§ 24. Электроплавка агломерата и основы расчета рудно-термической электропечи

Требуется рассчитать материальный и тепловой балансы плавки в электропечи агломерата, состав которого приведем в предыдущем параграфе, совместно с конверторным шлаком *.

* В расчете не учитывается расход коксика, так как его потребление на электроплавку не превышает 3%.

24.1 Расчет материального баланса плавки

Расчет производим на 100 кг агломерата. При перерасчете на 100 кг содержание компонентов в агломерате составит: 5,82% Ni; 2,19% Сu; 0,21% Со; 27,5% Fe; 10,31% S; 29,4% SiO₂; 12,9% MgO; 3,07% А1₂О₃; 1,38% CaO; 2,42% прочие. Сначала выполняем предварительный расчет по определению выхода штейна при плавке агломерата. В процессе электроплавки происходит окисление серы за счет реакций взаимодействия магнетита агломерата и конверторного шлака с сульфидом железа. Степень десульфуризации при этом можно принять равной 10%.

Определяем количество серы, которая удаляется при плавке: 10,31•0,1=1,03 кг. В штейн перейдет серы 10,31–1,03=9,28 кг. Принимаем, что содержание серы в штейне составляет 25%, тогда выход штейна будет равен 9,28•100/25=37,1 кг.

Извлечение никеля и меди в штейн можно принять на основании данных практики равными 97,0 и 95,0% соответственно. Никеля в штейне содержится 5,82•0,97=5,65 кг, или 5,65/37,1•100=15,2%. Меди в штейне содержится 2,19•0,95=2,08 кг, или 2,08/37,1•100=5,62%.

Извлечение кобальта в штейн принимаем равным 85,0%. Кобальта в штейне содержится 0,21•0,85=0,17 кг, или 0,17/37,1=0,47%.

Для определения содержания железа и кислорода в штейне; воспользуемся рациональным составом штейнов, по X.К. Аветисяну**:

Cu	Cu2S	FeS	Fe3O4	O2
5 10 20 30	6,26 12,52 25,04 37,56	68,0 63,9 55,6 47,3	25,74 23,60 19,40 15,20	7,14 6,54 5,38 4,21

** Аветисян X. К Металлургия черновой меди. М., Металлургиздат, 1954.

Сумма меди и никеля в штейне, полученном при плавке агломерата, в нашем, примере составляет 20,82%. На основании приведенного выше рационального состава можно принять, что содержание кислорода в штейне равно 5,0%. Как известно, весь он связан в форме Fe₃O₄. Предварительный состав и количество штейна следующие:

	кг	%		кг	%
Ni Cu Co	5,65 2,08 0,17	15,20 5,62 0,47	Fe S О2	18,07 9,28 1,85	48,71 25,00 5,00

На электроплавку совместно с агломератом поступает оборотный конверторный шлак. Оборотными шлаками являются шлаки периода набора. Эти шлаки характеризуются более низким содержанием кобальта. Шлаки периода варки файнштейна направляются в электропечи обеднения для извлечения кобальта. Выход, конверторных шлаков ввиду практически равного содержания железа в них и в штейне можно принять равным 100% от массы штейна. Из них 50% направляется в электроплавку. Следовательно, на электроплавку поступает конверторного шлака 37,1•0,5=18,55 кг.

Задаем суммарное содержание никеля и меди в конверторном шлаке равным 2,0%. Тогда, приняв, что соотношение никеля и меди в шлаке такое же, как в штейне, определяем их содержание: никеля в конверторном шлаке 2,0•15,2/(15,2+5,62)=1,46%, меди в конверторном шлаке 2,0•5,62/(15,2+5,62)=0,54%.

Остальные составляющие конверторного шлака определяем на основании практических данных. В состав шлака входят: 0,15% Со; 25% SiO₂; 50% Fe; 2% А1₂О₃; 1,5% СаО; 1,5% MgO; 3,5% S; 0,6% прочих.

Для расчета отвального шлака, который получается при совместной электроплавке агломерата и конверторного шлака, необходимо определить рациональный состав конверторного шлака. Принимаем, что никель в шлаке находится в форме Ni₃S₂, медь в форме Cu₂S, кобальт в форме CoS. Оставшаяся сера связана с железом в форме FeS. В шлаке содержится 20% магнетита, остальное железо находится в форме FeO и частично связано с SiO₂ в форме фаялита (2FeO•SiO₂). Тогда рациональный состав конверторного шлака будет следующий:

	кг	%
Ni3S2 Cu3S CoS FeS Fe3O4 FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO Прочие	0,27+0,1=0,37 0,1+0,02=0,12 0,03+0,01=0,04 0,28+0,16=0,44 2,69+1,02=3,71 6,38+1,83=8,21 4,62 0,37 0,28 0,28 0,11	2,00 0,64 0,21 2,36 20,00 44,14 25,00 2,00 1,50 1,50 0,60

Будем считать, что при переработке конверторного шлака выделится штейн такого же состава, как и при плавке агломерата. Примем, что извлечение никеля, кобальта и меди в штейн при плавке шлака составит 85%. В штейн из конверторного шлака перейдет, кг: Ni 0,27•0,85=0,23; Сu 0,1•0,85=0,09; Со 0,03•0,85=0,02.

Выход штейна из конверторного шлака составит 0,23/15,2•100=1,51 кг,

где 0,23 – масса, кг,

а 15,2 – содержание, % никеля в штейне по основным шлакообразующим компонентам.

Выход штейна при плавке 100 кг агломерата и 18,55 кг конверторного шлака составит 37,1+1,51=38,61 кг. Количество железа в штейне 38,61•48,71/100=18,80 кг.

Поступает железа на плавку 27,5+9,28=36,78 кг. В отвальный шлак переходит железа 36,78–18,80=17,98 кг. Можно принять, что FeS конверторного шлака целиком перейдет в отвальный шлак. Железа в форме FeS содержится 0,28 кг. Остальное железо в количестве 17,98–0,28=17,7 кг перейдет в отвальный шлак в форме FeO. Определяем количество FeO в шлаке: 17,7•72/56=22,76 кг.

Принимаем, что все шлакообразующие и прочие полностью переходят в отвальный шлак. Тогда предварительный состав отвального шлака (по шлакообразующим) будет следующим:

кг % кг %

FeO 22,76 29,27 Al₂O₃ 3,44 4,42

SiO2 34,02 43,74 CaO 1,66 2,13

MgO 13,18 16,94 Прочие 2,53 3,25

На практике содержание SiO₂ в шлаках поддерживается на уровне 50%. Для получения такого шлака нам необходимо в шихту добавлять SiO₂. Обычно для подфлюсовки используется песчаник, содержащий 95% SiO₂. Определяем необходимое количество SiO₂: (34,02+x/0,95)/(77,77+х/0,95)=0,5. Решая уравнение, находим, что х равен 9,24 кг. Количество прочих, поступающих в плавку вместе с SiO₂, равно 9,24/0,95–9,24=0,48 кг.

Тогда предварительный состав отвального шлака по основным шлакообразующим с учетом подфлюсовки песчаника будет следующий:

кг % кг %

FeO 22,76 26,07 А1₃О₃ 3,44 3,94

SiO₂ 43,26 49,55 CaO 1,66 1,90

MgO 13,18 15,10 Прочие 3,01 3,44

В отвальный шлак при совместной переработке агломерата и конверторного шлака переходит никеля, меди и кобальта соответственно 0,21, 0,12 и 0,05 кг. Можно принять, что никель переходит в отвальный шлак в форме Ni₃S₂, медь в форме Cu₂S и кобальт в форме CoS. Полный материальный баланс электроплавки приведен в таблице 56.