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1、会计学1中南大学冶金学院工厂设计第中南大学冶金学院工厂设计第4章章 2 2、冶金主体设备设计、冶金主体设备设计 包括以下几个内容包括以下几个内容：1、设备的选型与主要结构的分析研究设备的选型与主要结构的分析研究 2、主要尺寸的计算与台数的确定主要尺寸的计算与台数的确定 3、某些结构的改进某些结构的改进 4、相关设备的配备相关设备的配备 5、主要结构材料的选择与消耗量的估计主要结构材料的选择与消耗量的估计一、一、主体设备的选型与结构的改进主体设备的选型与结构的改进 1、深入了解冶金过程的主要目的，即发生的主深入了解冶金过程的主要目的，即发生的主 化学反应是什么，有什么特点化学反应是什么，有什么特
2、点 如硫化物精矿的焙烧过程如硫化物精矿的焙烧过程 MS(s)+OMS(s)+O2 2(g)=MO(g)+SO(g)=MO(g)+SO2 2(g)(g)为气固多相反应为气固多相反应5-2-1第1页/共21页 (a)(b)(c)(d)矩形直筒形带加料前室扩大形5-2-2第2页/共21页2、设备类型确定后，详细研究设备的具体结构，设备类型确定后，详细研究设备的具体结构，例如例如:闪速炉反应塔的高度闪速炉反应塔的高度H二、二、冶金主体设备规格及台数的确定冶金主体设备规格及台数的确定 三种类型三种类型 1）按设备的主要反应带的单位面积生产率（按设备的主要反应带的单位面积生产率（t/mt/m2 2d d）
3、计算）计算 2）按设备的单位容积生产率计算按设备的单位容积生产率计算 3）按设备负荷强度计算按设备负荷强度计算5-2-3第3页/共21页(一一)、按单位面积生产率计算按单位面积生产率计算 F=A/aF=A/a F-F-设备主要反应带的有效面积设备主要反应带的有效面积(m(m2 2)A-A-冶金过程一天处理的物料量冶金过程一天处理的物料量(t)(t)a-a-单位面积生产率（单位面积生产率（t/mt/m2 2d d）应注意：应注意：A A、公式中所指的面积是设备的那部分面积、公式中所指的面积是设备的那部分面积反射炉熔池横截面积沸腾炉5-2-4第4页/共21页风口风口鼓风炉闪速炉 B B、单位面积生
4、产率、单位面积生产率a a的选择要恰当的选择要恰当F=A/aF=A/a5-2-5第5页/共21页例：年产例：年产5000050000吨金属锌沸腾焙烧炉吨金属锌沸腾焙烧炉12H3H2H1H膛H层3456789D膛D床1-1-排烟口排烟口;2-;2-炉膛炉膛;3-;3-溢流口溢流口;4-;4-本床本床5-5-气体分布板气体分布板;6-;6-风箱（大斗）风箱（大斗）;7-;7-前室风箱（小斗）前室风箱（小斗）8-8-前室前室;9-;9-加料管加料管5-2-61、炉型选择、炉型选择 床形床形 柱形柱形 椎形椎形炉型炉型 断面断面 圆形圆形 矩形矩形 炉膛炉膛 直筒形直筒形 扩大形扩大形第6页/共21页
5、2 2、炉床面积确定、炉床面积确定 F=A/a F=A/a F F炉床面积炉床面积 A A每日处理锌精矿量，吨每日处理锌精矿量，吨/日日 a-a-单位面积生产率，吨单位面积生产率，吨/m/m2 2d d1)、确定单位面积生产率、确定单位面积生产率a 可用公式计算，也可取经验数据。可用公式计算，也可取经验数据。一般为一般为5-6吨吨/天米天米2，这里取，这里取5.5 2)、确定、确定A 年产年产50000 吨锌，锌回收率吨锌，锌回收率94%，年工作日，年工作日330天。天。锌精矿含锌精矿含Zn 46.5%A=50000/(33094%46.5%)=346.64(吨吨/天天)3)、F床床=A/a=
6、346.64/5.5=63(米米2)沸腾炉的选择一般趋向大炉，沸腾炉的选择一般趋向大炉，42,55,69,72,84,92,109m2 这里可选一台这里可选一台69m2.5-2-7第7页/共21页3 3、加料前室面积及沸腾炉床直径的确定、加料前室面积及沸腾炉床直径的确定前室有矩形和扇形两种前室有矩形和扇形两种.一般为一般为1.5-21.5-2米米2 2,这里取这里取F F前前=2=2米米2 2D D床床=4=4（F F床床-F-F前前）/1/21/2 =1.13(F=1.13(F床床-F-F前前)1/21/2 =1.13(63-2)=1.13(63-2)1/21/2=8.83=8.83米米4、
7、沸腾层高度、沸腾层高度H层层 可用公式计算可用公式计算,也可根据同类设备取经验数据也可根据同类设备取经验数据,一般为一般为0.9-1.3 米米,这里取这里取1.2米米.5-2-8第8页/共21页5 5、炉膛面积和直径、炉膛面积和直径 F F膛膛=aV=aV烟烟(1+t(1+t膛膛)F)F床床/86400W/86400W膛膛 (m(m2 2)a a沸腾炉单位面积生产率沸腾炉单位面积生产率,吨吨/米米2 2天天 V V烟烟单位炉料烟气产出量单位炉料烟气产出量,标米标米3 3/每吨锌精矿。每吨锌精矿。由物料平衡计算：由物料平衡计算：2027.522027.52 t t膛膛炉膛温度炉膛温度,950,9
8、500 0C.C.F F床床炉床面积炉床面积,米米2 2,63,63米米2 2.W W膛膛-KW-KW带带.W W带带-颗粒带出速度颗粒带出速度,一般为一般为1.351.35米米/秒秒,和精矿粒度和精矿粒度 有关，有关，K K取取0.3-0.55,0.3-0.55,这里取小值这里取小值0.3.0.3.W W膛膛=0.3=0.31.35=0.4051.35=0.405米米/秒秒 1/273 F膛膛=5.52027.52+(1+950/273)63/(86400 0.45)=89.94米米2 D膛膛=1.13F膛膛1/2=1.1389.941/2=10.7(米米)5-2-9第9页/共21页 6 6
9、、炉腹角、炉腹角 根据物料流动性、安息角确定，这里根据物料流动性、安息角确定，这里Q Q取取20200 0 7 7、炉膛高度、炉膛高度 1)1)、未扩大直筒部分、未扩大直筒部分H H1 1，根据操作和安装方便而定，根据操作和安装方便而定，一般取一般取2.62.6米米.2)2)、扩大部分高度、扩大部分高度H H2 2 H H2 2=1/2=1/2（D D膛膛-D-D床床）ctg20ctg200 0 =1/2(10.7-8.33)2.75=2.6=1/2(10.7-8.33)2.75=2.6米米 3)3)、炉膛高度、炉膛高度H H膛膛 H H膛膛=aV=aV烟烟(1+t(1+t膛膛)F)F床床/8
10、6400F/86400F膛膛 烟气在炉内必须停留的时间，秒，取烟气在炉内必须停留的时间，秒，取2020秒秒 H H膛膛=5.52027.52(1+950/273)6320/(8640089.94)=5.52027.52(1+950/273)6320/(8640089.94)=8.1 =8.1米米5-2-10第10页/共21页(二二)、按设备有效容积生产率计算、按设备有效容积生产率计算 常压浸出槽的设计常压浸出槽的设计1、确定所需设备总体积（米确定所需设备总体积（米3 3）V V总总=V=V液液t/24t/24（米（米3 3）V V总总所需设备总体积（米所需设备总体积（米3 3）V V液液每天处
11、理的矿浆或溶液的总体积每天处理的矿浆或溶液的总体积,米米3 3 t-t-矿浆在槽内停留的总时间（小时）矿浆在槽内停留的总时间（小时）设备容积的利用系数，一般为设备容积的利用系数，一般为0.80.8 V V液液=Q+(L/S)Q/r(=Q+(L/S)Q/r(米米3 3)Q Q日处理的固体物料量，吨日处理的固体物料量，吨/天天 L/SL/S液固比液固比 r r混合料浆密度混合料浆密度,吨吨/米米3 3.2 2、确定台数、确定台数 N=VN=V总总/V/V0 0+n+n N N所需槽数所需槽数 n n备用槽数备用槽数 V V0 0-选定的单个槽容积选定的单个槽容积(米米3 3)5-2-11第11页/
12、共21页3 3、浸出槽具体尺寸的确定、浸出槽具体尺寸的确定一般采用椎底圆柱型一般采用椎底圆柱型,其椎底角度一般为其椎底角度一般为1201200 0,高径比高径比H/DH/D与搅拌方式有关与搅拌方式有关,机械搅拌为机械搅拌为1.0-1.3,1.0-1.3,空气搅拌为空气搅拌为2-5,2-5,Dh2h1H1200椎体高度椎体高度h h1 1=(D/2)tg30=(D/2)tg300 0=D/2=D/21/31/31/21/2=0.29D=0.29D h h2 2=H-h=H-h1 1=H-0.29D=H-0.29D5-2-12第12页/共21页 槽子柱形部分体积槽子柱形部分体积=(D/2)=(D/
13、2)2 2(H-0.29D)(H-0.29D)槽子椎形部分体积槽子椎形部分体积=/3(D/2)=/3(D/2)2 20.29D0.29D 槽子总体积槽子总体积=(D/2)=(D/2)2 2(H-0.29D)+/3(D/2)(H-0.29D)+/3(D/2)2 20.29D0.29D4 4、浸出槽壁厚的确定：、浸出槽壁厚的确定：对承受一定的压力的浸出槽对承受一定的压力的浸出槽 S=PD/S=PD/（2-P2-P）+C+C S S壁厚，壁厚，(mm)(mm)P P设计压力设计压力,Kg/cm,Kg/cm2 2,D D内径内径,mm,mm 材料在工作温度时的许用压力，材料在工作温度时的许用压力，Kg
14、/cmKg/cm2 2,焊缝系数焊缝系数 C C壁厚附加量壁厚附加量5-2-13第13页/共21页(三三)、按设备的负荷强度进行计算、按设备的负荷强度进行计算 熔盐电解槽的结构计算熔盐电解槽的结构计算 大型预焙阳极铝电解槽，大型预焙阳极铝电解槽，I=16I=16万安培，万安培，阳极电流密度阳极电流密度d d阳阳=0.72A/cm=0.72A/cm2 2 所需阳极总面积所需阳极总面积:S S阳阳=I/d=I/d阳阳=160000/0.72=222222(cm=160000/0.72=222222(cm2 2)阳极尺寸阳极尺寸 需阳极块数需阳极块数:222222/(14066)=24 222222
15、/(14066)=24块块14005406605-2-14第14页/共21页5-2-1552525052560060040660140066060040660600525525第15页/共21页槽膛宽度槽膛宽度=1400=14002+250+5252+250+5252=4100mm2=4100mm槽膛长度槽膛长度=660=66012+4012+4011+60011+6002=9560mm2=9560mm电解质阴极铝三、三、冶金主体设备的构筑材料及计算冶金主体设备的构筑材料及计算 1、适当选择材料适当选择材料 2、材料量估计材料量估计 冶金炉筑炉材料一般有冶金炉筑炉材料一般有：钢材、耐火材料、：
16、钢材、耐火材料、保温材料、防腐材料保温材料、防腐材料5-2-16第16页/共21页 3 3、冶金辅助设备的选择、冶金辅助设备的选择一、一、选用辅助设备的基本原则选用辅助设备的基本原则 1、满足生产过程的要求满足生产过程的要求 2、适应工作环境的要求适应工作环境的要求 3、选用设备的容量应在满负荷下运转选用设备的容量应在满负荷下运转 4、必须满足节能的要求必须满足节能的要求二、选用辅助设备的方法二、选用辅助设备的方法 1、根据工艺过程的要求适当选择设备类型根据工艺过程的要求适当选择设备类型 a、如物料破碎设备如物料破碎设备是按原料的初始粒度和破是按原料的初始粒度和破 后产品的粒度要求而定后产品的
17、粒度要求而定 粗碎粗碎颚式破碎机颚式破碎机粒度粒度50-100 mm50-100 mm 中碎中碎标准圆锥破碎机标准圆锥破碎机粒度粒度25-50 mm25-50 mm 细碎细碎短头圆锥破碎机短头圆锥破碎机粒度粒度5-8 mm5-8 mm 细磨细磨球磨机球磨机粒度小于粒度小于1mm1mm5-3-1第17页/共21页 b、液固分离设备液固分离设备 1）沉降槽沉降槽处理固体颗粒较大，液固比差别大，粘处理固体颗粒较大，液固比差别大，粘 小的浆液，小的浆液，特点：处理量大，连续操作特点：处理量大，连续操作 2）离心过滤机离心过滤机处理颗粒较细，滤渣含水要求低的料。处理颗粒较细，滤渣含水要求低的料。特点：过
18、滤动力大，效率高，周期长，处理量小。特点：过滤动力大，效率高，周期长，处理量小。3）真空过滤机真空过滤机处理容易过滤的物料，对渣含水量要处理容易过滤的物料，对渣含水量要 不严。不严。特点：连续操作，处理量大特点：连续操作，处理量大。4）板框压滤机板框压滤机以压力为动力的间歇设备，以压力为动力的间歇设备，特点：结构简单，使用范围广。特点：结构简单，使用范围广。5）管式过滤器管式过滤器采用微孔材料（金属陶瓷等）或缠绕采用微孔材料（金属陶瓷等）或缠绕 层滤布。适用于渣粒细小，渣量少的悬浮液。层滤布。适用于渣粒细小，渣量少的悬浮液。5-3-2第18页/共21页C:液体输送设备液体输送设备(泵泵)离心式清水泵 泥浆泵 隔膜泵 螺杆泵 涡流泵 活塞泵 第19页/共21页2、根据生产能力的大小选择规格、台数根据生产能力的大小选择规格、台数 1）机电设备机电设备根据所需要的容量。根据所需要的容量。2）风机风机根据气体介质、种类、风压、风量。根据气体介质、种类、风压、风量。3）空气压缩机空气压缩机根据压缩空气消耗量根据压缩空气消耗量 4）泵类泵类根据扬程、流量及介质性质根据扬程、流量及介质性质 5）球磨机球磨机根据磨矿要求和磨矿量，吨根据磨矿要求和磨矿量，吨/时时 6）真空泵真空泵根据抽气能力，极限真空。根据抽气能力，极限真空。5-3-3第20页/共21页