Определение расхода извести, веса и состава шлака

ЗАДАННЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

а) Химический состав чугуна.

Состав чугуна, %
С	Si	Mn	S	P
4,3	0,5	0,6	0,04	0,2

б) Доля лома в шихте – 13%.

в) Химический состав лома.

Химический состав, %
С	Si	Mn	S	P
0,08	0,3	0,4	0,010	0,015

г) Содержание углерода в полупродукте.

[C]полупродукт

0, 045%

д) Состав извести

Хим.состав	SiO2	Al2O3	MgO	СаО	S	СО2
%	2,0	1,0	1,0	93,9	0,1	2,0

е) Состав комплексного флюса, используемого в качестве дополнительного шлакообразующего материала

Хим.состав	SiO2	Al2O3	MgO	Fe2O3	СаО	S
%	16.92	10,09	28,32	8,923	35,74	0,007

ж) Количества флюса – 1.2 % от металлической части шихты.

[% Si] чугун	более 0,5 %	не более 0,5 %
Кол-во, % от мет. части шихты	0,5 ¸ 1,0	1,0 ¸ 1,5

з) Состав футеровки.

Хим.состав	СаО	SiO2	Fe2O3	MgO	C
%	1,0	0,5	1,0	86,6	10,9

и) Расход футеровки – 1,75 кг/т.

к) Основность шлака

СаО/SiO2

л) Степень окисления железа в шлаке

При верхней кислородной продувке

Fe³⁺ / (Fe²⁺ + Fe³⁺) = 0,3

м) температура стали на выпуске 1900 К.

РАСЧЕТ СРЕДНЕГО СОСТАВА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ШИХТЫ

[% i] = [% i]_чугун * % чугуна / 100 % + [% i]_лом * % лома / 100 %

где [% i] – среднее содержание элемента в металлической части шихты;

[% i]_чугун - содержание элемента в чугуне;

[% i]_лом - содержание элемента в ломе.

Средний состав металлической части шихты, %
С	Si	Mn	S	P
3.751	0.474	0.574	0.036	0.176

ВЫБОР СОСТАВА МЕТАЛЛА ПОСЛЕ ПРОДУВКИ

- кремний – 0 %;

- марганец – 20 % от среднего состава металлической части шихты;

- фосфор – 10-15 % от среднего состава металлической части шихты;

- сера – 70-80 % от среднего состава металлической части шихты.

Состав металла после продувки, %
С	Si	Mn	S	P
0.045	0.00	0.115	0.027	0.018

Определение угара ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ элементов И количества образующихся продуктов окисления

Расчет проведем на 100 кг металлической части шихты.

Расчетные соотношения:

∆[i] = [i]_ш – [i]_ст,

где ∆[i] – количество удаленной примеси;

[i]_ш - количество примеси, поступившей с шихтовыми материалами;

[i]_ст – содержание элемента в стали после продувки.

∆О = ∆[i] * Mo/Mi,

где ∆О – расход кислорода на окисление примеси,

Mo – масса кислорода в молекуле оксида, г/моль,

Mi - масса некислородного элемента в молекуле оксида, г/моль.

∆i_xО_y = ∆[i] + ∆О,

где ∆i_xО_y – масса продукта окисления.

Например, Для кремния

∆[Si] = [Si]_ш– [Si]_ст,

∆О = ∆[Si] * 32/28,

∆SiО₂ = ∆[Si] + ∆О.

Количество удаленных шлакообразующих примесей, расход кислорода и количество оксида

	Количество удаленных примесей, кг	Образующиеся оксиды	Расход кислорода, кг	Образуется продуктов окисления, кг
Si	0.474	SiO2	0.542	1.016
Mn	0.459	MnO	0.134	0.593
P	0.158	P2O5	0.204	0.363
S	0.009		0.000	0.009

Определение расхода извести, веса и состава шлака

Порядок расчета массы и состава шлака:

- определение количества оксидов, поступившими в шлак при окислении примесей чугуна, из футеровки, из вспомогательных шлакообразующих материалов;

- расчет потребности в извести, исходя из содержания в шлаке кислотных оксидов, заданной основности шлака и флюсующей способности извести;

- определение количества оксидов, поступающих в шлак из извести;

- определение суммарного количества всех поступивших в шлак оксидов, кроме оксидов железа;

- оценка содержания оксидов железа, исходя из содержания углерода в полупродукте;

- определение массы шлака и процентного содержания компонентов в шлаке.

∆i_xО_y = Q_ШМ * [i_xО_y] /100,

∆i_xО_y – поступление оксида в шлак из данного источника;

Q_ШМ – расход шлакообразующего материала, кг/ 100 кг мет.шихты;

[i_xО_y] – содержание оксида в шлакообразующем материале, %.

Масса шлакообразующих материалов

Источник шлакообразующих	Масса оксидов, кг
SiO2	Al2O3	Fe2O3	MnO	СаО	MgO	P2O5	S
Чугун	1.016			0.593			0.363	0.009
Футеровка	0.001		0.002		0.002	0.152
Флюс	0.203	0.121	0.107		0.429	0.340
Итого	1.220	0.121	0.109	0.593	0.431	0.491	0.363	0.009

Содержание кислых оксидов в шлаке – (SiO₂ + P₂O₅) = 1.582 кг

Необходимое количество CaO

(CaO)/(SiO₂ + P₂O₅) = 4

(CaO) = 4 · 1.582 = 6,329 кг

Требуется внести 6,279 – 0,431 = 5,899 кг

Флюсующая способность извести

CaO_{известь} – 4 · SiO_{2 известь} = 93,9 - 4 · 2 = 85,9%

Расход извести

5,899 / 0,859 = 6,867 кг

Количество оксидов железа в шлаке оцениваем, исходя из содержания углерода в полупродукте и используя соотношение Доброхотова для окислительных основных шлаков

[O] = 0,0025/[C]

;

.

Тогда

- содержание в шлаке Fe²⁺ = 21,8 / 72 · 56 = 16,95%,

- содержание в шлаке Fe³⁺ = 0,3 / (1 - 0,3) · 16,95 = 7,27%,

- содержание в шлаке (Fe₂О₃) = 7,27 / 112 · 160 = 10,38%.

Сумма оксидов железа в шлаке

(FeO) + (Fe₂О₃) = 32,17%

Масса шлака без оксидов железа – 9,957 кг (таблица ниже: сумма третьей строки)

Масса оксидов железа в шлаке

(FeO) = 9,957 / (100 – 32,17) · 21,8 = 3, 199 кг

(Fe₂О₃) = 9,957 / (100 – 32,17) · 10,38 = 1, 524 кг

Масса и состав шлака к концу продувки

Источник шлакообразующих	SiO2	Al2O3	Fe2O3	FeO	MnO	СаО	MgO	P2O5	S
Из табл.	1.220	0.121			0.593	0.431	0.491	0.363	0.009
Известь	0.137	0.069				6.448	0.069		0.007
Масса шлака без оксидов железа	1.357	0.190			0.593	6.879	0.560	0.363	0.016
Масса шлака с оксидами железа	1.357	0.190	1.524	3.199	0.593	6.879	0.560	0.363	0.016
Итого	9.24	1.29	10.38	21.80	4.04	46.86	3.82	2.47	0.11

Масса шлака с оксидами железа – 14,680 кг.

6. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ СОСТАВА МЕТАЛЛА И ШЛАКА

6.1. Пересчет шлака на 100%.

Исходя из допущения, что шлак состоит из шести оксидов.

(% i)^’=(% i)*100%/(%FeO+% MnO+% CaO+% MgO+% SiO₂+% P₂O₅)

Состав шлака, мас.%
FeO	MnO	CaO	MgO	SiO2	P2O5
24,71	4,58	53,11	4,33	10,47	2,80

6.2. Определяем число молей компонентов в 100г шлака.

n_i = (%i)’ / M_i,

где (%i) – содержание оксида в массовых процентов,

M_i – молярная масса оксида.

компонент	FeO	MnO	CaO	MgO	SiO2	P2O5
Масс.%	24,71	4,58	53,11	4,33	10,47	2,80
Молярная масса Мi, г/моль
Число молей в 100 г ni, моль	0,343	0,064	0,948	0,108	0,175	0,020

6.3. Определяем число грамм-ионов катионов.

n_i⁺ = n_i · n_i,

где n_i – число частиц некислородного элемента в молекуле оксида, который

образует данный катион (для FeO n = 1, для P₂O₅ n = 2);

n_i – число молей оксида в 100 г шлака.

компонент	Fe ^2 +	Mn ^2 +	Ca ^2 +	Mg ^2 +	Si ^4 +	P ^5 +
Число грамм-ионов ni^+	0,343	0,064	0,948	0,108	0,175	0,040

6.4. Определяем сумму грамм-ионов всех катионов в 100 г шлака.

6.5.Определяем ионные доли компонентов в шлаковом расплаве.

,

Ионные доли
Fe ^2 +	Mn ^2 +	Ca ^2 +	Mg ^2 +	Si ^4 +	P ^5 +
X1	X2	X3	X4	X5	X6
0,204	0,038	0,565	0,064	0,104	0,023

6.6. Определяем десятичные логарифмы коэффициентов активности компонентов шлака.

lgg₁ = 1000 / T * [2,188X₂X₅ + 5,908(X₃ + X₄)X₅ + 10,503X₃X₆]

lgg₂ = lgg₁ – (2188 / T) * X₅

lgg₆ = lgg₁ – (10503/T) * X₃

Fe ^2 +	Mn ^2 +	P ^5 +
lgg1	lgg2	lgg6
0,281	0,162	-2,843

6.7. Определяем коэффициенты активности компонентов шлака.

Fe ^2 +	Mn ^2 +	P ^5 +
g1	g2	g6
1,911	1,451	0,0014

6.8. Расчет коэффициентов активности марганца и фосфора в металле.

,

где e_i^j – параметр взаимодействия;

[%j] – концентрация.

	С	Si	Mn	S	P
eMn^j	-0,07			-0,048	-0,0035
eP^j	0,13	0,12		0,028	0,062

Результаты расчета

f_[Mn] = 0,990

f_[P] = 1,016

6.9. Расчет равновесного содержания марганца

Распределение марганца между металлом и шлаком определяется равновесием реакции

[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe].

Константа равновесия этой реакции имеет вид:

Температурная зависимость константы равновесия, полученная из первичных термодинамических данных

lg k_Mn = 5248,78/T – 2,13.

При 1900 K k_Mn = 4,29.

Расчет равновесной концентрации марганца

.

6.10. Расчет равновесного содержания фосфора

Расчет концентрации фосфора в металле, равновесной со шлаком заданного состава.

Распределение фосфора между металлом и шлаком может быть описано равновесием реакции

[P] + 5/2(FeO) = (PO_5/2) +5/2[Fe].

Константа равновесия этой реакции имеет вид:

.

Тогда

.

Температурная зависимость константы равновесия имеет вид

lg k_P = 9000/T – 5,3.

При 1900 К k_P = 0,273.

Расчет равновесной концентрации фосфора

6.11. Расчет равновесного содержания серы

Расчет содержания серы производится по формуле

где L_p – коэффициент распределения серы. Рассчитывается по уравнению Доброхотова

Lp = 13 – 0.3*((%SiO₂) + (%Al₂O₃) + (%P₂O₅))

u – кратность шлака (u = m_шлака / m_{металла}).

Lp = 13 – 0.3 * (9.24 + 1.29 + 2.47) = 9.1

Выход жидкой стали:

- снижение содержания углерода

3,751-0,045 = 3,706 кг

- снижение содержания шлакообразующих примесей

0,474+0,459+0,158+0,009 = 1,1 кг

- количество Fe, окисляемого до FeO

3.199*56/72=2.488 кг

- количество Fe, окисляемого до Fe2O3

(1.524-0.109)*112/160 =0.991 кг

- количество металлических корольков в шлаке (10% от массы шлака)

0,1* 14,680 = 1,468 кг

- количество Fe, теряемого в виде пыли с дымовыми газами

0,5 кг

- выход жидкой стали из 100 кг металлической части шихты

100-3,706-1,1-2,488-0,991-1,468-0,5 = 89,747 кг

Тогда кратность шлака

u = 14.68/89.747 = 0.164

Равновесное содержание серы

[S]k = 0.036/(1+0.164*9.1) = 0.014%

Дата добавления: 2015-07-08