2.3 Розрахунок матеріального та теплового балансу плавки SiMn17p
Вихідні дані
Хімічний склад силікомарганцю, мас, % : Mn – 70; Si – н.м. 18; C – н.б. 1,6; P – 0,45; Fe – 9,84.
Таблиця 2.1 - Хімічний склад шихтових матеріалів
Матеріали |
|
|
|
Зміст,% |
|
|
|
|
|
Fe |
Mn |
P |
Mn3O4 |
MnO |
Fe2O3 |
FeO |
CaO |
Марганцевий агломерат |
2,64 |
42,94 |
0,23 |
48,2 |
10,58 |
3,1 |
0,61 |
3,3 |
МФШ |
0,36 |
39,1 |
0,013 |
- |
50,5 |
- |
0,46 |
6,42 |
Кварцит |
0,04 |
- |
- |
- |
- |
0,1 |
- |
0,56 |
Попіл коксику |
3,44 |
0,62 |
0,19 |
- |
- |
9,82 |
- |
0,59 |
Попіл електродної маси |
3,66 |
- |
- |
- |
- |
10,45 |
- |
6,33 |
Продовження таблиці - 2.1
Матеріали |
|
|
|
Зміст,% |
|
|
|
|
|
MgO |
SiO2 |
Al2O3 |
P2O5 |
SO3 |
Інші |
ППП |
Волога |
Марганцевий агломерат |
1,74 |
26,08 |
2,7 |
0,52 |
0,34 |
2,03 |
0,9 |
1 |
МФШ |
1,89 |
31 |
4,74 |
0,06 |
- |
4,93 |
- |
- |
Кварцит |
0,5 |
95.25 |
0,94 |
- |
- |
- |
- |
2,75 |
Попіл коксику |
4,68 |
53,25 |
20,44 |
0,7 |
0,4 |
- |
- |
- |
Попіл електродної маси |
6,17 |
50,05 |
26,4 |
- |
0,6 |
- |
- |
- |
Склад коксику, %
Попіл – 10,3; сірка – 1,62; летучі речовини – 1,1; С – 85,67; вологи – 4;водень – 0,51;азот – 0,5;кисень – 0,3.
Склад електродної маси, %
Попіл - 10; летучі речовини – 3; С – 87.
Таблиця 2.2 - Розподіл елементів між продуктами плавки
Елемент |
|
Переходить |
|
|
До металу |
До шлаку |
До вивітрення |
Mn |
80 |
18 |
2 |
P |
94 |
4 |
2 |
Si |
45 |
50 |
5 |
Fe |
95 |
5 |
0 |
S |
2 |
56 |
42 |
Розрахунок складу рудної частини шихти.
Позначивши вагу метала –Qме і частку мало фосфористого шлаку в шихті –qмфш, складаємо систему балансових рівнянь по марганцю і фосфору.
Балансове рівняння по марганцю
(100*0,429+ qмфш*0,391)*0,8=0,7 Qме
де 0,429 і 0,391 – частка марганцю в агломераті і малофосфористому шлаку;
0,8 – ступінь переходу марганцю до металу;
0,7 – частка марганцю у металі.
Балансове рівняння по фосфору
(100*0,0023+ qмфш*0,00013)*0,9=0,0045 Qме
де 0,0023 і 0,00013 – частка фосфору у концентраті, агломераті і малофосфористому шлаку;
0,9 – ступінь перходу фосфору у метал;
0,0045 – частка фосфору у металі.
Розрахунок необхідної ваги малофосфористого шлаку у силікомарганцевій шихті.
Розрахувавши систему рівнянь
34,3+0,313 qмфш=0,7 Qме
0,207+0,000117 qмфш=0,0045 Qме
знаходимо необхідну кількість малофосфористого шлаку у шихті
qмфш=0,01/0,0013=7,7 кг
Склад рудної частини шихти:
Марганцевий агломерат………………….100 кг
Малофосфористий шлак………………7,7кг
Всього 107,7 кг
Попередня маса силікомарганцю
Qме=(34,+7,7*0,313)/0,7=52 кг
Розрахунок кількості відновлювача.
Витрати вуглецю на відновлення окислів марганцю
Приймаємо, що вищі окисли марганцю відновлюються за рахунок окису вуглецю колошникових газів до MnO за реакціями:
3MnO2 +2CO = Mn3O4+2CO2,
3Mn2O3+CO = 2 Mn3O4+ CO2,
Mn3O4+CO = 3MnO+CO2.
Всього шихтовими матеріалами вноситься MnO
(100*0,429+7,7*0,391)*71/55=59,2 кг.
Розрахунок кількості вуглецю на відновлення MnO за реакцією
MnO+C = Mn+CO,
qc = 59,2*12/71*(0,8+0,02) = 8,2 кг.
де 0,02 – частка марганцю, яка втрачається з колошниковими газами.
Кількість марганцю, яка переходить до металу
59,2*55/71*0,8 = 36,69 кг.
Кількість марганцю, яка переходить до шлаку
59,2*55/71*0,18 = 8,2 кг.
Розрахунок кількості вуглецю на відновлення окислів кремнію.
Всього вноситься кремнезему шихтовими матеріалами
100*0,26+7,7*0,31 = 28,4 кг.
де 0,26; 0,31 – частка кремнезему в агломераті і МФШ.
Розрахунок кількості кремнію в силікомарганці
52*0,18 = 9,36 кг.
Розрахунок кількості кремнезему, необхідного для вилучення сплаву
qSiO2 = (9,36*60)/(0,45*28) = 44,57 кг.
де 0,45 – частка переходу кремнію до сплаву.
Необхідно додатково внести кремнезему
44,57-28,4 = 16,17 кг
або в перекладі на кварцит
16,17/0,95 = 17,02 кг.
де 0,95 – частка кремнезему в кварциті.
Розрахунок кількості вуглецю на відновлення кремнезему за реакцією
SiO2+2C = Si+2CO,
=
45,57*28/60*(0,45+0,05)
= 10,4 кг.
Переходить кремнезему до шлаку
44,57*0,5 = 22,29 кг.
де 0,5 – частка кремнезему, який переходить до шлаку.
Розрахунок кількості вуглецю на відновлення окислів заліза
Всього вноситься FeO шихтовими матеріалами
(100*0,0061+7,7*0,0046)+(100*0,031+17,02*0,001)*144/160=3,46 кг.
де 0,0061; 0,0046 – частка FeO в агломераті і шлаку; 0,031; 0,001 – частка Fe2O3 в агломераті і кварциті.
Розрахунок кількості вуглецю на відновлення FeO за реакцією
FeO+С = Fe+CO,
3,46*12/72*0,95=0,55 кг.
де 0,95 – частка заліза, яка переходить у метал.
Кількість заліза, яка переходить в сплав
3,46*56/72*0,95=2,56 кг.
Переходить FeO у шлак
3,46*0,05=0,173 кг.
де 0,05 – частка FeO, яка переходе у шлак.
Згідно результатам роботи промислових електричних печей витрати арматури на 1 т силікомарганцю складає 1,7 кг, тоді на 61,6 кг силікомарганцю витратиться арматури
1,7*0,052=0,09 кг.
Всього переходить заліза у силікомарганець
2,56+0,09=2,65 кг.
Розрахунок кількості вуглецю на відновлення окислів фосфору:
Всього вноситься Р2О5 шихтовими матеріалами
100*0,0052+7,7*0,0006=0,52 кг.
Розрахунок кількості вуглецю на відновлення Р2О5 за реакцією
Р2О5+5С=2Р+5СО,
=0,52*62/142*(0,9+0,05)=0,22
кг.
де 0,9; 0,05 – частка фосфору, який переходить у метал і втраченого з колошниковими газами.
Кількість фосфору, який переходить у в сплав
0,52*62/142*0,9=0,2 кг.
Переходить Р2О5 в шлак
0,52*0,05=0,026 кг.
де 0,05 – частка Р2О5 , який переходить в шлак.
Всього витрачається вуглецю на відновлення окислів шихтових матеріалав
∑q′c=
+
+
+
=
8,2+10,4+0,55+0,22=19,37
кг.
Утворюється окисі вуглецю за реакцією
С+1/2О2 = СО,
(19,37*28)/12=45,2 кг,
або
(19,37*22,4)/12=36,16
.
Кількість вуглецю, яка окислена вологою шихти
Колошниковий газ при виплавці силікомарганцю складається з 85% СО та 2% Н2.
Кількість колошникового газу
36,16/0,85=42,54 .
Кількість водню у колошниковому газі складає
42,54*0,02=0,85 .
Кількість вуглецю, необхідна для утворення водню за реакцією
Н2О+С= Н2+СО.
=0,85*12/22,4=0,46
кг.
Кількість вологи, яка приймає участь в реакції
0,85/22,4*18=0,68 кг.
Розчиняється вуглецю в силікомарганці
=52*0,016=0,83
де 0,025 – частка вуглецю в силікомарганці.
Загальні витрати вуглецю
∑
=∑q′c+
+
=19,37+0,46+0,83=20,66
кг.
Розрахунок приходу вуглецю.
Кількість вуглецю, яка вноситься електродами.
За даними Нікопольського заводу феросплавів витрати електродної маси складає 16 – 20 кг на 1 т сплаву.
Приймаємо 18 кг, тоді на 52 кг сплаву витрати складуть
0,052*18=0,94 кг.
Кількість вуглецю, яка вноситься електродною масою
0,94*0,87=0,82 кг.
де 0,88 – частка вуглецю в електродній масі.
Необхідна кількість вуглецю для виплавки сплаву
20,66-0,82=19,79 кг.
Витрати сухого Корсика для виплавки сплаву
Qкокса=19,77/0,8567=19,77 кг.
Кількість попелу.
Кількість попелу, який вноситься коксиком
19,77*0,103=2,04 кг.
де 0,098 – частка попелу в коксі.
Кількість попелу, яка вноситься електродною масою
0,94*0,1=0,094 кг.
де 0,1 – частка попелу в електродній масі.
Всього вноситься попелу коксиком та електродною масою
2,4+0,094=2,13 кг.
Розрахунок кількості і складу силікомарганцю.
Розрахунок кількості і складу силікомарганцю приведено в таблиці 2.3.
Таблиця 2.3 - Кількість і склад силікомарганцю
Елемент
|
Поступило, кг
|
Всього
|
||||
З шихти
|
З попелу коксика
|
З попелу електродної маси
|
кг
|
%
|
||
Mn |
36,69 |
2,04*0,0062*0,8=0,01 |
- |
36,7 |
73,49 |
|
Si |
9,36 |
2,04*0,533*28/60*0,45=0,42 |
0,094*0,5* *28/60*0,45= =0,001 |
9,781 |
19,59 |
|
Fe |
2,56 |
2,04*0,0344*0,95=0,067 |
0,094*0,037* *0,95=0,0003 |
2,627 |
5,26 |
|
P |
0,2 |
2,04*0,0019*0,9=0,004 |
- |
0,204 |
0,41 |
|
C |
0,83 |
- |
- |
0,83 |
1,6 |
|
S |
0,002 |
2,04*0,004*32/80*0,02=0,00007 |
- |
0,005 |
0,01 |
|
Всього |
49,64 |
0,5 |
0,0013 |
49,94 |
100 |
|
Розрахунок кількості і складу шлаку силікомарганцю, який утворився.
Розрахунок кількості і складу шлаку силікомарганцю, який утворився приведено в таблиці 2.4.
Таблиця 2.4 Кількість і склад шлаку силікомарганцю
Окисел
|
Поступило, кг
|
Всього
|
|
||||||||||
З шихти
|
З попелу коксика
|
Зпопелу електродної маси
|
кг
|
% |
|
||||||||
|
|
||||||||||||
MnO |
8,2 |
2,04*0,0085* *0,18=0,003 |
- |
8,203 |
19,02 |
|
|||||||
SiO2 |
22,29 |
2,04*0,533*0,5= =0,544 |
0,094*0,533*0,5= =0,024 |
22,858 |
52,95 |
|
|||||||
FeO |
0,173 |
2,04*0,098*0,05= =0,01 |
0,94*0,105*0,05= =0,0006 |
0,184 |
0,43 |
|
|||||||
|
P2O5 |
0,026 |
2,04*0,007*0,05= =0,00007 |
- |
0,0267 |
0,06 |
|||||||
|
Al2O3 |
3,06 |
2,04*0,2044=0,417 |
0,094*0,264=0,025 |
3,502 |
8,11 |
|||||||
|
CaO |
3,79 |
2,04*0,0059=0,012 |
0,11*0,0216=0,0024 |
3,62 |
7,37 |
|||||||
|
MgO |
1,89 |
- |
0,094*0,062=0,0058 |
1,896 |
4,39 |
|||||||
|
S |
0,268 |
2,04*0,01*0,56= =0,011 |
- |
0,279 |
0,65 |
|||||||
|
Інші |
2,409 |
- |
- |
2,409 |
5,58 |
|||||||
|
Всього |
42,106 |
0,998 |
0,061 |
43,165 |
100 |
|||||||
Розподіл сірки між продуктами плавки.
Агломератом вноситься сірки
100*0,0034*32/80=0,136 кг.
Коксиком вноситься сірки
19,77*0,0162=0,32 кг.
де 0,0162 – частка сірки у коксику.
Попелом коксика вноситься сірки
2,04*0,0083=0,017 кг.
де 0,083 – частка сірки в попелі коксика.
Всього вноситься сірки
0,136+0,32+0,017=0,473 кг.
Втрати елементів з колошниковим пилом і пічними газами
З колошниковим пилом
Mn – 45?859*0.02=0,92 кг
Si – 44,57*28/60*0,05=1,04 кг
Р – 0,52*62/142*0,05=0,01 кг
Всього 1,97 кг.
З електропічними газами
S у вигляді SO3 0,473*0,42*80/32=0,497 кг
Летучі коксу 19,77*0,011=0,217 кг
Летучі електродної маси 1,1*0,03=0,033 кг
Всього 0,747 кг.
Втрати у вигляді СО2
ППП агломерату 100*0,008=0,8 кг.
Випарюється вологи
(100/0,99-100)+(19,77/0,9-19,77)=3,21 кг.
Кількість і склад газової фази.
Кількість окисі вуглецю, яка утворилася при відновленні окислів шихти
(20,66+0,68)*60/28=45,37 кг.
Кількість СO2 ,яка витрачається на відновлення вищих окислів Mn і Fe.
Витрати СО на відновлення Mn3O4 до MnO
Mn3O4+CO=3MnO+CO2
100*0,3669*28/229=4,48 кг.
Кількість CO2 ,яка утвориться при відновленні Mn3O4 до MnO
4,48*44/28=7,04 кг.
Витрати СО на відновлення Fe2O3 до FeO
Fe2O3+CO=2FeO+ CO2
100*0,0265*28/160=0,464 кг.
Кількість CO2, яка утворилася при відновленні Fe2O3 до FeO
0,464*44/28=0,729 кг.
Залишок окисі вуглецю у газовій фаз
45,37-(4,48+0,464)=40,43 кг.
Кількість CO2 в газовій фазі
7,04+0,729=7,769 кг.
Склад газової фази
CО – 40,43*22,4/28=32.344 ,
CO2 – 7,769*22,4/44=3,955 ,
SO3 – 0,497*22,4/80=0,139 .
Склад і кількість колошникового газу приведено в таблиці 2.5.
Таблиця 2.5 - Склад і кількість колошникового газу
Складові |
кг |
Об′єм, |
Об′єм, % |
Вага, % |
СО |
40,43 |
32.344 |
84,97 |
80,79 |
CO2 |
7,769 |
3,955 |
10,39 |
15,53 |
SO3 |
0,479 |
0,139 |
0,37 |
0,96 |
Н2 |
0,68 |
1,08 |
2,84 |
1,36 |
Летучі |
0,683 |
0,546 |
1,43 |
1,36 |
Всього |
50,041 |
38,064 |
100 |
100 |
Баланс марганцю, кремнію, заліза, фосфору і вуглецю.
Баланс марганцю приведено в таблиці 2.6.
Таблиця 2.6 - Баланс по марганцю
|
Прибуток |
|
|
Витрати |
|
Прибуло |
кг |
% |
Отримали |
кг |
% |
Марганцевий |
42,94 |
93,429 |
Метал |
36,7 |
80,096 |
агломерат |
|
|
Шлак |
8.2 |
17,896 |
Малофосфористий |
3,01 |
6,549 |
|
|
|
шлак
|
|
|
Вивітрення |
0,92 |
2,008 |
Попіл коксика |
0.01 |
0,022 |
|
|
|
Всього |
45,96 |
100 |
Всього |
45,82 |
100 |
Баланс по кремнію приведений в таблиці 2.7
Таблиця 2.7 - Баланс по кремнію
|
Прибуток |
|
|
Витрати |
|
Прибуло |
кг |
% |
Отримали |
кг |
% |
Марганцевий |
26,08 |
57,01 |
Метал |
22,28 |
48,63 |
агломерат |
|
|
|
|
|
Малофосфористий |
2,387 |
5,21 |
Шлак |
22,858 |
49,94 |
шлак |
|
|
|
|
|
Кварцит |
16,17 |
35,35 |
|
|
|
Попіл коксика |
1,09 |
2,38 |
Вивітрення |
1,01 |
1,398 |
Попіл електродної |
0,047 |
0,103 |
|
|
|
маси |
|
|
|
|
|
Всього |
45,774 |
100 |
Всього |
45,774 |
100 |
Баланс по залізу приведений в таблиці 2.8.
Таблиця 2.8 - Баланс по залізу
|
Прибуток |
|
|
Витрати |
|
Прибуло |
кг |
% |
Отримали |
кг |
% |
Mn - агломерат |
2,64 |
82,269 |
Метал |
2,627 |
93,82 |
Малофосфористий |
0,36 |
11,218 |
Шлак |
0,073 |
6,18 |
шлак |
|
|
|
|
|
Кварцит |
0,04 |
1,294 |
|
|
|
Електродна арматура |
0,09 |
2,913 |
|
|
|
Попіл коксика |
0,07 |
2,265 |
|
|
|
Попіл електродів |
0,009 |
0,291 |
|
|
|
Всього |
3,209 |
100 |
Всього |
2,8 |
100 |
Баланс по фосфору приведено в таблицы 2.9.
Таблиця 2.9 - Баланс по фосфору
|
Прибуток |
|
|
Витрати |
|
Прибуло |
кг |
% |
Отримали |
кг |
% |
Марганцевий |
0,23 |
89,494 |
Метал |
0,2 |
84,388 |
агломерат |
|
|
Шлак |
0,0267 |
11,266 |
Малофосфористий |
0,0013 |
5,058 |
Вивітрення |
0,01 |
4,219 |
шлак |
|
|
|
|
|
Попіл коксику |
0,0014 |
5,447 |
|
|
|
Всього |
0,257 |
100 |
Всього |
0,237 |
100 |
Баланс по вуглецю приведено в таблиці 2.10.
Таблиця 2.10 - Баланс по вуглецю
|
Прибуток |
|
|
Витрати |
|
Прибуло |
кг |
% |
Отримали |
кг |
% |
|
|
|
На навуглецювання |
0,83 |
4,02 |
Коксик |
19,79 |
96,02 |
Окислення до СО |
19,37 |
93,76 |
Електродна маса |
0,82 |
3,98 |
На відновлення водню |
0,46 |
2,22 |
Всього |
20,61 |
100 |
Всього |
20,66 |
100 |
Зведений баланс в таблиці 2.11.
Таблиця 2.11 - Зведений баланс
Задано |
кг |
% |
Отримали |
кг |
% |
Марганцевий |
100 |
67,19 |
Метал |
49,94 |
33,56 |
агломерат |
|
|
|
|
|
Малофосфористий |
7,7 |
5,17 |
Шлак |
43,165 |
29 |
шлак |
|
|
|
|
|
Кварцит |
17,02 |
11,44 |
Колошниковий газ |
50,041 |
33,63 |
Коксик |
19,77 |
13,28 |
Вивірення |
1,97 |
1,32 |
|
|
|
елементів |
|
|
Електродна маса |
0,94 |
0,62 |
Пари води |
3,21 |
2,16 |
Електродна арматура |
0,09 |
0,06 |
|
|
|
Волога шихти |
0,893,3 |
2,22 |
Нев′язка |
0,494 |
0,33 |
Всього |
148,82 |
100 |
Всього |
148,82 |
100 |
За допомогою зведеного матеріального балансу визначаємо натуральну тонну силікомарганцю (таблиця 12.1).
Таблиця 2.12 - Витрати сухих шихтових матеріалів на одну натуральну тонну силікомарганцю
Матеріал |
Витрати на 1т, кг |
Марганцевий агломерат |
2002,4 |
Малофосфористий шлак |
780,22 |
Матеріал |
Витрати на 1т, кг |
Кварцит |
226,16 |
Коксик |
460,73 |
Визначаємо коефіцієнт перерахунку на одну натуральну тонну силікомарганцю
1000/49,94=20,02
Розрахунок кількості продуктів плавки на одну натуральну тонну силікомарганцю
Металу – 49,94*20,02=1000 кг.
Шлаку – 43,165*20,02=864,34 кг.
Колошниковий газ – 50,041*20,02=1002,02 кг.
Вивірення елементів – 1,97*20,02=39,45 кг.
Пари води – 3,21*20,02=64,28 кг.