4. Розрахунок матеріального балансу періода плавління

Основні джерела утворення шлаку – шлакоутворюючі матеріали та окислення компонентів металу.

Маса компонентів, що вносяться вапном, визначається за формулою 1.1:

кг; кгкг;

кг; кг.

Fe₂O₃ перераховується у FeO за таким співвідношенням:

(1.2)

де - масаFe₂O₃, що вноситься вапняком, кг;

- молярна масаFeв Fe₂O₃,;

- молярна маса FeO,;

- молярна маса Fe₂O₃,;

- молярна маса Feв FeO, .

Тоді вапняком вноситься FeO:

кг.

Виділиться СО₂ в атмосферу при прокалюванні:

кг.

Маса компонентів, що вносяться флюоритовим концентратом, складе:

кг; кг;кг.

Виділиться H₂Oв атмосферу при прокалюванні:

кг.

Маса компонентів, що вноситься магнезитовим порошком, визначається за формулою 1.1:

кг; кг;кг;кг.

Перераховуємо FeO в Fe₂O₃:

кг.

Приблизні витрати матеріалу футеровки для індукційних тигельних печей складає 8 рідкого металу. Основу футеровки складає магнезитовий порошок, тоді футеровка внесе наступні маси компонентів:

кг; кг;кг;кг.

Перераховуємо FeO в Fe₂O₃:

кг.

Розрахунок продуктів окислення металічного розплаву, що надходять у шлак, ведемо за допомогою таблиці 1.4.

Таблиця 1.4 – Угари елементів при плавці в індукційній печі у період плавлення (%)

Угар	C	Si	Mn	Cr	Ni	Ti	Al
Загальний	1	5	7	5	0	1	1
У шлак	0	100	80	80	0	100	100
З газами	100	0	20	20	0	0	0

Розрахунок кількості оксидів, що утворюються при угарі елементів ведуть за формулою:

(1.3)

де - маса елементу, що окислився, кг;

, - стехіометричні коефіцієнти елементаI та оксиду I_xO_y;

, - молекулярні маси елемента І та оксидуI_xO_y,.

Маса угару вуглецю, згідно формули 1.1, складе:

кг.

При цьому утвориться СО:

кг.

Потрібна кількість кисню на окислення складе:

кг.

Маса вуглецю, що залишиться у металі, складе:

кг.

Маса угару кремнію складе:

кг.

Утвориться наступна кількість SiO₂:

кг.

Потрібна кількість кисню на окислення складе:

кг.

Маса кремнію, що залишиться у металі, складе:

кг.

Маса угару марганцю складе:

кг.

Кількість марганцю, що перейде у шлак складе: кг.

Тоді, кількість марганцю, що втрачається з газами складе: кг.

Утвориться наступна кількість MnO:

кг.

Кількість оксиду марганцю, що перейде у шлак складе: кг.

Тоді, кількість марганцю, що втрачається з газами складе: кг.

Потрібна кількість кисню на окислення складе:

кг.

Маса марганцю, що залишиться у металі:

кг.

Маса угару хрому складе:

кг.

Кількість хрому, що перейде у шлак складе: кг.

Тоді, кількість хрому, що втрачається з газами складе: кг.

Утвориться наступна кількість Cr₂O₃:

кг.

Кількість оксиду хрому, що перейде у шлак складе: кг.

Тоді, кількість хрому, що втрачається з газами складе: кг.

Потрібна кількість кисню на окислення складе:

кг.

Маса хрому, що залишиться у металі:

кг.

Маса угару алюмінію складе:

кг.

Утвориться наступна кількість Al₂O₃:

кг.

Потрібна кількість кисню на окислення складе:

кг.

Маса титану, що залишиться у металі:

кг.

Приймаємо, що у період плавлення шихти сірка фосфор і нікель з металу не видаляються. Також приймаємо, що загальний угар металічної шихти складе 1,5%, тобто в кінці періоду плавлення у печі утворюється наступна кількість металу:

кг.

Тоді вміст вуглецю в розплавленому металі складе:

кг.

Користуючись константою добутку розчинностей кисню і вуглецю, знаходимо очікуваний вміст кисню в металі:

;

; (1.4)

% мас.

Визначимо вагу кисню на розчинення у металі:

кг.

Баланс кисню в період плавлення:

- на окислення вуглецю: 0,02138 кг;

- на окиснення кремнію: 1,24991 кг;

- на окиснення марганцю: 2,44624 кг;

- на окислення хрому: 17,17668 кг;

- на окислення алюмінію: 0,00368 кг;

- на розчинення у металі: 1,37387 кг;

Всього: 22,27176 кг.

За 7-10 хвилин до випуску плавки в метал додають FeSi(ФС90) для розкислення металу, у кількості і азотований марганець Мн92Н6, у кількості. Хімічний склад ФС90 наведений у таблиці 1.5.

Таблиця 1.5 – Хімічний склад ФС90 (ГОСТ 1415-93), % мас.

Елемент	Si	C	S	P	Al	Mn	Cr	Fe
Вміст	95	0,1	0,02	0,03	3	0,3	0,2	1,35

Приймаємо, що зі всієї кількості феросиліцію 10% окислиться киснем повітря. Утворені оксиди перейдуть у шлак. Вважаючи кількість феросплавів невеликою, а основним провідним елементом кремній () окислення наявних компонентів ведемо тільки для кремнію. Таким чином, окислиться кремнію феросиліцію:

кг.

Утвориться оксидів в шлаку:

кг.

Залишиться кремнію в металі:

кг.

На окислення кремнію знадобиться кисню:

кг.

Алюмінію окислиться:

кг.

Утвориться оксидів в шлаку:

кг.

Залишиться алюмінію в металі:

кг.

На окислення алюмінію знадобиться кисню:

кг.

Заліза окислиться:

кг.

Утвориться оксидів в шлаку:

кг.

Залишиться заліза в металі:

кг.

На окислення заліза знадобиться кисню:

кг.

Хімічний склад азотованого марганцю наведений у таблиці 1.6.

Таблиця 1.6 – Хімічний склад азотованого марганцю Мн92Н6, % мас.

Елемент	C	S	P	Mn	N	Fe
Вміст	0,1	0,09	0,005	92	6	1,805

Тоді, окислиться марганцю Мн92Н6:

кг.

Утвориться оксидів в шлаку:

кг.

Залишиться марганцю в металі:

кг.

На окислення марганцю знадобиться кисню:

кг.

Азоту Мн92Н6 видалиться з газами (приймаємо коефіцієнт засвоєння азоту рівним 75%):

кг.

Залишиться азоту в металі:

кг.

Окислиться заліза Мн92Н6:

кг.

Утвориться оксидів в шлаку:

кг.

Залишиться заліза в металі:

кг.

На окислення заліза знадобиться кисню:

кг.

Проведені вище розрахунки вносимо до таблиці 1.7 для розрахунку кількості і складу пічного шлаку в кінці плавлення.

Таблиця 1.7 – Маса і склад шлаку в кінці періоду плавлення

Джерело надходження	CaO	SiO2	MnO	FeO	Cr2O3	Al2O3	MgO	CaF2	S	Сума, кг
Вапно	33,84	0,5	0	0,389	0	0,288	0,72	0	0	35,737
Порошок магнезитовий	0	0,225	0	0,04	0	0,18	8,55	0	0	8,995
Флюоритовий концентрат	0	0,18	0	0	0	0	0	8,55	0,0135	8,744
Футеровка	0	0,6	0	0,108	0	0,48	22,8	0	0	23,938
Мн92Н6	0	0	5,524	0,108	0	0	0	0	0	5,632
ФС90	0	1,219	0	0,01	0	0,035	0	0	0	1,264
Окислення металу	0	2,347	8,677	0	43,514	0,008	0	0	0	54,546
Всього, кг	33,84	5,072	14,201	0,656	43,514	0,99	32,07	8,55	0,014	138,906
Всього, %	24,362	3,651	10,223	0,472	31,326	0,713	23,088	6,155	0,01	100

Вміст компоненту у складі шихти або металу визначається за наступною формулою:

(1.5)

де - маса компоненту в шихті/металі, кг;

- маса шихти/металу.

Баланс металу періоду плавлення наведений у таблиці 1.8.

Таблиця 1.8 – Баланс металу періоду плавлення

Елемент	Надійшло з шихтою, кг	Перейшло в шлак, кг	Втрати с газами, кг	Надійшло з Мн92Н6	Надійшло з ФС90, кг	Міститься в металі, кг	Міститься в металі, %
C	1,605	0	0,016	0	0	1,589	0,053
Si	21,942	1,097	0	0	5,13	25,975	0,865
Mn	120	6,72	1,68	38,502	0	150,102	5
Cr	744,312	29,7725	7,4431	0	0	707,096	23,554
Ni	516,790	0	0	0	0	516,790	17,215
N	6,49	0	0	2,72	0	9,210	0,307
Cu	0,1	0	0	0	0	0,1	0,003
S	0,597	0	0	0	0	0,597	0,02
P	0,825	0	0	0	0	0,825	0,027
O	0	0	0	0	0	1,374	0,046
Al	0,4	0,004	0	0	0,162	0,558	0,019
Fe	1586,939	0	0	0,7554	0,0729	1587,767	52,891
Всього:	1000	9,78	2,338	41,978	5,365	989,640	100

З урахуванням отриманих результатів складемо сумарний матеріальний баланс періоду плавлення.

Таблиця 1.9 – Матеріальний баланс періоду плавлення

Витрачено, кг			Одержано, кг
Шихти, із неї:	3 000	Металу 12Х25Н16Г7		3 001,984
- відходів 03Х20Н16АГ6	1 700	Шлаку		138,906
- відходів 12Х21Н5Г2САЛ	900	Пилу, у тому числі:		13,0477
- нікелю Н2	200	- MnO		2,16925
- хрому Х99Н5	200	- Cr2O3		10,87846
Шлакоутворюючих, із них:	54	Газів, у тому числі:		0,58328
- вапна	36	- CO		0,03743
- магнезитового порошку	9	- CO2		0,22
- флюоритового концентрату	9	- H2O		0,2565
Футеровки тигля	24	- N		0,06975
Кисню	24,20991
Феросиліцій ФС90	6
Марганцю азотованого Мн92Н6	46,5
Всього:	3 154,70991	Всього:		3 154,52

Нев’язка балансу складає:

.

Нев’язка знаходиться у припустимих межах.