Пример расчет распределения марганца между металлическим и шлаковым расплавом

В таблице 1 приводятся исходные данные, необходимые для заданного расчета.

Таблица 1 – Исходные данные

Исходные данные	Варианты исходных условий
Темпера-тура, °С	Состав шлака, %	Кол-во шлака, % к мет.	[Mn], %
(CaO)	(SiO2)	(FeO)	(MnO)	(MgO)
							0,35	t°: 1500°С 1550°С

Реакция окисления-восстановления Mn идет на границе металл – шлак по уравнению:

[Mn] + (FeO) = (MnO) + Fe_ж.

Константы равновесия:

_, .

При t = 1600°С: , ;

При t = 1500°С: , ;

При t = 1550°С: , .

Активности FeO и MnO связаны с химическим составом шлака. Для определения коэффициента активности можно воспользоваться уравнениями В.А. Кожеурова. Т.к. в этих уравнениях состав шлака выражается в мольных долях, необходимо сделать соответствующие расчеты. Пусть состав шлака находится в следующем порядке:

FeO	MnO	CaO	MgO	SiO2	P2O5

XFeO	XMnO	XCaO	XMgO	XSiO2	XP2O5
0,166	0,059	0,485	0,074	0,217	-

Определяем (по Кожеурову) коэффициент активности FeO:

При t = 1600°С:

При t = 1500°С:

При t = 1550°С:

При t= 1600°С:

При t= 1500°С:

При t= 1550°С:

Температура, °С	lgFeO	gFeO	aFeO
	0,397	2,495	0,699
	0,419	2,624	0,735
	0,408	2,559	0,717

Аналогично:

При t = 1600°С: ;

При t = 1500°С: ;

При t = 1550°С: ;

Температура, °С	lgMnO	gMnO	aMnO
	0,144	1,393	0,082
	0,152	1,419	0,084
	0,149	1,409	0,083

Коэффициент распределения марганца между металлом и шлаком выводится из уравнения константы равновесия:

При t = 1600°С:

При t = 1500°С:

При t = 1550°С:

Балансовое уравнение по марганцу:

,

где n – стехиометрический коэффициент пересчета с элемента на соединение;

m – удельное количество шлака.

В данном случае: n = 55 / 71 = 0,774, а m = 0,12.

Составим систему уравнений:

При t = 1600 °С:

0,35 - [Mn]_p=10,235*[Mn]_p - 0,65016,

11,235*[Mn]_p = 1,00016,

[Mn]_p = 0,089%, а (MnO)_p = 9,81%.

При t = 1500°С:

0,35 - [Mn]_p=16,52*[Mn]_p - 0,65016,

16,52*[Mn]_p = 1,00016,

[Mn]_p = 0,061%, а (MnO)_p = 10,85%.

При t = 1550°С:

0,35 - [Mn]_p=12,915*[Mn]_p - 0,65016,

12,915*[Mn]_p = 1,00016,

[Mn]_p = 0,077%, а (MnO)_p = 10,71%.

Таким образом, марганец в рассматриваемых условиях должен окисляться и переходить в шлак.

Степень удаления марганца равна:

При t = 1600 °С:

При t = 1500 °С:

При t = 1550 °С:

На основании расчета составляем график зависимости степени удаления марганца из металла в шлак в зависимости от температуры (количества шлака или марганца исходного).

3 Варианты заданий для расчета распределения марганца между металлическим и шлаковымрасплавом

№ вар.	Исходные данные	Варианты исходных условий
Темпера-тура, °С	Состав шлака, %	Кол-во шлака, в % к мет.	[Mn]исх, %
(CaO)	(SiO2)	(FeO)	(MnO)	(MgO)
								0,45	К-во шлака 6, 12
								1,12	К-во шлака 8,12
								0,94	К-во шлака 9, 11
								0,75	К-во шлака 8, 15
								0,40	К-во шлака 7, 14
								0,75	К-во шлака 8, 16
								1,16	К-во шлака 7, 15
								0,28	К-во шлака 8, 12
								0,32	[Mn]исх 0,62; 0,98
								0,65	[Mn]исх 0,34; 1,14
								0,84	К-во шлака 9, 13
								0,77	[Mn]исх 0,33; 1,12
								0,34	[Mn]исх0,66; 1.02
								0,83	[Mn]исх 0,55; 1,43
								0,78	[Mn]исх 0,52; 1,27
								0,43	[Mn]исх 0,82; 1,12
								0,48	К-во шлака 6, 14
								0,32	[Mn]исх 0,56; 0,95
								0,65	К-во шлака 8, 14
								0,60	К-во шлака 6, 8
								0,96	К-во шлака 6, 10
								0,42	К-во шлака 7, 15
								1,24	К-во шлака 9, 13
								0,47	К-во шлака 6, 15
								0,68	К-во шлака 6, 14
								0,77	К-во шлака 7,10
								0,58	[Mn]исх 0,30; 0,88
								0,62	[Mn]исх 0,37; 1,40
								0,75	[Mn]исх 0,43; 1,22
								0,77	[Mn]исх 0,50; 1,32

Список использованных источников

1. Колпаков С. В. и др. Производство стали в современных конвертерных цехах. М., Машиностроение. 1991.

2. Бойченко Б.М. и др. Конвертерное производство стали. 2006.

3. Металлургия стали. Под редакцией Явойского В.И. – М. Металлургия. 1981.

4. Линчевский Б.В., Теория металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1995

Дата добавления: 2015-07-15