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《云南铜业股份有限公司艾萨炉熔炼过程热力学计算模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第2期昆明理工大学学报Vol.26No.22001年4月JournalofKunmingUniversityofScienceandTechnologyApr.2001云南铜业股份有限公司艾萨炉熔炼过程热力学计算模拟程利平,朱祖泽,柏海寰(昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明650093)摘要:运用多相多组分同时平衡的原理和计算方法并借助于计算机对铜锍熔炼过程行计算模拟并把计算结果与设计值进行比较二者吻合较好.本模拟结果可以用来在连续稳定生产条件下分析炉内各种化学物质的行为和组成这对于即将建成投产的云南铜业股份有限公司是大有益处的.关键词:艾萨炉铜熔炼多相
2、多组分平衡体系计算模拟中图分类号:TF02文献标识码:A文章编号:1007-855X(2001)02-016-040引言目前云南铜业采用矿热电炉熔炼工艺存在能耗高总硫利用率低污染环境严重等问题采用先进的熔炼工艺和设备取代现有设施势在必行而采取强化的富氧熔炼技术如富氧顶吹艾萨炉熔炼法就能解决这些问题.鉴于艾萨炉熔炼过程的特点熔炼过程强化反应速度极快反应温度较高化学反应可以基本上达到平衡作者运用多相多组分同时平衡的原理和计算方法并借助于计算机进行计算模拟此模拟结果对于在连续稳定生产条件下分析炉内各种化学物质的行为和组成是很有用的.1对云南铜业艾萨炉熔炼过程的假设由于本文在
3、模拟计算过程中所利用的热力学模型是热力学理论上的一种理想模型而实际生产过程中的艾萨炉炼铜体系是一个非常复杂的多相多组分化学反应体系为便于模型的求解又能基本上较准确地反映实际熔炼过程的特点特作如下假设1)在连续稳定生产条件下由于熔炼过程强化反应速度极快因而可假设炉内体系处于热力学平衡状态2)假设体系中的气相组分为理想气体3)反应体系达到平衡状态时忽略炉内温度分布的不均匀性假设体系各相温度相同最终平5衡温度(1453K),系统平衡压力(1个大气压,即1.0132510Pa).4)设鼓入的富氧空气燃料炉料之间的反应达到热力学平衡时体系中所有物质的物理化学性质都可用Cu,Fe
4、,S,O,Si(以SiO2的形式处理),C,H,N(以N2的形式处理)8种元素来描述(其它次要元素不考虑)入炉料带入的MgO,CaO,Al2O3及其它物质因为绝大部分进入渣中在平衡计算中可视为惰性物质忽略它们对渣的热力学性质的影响.体系达到平衡状态时冰铜炉渣炉气三相可近似看成分别由下列18个组分组成:冰铜Cu2S,FeS,FeO,Fe3O4;炉渣FeO,SiO2,Cu2S,Cu2O,FeS,Fe3O4;炉气SO2,CO2,N2,H2,O2,H2O,CO,S2;5)入炉料中混合精矿转炉粗尘电解砷锑渣阳极处理尾矿精炼烟尘煤灰的成分设为收稿日期:2000-09-29;第一作
5、者简介:程利平(1974.8),女,工学硕士;主要研究方向:铜冶金.万方数据第2期程利平,朱祖泽,等云南铜业股份有限公司艾萨炉熔炼过程热力学计算模拟17定值.铜精矿的物相组成系根据云南铜业的典型物相组成获得.2计算模拟过程对于多相多组分平衡体系在给定体系温度压力和各元素的物质的量确定体系中各组分后描述体系热力学性质的热力学模型即已确定根据平衡原理和质量守恒原理每一组分在平衡体系中的摩尔量可以通过求解这些化学反应的复杂联合方程式计算得出.本文求解过程可分为以下三个步骤1)确定体系中物种数独立组元数和独立反应数2)建立一非线性方程组3)用Newton-Raphson法结合
6、文献[1]介绍的一种新方法求解增强了程序的收敛速度.2.1独立组元数的确定根据文献[2]介绍的原则和方法由上面的假设可表1平衡体系中的独立化学反应[3]知造锍熔炼体系的独立组元数为8即体系中所含的元1FeO═FeO(m)素数考虑到求解非线性方程组的需要选择以下8210/3FeO(sl)+1/3SO2═1/3FeS+Fe3O4(m)个组元为独立组元3Cu2S(m)+FeO(sl)═FeS(m)+Cu2O(sl)冰铜Cu2S,FeS;4Cu2S(m)═Cu2S(sl)炉渣FeO,SiO2;5FeS(m)═FeS(sl)炉气:SO2,CO,H2,N2;值得说明的是独立组元也
7、叫独立组分18种组610/3FeO(sl)+1/3SO2═1/3FeS(m)+Fe3O4(sl)分中除8种独立组分外其余的10种组分称为从属组71/3FeO(sl)+1/3SO2+CO═1/3FeS+CO2(g)分.81/3FeO(sl)+1/3SO2+H2═1/3FeS+H2O(g)2.2独立化学反应数的确定92/3FeO(sl)+2/3SO2═2/3FeS(m)+O2(g)独立化学反应数为物种数减去独立组元数即18-104/3FeS(m)+2/3SO2═4/3FeO(sl)+S2(g)8=10(个)所以平衡体系共有10个独立化反应列表中m,sl,
