§ 17 Продувка никелевого штейна в конверторе

Расчет ведем с некоторыми упрощениями:

1) процесс конвертирования не разделяем на периоды окисления свободного железа и окисления сульфида железа;

2) пренебрегаем содержанием магнетита в конверторном шлаке (в отличие от конвертирования медных штейнов это вносит допустимую ошибку, так как содержание магнетита в конверторном шлаке никелевого производства достигает 6–8%);

3) пренебрегаем содержанием кислорода в файнштейне;

4) 15% Ni от его количества в штейне находятся в металлическом состоянии и 85% связаны с серой в виде Ni₃S₂; содержание металлического железа определяется расчетом;

5) извлечение никеля при конвертировании в файнштейн, пыль и шлак составляет 80; 1,5 и 18,5% соответственно (эти цифры следует уточнять по имеющимся на заводе данным);

6) медь полностью переходит в файнштейн;

7) в конверторном шлаке с серой связано 50% Ni, а 50% переходит в шлак в виде 2NiO•SiO₂;

8) сера в конверторе окисляется в основном до SO₂ (80%) и до SO₃ (20%).

Химический состав материалов приведен в таблице 46.

ТАБЛИЦА 46 Химический состав, %

Материал	Ni	Co	Cu	Fe	S	SiO2	CaO	Al2O3	O2	прочие
Штейн	18	0,6	0,2	56,0	24,0	–	–	–	–	1,2
Файнштейн	77,2	0,40	1,05	0,25	20,6	–	–	–	–	0,50
Конверторный шлак	–	–	–	50	–	28	–	–	14,3	7,7
Кварц	–	–	–	7	–	80	3	6	3	1

Определение рационального состава штейна. Количество никеля (кг на 100 кг) в штейне, содержащегося в виде Ni₃S₂, составляет 18•0,85=15,3, Количество металлического никеля в штейне 18–15,3=2,7 кг. Серы, связанной в Ni₃S₂: 15,3•2•32,06/(3•58,7)=5,57. Серы, связанной с кобальтом: 0,6•32,06/58,93=0,33. Серы, связанной с медью: 0,2•32,06/127,08=0,05. Серы, связанной с железом: 24–(5,57+0,33+0,05)=18,05 кг. Железа, связанного с серой: 18,05•55,84/32,06=31,4. Железа, находящегося в штейне в металлическом состоянии: 56,0–31,4=24,6 кг.

Результаты расчета представлены в таблице 47.

ТАБЛИЦА 47 Рациональный состав никелевого штейна, %

Соединения	Ni	S	Fe	Co	Cu	Прочие	Всего
Ni3S2	15,3	5,57	–	–	–	–	20,87
CoS	–	0,33	–	0,60	–	–	0,93
Cu2S	–	0,05	–		0,20	–	0,25
FeS	–	18,05	31,4	–	–	–	49,45
Ферроникель	2,7	–	24,6	–	–	–	27,3
Прочие	–	–	–	–	–	1,2	1,2
Итого	18,0	24,00	56,0	0,60	0,20	1,2	100,00

Определение рационального состава и количества {кг) файнштейна. Количество никеля 18•0,8=14,4. Количество файнштейна 14,4/0,772=18,65. Металлов в нем: Со 18,65•0,004=0,07; Сu 18,65•0,0105=0,20; Fe 18,65•0,0025=0,05; S 18,65•0,206=3,84; прочие 18,65–(14,4+0,07+0,20+0,05+3,84)=0,09.

Соединений металлов с серой: CoS 0,07•91/58,94=0,11; Cu₂S 0,20•159,14/127,08=0,25; FeS 0,05•87,91/55,85=0,08. Серы в этих соединениях: в CoS 0,11–0,07=0,04; в Cu₂S 0,25–0,20=0,05; в FeS 0,08–0,05=0,03. Количество серы, связанной в Ni₃S₂, составляет 3,84–0,12=3,72. Количество Ni₃S₂ 3,72•240,19/64,12=13,93. Количество никеля, связанного в Ni₃S₂: 13,93–3,72=10,21. Количество никеля в металлическом состоянии 14,4–10,21=4,19. Результаты подсчета сводим в таблице 48.

Таблица 48 Рациональный состав файнштейна, кг

Компоненты файнштейна	Ni	Co	Cu	Fe	S	Прочие	Всего
Ni3S2 Niмет Co Cu2S FeS прочие	10,21 4,19 – – – –	– – 0,07 – – –	– – – 0,20 – –	– – – – 0,05 –	3,72 – 0,04 0,05 0,03 –	– – – – – 0,09	13,93 4,19 0,11 0,25 0,08 0,09
Итого	14,4	0,07	0,20	0,05	3,84	0,09	18,65

Количество элементов в пыли, кг: Ni 0,015•18=0,27, Со 0,015•0,6=0,009, S 0,015•24,0=0,36, Fe 0,015•56,0=0,84. Прочие 0,015•1,2=0,018.

Определение количества конверторного шлака и расхода кварцевого флюса. Количество элементов, переходящих в шлак из штейна, кг: Ni_общ, 18–(14,4+0,27)=3,33, в том числе Ni в виде Ni₃S₂ 3,33/2=1,66; Со 0,6–(0,07+0,009)=0,521; Fe 56,0–(0,05+0,84)=55,11 (в расчете на FeO 55,11•72/56=70,9, в том числе кислорода из дутья 70,9–55,11=15,79); S (связанной в Ni₃S₂) 1,66•64,12/176,07=0,61; прочих 1,2–(0,09+0,018)=1,092.

Количество SiO₂, необходимое для ошлакования 55,11 кг Fe при соотношении в шлаке Fe:SiO₂=50:28, равно 55,11•28/50=30,86 кг.

Флюсующая способность (содержание свободного SiO₂) кварцевого флюса при соотношении в конверторном шлаке Fe:SiO₂=50:28 составляет 80–(7•28/50)=76,1%.

Здесь 7 – содержание железа в кварце,%.

Необходимое количество кварцевого флюса составляет 30,86/0,761=40,6 кг. В кварцевом флюсе содержится, кг: SiO₂ 40,6•0,80=32,5; Fe 40,6•0,07=2,8; Al₂O₃ 40,6•0,06=2,4; CaO 40,6•0,01=0,4; кислорода 40,6•0,03=1,2; прочих 40,6–(32,5+2,8+2,4+0,4+1,2)=1,3. Сводные данные о составе и количестве конверторного шлака приведены ниже:

	кг	%
Ni Co Fe O2 S SiO2 Al2O3 CaO Прочие	3,33 0,521 55,11+2,8=57,91 15,79+1,2=16,99 0,61 32,5 2,4 0,4 1,092+1,3=2,392	2,84 0,44 49,53 14,52 0,52 27,72 2,05 0,34 2,04

Содержание Fe и SiO₂ в конверторном шлаке практически совпадает с заданным в таблице 46. Следовательно, расход флюса рассчитан правильно.