Расчет доменной шихты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Металлургические  расчетыпеч

 

Расчет доменной шихты выполняется на 100 кг чугуна. Цель расчета обеспечить заданный состав металла и шлака для получения качественного передельного чугуна с требуемыми составом и свойствами.

 

3.1 Исходные данные

 

Таблица 1 – Химический состав чугуна, %

Химический состав  чугуна %
Основность шлака	Si	S	C+P	Fe+Mn
1,10	0,64	0,020	4,56	94,78

 

Таблица 2 – Химический состав шихтовых материалов и золы кокса %

Материал	Уд.расход, кг/100 кг чугуна	FeO	Fe2O3	SiO2	Al2O3	CaO	MgO
Железная руда	2	0,58	78,93	12,20	5,16	0,16	0,06
Агломерат №1	60	12,70	61,55	10,40	1,10	12,30	1,70
Агломерат №2		11,50	62,00	10,30	1,20	12,30	1,20
Известняк		-	0,30	1,30	0,50	54,00	0,70
Зола кокса		-	29,29	41,20	21,55	4,46	1,77

 

Продолжение таблицы 1

Материал	MnO	FeS	SO3	P2O5	W	п.п
Железная руда	0,05	0,04	-	0,16	2,66	3,00
Агломерат №1	0,15	0,04	-	0,06	-	-
Агломерат №2	0,20	0,04	-	0,05	-	-
Известняк	-	-	0,30	0,10	42,80	2,00
Зола кокса	0,13	-	1,00	0,60	-	-

 

 

Таблица 3 – Технический состав кокса

Расход кокса, кг	Технический состав кокса
K	A	S	W
43,5	11,30	0,62	4

 

Принимаем, что в процессе доменной плавки:

1. с колошниковым газом улетучивается 2 % серы, от общего количества серы шихты;
2. при плавлении 99,8 % железа восстанавливается в чугун, остальное переходит в шлак;
3. фосфор полностью переходит из шихты в чугун;
4. при плавлении 60% марганца восстанавливается в чугун, 40 % переходит в шлак;
5. потери чугуна со скрапом и шлаком ( в виде корольков) составляют 0,5 %;
6. вынос пыли определяется учетом работы доменной печи (давления газа на колошнике);

Таблица 4 – Вынос материалов из доменной печи

Материалы	При давлении на колошнике, кПа
	110	170	200	250-280
Железная руда, агломерат	5,0	3,0	2,5	2,0
Кокс	1,0	0,8	0,7	0,6
Известняк	1,5	0,9	0,8	0,6

 

 

 

3.2 Расчет чистых компонентов из окислов

 

Для определения компонентов шихты необходимо составить и решить систему балансовых уравнений. Расчет уравнений производится на основе чистых элементов. Поэтому предварительно производим пересчет процентного содержания окислов в шихте на содержание чистых элементов. Перерасчет производится из соотношений: 

         (1)

         (2)

         (3)

         (4)

         (5)

         (6)

         (7)

Следовательно железа в окатышах, агломерате 1и 2 содержится:

 

3.3 Определение удельного расхода шихтовых материалов

 

Для получения 100 кг чугуна необходимо рассчитать расход агломератов 1 и 2 и окатышей. Для этого за X принимаем расход агломерата 1, а за Y  расход окатышей, кг. Составляем два  балансовых уравнения:

1. По балансу железа и марганца в чугуне

  (8)

где  [Fe], [Mn] ‒ содержание железа и марганца в чугуне, %;

ηFe, ηMn - степень перехода железа и марганца в чугун;

Fex,y,з.к. - содержание железа в отдельных компонентах доменной шихты, %;

X, Y, - удельный расход компонентов доменной шихты, кг;

К - удельный расход кокса, кг;

А - содержание золы в коксе, %.

После преобразований уравнение принимает следующий вид:

    (I)

2. по основности шлака

   (9)

где  CaO1 , CaOизв, CaOз.к., CaO2, , , , , SiO2з.к. - содержание извести и кремнезема в составляющих доменной шихты, %.

(SiO2)[Si] - количество кремнезема расходуемое на восстановление кремния из чугуна.

 

    (10)

где  [Si] - содержание кремния в чугуне, %;

60 - молекулярная масса  кремнезема;

28 - атомная масса кремния.

После преобразование уравнение имеет вид:

     (II)

Решая систему из двух уравнений (I) и (II) с двумя неизвестными, получаем, что

X =  114,12 кг;      Y =    1,629 кг.   

Для проверки произведенных расчетов составляем балансовую таблицу 5, в которой определяем количество элементов и оксидов, вносимых составляющими шихты, а также количество и состав шлака и состав чугуна.

При составлении балансовой таблицы принимаем:

1. при расходе 43,5 кг кокса в шихту вносится золы в количестве

 кг,

где 11,30 - содержание золы в коксе,  %;

2. в коксе содержится 0,62 % серы. Следовательно с коксом вносится серы

 кг;

3. количество кремнезема, расходуемое на восстановление кремния, чугуна определяем по формуле (10)

кг;

4. по условию принято, что 2% серы от общего количества серы, поступившей в печь, улетучивается из доменной печи с колошниковым газом составляет

 кг;

5. на ошлакование 0,2176 кг серы необходимо израсходовать извести (CaO)

 кг;

6. по условию 0,2 % железа от общего количества, поступившего в печь, переходит в шлак

кг Fe,

из него оксида FeO будет

кг;

7. по условию 40 % марганца от общего количества поступившего в печь, переходит в шлак

кг,

из него оксида марганца (MnO) будет

кг;

8. при переходе в шлак 0,2176 кг серы образуется CaS

кг;

9. при расчете количества шлака складывается соединения (окислы) элементов, входящих в шлак

 кг. 

Таблица 5 - Балансовая таблица

Стастьи балланса	Масса, кг	SiO2		Al2O3		CaO		MgO		Fe		Mn		S		P
		%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Железная руда	2	12,20	0,244	5,16	0,1032	0,16	0,0032	0,06	0,0012	55,727	1,145	0,0387	7,75 10-4	0,0146	2,9 10-4	0,06992	1,398 10-3
Агломерат №1	60	10,40	6,24	1,10	0,66	12,30	7,38	1,70	1,02	52,988	31,79	0,116	0,0698	0,0146	0,0087	0,026	0,0157
Агломерат №2	114,12	10,30	11,75	1,20	1,369	12,30	14,037	1,20	1,369	53,37	60,906	0,155	0,177	0,0146	0,0166	0,02185	0,0249
Известняк	1,629	1,30	0,021	0,50	0,0082	54,00	0,8796	0,70	0,0014	0,21	0,0034	-	-	0,12	0,00195	0,0437	0,0007
Зола кокса	4,92	41,20	2,027	21,55	1,06	4,46	0,219	1,77	0,087	20,503	1,0087	0,1007	4,96 10-3	0,62	0,2697	0,26	0,0129
Всего вносится шихтой			20,282		3,2004		22,52		2,4886		94,823		0,253		0,297		0,0556
Восстанавливается в чугун			1,37								94,633		0,152		0,020		0,0556
Улетучивается с колошниковыми газом															0,0594
Расходуется на образование CaS							0,3808								0,2176
Переходит в шлак, кг			18,912		3,2004		22,139		2,4886		0,1897 (0,244)		0,101 (0,131)		0,2176 (0,4896)
Количество и состав шлака	47,36	39,3		6,76		46,75		5,26		0,515		0277		1,034

 

3.4 Определение физико-химических свойств шлака

 

Пересчитываем состав шлака с фактического на 4 и 3 компонента и результаты заносим в таблицу 6.

Таблица 6 - Химический состав четырех- и трехкомпонентного шлака

Составляющие	Содержание в шлаке
	Фактическое	Пересчет на 4 к.	Пересчет на 3 к.
SiO2	39,93	40,46	40,46
Al2O3	6,76	6,85	6,85
CaO	46,75	47,36	RO = 52,69
MgO	5,26	5,33
∑	98,7	100	100

 

%

%

%

%

Полученный при плавке шлак проверяется на десульфурирующую способность, вязкость, плавкость.

Десульфурирующая способность шлака. Для представления о распределении серы между чугуном и шлаком, проводим оценку десульфурирующей способности по методам А.Н. Рамма и И.С. Куликова.

По эмпирической формуле А.Н. Рамма для получения чугуна с содержание 0,017 %  серы содержание оснований в шлаке должно быть равно

где  (Al2O3), (S) - соединения глинозема и серы в шлаке, %;

[Si], [S] - содержание кремния и серы в чугуне, %;

n - относительное количество шлака.

   (12)

Фактически в шлаке содержится оснований

Rофакт = (CaO)+(MgO)+(MnO)+(FeO) =

= 46,75+5,26+0,277+0,515=52,802 %,   (13)

Т.к. Roфак > Roтр следовательно, шлак по Рамму обладает избыточной десульфурирующей способностью.

Для контроля проверим десульфурирующую способность шлака по методу И.С. Куликова.

Для расчета L0s И.С. Куликов предложил формулу

    (14)

где  f[s] - коэффициент активности серы;

p[co] - парциальное давление оксида углерода в горне, атм.

  (15)

 

     (16)

где (CaO), (MgO), (MnO), (SiO2), (Al2O3) ‒ содержание окислов в шлаке, %.

9

Ход реакции десульфурации зависит от активности серы в металле. В случае много компонентных систем (чугун) для определения коэффициента активности используют формулы, справедливые для определенных диапазонов концентрации. При этом следует учитывать влияние на коэффициент активности всех элементов присутствующих в чугуне.