Расчет шихты для выплавки ферросилиция
2.1 Исходные данные
Расчет состава шихты выполняем на 100 кг кварцита. В соответствии с заданием на выполнение курсовой работы задаемся видами шихтовых материалов, их составом (табл. 2.1-2.2) и условиями проведения плавки. Сумма компонентов в шихтовых материалах должна быть равна 100%.
Таблица 2.1 – Химический состав материалов
Материал |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
P2O5 |
S |
W |
∑ |
Кварцит |
97,9 |
0,89 |
0,63 |
0,21 |
0,04 |
0,02 |
0,02 |
0,29 |
100,0 |
Зола кокса КНР |
49,50 |
22,8 |
17,9 |
5,38 |
3,48 |
0,94 |
- |
- |
100,0 |
Зола шубарк. угля |
48,62 |
19,38 |
23,76 |
5,14 |
2,56 |
0,54 |
- |
- |
100,0 |
Таблица 2.2 – Технический состав восстановителей
Материал |
Аc |
V |
W |
S |
Cтв |
Кокс КНР |
12,70 |
2,20 |
9,86 |
0,45 |
84,65 |
Шубаркольский уголь |
6,6 |
42,7 |
10,87 |
0,29 |
50,41 |
Состав стружки: 1,5% Si, 0,2% С, 0,03% Р, 0,02% S, 3,0% влага, ост. – Fe
Для проведения расчета необходимо знать распределение основных элементов между продуктами плавки: металл, шлак и газы, которые принимаются на основании практических данных (табл. 2.3). Все элементы железной стружки переходят полностью в металл. Для упрощения расчетов примем, что электродная масса состоит только из углерода, при этом 0,1 кг перейдет в состав сплава, а 2,9 кг будет участвовать в процессах восстановления.
Таблица 2.3 – Распределение элементов
Продукты плавки |
Элементы |
||||||
Si |
Al |
Fe |
Ca |
Mg |
P |
S |
|
Сплав |
91 |
50 |
99,5 |
40 |
5 |
80 |
15 |
Шлак |
2 |
45 |
0,5 |
55 |
80 |
10 |
15 |
Улет |
7 |
5 |
0 |
5 |
15 |
10 |
70 |
В условия расчёта включены также дополнительные требования к составу получаемого металла, расход электродов на расчетное количество шихты, угар восстановителя, доля различных восстановителей в смеси и др.
Дополнительные условия:
Содержание кремния в сплаве, не менее – 76,5 %
Доля угля в восстановительной смеси – 40 %
Коэффициент избытка восстановителя – 1,09
Расход электродной массы – 3,0
2.2 Расчет состава шихты
Потребность в углероде для восстановления окислов кварцита составит:
Оксид |
Расчет |
Кол-во С, кг |
SiO2→ Si |
97,9 · 0,91 · 24 / 60 = |
35,636 |
SiO2 → SiO |
97,9 · 0,07 · 12 / 60 = |
1,371 |
Al2O3→ Al |
0,89 · 0,50 · 36 / 102 = |
0,157 |
Al2O3→ Al2О |
0,89 · 0,05 · 24 / 102 = |
0,010 |
СаО→ Са |
0,21 · (0,40 + 0,05) · 12 / 56 = |
0,020 |
MgO→Mg |
0,04 · (0,05 + 0,15) · 12 / 40 = |
0,002 |
Fe2O3→ Fe |
0,63 · 0,995 · 36 / 160 = |
0,141 |
P2O5→P |
0,02 · (0,80 + 0,10) · 60 / 142 = |
0,008 |
Итого |
|
37,345 |
С учетом Кизб |
37,345 · 1,09 = |
40,706 |
С учетом прихода углерода электродами и растворением в сплаве в количестве 0,1 кг требуется углерода
40,706 – 3,0 + 0,1 = 37,806 кг.
Часть углерода, вносимого коксиком, затрачивается на восстановление оксидов золы коксика. Поэтому содержание активного углерода в восстановителях будет ниже твердого углерода. Количество углерода, необходимого для восстановления золы коксика составит
Оксид |
Расчет |
Кол-во С, кг |
SiO2→ Si |
12,70 · 0,495 · 0,91 · 24 / 60 = |
2,288 |
SiO2 → SiO |
12,70 · 0,495 · 0,07 · 12 / 60 = |
0,088 |
Al2O3→ Al |
12,70 · 0,228 · 0,50 · 36 / 102 = |
0,511 |
Al2O3→ Al2О |
12,70 · 0,228 · 0,05 · 24 / 102 = |
0,034 |
СаО→ Са |
12,70 · 0,0538 · (0,40 + 0,05) · 12 / 56 = |
0,066 |
MgO→Mg |
12,70 · 0,0348 · (0,05 + 0,15) · 12 / 40 = |
0,027 |
Fe2O3→ Fe |
12,70 · 0,179 · 0,995 · 36 / 160 = |
0,509 |
P2O5→P |
12,70 · 0,0094 · (0,80 + 0,10) · 60 / 142 = |
0,045 |
Итого |
|
3,568 |
С учетом Кизб |
|
3,889 |
Количество углерода, необходимого для восстановления золы угля составит
Оксид |
Расчет |
Кол-во С, кг |
SiO2→ Si |
6,6 · 0,4862 · 0,91 · 24 / 60 = |
1,1680 |
SiO2 → SiO |
6,6 · 0,4862 · 0,07 · 12 / 60 = |
0,0449 |
Al2O3→ Al |
6,6 · 0,1938 · 0,50 · 36 / 102 = |
0,2257 |
Al2O3→ Al2О |
6,6 · 0,1938 · 0,05 · 24 / 102 = |
0,0150 |
СаО→ Са |
6,6 · 0,0514 · (0,40 + 0,05) ∙ 12 / 56 = |
0,0327 |
MgO→Mg |
6,6 · 0,0256 · (0,05 + 0,15) · 12 / 40 = |
0,0101 |
Fe2O3→ Fe |
6,6 · 0,2376 · 0,995 · 36 / 160 = |
0,3511 |
P2O5→P |
6,6 · 0,0054 · (0,80 + 0,10) · 60 / 142 = |
0,0136 |
Итого |
|
1,861 |
С учетом Кизб |
|
2,029 |
В коксе содержится активного углерода, кг:
100 – 12,70 – 2,20 – 0,45 – 3,889 = 80,761
В угле содержится активного углерода, кг:
100 – 6,60 – 42,70 – 0,29 – 2,029 = 48,381
Рассчитывается количество сухого кокса и угля на 100 кг кварцита:
Кокс 37,806 · (1 – 0,40) · 100 / 80,761 28,087 кг
Уголь 37,806 · 0,40 · 100 / 48,381 31,257 кг
С учетом влаги восстановителей:
Кокс 28,087
/ (1
– 0,0986)
31,160
кг
Уголь 31,257
/ (1
– 0,1087)
35,069
кг