1. Расчет материального баланса

1.Расход количества восстановителя

Рассчитываем количество продуктов соответствующих превращений и связываемого кислорода в соответствии с исходными данными (таблицы 1-5) и с учетом практических данных (таблица 6). Полученные расчетные данные заносим в таблицу 1.1.

1. Из 100 кг концентрата и 2 кг руды восстанавливается и при этом связывается кислорода:

1.1. При восстановлении TiO₂ образуется Ti

m_Ti,к = 100 · С_TiO2,к · 0,7 ·(A_Ti/М_TiO2) =100 · 0,445 · 0,7 · (48/80) = 18,69кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 Ti,к}= 100 · С_TiO2,к · 0,7 -·m_Ti,к = 100 · 0,445 · 0,7 - 18,69 = 12,46кг

1.2. При восстановлении TiO₂ образуется TiО

m_TiО,к = 100 · С_{TiO2 ,к}· 0,15 ·(М_TiО/М_TiO2) =100 · 0,445 · 0,15 · (64/80) = 5,34кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 TiO,к} = 100 · С_TiO2,к · 0,15 -·m_TiО,к =100 · 0,445 · 0,15 – 5,34 =1,34кг

1.3 При восстановлении TiO₂ образуется Ti₂O₃

m_Ti2О3,к = 100 · С_TiO2,к · 0,15 · (М_Ti2О3/2М_TiO2) = 100 · 0,445 · 0,15 · (144/160) = 6кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 Ti2O3,к}= 100 · С_TiO2,к · 0,15 -·m_Ti2О3,к = 100 · 0,445 · 0,15 – 6 = 0,68кг

1.4. При восстановлении FeO концентрата образуется Fe

m_{Fe FeO,к} = 100 · С_FeO,к · 1 · (A_Fe/М_FeO)= 100 · 0,15 · 1 · (56/72) = 11,67кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 FeO,к}= 100 · С_FeO,к - m_FeО,к = 100 · 0,15 – 11,67= 3,33кг

1.5. При восстановлении Fe₂O₃ концентрата образуется Fe

m_{Fe Fe2O3,к}=100 · С_Fe2O3,к ·0,97 · (2A_Fe/М_Fe2O3)= 100 · 0,3345 · 0,97 · (112/160) = 22,71кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 Fe2O3,к}= 100 · С_Fe2O3,к· 0,97 -·m_{Fe Fe2O3,к} = 100 · 0,3345 · 0,97 – 22,71 = 9,74кг

1.6 При восстановлении Fe₂O₃ железной руды образуется Fe

m_{Fe Fe2O3,ж.р.}=2 · С_Fe2O3,ж.р. · 0,97 ·( 2A_Fe/М_Fe2O3)= =2 · 0,96 · 0,97 · (112/160) = 1,3кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 Fe2O3, ж.р.} = 2 · С_Fe2O3,ж.р.· 97 -·m_{Fe Fe2O3, ж.р.}= 2 · 0,96 · 0,97 -·m_Fe =0,56кг

1.7. При восстановлении Fe₂O₃ концентрата образуется FeО

m_{FeО Fe2O3,к .}= 100 · С_Fe2O3,r. · 0,03 ·(2М_FeO/М_Fe2O3)= 100 · 0,3345 · 0,03 · (144/160) = 0,9кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 (Fe2O3-FeO)к.} = 100 · С_Fe2O3,r. · 0,03 ·(А_O/М_Fe2O3) - m_{FeО Fe2O3,к} =

=100 · 0,3345 · 0,03– 0,9 = 0,1кг

1.8. При восстановлении Fe₂O₃ руды образуется FeО

m_{FeО Fe2O3, р .}= 2 · С_{Fe2O3, р} · 0,03 · (2A_FeO/A_Fe2O3)= 2 · 0,96 ·0,03 · (144/160) = 0,052кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 (Fe2O3-FeO), р.} =2 · С_Fe2O3,р. · 0,03 -·m_{FeО Fe2O3, р} = 2 · 0,96 · 0,03 – 0,052 = 0,0056кг

1.9.При восстановлении Si из SiO₂ концентрата и руды образуется Si

m_{Si,SiO2,к,р}= (100 · С _SiO2,к +2 · С_SiO2,ж.р.) · 0,9 · А_Si/М_SiO2=((100 · 0,03 + 2 · 0,02) · 0,9 · 28/60 = 1,277кг

При этом связывается кислорода

m_{О2,SiO2,к,р}= (100 · С _SiO2,к +2 · С_SiO2,ж.р.) · 0,9 - m_{Si,SiO2,к,р} =(100 · 0,03 + 2 · 0,02) · 0,9 – 1,277 = 1,46кг

Данные по количеству восстановленного продукта и связанного при этом кислорода заносятся в таблицу №1.1

Таблица 1.1

Исходный окисел	Продукт	Из 100кг концентрата и 2кг руды восстанавливается	При восстановлении связывается кислорода
TiO2	Ti	18,69	12,46
TiO2	TiO	5,34	1,34
TiO2	Ti2O3	6	0,67
FeO	Fe	11,67	3,33
Fe2O3 концентрата	Fe	22,71	9,74
Fe2O3 руды	Fe	1,3	0,56
Fe2O3 концентрата	FeO	0,9	0,1
Fe2O3 руды	FeO	0,052	0,0056
SiO2	Si	1,277	1,46
Всего:			29,67кг = mОΣ

Восстановление окислов производится кремнием и алюминием. 1 кг 75% ферросилиция заданного в шихту, вносит кремния

m_Si,FeSi = 1 · 0,75 = 0,75кг

Из этого количества 50% переходит в сплав, а 50% связывает кислород

m _О,FeSi = m_Si,FeSi · 0,5 · 2А_О/А_Si = 0,75 · 0,5 · 32/28 = 0,429кг

Для связывания оставшегося кислорода

m_Оост. = m_ОΣ - m _О,FeSi = 29,67 – 0,429= 29,241кг

Необходимо алюминия

m_{Аl,Оост.} = m_Оост · 2А_Al/3A_O = 29,241 · 54/48 = 32,896кг

Часть необходимого алюминия перейдет в сплав и не участвует в реакциях

восстановления

m_Аlспл.ш = m_{Аl,Оост.} · 0,11/0,86 = 32,896 · 0,11/0,86 = 4,21кг

С учетом угара и перехода алюминия в сплав, а также с учетом содержания алюминия в крупке, необходимо для процесса следующее количество алюминиевой крупки

m_крупки = (m_{Аl,Оост.} + m_{Аlсплав})/(0,95 · 0,97) = (32,896+4,21)/(0,95 · 0,97) = 40,26кг

Расчет количества и состава сплава

В качестве осадителей корольков сплава на шлак присаживается термитная смесь следующего состава, кг:

Железная руда (m_{ж.р. т.с}) 6кг

Алюминиевая крупка (m_{Al к. т.с}) 1,5кг

Ферросилиций 75-ный (m_{FeSi, т.с}) 0,5кг

Алюминий термитной смеси связывает кислорода

m_{О,Al т.с.}= m_{Al к. т.с} · 0,95 · 0,86 · 3А_О/2А_Al = 1,5 · 0,95 · 0,86 · 48/54 = 1,09кг

Кремний термитной смеси связывает кислорода

m_{О,Si т.с} = m_{FeSi т.с} · 0,75 · 0,5 · 2A_O/A_Si = 0,5 · 0,75 · 0,5 · 32/28 = 0,21кг

При этом восстанавливается из руды термитной смеси и переходит в сплав железа

m_{Fe, сплав, т.с} = (m_{О,Al т.с} + m_{О,Si т.с}) 2А_Fe/3A_O = (1,09 +0,21) 112/48 = 3,03 кг

Расчет количества и состава сплава

(На основании данных таблицы 1.1. и расчетов по термитной смеси)

Количество титана сплава

Титан переходит в сплав только из концентрата

m_Ti,спл = m_Ti,к = 18,69кг

Количество железа сплава

Железо переходит в сплав из титанового концентрата, алюминиевой крупки, ферросилиция и железной руды

m_Fe,спл = m_{Fe FeO,к} + m_{Fe Fe2O3,к} + (m_крупки + m_{Al к. т.с}) · 0,02 + (1 + m_{Fe-Si т.с}) · 0,23 + m_{Fe Fe2O3,ж.р.} + m_{Fe т.с} = 11,67+22,27 + (40,26 + 1,5) · 0,02 + (1 + 0,5) · 0,23 + 1,3 + 3,03 = 39,88 кг

Количество алюминия сплава

Алюминий переходит в сплав из алюминиевой крупки и феросилиция

m_Al,спл = m_Аlспл.ш + 1,5 · 0,02 = 4,21 + 0,03 = 4,24кг

Количество кремния сплава

Кремний переходит в сплав из титанового концентрата, алюминиевой крупки, ферросилиция и железной руды

m_Si,спл = m_{Si,SiO2,к,р} + (m_крупки + m_{Al к. т.с}) · 0,01 + 1 · 0,75 · 0,5 = 1,277 + (40,26 + 1,5) · 0,01 + 0,375 = 2,07кг

Количество меди сплава

Медь переходит в сплав из алюминиевой крупки

m_Cu,спл = (m_крупки + m_{Al к. т.с}) · 0,02 = (40,26 + 1,5) · 0,02 = 0,835 кг

Количество серы сплава

Сера переходит в сплав из титанового концентрата

m_S,спл = 100 · 0,0005 = 0,05 кг

Данные по составу сплава сводят в таблицу 1.2

Табл.1.2 - Состав сплава

Элемент	Переходит в сплав, кг	Состав сплава, %
Тi	18,69	28,42
Fe	39,88	60,64
Al	4,24	6,45
Si	2,07	3,15
Cu	0,835	1,27
S	0,05	0,07
Всего:	65,765	100