1 Расчет шихты для выплавки ферросилиция марки фс 75

1.1 Исходные данные

Состав шихтовых материалов используемых при выплавке ферросилиция приведен в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Химический состав шихтовых материалов

Материал	Содержание, %
	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	SO3	Fe	C	Зола	Влага и летучие	Всего
Кварцит мытый	97,0	0,3	0,7	0,3	0,1	-	-	-	-	1,6	100
Коксик сухой	-	-	-	-	-	-	-	83,21	13,5	3,29	100
Зола коксика	48,0	20,0	25,0	5,0	1,0	1,0	-	-	-	-	100
Электродная масса	-	-	-	-	-	-	-	85,0	10,0	5,0	100
Зола электродной массы	50,0	14,0	23,0	8,0	3,0	2,0	-	-	-	-	100
Железная стружка	-	-	-	-	-	-	90,0	-	-	10,0	100

Расчет будем вести на 100 кг кварцита. Распределение оксидов в процессе плавки между сплавом и шлаком представлено в табл.1.2.

Таблица 1.2 – Распределение оксидов в процессе плавки

Восстанавливаемые оксиды	Количество, %	Невосстанавливаемые оксиды, участвующие в формировании шлака	Количество, %
SiO2Si SiO2SiO	91 7	SiO2	2
Fe2O3Fe	99	Fe2O3FeO	1
Al2O3Al	50	Al2O3	50
CaOCa	40	CaO	60
MgOMg	0	MgO	100
SO3 S	100	SO3	0

1. 1.2 Расчет количества восстановителя

   1. 1.2.1 Расход углерода для восстановления компонентов кварцита

В качестве восстановителя в процессе плавки расходуется углерод коксика и электродной массы. В расчете принимаем, что восстановление оксидов идет по реакциям:

SiO₂+2C= Si+2CO (1.1)

SiO₂+C= SiO + CO (1.2)

Fe₂O₃+3C=2Fe+3CO (1.3)

CaO+C= Ca+CO (1.4)

Al₂O₃+3C= 2Al+3CO (1.5)

В ходе указанных выше реакций происходит не только восстановление оксидов, но и выделение кислорода. Расчеты по определению количества восстановленных оксидов и выделевшегося при этом кислорода приведены в табл.1.3.

Количество кислорода, высвобождаемого при восстановлении части Fe₂O₃ до Fe в табл.1.3 не учтено из-за его малой величины. Действительно, количество Fe₂O₃, восстанавливающегося до FeO равно 0,3·0,01=0,003 кг. При этом высвобождается кислорода0,003·16/160=0,0003 кг. Все величины в табл. 1.3 определены с точностью до третьего знака после запятой. В приведенном же расчете полученная величина на порядок меньше и ею можно пренебречь.

Таблица 1.3. – Количество восстановленных оксидов и выделившегося кислорода из 100 кг кварцита

Оксид	Восстанавливается оксида, кг	Выделяется кислорода, кг
SiO2Si	97·0,91=88,270	88,27·32/60=47,077
SiO2SiO	97·0,07=6,790	6,790·16/60=1,810
Fe2O3Fe	0,3·0,99=0,297	0,297·48/160=0,089
Al2O3Al	0,7·0,5=0,350	0,350·48/102=0,165
CaOCa	0,3·0,4=0,120	0,120·16/56=0,034
Итого		49,175

При определении количества восстановленных оксидов использовались данные химического состава кварцита (табл. 1.1, 1.2). Например, вычисляя количество восстановленного SiO₂ до Si, учитываем, что кварцит содержит 97 % SiO₂ и только 91 % его восстанавливается до Si. Составляя пропорцию

97 кг SiO₂ – 100 %

x кг SiO₂ – 91 %,

вычисляем, что количество SiO₂, восстановленного до Si равно

Аналогично определяется количество других восстановленных оксидов.

При определении количества выделевшегося кислорода использовали уравнения реакций (1.1-1.5). Например, из уравнения реакции (1.1) следует, что при восстановлении 60 кг SiO₂ выделяется 32 кг O₂ в виде двух молекул СО, а при восстановлении 88,270 кг SiO₂ выделяется неизвестное количество кислорода, которое необходимо определить

SiO₂+2C= Si+2CO

60 кг SiO₂ – 32 кг O₂

88,270 кг SiO₂ – х кг O_2.

Тогда

По аналогии вычисляется количество кислорода, выделевшегося при окислении других оксидов и определяется общее его количество, которое составляет 49,175 кг (см. табл. 1.3).

Дальнейшая задача заключается в определении количества углерода, необходимого для связывания указанного выше количества кислорода:

С+ ½ О₂=СО

12 кг С – 16 кг О₂

x кг С – 49,174 кг О₂

Таким образом, для восстановления всех компонентов, содержащихся в 100 кг кварцита, требуется 36,876 кг.