Контрольная работа: Расчет доменной шихты
Расчет доменной шихты
Расчет
доменной шихты
1.
Исходные
данные для расчета
Доменная шихта состоит из трех основных частей: железорудный материал (ЖРМ), состоящий обычно из агломерата и окатышей, флюс и твердое топливо. В составе шихты могут также использоваться различные добавки, прежде всего, отходы металлургического производства.
а) Химический состав компонентов шихты
Железорудный материал содержит 80 % агломерата с содержанием железа 54,8 % и 20 % окатышей с содержанием железа 62,30% . Среднее (средневзвешенное) содержание железа в смеси составляет: 54,8· 0,8 + 62,3· 0,2 = 56,3 %.
Содержание Fe2O3 в железорудном материале находят следующим образом:
в агломерате
Fe2O3 = (Feобщ - FeO· 56 / 72) · 160 / 112= (54,8-10,8·56/72)·160/112= 66,29%
в окатышах
Fe2O3
= (Feобщ
- FeO· 56 / 72) 160 /
112=(62,3-2,95·56/72)·160/112=85,72%
Для получения наиболее точного результата расчета сумма всех составляющих (оксидов) каждого компонента шихты должна быть равна 100 %.
в агломерате
∑Y =66,29+10,8+7,83+1,6+11,20+2=99,72% это меньше 100 %, следовательно есть неучтенные оксиды (ХO), содержание которых определяется следующим образом:
ХO
= 100 - ∑Y,
где ∑Y - сумма всех оксидов, указанных в таблице химического состава материала, %.
ХО=100-99,72=0,28%
в окатышах
∑Y
=85,72+2,95+4,12+1,15+3,52+2,07=99,53% это меньше 100 %, следовательно есть
неучтенные оксиды (ХO),
содержание которых определяется следующим образом:
ХO
= 100 - ∑Y,
где ∑Y - сумма всех оксидов, указанных в таблице химического состава материала, %.
ХО=100-99,53=0,47%
Технический состав карагандинского кокса: зола (А) - 13,10 %; летучие (V) - 0,80 %;
сера (S) - 0,68 %; углерод (C) - 85,42 %; влага -3%.
Химический состав золы: SiO2 - 49,5%; Al2O3 - 28,30 %; CaO - 9,06 %; MgO - 1,20 %;
FeO - 12,94 %.
Таблица 1. Химический
состав шихтовых материалов
Материал
Содержание,
%
Fe
Mn
P
S
Fe2O3
FeO
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Cн
ПмПП
Агломерат
(Магнитогорский)
54,8
0,10
0,03
0,03
66,29
10,80
7,83
1,60
11,20
2,00
-
-
Окатыши (С/Сарбийские)
62,3
0,15
0,02
0,1
85,72
2,95
4,12
1,15
3,52
2,07
-
-
Смесь
(Р) (80% агл., 20% ок)
56,3
0,11
0,028 70,176
9,23
7,088
1,51
9,664
2,014
-
-
Известняк
(Ф)
(Аккермановское)
0,35
-
-
-
0,5
-
1,70
0,05
54,0
0,70
-
42,53
Зола
кокса (А)
(Карагандинский)
9,29
-
-
-
-
11,94
49,5
28,3
9,06
1,2
-
-
б) Параметры доменной плавки
Количество кремния, углерода и серы, переходящих
в чугун, на стадии расчета состава доменной шихты не может быть определено и
принимается в соответствии с заданной маркой чугуна- П1.
Потери элементов от улетучивания и распределение
их между чугуном и шлаком, %
Таблица 2
Химический
элемент
Fe
Mn
S
P
V
Cr
Передельный
чугун
Улетучивается,
%
-
-
0-5
-
-
-
Переходит
в чугун,% (Принятые значения)
99,2
-99,9 ηFe=99,8
50-70ηMn=60
95-100
100
ηP=100
70-80
90-98
Переходит
в шлак,%
0,1
-0,8
30-50
0
20-30
2-10
2. Расчет состава доменной шихты
Рассчитать потребность в агломерате, известняке
и коксе для выплавки чугуна марки П1; определить количество и состав шлака.
Химический состав материалов приведен в табл.1. Содержание кремния в чугуне -
0,7 %. Основность шлака - 1,25. В соответствии с данными табл. 1 принимаем
степень перехода марганца в чугун - 60%, фосфора - 100%; степень улетучивания
серы - 5%.
2.1 Определяем
содержание железа в чугуне
Feч
= ηFe∙
Feр∙
(100 - [Si]
-[C] -[S])
/ (ηFe∙
Feр
+ ηMn∙
Mnр
+ ηP∙Pр), где
ηFe
- доля железа шихты, переходящего в чугун, д. ед.
ηMn,
ηP
- степень перехода марганца и фосфора в чугун, д.ед.
Feр
-
содержание железа в ЖРМ
[Si],
[C], [S],
[Mn], [P]
- содержание кремния ,углерода, серы, марганца и фосфора в чугуне
соответственно, %.
2.2 Рассчитываем
расход кокса
К = 434 + 5,21· (57,5 - Feр)
+ 52,1· ([Si] - 0,66) +
5,64 (А - 11,1) + 1,3 (Sк
- 0,48),
К = 434 + 5,21· (57,5 -56,3) +52,1(0,70 - 0,66)
+ 5,64 (13,1 - 11,1) + 1,3 (0,68 - 0,48) = 453,876 кг/т чугуна
где А и Sк
- содержание золы и серы в коксе, %
2.3 Решаем
систему уравнений баланса железа и баланса основности
,01· ηFe
· (Р·Feр
+ 0,01·К·А· Feз.к.
+ Ф· Feф)
= 10·Feч
,01·(Р· CaOр
+ 0,01·К·А · CaOк
+ Ф· CaOф)/{0,01·(
Р· SiO2р
+ 0,01·К·А · SiO2к
+ Ф· SiO2ф)
- 21,4· [Si]
} = Вш,
где Вш - основность (CaO/
SiO2)
доменного шлака=1,25
,01· 0,998 · (Р·56,3+ 0,01·453,876·13,1· 9,29 +
Ф· 0,35) = 10·94,61
Р·56,3+Ф· 0,35 = 94247,24
Р = 1674,02 - 0,00622 Ф
,01·(Р· 9,664 + 0,01·453,876·13,1·9,06 + Ф· 54)
/{0,01·( Р· 11,94 + 0,01·453,876·13,1·49,5 + Ф· 1,7) - 21,4· 0,7 } = 1,25
,052Ф - 0,005Р = 1,267
,052Ф - 8,3701 + 0,0000311 Ф = 1,267
,0520311Ф = 9,6371
Ф = 185,22
Р = 1672,87
Таблица 3 - Расход ЖРМ, флюса и кокса, кг/т
чугуна
Расход
ЖРМ - Р
Расход
флюса (известняка) - Ф
Расход
кокса - К
1672,87
185,22
453,876
3.Расчет состава доменного шлака
3.1 Определяем
приход оксидов компонентов шихты в шлак (кг/т чугуна)
Мх = 0,01∙ (Р∙Хр
+ Ф∙Хф +0,01∙К∙А∙Хз.к),
где Мх - количество CaO
(MgO, Al2O3),
переходящего в шлак, кг/ т чугуна;
Хр, Хф, Хз.к -
содержание CaO (MgO,
Al2O3)
в ЖРМ, флюсе и золе кокса соответственно,%.
Оксид кремния
частично восстанавливается в чугун. Поэтому его масса в шлаке составляет:
МSiO2
= 0,01∙ (Р∙SiO2р
+ Ф∙ SiO2ф
+0,01∙К∙А∙ SiO2з.к)
- 21,4∙[Si]
,
где МSiO2
-
количество SiO2,
переходящего в шлак, кг/ т чугуна;
SiO2р,
SiO2ф,
SiO2з.к
- содержание SiO2
в ЖРМ, флюсе и золе кокса соответственно,%.
Масса оксидов железа, марганца
(ванадия и хрома в случае их наличия в шихте) в шлаке определяется их
количеством, вносимым в печь с шихтой, и степенью перехода в шлак:
МFeO
= 0,01∙ (Р∙Feр
+ Ф∙ Feф
+0,01∙К∙А∙ Feз.к)
∙ (1 - ηFe)
∙ (56 + 16) / 56
МMnO
= 0,01∙ (Р∙Mnр
+ Ф∙ Mnф
+0,01∙К∙А∙ Mnз.к)
∙
(1 - ηMn)
∙ (55 + 16) / 55
где МFeO,
МMnO
-
количество FeO и MnO,
переходящих в шлак, кг/ т чугуна.
МCaO
= 0,01∙ (1672,87∙9,664+ 185,22∙54,0+0,01·453,876∙13,1·9,06)
= 267,07;
МMgO
= 0,01∙ (1672,87∙2,014+ 185,22∙0,7 +59,46·1,2) =35,7;
МAl2O3
= 0,01∙ (1672,87∙1,51+ 185,22∙0,05 +59,46·28,3) = 42,18;
МSiO2
= 0,01∙ (1672,87∙7,088 + 185,22∙ 1,7 +59,46· 49,5) - 21,4∙0,7
=136,17
СаО/ SiO2
= 1,25, что соответствует заданному
МFeO
= 0,01∙ (1672,87∙56,3+ 185,22∙0,35 +59,46·9,29) ∙ (1 -
0,998) ∙ (56 + 16) / 56 = 2,43
МMnO
= 0,01∙ (1672,87∙0,11+185,22· 0 + 59,46·0) ∙ (1 - 0,6) ∙
(55 + 16) / 55 =0,95
3.2 Рассчитываем
массу серы, поступающей в печь с шихтой и распределяющейся между чугуном и
шлаком (Мs,
кг/т чугуна):
Мs
= 0,01∙ (Р∙Sр
+ Ф∙Sф
+К∙Sк)∙(1-λs),
где Sр,
Sф,
Sк
- содержание серы в ЖРМ, флюсе и коксе соответственно,%.
λs
- степень улетучивания серы, д. ед.
Мs
= 0,01∙ (1672,87∙0,068 + 185,22∙0 +0)∙(1-0,05) = 0,569
кг/т чугуна
3.3 Принимаем
содержание серы в чугуне 0,03 % или 0,3 кг/т чугуна. Масса серы, переходящей в
шлак, составит
Мsш
= Мs
-
0,3 кг/т чугуна
Мsш
= 0,569
- 0,3 = 0,269 кг/т чугуна
Принимаем, что вся сера в шлаке находится в виде
сульфатов (в основном в виде сульфата кальция) и ее доля может быть учтена в
виде SO3.
Масса SO3
в шлаке составляет:
МSO3ш
= Мsш∙
(32 + 3∙16) /32 , кг/т чугуна
МSO3ш
= 0,269∙
(32 + 3∙16) /32 = 0,6725 кг/т чугуна
3.4 Определяем выход шлака
Выход шлака (Ш, кг/т чугуна) определяется как
сумма масс всех оксидов, переходящих в шлак:
Ш = ∑ Мi
= МCaO
+ МMgO
+ МAl2O3
+ МSiO2
+ МFeO
+ МMnO
+ МSO3ш
Ш = 267,07+35,7+42,18+136,17+2,43+0,95+0,6725 =
485,1725 кг/т чугуна
Результаты расчета заносим в таблицу 4.
Таблица 4 - Выход и химический состав шлака
Компонент
CaO
MgO
Al2O3 FeO
MnO
SO3
Всего
Приход
в шлак, кг/т чугуна
267,07
35,07
42,18
136,17
2,43
0,95
0,6725
485,17
Содержание,
%
55,16
7,23
8,7
28,07
0,5
0,2
0,14
100,0
4.Расчет состава чугуна
Содержание железа в чугуне определено ранее по
уравнению и составляет 946,7 кг/т чугуна
4.1 Рассчитываем
содержание марганца и фосфора в чугуне
МMn
= 0,01∙ (Р∙Mnр
+ Ф∙ Mnф
+0,01∙К∙А∙ Mnз.к)
∙ ηMn,
кг/т чугуна
Mn = 0,01∙
(1672,87∙0,11+ 0 + 0) ∙ 0,6 = 0,10 кг/т чугуна;
МР = 0,01∙ (Р∙Рр
+ Ф∙ Рф +0,01∙К∙А∙ Рз.к) , кг/т
чугуна
МР = 0,01∙ (1672,87∙0,028
+ 0 +0)=0,06 , кг/т чугуна
4.2 Содержание
кремния соответствует принятому в расчете:
МSi
= 10∙[Si],
кг/т чугуна
Si
=
10∙[Si] = 10∙0,7
= 7 кг/т чугуна
Уточняем содержание серы в чугуне.
При основности шлака 1,25 и содержании кремния в
чугуне 0,7 % величина коэффициента распределения серы в соответствии с рис.1
составляет Ls
= 16
Уточненное содержание серы в металле составит:
МS0
= Мs
/ (1 + Ш∙ Ls
), кг/т чугуна
S = 0,569 / (1 +
0,48417∙ 16 ) = 0,06 кг/ т чугуна
где Ш - выход шлака, т/т чугуна
Содержание углерода в чугуне равно:
Сч = 1000 - [Fe]
- [Si] -[S]
- [Mn] - [P]
= 1000 -946,1-0,06-0,1-7-0,06=53,78 кг/т чугуна
Результаты расчета состава чугуна занести в
табл.3.3.
Таблица3.3 - Расчетный химический состав чугуна
Содержание
элементов
Si
Mn
P
S
C
Fe
Кг/т
чугуна
7
0,10
0,06
0,06
53,78
946,1
Масс.
%
0,7
0,01
0,006
0,006
5,38
94,61
Вывод
химический шихта чугун
Расчетный состав чугуна соответствует заданной
марке П1, относится к 1 группе по содержанию марганца
(<=
0,5), классуА по содержанию фосфора (не
более 0,1) и 1 категории по содержанию серы ( не более 0,01
Расчетный состав шлака удовлетворяет требованиям
доменной плавки по содержанию MgO
(не более 10 %).
