Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Металлургия и ее применение

Содержание

Введение. …………………………………………………………………………………………………….3

1.Технико-Экономическое обоснование проекта. ………………………………………….5

2. Теоретические основы процесса. ……………………………………………………………….9

3. Технологическая часть. …………………………………………………………………………..16

3.1. Металлургические расчеты. ………………………………………………………………….16

3.2. Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования. …………….33

3.3. Расчет теплообмена в газоходной системе. …………………………………….... 34

4. Технический контроль и автоматизация процесса……………………………….…..38

5. Охрана труда. …………………………………………………………………………………………39

5.1. Выбор и расчет вентиляции. ……………………………………………………………… ..40

5.2. Расчет искусственного освещения. ….……………………………………………………42

6. Мероприятия по защите окружающей среде. …..……………………………………….43

7. Мероприятия по гражданской обороне. …….………………………………………. ..45

8. Экономическая часть. ………………………….…………………………………………………46

8.1. Планирование численности работающих участка. ….……………………………..46

8.2. Планирование годового фонда заработной платы работников. …………. 55

8.3. Расчет амортизационных отчислений по основным фондам участка. …59

8.4. Расчет себестоимости продукции…………………………………………..……………..67

9. Заключение к проекту. ……………………………………………………………..………………73

Список литературы…………………………………………………………………………………. …75

Введение.

Наряду с первичными металлами, производимыми из руд, важнейшее место в сырьевых ресурсах занимают вторичные металлы, выплавляемые из медьсодержащего лома и различных отходах в шахтной печи.

Для вторичного сырья характерна разнообразная крупность кусков и непостоянный химический состав. В переработку поступают следующие виды вторичных материалов:

лом старых изделий;
военный лом;
обрезки, высечки,стружка, опилки;
концы проводов и путанка кабельного производства;
литники, прибыли, шлаки, изгарь, сера и формовочная земля цехов цветного литья.

Вторичное сырье в большинстве случаев имеет полиметаллический характер, поскольку оно содержит наряду с медью цинк , свинец, олово и другие цветные металлы. Поэтому требуется комплексная переработка вторичного сырья с извлечением из него ряда ценных составляющих.

На заводе вторичное сырье подвергают сортировке. Медную и латунную стружку, а также лом изделий из биметалла, как правило, направляют на переплавку в конвертеры. Мелкие сыпучие материалы, например сора и мелкие фракции шлаков, часто подвергают спеканию на аглом ерационных машинах после добавки соответствующих флюсов.

Затраты материалов, электроэнергии и топлива на производство вторичных цветных металлов значительно ниже, чем на выплавку первичных металлов из руд, которая требует весьма сложных и трудоемких процессов. Например, на тонну вторичного алюминия расходуется в несколько сот раз меньше Электроэнергии, чем на производство одной тонны первичного алюминия из бокситов; затраты основного сырья, вспомогательных материалов и топлива на вторичный алюминий также значительно ниже. Удельный расход топлива на выплавку одной тонны вторичной меди в пять раз меньше, чем на тонну первичной.

Экономия материалов и топлива значительно сокращает потребность в транспорте.

Благодаря столь большой экономии издержек снижается стоимость передела металла.

Капиталовложения, необходимые для строительства заводов вторичных цветных металлов, гораздо меньше, чем для металлургических предприятий первичного алюминия, меди и цинка. Средства, вложенные в промышленность вторичных цветных металлов, окупаются в более короткие сроки.

Вот почему для увеличения сырьевых ресурсов страны имеет значение максимальное использование вторичных цветных металлов параллельно с расширением производства первичных металлов.

Технико-Экономическое обоснование принятой технологии.

Применение подогретого воздуха при шахтной плавке вторичных медно-цинковых материалов.

После внедрения нагретого до 350 дутья улучшаются некоторые показатели работы печи:

а) снизится удельный расход кокса;

Б) увеличится удельный проплав шихты;

В) уменьшится удельный расход дутья;

Г) ход печи станет более ровный.

В основу расчёта положены следующие показатели.

Таблица 1.1

Показатели

Единица

измерения

1 вар.

Атмосф. дутьё

2 вар.

Подогрет. Дутьё

Расход кокса
Удельная производительность
Удельный расход газа на подогрев воздуха
Удельный проплав
Расход воздуха

м^з/т

т/м² сутки

м³/т

14,0

100

97,8

1410

11,0

105

104

1000

Объём выпуска чёрной меди 185000 т/год.

Расчёт капитальных затрат.

В год перерабатывается шихты

697459 т/год

Где

86,5- % содержания меди в чёрной меди

23,9- % содержания меди

96,0- % извлечения меди в чёрную медь

1 вариант

2, 51 т.е. 3 печи

Где

340- число дней работы печи в году

8, 35- сечение печи в области фурм (м²)

2 вариант

2,36

С учётом резерва принимаем 3 печи.

Расчёт воздуха нагревателя.

Средний расход газа в цехе 6000 м3/час

Диаметр газопровода равен 450мм, длина 500м

Шахтное отделение потребляет 1/6 газа

Стоимость 1т. Газопровода- 16542,61 руб.

Колонны- 20234,55 руб. , 1м³ фундамента- 44028,1 руб.

25м газопровода весят 1т.

500м газопровода- 20т.

20 колонн поставлено на расстоянии 25м одна от другой.

Фундамент под колонны занимает 20м³

Вес колонны- 0,5т.

Стоимость газопровода 16542,61 20 330852,2 руб.

Колонн 20234,55 0,5 20 202345,5 руб.

Фундамента

Объём ГРП 9 4 3 108 м³, стоимость задания ГРП из расчёта 1234,54 руб /м³

108 1234,54 133330,32 руб.

Стоимость оборудования ГРП- 666651,6 руб.

Капитальные затраты для подачи газа: 1413759,7 + 133330,32 + 666651,6 = 2213741,62 руб.

Доля капитальных затрат шахтного отделения состоит:

2213741,62 руб.

Стоимость воздухонагревателя 29592,5 руб.

Дополнительные капитальные затраты по 2 варианту;

+ 29592,5 = 398549,44 руб.

Эксплуатационные затраты по второму варианту:

Заработная плата рабочих.

Для обслуживания воздухонагревателя необходимо: кочегар в смену- 1 в сутки-4.

Средняя заработная плата- 9318 руб.

Годовой фонд заработной платы:

9318 4 12 = 447279 руб.

Отчисление на социальное страхование (26,2%);

447279 0,262 = 117187,1 руб.

Расходы по охране труда:

447279 0,15 = 67091,85 руб.

Амортизация воздухонагревателя:

29592,5 0,1 = 2959,25

Расходы на текущий ремонт зданий:

398549,44 0,015 = 5978,24 руб.

Расходы на содержание зданий и сооружений:

398549,44 0,015 = 5978,24 руб.

Эксплуатационные расходы по 2 варианту:

447279 + 117187,1 + 29592,5 + 5978,24 + 5978,24 + 67091,85 = 646473,63 руб.

Расход кокса по 2 варианту сокращается на 4% или на

697459 0,04 = 27898 т/год.

При стоимости кокса130 руб./т затраты снижаются на:

27898 130 = 3626740 руб.

Расход газа увеличивается и составит:

697459 30 = 20923770.

При стоимости 1000м³ газа- 83,47руб. расходы составят:

20923770 83,94 = 1756341,25 руб.

Разница затрат на топливо:

3626740 - 1756341,25 = 1870398,75руб.

Расчёт растрат на воздушное дутьё:

Расход воздуха на 1т. Сокращается на:

1410 - 1000 = 410м³/т

За год это составит:

697459 410 = 285958190.

1000 м³ воздуха стоит - 4,42 руб.

Затраты составят:

285958190 4,42 = 12639351,99

Таким образом, эксплуатационные затраты по 2 варианту уменьшаются на:

1870398,75 + 12639351,99 – 646473,63 = 13863277,11 руб.

Удельные капитальные затраты по 2 варианту выше, чем по 1-му на:

2154,32 руб.

2 вариант эффективнее 1-го.

Теоретические основы процесса.

Наиболее распространённым металлургическим агрегатом для плавки вторичного медесодержащего сырья является шахтная печь.

В состав шихты шахтной плавки входят:

А) загрязнённые отходы меди и сплав на её основе в виде высечки, стружки, обрезков листа; промышленный и бытовой лом с деталями из меди и медных сплавов; биметаллические отходы со значительным содержанием железа, в которых цветные металлы присутствуют в металлической форме;

Б) шлаки, печные выломки, полученные при производстве сплавов на медной основе; оборотные шлаки; корки из ковшей и т.д. в которых цветные металлы находятся в металлическом виде, оксидной и ошлакованной формах.

Флюсами при плавке служат биметалл, кварц и известняк, топливом и восстановителем - кокс.

Целью шахтной плавки является максимальное извлечение меди и олова в чёрную медь и по возможности более полная отгонка цинка.

Плавка вторичного сырья в шахтной печи является по характеру восстановительной. Её ведут при расходе кокса 10 – 15% от массы шихты. Выделяемого тепла достаточно для распыления шихты и перегрева продуктов плавки , а также отгонки цинка, свинца и других цветных металлов или их соединений в газовую фразу. Создания сильно восстановительной атмосферы в печи не требуется, так как значительная часть составляющих шихты содержит медь и другие металлы в свободном виде или в виде сплавов. Большая часть оксидов, присутствующих в шихте, легко восстановимы.

По высоте шахтную печь условно можно разделить на пять зон, для которых характерны свои физико-химические процессы, обусловливающие поведение и распределения металлов по продуктам плавки.

Первая зона – подготовительная. Температура газов, поднимающихся из фурменной части печи, 400-600. В этой зоне происходит подогрев шихты, испарение влаги, появление первых жидких фаз за счёт расплавления металлического свинца, припоев, подготовка шихты к последующим физико-химическим изменениям. За счёт воздуха, подсасываемого через загрузочные окна, над поверхностью шихты, происходит догорание паров цинка и оксида углерода , в результате чего температура отходящих газов повышается до 660-800.

Во второй зоне температура газов и шихты в пределах 600-1000.

В этой зоне происходит разложение карбонатов, плавление латуни, частичная отгонка цинка из медно-цинковых сплавов, начинается восстановление оксидов цветных металлов и железа.

Оксиды меди относятся к числу наиболее легко восстанавливаемых как газообразными, так и твердыми восстановителями. Для состояния равновесия реакции

Cu₂O + CO = 2Cu + CO₂

Получены следующие расчетные значения парциального давления CO в газовой смеси:

t, 900 1050 1083

P_CO,Па 2,79 9,04 11,31

Приведенные данные говорят о том, что оксид меди (1) в условиях восстановительной шахтной плавки будет восстанавливаться до металлической меди печными газами любого состава. Легко восстанавливается и оксид меди (11). Равновесная газовая смесь для реакции

CuO + CO = Cu + CO₂

При 450 содержит 99% CO₂ и 1% CO. Восстановления силикатов и ферритов меди необходима более высокая концентрация оксида углерода (СO) в газах.

Свободный оксид свинца восстанавливается также легко.

Присутствующее в шихте олово, находящееся в сплаве с медью или в виде припоев без особых затруднений переходит в черную медь.

Восстановление оксидов олова проходит ступенчато:

SnO_{2 2} Sn Sn

Условия восстановления этих оксидов практически одинаково. Свободный оксид олова (Sn²⁺) – неустойчивое соединение, которое диспропорционирует по реакции

2 Sn SnO₂ + Sn

Состав равновесных газовых смесей для реакции восстановления оксида олова (Sn⁴⁺) оксида (CO) характеризуется следующими данными:

t, 850 1000 1200

C_CO в смеси CO + CO₂, % 20,9 8,0 4,0

Приведенные данные свидетельствуют о том, что оксиды олова до металлического олова восстанавливаются значительно труднее оксидов меди и свинца.

Еще с большими трудностями протекает восстановление ошлакованных оксидов олова. Извлечению из них олова в черную медь способствует присутствие таких более сильных оснований, как CaO и FeO:

2SnOSiO₂ + 2CaO + 2C (CO) = 2 Sn + 2 CaO SiO +2 CO(CO₂)

2SnOSiO₂ + 2FeO + 2C(CO) = 2Sn + 2FeO SiO₂ + 2CO(CO₂)

Определенное значение при шахтной плавке вторичного сырья, содержащего химически связанное олово, имеет восстановление его за счет присутствующего в шихте металлического железа:

2SnOSiO₂ + 2Fe = 2Sn + 2FeO SiO₂

В шихте шахтной плавки значительная часть цинка(25-30 % от его общего содержания) представлена оксидами цинка. Это трудно восстановимые соединения. Протекание реакции

ZnO + CO = Zn + CO₂

Из-за низкой концентрации СО в газовой фазе маловероятно.

Оксиды цинка при шахтной плавке восстанавливаются в основном металлическим железом при температурах выше 1000 :

ZnO + Fe Zn + FeO;

2ZnO SiO₂ + 2Fe 2Zn + 2FeOSiO₂;

ZnO Fe₂O₃ + Fe + CO Zn + 3FeO + CO₂

Из-за трудности восстановления оксидов цинка и хорошей их растворимости в жидких шлаках большая часть поступивших в печь оксидов цинка переходит в шлак.

В третьей зоне с температурой 1000-1300 заканчиваются процессы восстановления соединений цветных металлов, происходит плавление шихты с образованием черной меди и шлака, продолжается переход в газовую фазу цинка и других летучих компонентов, в частности оксидов свинца (11) и олова (11).

В четвертой зоне – зоне фокуса печи – развиваются температуры около 1300 – 1400 . непосредственно в области фурм и несколько выше печь заполнена раскаленным коксом, через который фильтруется жидкий продукт плавки. В зоне фокуса происходит интенсивная отгонка летучих компонентов.

Благодаря горению кокса и газификации твердого углерода в агрегате поддерживается необходимый температурный режим и восстановительная атмосфера.

В пятой зоне (внутренний горн) собираются жидкие продукты плавки, происходит отстаивание и разделение составляющих расплава, если черная медь из печи выпускается периодически. При наличии у печи наружного отстойника смешанные продукты плавки непрерывно выходят из печи и окончательно разделяются по плотности в наружном отстойнике. Во внутреннем горне температура составляет 1200 – 1250 и поддерживается за счет энтальпии поступающего в него расплава.

Из практике работы шахтных печей следует, что оптимальными являются шлаки состава, %: 24-26 SiO₂, 35-40 FeO и 8-12 CaO. При работе на таких шлаках сокращаются потери меди и достигается удовлетворительная отгонка цинка, содержание меди в шлаке в этом случае не превышает 0,9%.

В качестве флюсов при шахтной плавке вторичных материаллов используют бимитал, иногда кварц и известняк. Железо беметалла востанавливает силикаты цветных металлов и обеспечивает получение шлака с заданным содержанием закиси железа:

2МеО Si + 2Fe 2FeO Si + 2Me.

На заводе установлены печи с сечением в области фурм 8,35 . Печи полностью кессонированы, имеют по 26 фурм диаметром 130 мм каждая. Шихту загружают в печь вагонетками через окна, расположенные вдоль боковых стен на колошниковой площадке. Загрузочные окна закрыты водоохлаждаемыми заслонками, поднимаемыми и опускаемыми с помощью пневмоцилиндра. Расплав из внутреннего горна печи выпускают в передний электрообогреваемый горн-отстойник, снабженный графитированными электродами диаметром 300 мм, погруженными в шлак, и трансформатором мощностью 900 кВА. Использование внешнего горна-отстойника исключает простои печи при выпуске черной меди из внутреннего отделения. Колошник и газоход печи кессонированны. Компания печи достигает двух лет.

Профиль поперечного сечения печей завода неоднократно подвергали изменению. Вначале печи имели расширяющееся кверху рабочее пространство, затем кессоны были установлены вертикально, что несколько уменьшило образование настылей, которые возникают при плавке мелкой шихты. В настоящее время проводится дальнейшая реконструкция печей, предусматривающая небольшое расширение печи книзу в верхней части и создание заплечиков в нижней. Таким образом, профиль реконструированных печей будет несколько напоминать профиль доменных печей черной металлургии. Это должно свести настылеобразование к минимуму.

При плавке вторичных материалов в шахтную печь сначала загружают кокс, затем латунный лом и стружку и в последнюю очередь флюсы и прочие компоненты шихты. Шихта по возможности должна иметь одинаковую крупность. Плавку ведут на низкой сыпи, следя за тем, чтобы высота столба шихты не превышала 4 – 4,5 м от плоскости фурм.

Черная медь выдается из внешнего горна через шпуровое отверстие в ковш, шлак непрерывно сливают с поверхности ванны в шлаковые чаши. На 1 т расплава расход электроэнергии составляет 30-50 кВт .ч, графитированных электродов 3-4 кг.

Технологические газы очищаются от грубой пыли и охлаждаются до температуры 250 в циклоне с испарительным охлаждением. Грубую пыль в качестве оборотного продукта перерабатывают в конвертере или возвращают в шахтную печь. Тонкую пыль, представляющую собой возгоны цинка и других летучих компонентов, улавливают в рукавных фильтрах (общая фильтрующая поверхность 10500 м²). Запыленность газов после фильтрации не превышает 0,04 г/м³.

Воздух подают в печь под давлением от 4 до 10 кН/. Расход воздуха составляет около 60 в 1 мин на 1 сечения печи в области фурм. При таком воздушном режиме обеспечивается форсированный устойчивый ход плавки. Шахтная плавка вторичного медьсодержащего материала характеризуется очень высокой удельной производительностью, достигающей 80 – 100 т/( сут).

Шахтная плавка вторичного медьсодержащего сырья характеризуется следующим выходом продуктов плавки, % от массы шихты: черная медь 30 – 33, шлак отвальный 55 – 56, грубая пыль 3 – 4 и тонкая пыль 5 – 10.

Состав продуктов плавки приведен в таблице 2.

Таблица 2.1.

Химический состав продуктов плавки вторичного сырья, %

Продукты плавки	Cu	Zn	Sn	Pb	Ni	SiO₂	CaO	FeO	Al₂O₃
Черная медь	82-87	5-8	1,2-2,2	1-2	0,5-1,5	-	-	1,5-3,0	-
Шлак	0,7-0,8	6-9	0,1-0,2	0,2-0,5	0,03-0,2	23-29	8-14	35-40	9-13
Оборотный шлак	1,0-4,0	5-8	0,2-0,5	0,2-0,6	0,05-0,2	20-26	8-14	33-38	5-10
Грубая пыль	10-15	25-30	0,2-0,3	3,0-4,0	-	15-20	2-3	10-12	3-5
Тонкая пыль	0,5-3,0	60-63	0,3-0,7	4-5	-	-	-	-	1-2

В результате плавки основная часть меди (97,0-97,6%) шихты переходит в черную медь, небольшая часть ее (1,5 – 3,0 от общего содержания) – в шлак и совсем незначительная часть (0,2 – 0,4% общего содержания) – в газы в виде тонкой пыли. В шлаках медь теряется в виде механически запутавшихся корольков черной меди и в ошлакованном виде. Цинк на 45- 55% отгоняется с газами и извлекается в виде оксида цинка, 12-15% цинка остается в черной меди, 30-35% - переходит в шлаки. Потери цинка составляют 15%. Свинец на 60-65% извлекается в черную медь. При шахтной плавке 65-70% всего олова переходит в черную медь, 25-30% - в шлак и 2-4% -в пыль и газы.

Усовершенствование процесса плавки идет по пути увеличения металлов, сокращение расхода дорогого и дефицитного кокса в результате применения воздуха, обогащенного кислородом, и подогрева дутья.

Подача горячего дутья стабилизирует работу печей при изменяющемся составе загружаемой шихты, облегчает обслуживание самой печи (полностью исключена прочистка фурм) и электрообогреваемого отстойника, снижается на 50-80 температура газов в колошнике.

Использование подогретого воздуха сокращает расход кокса с 13-15% до 8,8-11%, повышается удельная производительность до 90-100 т /(м2 .сут).

Технико-Экономические показатели шахтной плавки повышаются также при использовании дутья, обогащенного кислородом. Обогащение подаваемого воздуха кислородом до 25% позволит увеличить проплав на 15-20%, сократить расход кокса на 10-15%, уменьшить пылевынос.

технологическая часть.

Технологические расчеты, составление материального и теплового балансов.

Таблица 3.1.

Химический состав шихты

Мате-риалы	Содержание, %
Мате-риалы	Cu	Zn	Pb	Sn	Fe	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	Проч.	Сум-ма
Лом и струж-ка	65,0	26,0	1,0	1,13	3,26	-	-	-	-	3,61	100
Несор-тные мате-риалы, прово-да	42,3	6,85	5,6	1,43	22,17	-	-	-	-	21,65	100
Шлаки рафии-ниро-вочных произ-водств	31,0	11,55	1,8	3,3	16,2	12,61	4,64	4,26	0,8	13,84	100
Сора	13,85	22,4	0,85	0,15	15,8	26,22	6,3	1,4	0,15	13,14	100
Шлаки обо-ротные	1,05	7,8	0,22	0,1	42,8	24,4	-	6,7	-	16,93	100

Количество компонентов в шихте следующее, кг

Лом и стружка 25
Внесортные материалы и провода 10
Шлаки рафинировочных производств 10
Сора 10
Шлаки оборотные 45

100 кг

Расчет рационального состава лама и стружки

Распределение меди в ломе и стружке следующее, %

В металлической – 96 ;

В Cu₂O – 4,0

100%

Таблица 3.2.

Рациональный состав лама и стружки

Вещества		Сумма	Cu	Zn	Pb	Sn	Fe	O	Проч.
Cu		62,4	62,4	-	-	-	-	-	-
Cu₂O		2,92	2,6	-	-	-	-	0,32	-
ZnO		26,0	-	26,0	-	-	-	-	-
Pb		1,0	-	-	1,0	-	-	-	-
Sn		1,13	-	-	-	1,13	-	-	-
Fe		3,26	-	-	-	-	3,26	-	-
Проч.		3,29	-	-	-	-	-	-	3,29
Всего	Кг	100	65,0	26,0	1,0	1,13	3,26	0,32	3,29
Всего	%	25	16,25	6,5	0,25	0,28	0,81	0,08	0,83

Расчет рационального состава внесортных материалов и проводов

Распределение меди и железа следующее, %

Меди железа

В металлической – 93 ; в Fe мет - 45

В Cu₂O –7,0 в Fe₂O₃ - 55

100% 100%

Металлургия и ее применение 📙 Дипломная → 🆔 9259