95
10. Годовой объём переработанного холодного штейна, т  в нём Ni	Q1	66878, 95 8025,47
10. Производительность по файнштейну, т, в нём Ni	m	24076,42 23000
11.Содержание Ni в файнштейне, %	a2	77
12. Извлечение Ni в файнштейне, %	а	77

График выходов на работу

Бр	дни месяца
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
1	1	1	1	В	3	3	3	В	2	2	2	В	1	1	1	В	3	3	3	В	2	2	2	В	1	1	1	В	3	3	3
2	2	2	В	1	1	1	В	3	3	3	В	2	2	2	В	1	1	1	В	3	3	3	В	2	2	2	В	1	1	1	В
3	3	В	2	2	2	В	1	1	1	В	3	3	3	В	2	2	2	В	1	1	1	В	3	3	3	В	2	2	2	В	1
4	В	3	3	3	В	2	2	2	В	1	1	1	В	3	3	3	В	2	2	2	В	1	1	1	В	3	3	3	В	2	2

Таблица 18 - Плановый баланс рабочего времени в среднем на одного рабочего

Наименование	Прерывное производство	Непрерывное производство
1. Календарные дни	365	365
2. Число выходных и праздничных дней, согласно графика сменности	119	96
3. Номинальный фонд рабочего времени Тн, дни	365-119 =246	365-96 = 269
4. Невыходы:  а) очередной и дополнительный отпуск  б) по болезни  в) выполнение гос. и общественных обязанностей  г) отпуск учащимся  д) отпуск с разрешения администрации  Итого невыходов	36 3 1 2  1  43	36 5 2 3  2  48
5. Эффективный фонд рабочего времени, Тф, дни	203	221
6. Средняя продолжительность рабочей смены, час	8	8
7. Полезный фонд рабочего времени одного работника, час	203Ч 8= 1624	221 Ч 8=1768
8. Коэффициент перехода от явочного состава к списочному (коэффициент списочности) Тн / Тф	246/203 = 1,2	365/221=1,66

Таблица 19- Расчет численности основных и вспомогательных рабочих

Наименование профессии	Количество смен в сутки	Тариф ный разряд	Явочный состав		Коэффициент списочный	Списочная численность
			На смену	На сутки
1	2	3	4	5	6	7
Основные рабочие:
1.Конвертерщик	3	5	1	3	1,66	5
2. Конвертерщик	3	4	8	24	1,66	40
3. Конвертерщик	3	3	7	21	1,66	35
Итого			16	48		80
Вспомогательные рабочие:
1. Деж. слесарь	3	5	1	3	1,66	5
2. Деж. слесарь	3	4	1	3	1,66	5
З.Деж.электромонтер	3	5	1	3	1,66	5
4.Деж.электромонтер	3	4	1	3	1,66	5
5. Слесарь ППР	1	5	2	2	1,2	2
6. Электромонтер ППР	1	5	2	2	1,2	2
Итого			8	16		24
Всего			24			104

Таблица 21- Расчет фонда заработной платы РСиС

Наименование должностей	Численность	Месячный оклад в руб		Годовой фонд з/п, руб	Выплаты из фонда материального поощрения		Всего руб
		По штатному расписанию	Срасчётным коэффициентем		Премия
					%	Сумма
1	2	3	4	5	6	7	8
Руководители:
1. Начальник участка	1	12100	13915	166980	50	83490	250470
2. Мастер	4	6 900	31740	380880	50	190440	571320
3. Механик	1	7800	8970	107640	50	53820	161460
4. Энергетик	1	8 200	9430	50	56580	169740
Специалисты:
1. Нормировщик	1	4600	5290	63480	40	25392	88872
2. Экономист	1	4300	4945	59340	40	23736	83076
Итого	9			891480		433458	1324938

Таблица 22- Расчет суммы амортизации за год

Перечень основных фондов участка	Кол-во единиц	Балансовая стоимость		Амортизация на реновацию
		единицы	всего, руб	Норма амортизации	Сумма, руб
1	2	3	4	5	6
1.Здания:
1.1 Отделение конвертирования	1	26658160	26658160	1,7	453188,72
1.2 Бытовое помещение	1	1050816	1050816	1,9	19965,50
Итого 1			27708976		473154,22
2. Сооружения:
2.1 Труба дымовая	2	2745345	5490690	3,7	203155,53
2.2 Пылегазочистка	2	700000	1400000	5,2	72800
Итого 2			6890690		275955,53
Итого 1 + 2			34599666		749109,75
3.Передаточные устройства:
3.1 Воздухопровод	1	271360	271361	7,3	19809,35
Итого 3			271361		19809,35
4. Оборудование:
4. 1 Конвертер	8	1472615	11780920	9,1	1072063,72
4.2 Ковш	10	290000	2900000	12,8	371200
4.3 Шлаковоз	8	107159,95	857279,6	7,5	64295,97
Итого 4			15538199,6		1507559,69
5. Транспортные средства:
5.1 Мостовой кран	1	1719700	1719700	5,9	101462,30
Итого 5			1719700		101462,30
Итого 3+4+5			17529260,6		1628831,34
Всего			52128926,6		2377941,09

Таблица 23- Расчет сметы затрат на содержание и эксплуатацию оборудования

Наименование затрат	Метод определения затрат	Сумма, руб
1. Амортизация оборудования и транспортных средств	Итого гр. 6 т. 22 (3+4 + 5)	1628831,34
2. Содержание оборудования, в т. ч. Стоимость смазочных материалов	3% от гр. 4 т. 22 (3 + 4 + 5)	525877,82
3. Заработная плата вспомогательных рабочих	Гр. 17 т. 20	4968652
4. Отчисления на социальное страхование	26,2% от гр. 17 т. 20	1301786,82
5. Текущий ремонт оборудования	4% от гр. 4 т. 22 (3+4 + 5)	701170,42
6. Расходы на транспорт	1,5%от гр. 4 т. 22 (3 + 4 + 5)	262938,91
7. Износ малоценных и быстроизнашивающихся инструментов и приспособлении	2% от гр. 4 т. 22 (3+4 + 5)	350585,21
Итого		9739842,52

Таблица 24 - Расчет цеховых расходов

Наименование затрат	Метод определения затрат	Сумма, руб
1. Содержание аппарата управления отделением	т. 21 гр. 8	1324938
2. Отчисления на социальное страхование	26,2% от т. 21 гр.8	347133,76
3. Амортизация зданий, сооружений	гр.6 т. 22 (1+2)	749109,75
4. Содержание зданий, сооружений	1%от гр.4т. 22 (1+2)	345996,66
5. Текущий ремонт зданий, сооружений	3,5%от гр. 4 т. 22 (1+2)	1210988,31
6. Охрана труда	5,5% (гр. 17 т. 20 +гр.8 т. 21)	1574762,42
7. Износ малоценного быстроизнашивающегося инвентаря	0,5 % от гр. 4 т. 22 (1+2)	172998,33
8. Прочие расходы	10% от гр.8 т. 21	132493,8
Итого		5858421,03

2.2.2 Калькуляция себестоимости

Таблица 25 - Калькуляция себестоимости 1т продукции

Наименование статей затрат	Единицы измерения	Затраты на 1 т никеля в файнштейне			Затраты на весь выпуск		Структура себестоимости,%
		количество	цена	Сумма, руб	количество	Сумма, руб
1	2	3	4	5	6	7	8
1.Основные материалы: 1.1 Горячий штейн,  В нём никеля 1.2 Холодный штейн,  В нём никеля	Т  т	0,866  0,433	220000  180000	153530,83  62808,03	16050,95  8025,47	3531209000  1444584600
Итого 1				216338,86		4975793600	93,05
2.Вспомогательные материалы: 2.1Кварц 2.2Агломерат	Т т	2,08 1,039	3500 974	7280 81011,99	47840 23897	167440000 23275678
Итого 2				69688291,99		190715678	3,57
3.Энергозатраты: 3.1 Электроэнергия 3.2 Вода оборотная 3.3 Воздух	т/Квч т/нм3 т/нм3	1,2 4,83 16,25	1300 794 20	1560 3835,02 325	27600 111090 373750	35880000 88205460 7475000
Итого 3				5720,02		131560460	2,46
4. з/п основных рабочих	руб			1165,66		26810254	0,5
5. Отчисления на соц. страхование	руб			305,4		7024287	0,13
6. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	руб			423,47		9739842,52	0,18
7 Цеховые расходы	руб			254,71		5858421,03	0,11
8.Возвратные отходы: 8.1 Конвертерная пыль, В нёй никеля	т/руб	0,19	140000	2,19	0,36	50400	0,0009
9. цеховая себестоимость за вычетом расходов	руб			232502,3		5347552943	100
10. Затраты по переделу	руб			16163,45		371759343

.2.3 Технико-экономические показатели

Таблица 26 - Технико-экономические показатели

Показатели	Единица измерения	Расчётные данные
1.Количество конвертеров 2.Харпктеристика оборудования: ёмкость конвертера 3.Годовой объём переработанного горячего штейна,  в нём Ni 4.Годовой объём переработанного холодного штейна, в нем Ni 5. Содержание Ni в штейна 6.Содержание металла в исходном сырье 7.Годовой выпуск продукции 8.Содержание Ni в файнштейне 9.Списочный состав: 9.1Основных рабочих 9.2Вспомогательных рабочих 10.Среднемесячная заработная плата основных рабочих 11.Стоимость основных фондов 12.Годовая сумма амортизации 13.Цеховая себестоимость 1т никеля в файнштейне 14.Затраты по переделу на 1т	Шт V т т т т % т % % Чел Чел Руб Руб Руб Руб Руб	8 30 133757,9 16050,95 66878,95 8025,47 12 23000 77 77 80 24 27927 52128926,6 2377941,09 232502,3 16163,45

. Охрана труда

.1 Мероприятия по охрана труда

Конвертерщиками допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, получившие инструктаж по ТБ на рабочем месте и прошедшие стажировку на рабочем месте в течении 15 дней.

Конвертерщики работают в условиях повышенной запыленности, загазованности, и повышенного шума. Работая на конверторе приходится иметь дело с расплавленными материалами, движущимися механизмами. Только строгое соблюдение правил ТБ предохранит конвертерщика от опасностей.

Перед началом работы необходимо надеть спецодежду согласно установленным правилам носки.

При приеме смены надо проверить наличие бирки конвертора, исправность защитного ограждения, наличие и исправность инструментов, состояние огнеупорной кладки, поступление воды в напыльник и отсутствие течи, состояние кожуха, состояние механизма кварцеподачи, открытие шибера на газоходе конвертера. О замеченных недостатках необходимо доложить мастеру конверторов.

Необходимо помнить, что расплавленный шлак, штейн, файнштейн, автоклавная масса при попадании в воду или сырое место дают взрыв. Запрещается работать при фурмовке без рукавиц и защитного щитка.

Загружаемые холодные присадки должны быть сухими, не смоченные мазутом, не более 500мм.

При работе запрещается вставать на ограждение. А так же запрещается нахождение посторонних лиц около площадки для разлива и подъемов блоков.

При пробивании метки файнштейнового отстойника нельзя пользоваться лёточными трубками, а надо применять шуровочное железо.

При приеме и сдачи смены горловина должна быть в рабочем состоянии.

Из - за вредности труда конвертерщики обязаны получать каждый месяц талоны на спец жиры, и использовать их раз в смену.

Так - же предусмотрен ежегодный отпуск, в течении 42 календарных дней.

.2 Расчёт освещения

Искусственное освещение Число светильников для общего освещения

N = (EЧSЧKЧZ)/(FЧЮ) (12)

где Е - освещенность рабочей площади лк, Е = 50 лк;

К - коэффицент запаса,К = 1,5;

S - площадь помещения,м²;

Z - соотношение средней освещенности к минимальной ; Z = 1,4;

F - световой поток лампы ,лм; F = 10500 лм;

Ю - коэффицент использования светового потока ,в долях единицы;

Для определения коэффицента использования светового потока, находим индекс помещения

Я = АЧВ/НрЧ (А + В) (13)

где А - длина цеха, А = 300м;

В - ширина цеха, В = 21,9м;

Нр - высота подвеса светильников ,Нр = Н - 2;

На основании рассчитанного индекса помещения Я по таблицам находим коэффицент использования светового потока Ю = 0,41 (справочная книга для проектирования электрического освещения под редакцией Г. М. Кнорринга).

По данным справочника принимаем коэффицент запаса

К = 1,5 ЧZ = 1,4Ч S= АЧ В

S = 300 Ч21,9 = 6570 м²

Число светильников= (50Ч6570Ч 1,5Ч 1,4)/(10500Ч 0,41)= 160 шт;

Принимаем 160 светильников, расставляем в два ряда.

Светильников в одном ряду:

/2 = 80шт;

Шаг между светильниками:

/ 80 = 3,8 м.

Рисунок 3 - Схема освещения цеха

3.3 Расчёт вентиляции

Для борьбы с загазованностью и избыточным теплом, предусматривается естественная вентиляция - аэрация, которая осуществляется за счёт ветрового и теплового напора.

Расчет воздухообмена по избыточному теплу:

t = Q_избыт /(cЧpЧf Ч(t2-t₁) (14)

где t - количество воздуха, которое необходимо ввести в помещение, м³/час;

Q_избыт - избыточное тепло, поступающее в помещение, берём из расходной части теплового баланса (лучеиспускание), Q_избыт = 522292,87 кДж;

с-теплоемкость воздуха, с = 1,01;

p_t - плотность воздуха при температуре t = 20 °С , 1,29 кг/м³ ;

t₁- температура поступающего воздуха, t₁= 18 °С;

t₂- температура удаляемого воздуха, t₂= 28 °С;

t =522292,87 / (1,01Ч 1,29 Ч (28 - 18)) = 40114,66 м³/час

Кратность воздухообмена

N=t/q (15)

где q - объем помещения, 95265 м³;

А - длина цеха, А = 300м;

В - ширина цеха, В = 21,9м;

Н - высота цеха, Н = 14,5;

N =40114,66 / 95265 = 0,42 час

Так как кратность воздухообмена меньше 10, предусматриваем естественную вентиляцию - аэрацию.

. Охрана окружающей среды

Предприятия цветной металлургии поставляет в атмосферный воздух как распространенные примеси (пыль, сернистый газ, оксиды углерода и азота и др), так и специфичные, характерные лишь для цветной металлургии (газообразные соединения фтора и содержащий его аэрозоль тяжелых металлов и так далее).

С отходящими газами от технологического оборудования в воздух поступают так же продукту сгорания топлива (оксиды углерода и азота) и пыль, содержащая рудные компоненты (в том числе и легко летучие ). В процессе конвертирования так же выделяются сернистый газ, пыль и летучие соединения.

Концентрация газообразных соединений в отходящих потоках (главным образом SO₂ ) зависит от конкретного исполнения пироме-таллургического передела. Концентрация SO₂b конверторных газах 3 - 5 %. Интенсификация пирометаллургических процессов, в частности использование кислородного дутья, уменьшает объем отходящих газов и повышает в них концентрацию сернистого ангидрида.

Газы с содержанием сернистого ангидрида 2,5 - 3% и выше идут на производство H₂SO₄, а менее концентрированные (при наличии сернокислотного производства) доукрепляются сжиганием элементарной серы или смешиваются с концентрированными газами . В этой связи следует отметить, что сернокислотное производство (или иногда получение элементарной серы из отходящих газов) выполняет функции природоохранной технологии.

Поскольку пыль от пирометаллургических процессов не только загрязнитель, но и продукт , содержащий ценные компоненты, обычно предусматривает ее улавливание.

Улавливание пыли осуществляется с высокой эффективностью, но даже при эффективной работе значительное количество пыли поступают в атмосферу. Обычно такие пылегазовые выбросы в атмосферу осуществляются через дымовые трубы различной высоты, а меньшая их часть попадает в воздух через аэрационные фонари и вентиляционные системы.

КПД газопылеулавливающих установок конвертеров 85%. При получении в год 3437т. пыли и КПД 85% улавливается 2921,5т. пыли; через трубу в атмосферу улетает 515,5т. пыли.

Так как образуется много загрязненных стоков , в цветной металлургии применяется оборотный цикл водоснабжения.

Так же большую роль играют зеленые насаждения, поэтому территория комбината по возможности зазелена.

Заключение

В курсовом проекте рассмотрен вопрос конвертирования никелевых штейнов.

Курсовом проектом запроектирована переработка никелевого штейна с годовой производительностью 23000 тонн в год никеля в файнштейне.

В проекте рассмотрен вопрос теории и практики конвертирования никелевого штейна; подобрано основное и вспомогательное оборудование участка, со средствами КИП и А; выполнен металлургический расчет с составлением материального и теплового баланса. В проекте предусмотрены меры по организации труда на участке и экологии окружающей среды.

1. Гудима Н.В. «Технологические расчеты в металлургии тяжелых цветных металлов», М. Металлургия 1977 г.

2.Худяков И.Ф., Тихонов А.И. , Набойченко С.С. «Металлургия Си, Ni, Со»- часть 2; М. Металлургия 1977г.

3. Диамидовский Д. А. ,Цейдлер Аю А «Расчеты пиропроцессов и печей в цветной металлургии» ; М. Металлургия 1963г.

4. Лебедева К. В. «Охрана труда на предприятиях цветной металлургии» ; М. Металлургия 1981г.

5. Шалыгин Л. М. «Конвертерный передел в цветной металлургии» ; М.Металлургия 1963г.

6.Инструкции по безопасности труда для конвертерщиков, машинистов кранов, стропальщиков конвертерного участка плавильного цеха комбината «Южуралникель».

Приложение А

Электронный носитель: компакт-диск типа CD-R, 52х 700МВ/80мин.

Текстовый редактор - Word for Windows версия 6,0, редактор формул Equation Editor 3.0 из состава Microsoft Word.

 

 

Приложение Б

 

Графическая часть

Лист 1 ДП.150102.151.2011.01.МО - Схема цепи аппаратов (формат А1)

Лист 2 ДП.150102.151.2011.01.СБ - План или разрез отделения (формат А1) Лист3 ДП.150102.151.2011.01.ВО - Конвертор (формат А1)

Лист4 ДП.150102.151.2011.01.АХТ- Схема КИПиА (формат А1)

Лист5 ДП.150102.151.2011.05.ТЭП - Технико - экономические показатели (формат А1)