Ферровольфрамды балқытудағы шикіқұрамды есептеу

Жұмыстың мақсаты: 1т ферровольфрам алуға кететін материалдар шығынын, қорытпаның және қождың құрамын анықтау.

Жұмыс жоспары:

1. Теориялық бөлім

2. Пектік коксиктің, ферросилицийдің және темір жоңқасының шығынын анықтау

3. Металл мен қождың жуық құрамын анықтау

4. Тотықтырғыш қождың құрамын анықтау

5. Қорытпаны сарқып алу кезіндегі қождың құрамын анықтау

6. Қожды сорып алу мезетіндегі қорытпаның құрамы

7. Материалдық тепе - теңдікті есептеу

8. Өзіндік жұмысқа арналған тапсырмалар

Кілт сөздер: Коксик, құрам, концентрат, қорытпа, тотықсыздану, құйма, қож, темір жоңқасы, тотығу.

Бақылау сұрақтары:

1. Жұмыстың мақсаты қандай?

2. Балқыту кезеңдері туралы не білесіз.

3. Тотықтырғыш қождың құрамы қалай анықталады?

4. Қорытпаны сарқып алу кезіндегі қождың құрамы қалай анықталады?

5. Қожды сорып алу мезетіндегі қорытпаның құрамын анықтауды қалай түсінесіз?

Глоссарий:

1. Ферросилиций - кремнийдің темірмен тотығы.

2. Материалдық тепе - теңдік - берілген шикізат және алынған өнімнің құрамымен мөлшері.

Теориялық бөлім

Ферровольфрамды балқыту периодты үрдіспен жүреді. Әр балқыту 3 кезеңді қамтиды.

Бірінші кезең - балқыманы кремнийден, марганецтен және көміртектен, сонымен қатар алдыңғы кезеңдегі вольфрам тотықтарының (WO₃ және FeO) оттегімен тотығу концентратының балқыту кезіндегі қождан тазарту.

Бұл кезеңде пеште құрамында, % : 18 - 22WO₃; 16 - 21FeO; 28 - 33SiO₂; 10 - 15MnO; 8 - 11CaO; 1,2 - 3,0MgO; 1,8 - 3,0Al₂O₃ тотықтырғыш қож қалыптасады. Бірінші кезеңнің соңында металл құрамында тұрақты вольфрам мен қоспалары болады.

Екінші кезең - пештен қорытпаны сарқып алу. Бұл кезең үшін жұмысшы қождың құрамы, %: 10 - 12WO₃; 24 - 26 FeO; 32 - 34SiO₂; 10 - 12CaO; 14 - 16MnO; 2 - 4MgO; 2 - 4Al₂O₃.

Үшінші кезең - WO₃ (≤ 0,25% дейіңгі мәні үшін) ферросилиций кремниімен және кокстің көміртегімен тотықсыздандырудағы қожды жетілдіру. Келесі аударылған қождың құрамы, %: 0,05 - 0,20WO₃; 45 - 50SiO₂; 0,3 - 2,0FeO; 15 - 20MnO; 25 - 32CaO. Құрамында WO₃ > 0% болса, қож қайта балқытуға кетеді.

Пеште қалған аударылған қождың шығарылымынан кейін балқыманың құрамы келесідей болады, %: 52 - 55W; 5 - 7Si; 2 - 4Mn; 0,2 - 1,9C; 33Fe; 0,09Cu; 0,03P; 0,9Mo.

Бірінші және екінші кезеңдегі вольфрам мен темірдің концентраттағы тотықсыздандыру негізінен кокстың көміртегісінен болады. Вольфрам мен темірді тотықсыздандыруға кремний, марганец және үшінші кезеңде металда қалғандарыда қатысады. Шикіқұрам материалдарының құрамы 14.1 - ші кестеде келтірілген.

Келесі бастапқы шарттарды қатыстыра отырып, есептеуді бастаймыз:

а) балқу өнімдерінің арасындағы элементтерді үлестіру;

б) 100кг - ға қайта есептеу кезінде вольфрам концентратының (60%WO₃) электродтық массасы 2,6кг құрайды, мұндағы 50% көміртегі электрод массасы тотықсыздандыруға шығындалса, ал қалған бөлігі ауаның оттегісімен қышқылданады;

в) тотықтарды тотықсыздандыру кезінде көміртегі 60% оттегімен және 40% кремниймен байланыстырылады;

г) құйманың тұтқырлығын төмендету үшін құймада темір жоңқа қоспасының құрамында вольфрамды 74% дейін төмендету керек. Құймада темірдің құрамы 24%.

Кесте 14.1 - Шикіқұрам материалдарының құрамы

Материал атаулары	Химиялық құрамы, %
	WO3	SiO2	FeO	MnO	Al2O3	CaO
Вольфрам концентраты	70,0	5,1	14,3	8,9	0,81	-
Шеелит концентраты	60,0	1,5	2,1	1,9	2,50	31,37
Концентрат қоспасы	67,0	4,02	10,64	6,80	1,32	9,41
Электрод массасының күлі	-	52,0	-	-	24,0	8,0
	Al	Mn	Si	P	S	Fe
Ферросилиций	1,9	0,44	76,3	0,05	-	21,21
Темір жоңқасы	-	0,71	0,73	0,03	0,03	97,0
Пектік коксик	-	-	-	-	-	-
Электродтық масса	-	-	-	-	-	-

14.1 - ші кестенің жалғасы

Материал атаулары	Химиялық құрамы, %
	P2O5	MgO	Fe2O3	S	As	Sn	Cu
Вольфрам концентраты	0,04	-	-	0,40	0,19	0,20	0,06
Шеелит концентраты	0,11	-	-	0,32	0,05	0,08	0,07
Концентрат қоспасы	0,06	-	-	0,38	0,15	0,16	0,06
Электрод массасының күлі	-	3,0	13,0	-	-	-	-
	C	Ылғалдылық	Күл	Ұшқыштығы
Ферросилиций	0,10	-	-	-	-	-	-
Темір жоңқасы	0,2	1,3	-	-	-	-	-
Пектік коксик	97	1,4	0,6	1,0	-	-	-
Электродтық масса	86,0	3,0	7,0	4,0	-	-	-

Кесте 14.2 - Элементтердің бөлінуі

Элементтер	Өтеді, %			Элемент	Өтеді, %
	Металға	Қожға	Ұшып кететіні		Металға	Қожға	Ұшып кететіні
W	99,0	0,05	0,95	Cu	100	-	-
Mn	3,0	90,0	7,0	Sn	30	-	70
Fe	93,0	6,0	1,0	As	15	-	85
P	100	-	-	S	15	60	25

Вольфрам құрамды қоспаның концентратын тотықсыздандыру кезінде алынатын оттегі мөлшері (саны), кг:

WO₃………………………67,0 ∙ 0,99 ∙ 48 : 232 = 13,723

MnO………….....……………6,8 ∙ 0,03 ∙ 16 : 71 = 0,153

FeO………………..……….10,64 ∙ 0,93 ∙ 16 : 72 = 2,199

P₂O₅.......................................0,06 ∙ 0,1 ∙ 80 : 142 = 0,034

Барлығы 16,109

100кг концентрат қоспасының және оның темірді қоспағандағы құрамы құймаға өткендегі элементтердің мөлшері (саны) 14.3 - ші кестеде берілген.

Алынған құйма баяу балқитын болып есептелінеді. Вольфрамның құрамын төмендету үшін шикіқұрамға 74%W құймада есептеуден алынған темір жоңқасын қосамыз.

Құрамында 74%W вольфрамы бар құйманың салмағы: 52,607 : 0,74 = 71,091кг.

Кесте 14.3 - Темірді қоспағандағы құйманың құрамы

Элементтер	Құймаға өткенде	Құрамы
		кг	%
W	67,0 ∙ 0,99 ∙ 184 : 232	52,607	86,03
Mn	6,80 ∙ 55 : 71 ∙ 0,03	0,158	0,260
Fe	10,64 ∙ 0,93 ∙ 56 ∙ 72	7,696	12,684
P	0,06 ∙ 1 ∙ 62 : 142	0,026	0,043
Cu	0,06 ∙ 1,00	0,060	0,099
Sn	0,16 ∙ 0,30	0,048	0,079
As	0,15 ∙ 0,15	0,023	0,038
S	0,38 ∙ 0,15	0,057	0,094
	Барлығы	60,675	100,00

Пектік коксиктің шығынын анықтау

60% оттегі мен кокс көміртегісі байланысады немесе: 16,109 ∙ 0,6 = 9,665кг.

Көміртектеу үшін қорытпада 0,20% С қажет: 71,091 ∙ 0,002 = 0,142кг.

Көміртек электродын тотықсыздандыру үшін шығындалады: 2,6 ∙ 0,86 ∙ 0,5 = 1,118кг.

Коксик көміртегісін енгізу қажет: 9,665 ∙ 12 : 16 + 0,142 - 1,118 = 6,273кг.

Коксик көміртегісінің 30% ауада оттегімен тотығады деп есептейміз. Кокс көміртегісінің шығыны мынаны құрайды: 6,273 ∙ 1,3 : 0,97 = 8,407кг.

Ферросилиций шығынын анықтау

Ферросилиций кремнийімен оттегі байланысады: 16,109 - 9,665 = 6,444кг.

Кремнийдің қажеттілігі: 6,444 ∙ 28 : 32 = 5,639кг.

20% артық мөлшерді есепке алумен ферросилиций қажет: 5,639 ∙ 1,2 : 0,763 = 8,869кг.

Темір жоңқасының шығынын анықтау

Қорытпада 24% темір болуы қажет, яғни: 71,091 ∙ 0,24 = 17,062кг.

Темір қорытпасынан ферросилицийға өтеді: 8,869 ∙ 0,2121 = 1,881кг.

Қорытпаны сарқып алу үшін 3кг енгізіледі. Концентрат қоспасынан темір тотықсызданады: 10,64 ∙ 0,93 ∙ 56 : 72 = 7,696кг.

Темірді енгізу қажет: 17,062 - (1,881 + 3,0 + 7,696) = 4,485кг.

Кезекпен темір жоңқасы қажет болады: 4,485 : 0,97 = 4,624кг.

Металл мен қождың жуық құрамын анықтау

Бірінші кезеңнің келесі қорытпасында тазартылуы тиіс, алдыңғы қорытпада пештен шыққан аударылған қождың және пеште қалған металдың уақытынан бастап есептейміз. Алдыңғы қорытпада қалған, келесі металдың құрамын есептейміз, %:

55,0W; 7,0Si; 4,0Mn; 0,74C; 0,09Cu;

0,03As; 0,07Sn; 0,04S; 0,03P; 33,0Fe.

Кремний, марганец және көміртегінің артық саны бойынша тазартылу кезеңінде пешке вольфрам концентратының қоспасын және барлық қорытпаға есептелінген барлық темір жоңқасын тиейміз, нәтижесінде, қорытпада вольфрамның құрамы төмендейді, сонымен қатар, тұтқырлығы, соған байланысты қорытпада тазартылуы жақсарады.

Екінші кезеңнің басында, яғни тазартылу үрдісінің соңында металл құрамында шамамен 74%W; 0,3%Si; 0,2%Mn; 0,1%C болады.

Тазартылу кезінде тотығу үрдісі жүргеннен кейін металл құрамының өзгерісі 14.4 - ші кестеде берілген.

Кремний тотығу үшін оттегі қажет: 4,763 ∙ 32 : 28 = 5,443кг.

Бұдан кремний тотығы түзіледі: 4,763 + 5,443 = 10,206кг.

Марганец тотығу үшін оттегі қажет: 2,701 ∙ 16 : 55 = 0,786кг.

Бұдан шала тотыққан марганец пайда болады: 2,701 + 0,786 = 3,487кг.

Көміртегінің тотығуына оттегі қажет: 0,455 ∙ 16 : 12 = 0,607кг.

Тазартылудағы оттегінің барлық шығыны: 5,443 + 0,786 + 0,607 = 6,836кг.

Ең соңғы аз мықты тотықтар қатарында FeO, MnO және SiO₂ болғандықтан, кремний, марганец және көміртегінің тотығуы WO₃ оттегісіне байланысты деп есептейміз. Онда қорытпа элементтерінің тотығуы шығындалады: 6,836 ∙ 232 : 48 = 33,041кг WO₃, сонымен қатар тотықсызданады: 33,041 - 6,836 = 26,205кг вольфрам.

Коксик көміртегісімен 80%WO₃ тотықсызданады деп есептейміз. Кезекпен үш тотықты вольфрам коксик көміртегісімен тотықсызданады: (67,0 - 33,401) ∙ 0,80 = 27,167.

Вольфрам қорытпаға өтеді: 27,167 ∙ 184 : 232 = 21,546кг.

Ол үшін көміртегі қажет: 21,546 ∙ 36 : 184 = 4,216кг.

Тотықтырғыш қождың құрамын анықтау

Бірінші және екінші кезеңнің үрдістері өту үшін тотықтырғыш қож қажет. Бұл қождар концентрат тотығының және электрод массасының күлінің есебінде, қорытпа элементтерінің тотығуы нәтижесінде түзіледі. Пектік коксиктің құрамында 1% күл болады.

Электродтық масса шығынын практикалық мәліметтер бойынша 100кг да вольфрам концентраты 2,6кг құрайды, сонда электродтық масса күлін енгізеді: 2,6 ∙ 0,07 = 0,182кг.

Қорытпада сарқып алу кезінде жұмысшы қождың құрамының есептеулері 14.5 - ші кестеде берілген.

Кесте 14.4 - Тазартылу кезеңінде тотығу үрдісі жүргеннен кейін металл құрамының өзгерісі

Элементтер	Аударылған қождың шығарылымынан кейін		Тазартылу кезінде тотықты		Металда қалатыны
	%	кг	%	кг		кг	%
W	55,00	71,091 ∙ 0,55 = 39,100	-	-		39,100	61,966
Si	7,00	71,091 ∙ 0,07 = 4,976	6,70	71,091 ∙ 0,55 = 39,100		0,213	0,337
Mn	4,00	71,091 ∙ 0,04 = 2,843	3,80	71,091 ∙ 0,038 = 2,701		0,142	0,225
C	0,74	71,091 ∙ 0,0074 = 0,526	0,64	71,091 ∙ 0,0064 = 0,455		0,071	0,112
Fe	33,00	71,091 ∙ 0,33 = 23,460	-	-		23,460	37,138
Cu	0,09	71,091 ∙ 0,0009 = 0,064	-	-		0,064	0,101
As	0,03	71,091 ∙ 0,0003 = 0,021	-	-		0,021	0,034
Sn	0,07	71,091 ∙ 0,0007 = 0,050	-	-		0,050	0,079
S	0,04	71,091 ∙ 0,0004 = 0,028	-	-		0,028	0,044
P	0,03	71,091 ∙ 0,0003 = 0,021	-	-		0,021	0,034
	100	-	-	Барлығы		63,170	100

14.5 - ші кестеде тазартылу кезеңінің соңында металл құрамы берілген.

Қорытпаны сарқып алу кезіндегі қождың құрамын анықтау

Бұл кезеңде 75% - дық ферросилициймен қышқылсыздандыру жолымен вольфрам тотығының 0,3% - ға дейін төмендеуі мақсатында қожды жетілдіру.

Қожды жетілдіру кезеңінде тотықсызданатын, тотық санын анықтаймыз, кг:

WO₃ → W…………………..52,279 ∙ (0,11775 - 0,002) = 6,051

MnO → Mn…………...………52,279 ∙ 0,19677 ∙ 0,03 = 0,309

FeO → Fe……………...………52,279 ∙ 0,20393 ∙ 0,93 = 9,915

P₂O₅ → P…………….......……………52,279 ∙ 0,00115 = 0,309

Бұл тотықтар тотықсызданған кезінде оттегі бөлініп шығады, кг:

WO₃ → W………………...…6,051 ∙ 48 : 232 = 1,252

MnO → Mn…….…………….0,309 ∙ 16 : 71 = 0,070

FeO → Fe……….……………9,915 ∙ 16 : 72 = 2,203

P₂O₅ → P…………………….0,060 ∙ 80 : 142 = 0,034

Барлығы: 3,559

Кесте 14.5 - Тазартылу кезеңінің соңындағы металдың құрамы

Элементтер	Соңғы тазартылудан кейінгі металдың құрамы, кг	Темір жоңқасымен енгізілген, кг	Концентратпен қалпына келтірілген, кг	Құрамы
				кг	%
W	39,100	-	26,205 + 21,546	86,851	75,067
Si	0,213	4,624 ∙ 0,0073 = 0,034	-	0,247	0,213
Mn	0,142	4,624 ∙ 0,0071 = 0,033	-	0,175	0,151
C	0,071	4,624 ∙ 0,002 = 0,009	-	0,080	0,069
Fe	23,460	4,624 ∙ 0,97 = 4,485	-	27,945	24,153
Cu	0,064	-	0,06	0,124	0,108
As	0,021	-	100 ∙ 0,00015 ∙ 0,15 = 0,023	0,044	0,038
Sn	0,050	-	100 ∙ 0,00016 ∙ 0,30 = 0,048	0,098	0,086
S	0,028	4,624 ∙ 0,0003 = 0,001	100 ∙ 0,00038 ∙ 0,30 = 0,0114	0,040	0,074
P	0,021	4,624 ∙ 0,0003 = 0,001	100 ∙ 0,0006 ∙ 1,0 × 62 : 142 = 0,026	0,048	0,042
Барлығы 115,652					100,00

Бұл оттегі ферросилиций кремниімен байланыстырылады. Кремний қажет: 3,559 ∙ 28 : 32 = 3,114кг.

Аударылған қождың құрамының есептеуі 14.7 - шы кестеде берілген.

Қожды сорып алу мезетіндегі қорытпаның құрамы

Сарқып алынғаннан кейін пеште 71,091кг қорытпа қалды. 115,698 - 71,091 = 44,607кг.

Қорытпа құрамының есептеулері 14.7 - ші кестеде көрсетілген. Берілген шарттар бойынша 30% коксик көміртегісі және 50% электрод массасының көміртегісі ауада оттегімен тотығады, сонда көміртек тотығады: 8,407 ∙ 0,97 ∙ 0,3 + 2,6 ∙ 0,86 ∙ 0,5 = 3,364кг.

Бұл көміртек санын күйдіру үшін оттегі қажет: 3,364 ∙ 16 : 12 = 4,752кг, яғни, ауа: 4,752 : 0,22 = 21,600кг.

Кесте 14.6 - Қорытпаны сарқып алу кезіндегі жұмысшы қождың құрамы

Тотықтар	Концентратпен енгізіледі, кг	Тазартылу кезінде пайда болатыны, кг	Электродтық массаның күлімен енгізіледі, кг	Құрамы
				кг	%
WO3	67,0 ∙ 0,9905 - 47,751 ∙ 232 : 184 = 6,156	-	-	6,156	11,775
SiO2	4,02	10,206	0,182 ∙ 0,52 = 0,095	14,321	27,393
FeO	10,64	-	0,182 ∙ 0,13 ∙ 144 : 160 = 0,021	10,661	20,393
MnO	6,80	3,487	-	10,287	19,677
Al2O3	1,32	-	0,182 ∙ 0,24 = 0,044	1,364	2,609
CaO	9,41	-	0,182 ∙ 0,08 = 0,015	9,425	18,028
MgO	-	-	0,182 ∙ 0,03 = 0,005	0,005	0,010
P2O5	0,06	-	-	0,060	0,115
Барлығы	38,406	13,693	0,180	52,279	100,00

Кесте 14.7 - Аударылған қождың құрамы

Тотықтар	Сарқып алу кезінде жұмысшы қождың құрамында болды, кг	Жетілдіру кезінде қалпына келтірілді, кг	Жетілдіру кезінде пайда болды, кг	Құрамы
				кг		%
WO3	6,15	6,051	-	0,099		0,230
SiO2	14,321	-	3,559 ∙ 60 : 32 = 6,1673	20,994		48,904
FeO	10,661	9,915	-	0,746		1,738
MnO	10,287	0,309	-	9,978		23,243
Al2O3	1,364	-	8,869 ∙ 0,019 ∙ 102 : 54 = 0,318	1,682		3,918
CaO	9,425	-	-	9,425		21,955
MgO	0,005	-	-	0,005		0,012
P2O5	0,060	0,060	-	-		-
Барлығы					42,929		100,00