Расчет доменной шихты

 

Продолжение таблицы 1

Материал	MnO	FeS	SO3	P2O5	W	п.п
Агломерат №1	0,17	0,03	-	0,05	-	-
Агломерат №2	0,26	0,06	-	0,06	-	-
Известняк	-	-	-	0,05	2,50	43,39
Зола кокса	0,12	-	2,00	0,60	-	-

 

 

Таблица 3 – Технический состав кокса

Расход кокса, кг	Технический состав кокса
K	A	S	W
50,6	10,90	0,41	3,6

 

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, окатыши	5,0	3,0	2,5	2,0
Марганцевая руда	9,0	5,4	4,5	3,6
Кокс	1,0	0,8	0,7	0,6
Известняк	1,5	0,9	0,8	0,6

 

 

 

 

3.1 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:

 

3.2 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 известняка, 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  CaOx , CaOиз, CaOз.к., CaO2, SiO2x, SiO2из, , 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 =  169,354 кг;      Y =    1,6 кг.

т.е. А1 = 84,677 кг,    А2 = 84,677 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 50,6 кг кокса в шихту вносится золы в количестве

 кг,

где 10,90 - содержание золы в коксе,  %;

2. в коксе содержится 0,41 % 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 0,212 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 0,212 кг серы образуется CaS

кг;

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

 

 

 

 

Таблица 5 - Балансовая таблица

Стастьи балланса	Масса, кг	SiO2		Al2O3		CaO		MgO		Fe		Mn		S		P
		%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Агломерат 1	84,677	9,4	7,96	1,44	1,22	9,86	8,35	0,65	0,55	55,89	47,33	0,132	0,112	0,0109	0,009	0,022	0,019
Агломерат 2	84,677	9,1	7,71	1,38	1,17	11,2	9,48	1,25	1,058	54,72	43,8	0,102	0,086	0,0218	0,018	0,026	0,022
Известняк	1,6	1	0,016	0,62	0,01	41	0,656	10,1	0,162	2,688	0,043	-	-	-	-	0,022	0,00035
Зола кокса	5,515	42	2,32	24,4	1,35	4,1	0,226	1,3	0,072	17,836	0,984	0,093	0,005	0,41	0,207	0,262	0,014
Всего вносится шихтой			18,01		3,75		18,712		1,842		92,157		0,203		0,234		0,0554
Восстанавливается в чугун			1,393								91,973		0,112		0,017		0,0554
Улетучивается с колошниковыми газом															0,047
Расходуется на образование CaS							0,519								0,212
Переходит в шлак, кг			16,617		3,75		18,193		1,842		0,184 (0,243)		0,0812 (0,103)		0,212 (0,477)
Количество и состав шлака	40,82	40,71		9,187		44,569		4,512		0,595		0,252		1,168

 

3.3 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	40,71	41,13	40,13
Al2O3	9,187	9,282	9,282
CaO	44,569	45,029	RO = 49,6
MgO	4,512	4,558
∑	98,978	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) =

= 44,569+4,512+0,595+0,252=49,93%,   (13)

Т.к. Roфак Roтр следовательно , шлак по Рамму обладает достаточной 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, %.

 

 

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.

Суммарное влияние состава чугуна на коэффициент активности серы складывается из влияния отдельных элементов. Для передельного чугуна это удобно определить, через "эквивалентное" содержание углерода по формуле

 (17)

Найденное [С]экв подставляем в уравнение (18) и получают значение коэффициента активности серы в чугуне данного состава

     (18)

Определяем эквивалентную концентрацию углерода и коэффициент активности серы

4,99

Полученные значения подставляем в формулу (14) и определяем равновесный коэффициент распределения серы

17,418

Здесь парциальное давление оксида углерода в горне равно

 атм.

где  pд ‒ избыточное давление горячего дутья, атм (находится в пределах 2,5-4,5 атм)

Требующийся коэффициент распределения серы

     (10) 

 

что составляет от равновесного 12,47 100/17,418 = 71,59 %. Степень использования десульфурирующей способности шлака по Куликову составляет 30-60%, значит, полученный шлак обладает достаточной десульфурирующей способностью. Таким образом, шихта обеспечивает получение шлака обладающего согласно экспериментальным и эмпирическим зависимостям достаточной десульфурирующей способностью.

 

Вязкость шлака

Вязкость шлака определяем по диаграммам Мак-Кефффери при температурах 1773 К и 1673 К. В данном случае для опредения вязкости шлака необходимо польтзоваться четверными диаграммами CaO-MgO-SiO2-Al2O3. Содержание основных компонентов берем в пересчете на четыре компонента (таблица 6). Для того чтобы найти вязкость шлака содержащего 41,13 % SiO2 необходимо найти вязкость шлака при содержании SiO2 40% и 45 % и затем произвести пересчет (таблица 7).

Таблица 7 ‒ Вязкость шлака, Па с

Содержание SiO2 в шлаке, %	Температура, К
	1773	1673
40	0,33	0,69
45	0,45	0,98

 

Получаем, что вязкость шлака при температуре 1773 К составляет 0,357 Па с, а при 1673 К  ‒ 0,755 Па с.

Вязкость шлака при коксовой плавки при температуре 1773 К колеблется от  0,2 до 0,8 Па с, т.е. полученный шлак не препятствует нормальной работе печи.

Вязкость шлака при 1673 К определяется с целью контроля. Вязкость шлака считается нормальной если вязкость при  Т=1673 К примерно в два раза больше чем при 1773 К.