1. Розрахунок матеріального балансу плавки феротитану

1.1. Витрата кількості відновника

Розраховуємо кількість продуктів відповідних перетворень та кисню що зв’язується у відповідності з вихідними даними (таблиці 1-5) і з урахуванням умов плавлення, що отримані з практичних даних (таблиця 6).

Зі 100 кг концентрату(M_к) та 2 кг руди (М_р) відновлюються відповідні компоненти і при цьому зв'язується кисню:

- При відновленні TiO₂ утворюється Ti

m_Ti,к = М_к · С_TiO2,к · Т₁ ·(A_Ti/М_TiO2) =100 · 0,445 · 0,7 · (48/80) = 18,69кг.

При цьому зв’язується кисню

m_{О2 Ti,к}= М_к · С_TiO2,к · Т₁ - m_Ti,к = 100 · 0,445 · 0,7 - 18,69 = 12,46кг.

- При відновленні TiO₂ утворюється TiО

m_TiО,к = М_к · С_{TiO2 ,к}· Т₂ ·(М_TiО/М_TiO2) =100 · 0,445 · 0,15 · (64/80) = 5,34кг.

При цьому зв’язується кисню

m_{О2 TiO,к} = М_к · С_TiO2,к · Т₂ · m_TiО,к =100 · 0,445 · 0,15 – 5,34 =1,34кг.

- При відновленні TiO₂ утворюється Ti₂O₃

m_Ti2О3,к = М_к · С_TiO2,к · Т₃ · (М_Ti2О3/2М_TiO2) = 100 · 0,445 · 0,15 · (144/160) = 6кг.

При цьому зв’язується кисню

m_{О2 Ti2O3,к}= М_к · С_TiO2,к · Т₃ - m_Ti2О3,к = 100 · 0,445 · 0,15 – 6 = 0,675кг.

- При відновленні FeO концентрату утворюється Fe

m_{Fe FeO,к} = М_к · С_FeO,к · F₃ · (A_Fe/М_FeO)= 100 · 0,15 · 1 · (56/72) = 11,67кг.

При цьому зв’язується кисню

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

- При відновленні Fe₂O₃ концентрату утворюється Fe

m_{Fe Fe2O3,к}= М_к · С_Fe2O3,к ·F₁ · (2A_Fe/М_Fe2O3)= 100 · 0,3345 · 0,97 · (112/160) = 22,71кг.

При цьому зв’язується кисню

m_{О2 Fe2O3,к}= М_к · С_Fe2O3,к· F₁ - m_{Fe Fe2O3,к} = 100 · 0,3345 · 0,97 – 22,71 = 9,74кг.

- При відновленні Fe₂O₃ залізної руди утворюється Fe

m_{Fe Fe2O3,з.р.}=M_р · С_Fe2O3,ж.р. · F₁·( 2A_Fe/М_Fe2O3)= 2 · 0,96 · 0,97 · (112/160) = 1,3кг.

При цьому зв’язується кисню

m_{О2 Fe2O3, з.р.} = М_р · С_Fe2O3,ж.р.· F₁ - m_{Fe Fe2O3, ж.р.}= 2 · 0,96 · 0,97 – 1.3 = 0,56кг.

- При відновленні Fe₂O₃ концентрату утворюється FeО

m_{FeО Fe2O3,к .}= М_к · С_Fe2O3,r. · F₂·(2М_FeO/М_Fe2O3)= 100 · 0,3345 · 0,03 · (144/160) = 0,9кг.

При цьому зв’язується кисню

m_{О2 (Fe2O3-FeO)к.} = М_к · С_Fe2O3,r. · F₂·(А_O/М_Fe2O3) - m_{FeО Fe2O3,к} =

=100 · 0,3345 · 0,03– 0,9 = 0,1кг.

- При відновленні Fe₂O₃ залізної руди утворюється FeО

m_{FeО Fe2O3,з.р. .}= М_р · С_{Fe2O3, р} · F₂· (2М_FeO/М_Fe2O3)= 2 · 0,96 ·0,03 · (144/160) = 0,052кг.

При цьому зв’язується кисню

m_{О2 (Fe2O3-FeO), р.} = М_р · С_Fe2O3,р. · F₂- m_{FeО Fe2O3, р} = 2 · 0,96 · 0,03 – 0,052 = 0,0056кг.

- При відновленні Si з SiO₂ концентрату та руди утворюється Si

m_{Si,SiO2,к,р}= (М_к · С _SiO2,к +М_р · С_SiO2,ж.р.) · S₁ · А_Si/М_SiO2=(100 · 0,03 + 2 · 0,02) · 0,9 · 28/60 = 1,277кг.

При цьому зв’язується кисню

m_{О2,SiO2,к,р}= (М_к · С _SiO2,к +М_р · С_SiO2,ж.р.) · S₁· m_{Si,SiO2,к,р} =(100 · 0,03 + 2 · 0,02) · 0,9 – 1,277 = 1,46кг.

Дані по кількості відновленого продукту та зв’язаного при цьому кисню заносять в таблицю 1.1.

Відновлення оксидів відбувається кремнієм та алюмінієм. 1 кг 75% феросиліцію що задається до шихти, вносить кремнію

m_Si,FeSi = Ш · С_Si,FeSi = 1 · 0,75 = 0,75кг.

З цієї кількості 50% переходить до сплаву, а 50% зв’язує кисень

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

Кількість кисню, що залишилася, дорівнює

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

Для його зв’язування необхідно алюмінію

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

Таблиця 1.1

Вихідний оксид	Продукт	Зі 100кг концентрату та 2кг руди відновлюється	При відновленні зв’язується кисень
TiO2	Ti	mTi,к = 18,69	mО2 Ti,к =12,46
TiO2	TiO	mTiО,к = 5,34	mО2 TiO,к = 1,34
TiO2	Ti2O3	mTi2О3,к = 6	mО2 Ti2O3,к = 0,675
FeO	Fe	mFe FeO,к = 11,67	mО2 FeO,к = 3,33
Fe2O3 конц-та	Fe	mFe Fe2O3,к = 22,71	mО2 Fe2O3,к = 9,74
Fe2O3 руди	Fe	mFe Fe2O3,з.р. = 1,3	mО2 Fe2O3, з.р =0,56
Fe2O3 конц-та	FeO	mFeО Fe2O3,к = 0,9	mО2 (Fe2O3-FeO)к = 0,1
Fe2O3 руди	FeO	mFeО Fe2O3,з.р = 0,052	mО2 (Fe2O3-FeO), р = 0,0056
SiO2	Si	mSi,SiO2,к,р = 1,277	mО2,SiO2,к,р = 1,46
Разом:			mОΣ = 29,67кг

Відновлення оксидів відбувається кремнієм та алюмінієм. 1 кг 75% феросиліцію що задається до шихти, вносить кремнію

m_Si,FeSi = Ш · С_Si,FeSi = 1 · 0,75 = 0,75кг.

З цієї кількості 50% переходить до сплаву, а 50% зв’язує кисень

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

Кількість кисню, що залишилася, дорівнює

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

Для його зв’язування необхідно алюмінію

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

Частка необхідного алюмінію перейде до сплаву й не буде приймати участі у реакціях відновлення, вона становить:

m_Аlспл. = m_{Аl,Озал.} · А_с/А_в = 32,896 · 0,11/0,86 = 4,21кг.

З урахуванням вигару та переходу алюмінію в сплав, а також з урахуванням вмісту алюмінію в крупці, для проведення процесу необхідна така кількість алюмінієвої крупки:

m_крупки = (m_{Аl,Озал.} + m_Аlспл.)/(С_Аl,к · (1-А_п)) = (32,896+4,21)/(0,95 · 0,97) = 40,26кг.

1.2. Розрахунок кількості осаджувача

В якості осаджувачів корольків сплаву на шлак присаджується термітна суміш такого складу, кг:

Залізна руда (З_о) 6кг

Алюмінієва крупка (О_Al) 1,5кг

Феросиліцій 75-ний (O_FeSi) 0,5кг

Алюміній термітної суміші зв’язує кисню

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

Кремній термітної суміші зв’язує кисню

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

При цьому відновлюється з руди термітної суміші та переходить до сплаву така кількість залізу

m_{Fe, спл.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.

1.3. Розрахунок кількості та складу сплаву

(На підставі даних табл.1.1. та розрахунків осаджувача)

Кількість титану сплаву

Титан переходить до сплаву тільки з концентрату

m_Ti,спл = m_Ti,к = 18,69кг

Кількість заліза сплаву

Залізо переходить до сплаву з титанового концентрату, алюмінієвої крупки, феросиліцію та залізної руди.

m_Fe,спл = m_{Fe FeO,к} + m_{Fe Fe2O3,к} + (m_крупки + О_Al) · С_Fe,Alкр. + (Ш + O_FeSi ) · С_{Fe, FeSi} + m_{Fe Fe2O3,з.р.} + m_{Fe,спл.т.с} = 11,67+22,27 + (40,26 + 1,5) · 0,02 + (1 + 0,5) · 0,23 + 1,3 + 3,03 = 39,88 кг.

Кількість алюмінію сплаву

Алюміній переходить до сплаву з алюмінієвої крупки та феросиліцію

m_Al,спл = m_Аlспл. + (Ш +О_FeSi) · C_Al,FeSi = 4,21 + 0,03 = 4,24кг.

Кількість кремнію сплаву

Кремній переходить до сплаву з титанового концентрату, алюмінієвої крупки, феросиліцію та залізної руди

m_Si,спл = m_{Si,SiO2,к,р} + (m_крупки + О_Al) · C_{Si, Alкр} + Ш · С_Si,FeSi · Ф_с = 1,277 + (40,26 + 1,5) · 0,01 + 0,375 = 2,07кг.

Кількість міді сплаву

Мідь переходить до сплаву з алюмінієвої крупки

m_Cu,спл = (m_крупки + О_Al) · С_Cu,Alкр = (40,26 + 1,5) · 0,02 = 0,835 кг.

Кількість сірки сплаву

Сірка переходить до сплаву з титанового концентрату

m_S,спл = М_к · С_S,к = 100 · 0,0005 = 0,05 кг.

Дані по складу сплаву зводять до таблиці 1.2

Таблиця1.2