Расчет доменной шихты

Расчет доменной шихты

Расчет доменной шихты

1. 
Исходные данные для расчета

Доменная шихта состоит из трех основных частей: железорудный материал (ЖРМ), состоящий обычно из агломерата и окатышей, флюс и твердое топливо. В составе шихты могут также использоваться различные добавки, прежде всего, отходы металлургического производства.

а) Химический состав компонентов шихты

Железорудный материал содержит 80 % агломерата с содержанием железа 54,8 % и 20 % окатышей с содержанием железа 62,30% . Среднее (средневзвешенное) содержание железа в смеси составляет: 54,8· 0,8 + 62,3· 0,2 = 56,3 %.

Содержание Fe₂O₃ в железорудном материале находят следующим образом:

в агломерате

Fe₂O₃ = (Fe_общ - FeO· 56 / 72) · 160 / 112= (54,8-10,8·56/72)·160/112= 66,29%

в окатышах

Fe₂O₃ = (Fe_общ - FeO· 56 / 72) 160 / 112=(62,3-2,95·56/72)·160/112=85,72%

Для получения наиболее точного результата расчета сумма всех составляющих (оксидов) каждого компонента шихты должна быть равна 100 %.

в агломерате

∑Y =66,29+10,8+7,83+1,6+11,20+2=99,72% это меньше 100 %, следовательно есть неучтенные оксиды (ХO), содержание которых определяется следующим образом:

ХO = 100 - ∑Y,

где ∑Y - сумма всех оксидов, указанных в таблице химического состава материала, %.

ХО=100-99,72=0,28%

в окатышах

∑Y =85,72+2,95+4,12+1,15+3,52+2,07=99,53% это меньше 100 %, следовательно есть неучтенные оксиды (ХO), содержание которых определяется следующим образом:

ХO = 100 - ∑Y,

где ∑Y - сумма всех оксидов, указанных в таблице химического состава материала, %.

ХО=100-99,53=0,47%

Технический состав карагандинского кокса: зола (А) - 13,10 %; летучие (V) - 0,80 %;

сера (S) - 0,68 %; углерод (C) - 85,42 %; влага -3%.

Химический состав золы: SiO₂ - 49,5%; Al₂O₃ - 28,30 %; CaO - 9,06 %; MgO - 1,20 %;

FeO - 12,94 %.

Таблица 1. Химический состав шихтовых материалов

б) Параметры доменной плавки

Количество кремния, углерода и серы, переходящих в чугун, на стадии расчета состава доменной шихты не может быть определено и принимается в соответствии с заданной маркой чугуна- П1.

Потери элементов от улетучивания и распределение их между чугуном и шлаком, %

Таблица 2

2. Расчет состава доменной шихты

Рассчитать потребность в агломерате, известняке и коксе для выплавки чугуна марки П1; определить количество и состав шлака. Химический состав материалов приведен в табл.1. Содержание кремния в чугуне - 0,7 %. Основность шлака - 1,25. В соответствии с данными табл. 1 принимаем степень перехода марганца в чугун - 60%, фосфора - 100%; степень улетучивания серы - 5%.

2.1 Определяем содержание железа в чугуне

Fe_ч = η_Fe∙ Fe_р∙ (100 - [Si] -[C] -[S]) / (η_Fe∙ Fe_р + η_Mn∙ Mn_р + η_P∙P_р),

где

η_Fe - доля железа шихты, переходящего в чугун, д. ед.

η_Mn, η_P - степень перехода марганца и фосфора в чугун, д.ед.

Fe_р - содержание железа в ЖРМ

[Si], [C], [S], [Mn], [P] - содержание кремния ,углерода, серы, марганца и фосфора в чугуне соответственно, %.

2.2 Рассчитываем расход кокса

К = 434 + 5,21· (57,5 - Fe_р) + 52,1· ([Si] - 0,66) + 5,64 (А - 11,1) + 1,3 (S_к - 0,48),

К = 434 + 5,21· (57,5 -56,3) +52,1(0,70 - 0,66) + 5,64 (13,1 - 11,1) + 1,3 (0,68 - 0,48) = 453,876 кг/т чугуна

где А и S_к - содержание золы и серы в коксе, %

2.3 Решаем систему уравнений баланса железа и баланса основности

,01· η_Fe · (Р·Fe_р + 0,01·К·А· Fe_з.к. + Ф· Fe_ф) = 10·Fe_ч

,01·(Р· CaO_р + 0,01·К·А · CaO_к + Ф· CaO_ф)/{0,01·( Р· SiO_2р + 0,01·К·А · SiO_2к + Ф· SiO_2ф) - 21,4· [Si] } = В_ш,

где В_ш - основность (CaO/ SiO₂) доменного шлака=1,25

,01· 0,998 · (Р·56,3+ 0,01·453,876·13,1· 9,29 + Ф· 0,35) = 10·94,61

Р·56,3+Ф· 0,35 = 94247,24

Р = 1674,02 - 0,00622 Ф

,01·(Р· 9,664 + 0,01·453,876·13,1·9,06 + Ф· 54) /{0,01·( Р· 11,94 + 0,01·453,876·13,1·49,5 + Ф· 1,7) - 21,4· 0,7 } = 1,25

,052Ф - 0,005Р = 1,267

,052Ф - 8,3701 + 0,0000311 Ф = 1,267

,0520311Ф = 9,6371

Ф = 185,22

Р = 1672,87

Таблица 3 - Расход ЖРМ, флюса и кокса, кг/т чугуна

3.Расчет состава доменного шлака

3.1 Определяем приход оксидов компонентов шихты в шлак (кг/т чугуна)

М_х = 0,01∙ (Р∙Х_р + Ф∙Х_ф +0,01∙К∙А∙Х_з.к),

где М_х - количество CaO (MgO, Al₂O₃), переходящего в шлак, кг/ т чугуна;

Х_р, Х_ф, Х_з.к - содержание CaO (MgO, Al₂O₃) в ЖРМ, флюсе и золе кокса соответственно,%.

Оксид кремния частично восстанавливается в чугун. Поэтому его масса в шлаке составляет:

М_SiO2 = 0,01∙ (Р∙SiO_2р + Ф∙ SiO_2ф +0,01∙К∙А∙ SiO_2з.к) - 21,4∙[Si] ,

где М_SiO2 - количество SiO₂, переходящего в шлак, кг/ т чугуна;

SiO_2р, SiO_2ф, SiO_2з.к - содержание SiO₂ в ЖРМ, флюсе и золе кокса соответственно,%.

Масса оксидов железа, марганца (ванадия и хрома в случае их наличия в шихте) в шлаке определяется их количеством, вносимым в печь с шихтой, и степенью перехода в шлак:

М_FeO = 0,01∙ (Р∙Fe_р + Ф∙ Fe_ф +0,01∙К∙А∙ Fe_з.к) ∙ (1 - η_Fe) ∙ (56 + 16) / 56

М_MnO = 0,01∙ (Р∙Mn_р + Ф∙ Mn_ф +0,01∙К∙А∙ Mn_з.к) ∙ (1 - η_Mn) ∙ (55 + 16) / 55

где М_FeO, М_MnO - количество FeO и MnO, переходящих в шлак, кг/ т чугуна.

М_CaO = 0,01∙ (1672,87∙9,664+ 185,22∙54,0+0,01·453,876∙13,1·9,06) = 267,07;

М_MgO = 0,01∙ (1672,87∙2,014+ 185,22∙0,7 +59,46·1,2) =35,7;

М_Al2O3 = 0,01∙ (1672,87∙1,51+ 185,22∙0,05 +59,46·28,3) = 42,18;

М_SiO2 = 0,01∙ (1672,87∙7,088 + 185,22∙ 1,7 +59,46· 49,5) - 21,4∙0,7 =136,17

СаО/ SiO₂ = 1,25, что соответствует заданному

М_FeO = 0,01∙ (1672,87∙56,3+ 185,22∙0,35 +59,46·9,29) ∙ (1 - 0,998) ∙ (56 + 16) / 56 = 2,43

М_MnO = 0,01∙ (1672,87∙0,11+185,22· 0 + 59,46·0) ∙ (1 - 0,6) ∙ (55 + 16) / 55 =0,95

3.2 Рассчитываем массу серы, поступающей в печь с шихтой и распределяющейся между чугуном и шлаком (М_s, кг/т чугуна):

М_s = 0,01∙ (Р∙S_р + Ф∙S_ф +К∙S_к)∙(1-λ_s),

где S_р, S_ф, S_к - содержание серы в ЖРМ, флюсе и коксе соответственно,%.

λ_s - степень улетучивания серы, д. ед.

М_s = 0,01∙ (1672,87∙0,068 + 185,22∙0 +0)∙(1-0,05) = 0,569 кг/т чугуна

3.3 Принимаем содержание серы в чугуне 0,03 % или 0,3 кг/т чугуна. Масса серы, переходящей в шлак, составит

М_{sш =} М_s - 0,3 кг/т чугуна

М_{sш =} 0,569 - 0,3 = 0,269 кг/т чугуна

Принимаем, что вся сера в шлаке находится в виде сульфатов (в основном в виде сульфата кальция) и ее доля может быть учтена в виде SO₃. Масса SO₃ в шлаке составляет:

М_{SO3ш =} М_sш∙ (32 + 3∙16) /32 , кг/т чугуна

М_{SO3ш =} 0,269∙ (32 + 3∙16) /32 = 0,6725 кг/т чугуна

3.4 Определяем выход шлака

Выход шлака (Ш, кг/т чугуна) определяется как сумма масс всех оксидов, переходящих в шлак:

Ш = ∑ М_i = М_CaO + М_MgO + М_Al2O3 + М_SiO2 + М_FeO + М_MnO + М_SO3ш

Ш = 267,07+35,7+42,18+136,17+2,43+0,95+0,6725 = 485,1725 кг/т чугуна

Результаты расчета заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Выход и химический состав шлака

4.Расчет состава чугуна

Содержание железа в чугуне определено ранее по уравнению и составляет 946,7 кг/т чугуна

4.1 Рассчитываем содержание марганца и фосфора в чугуне

М_Mn = 0,01∙ (Р∙Mn_р + Ф∙ Mn_ф +0,01∙К∙А∙ Mn_з.к) ∙ η_Mn, кг/т чугуна

Mn = 0,01∙ (1672,87∙0,11+ 0 + 0) ∙ 0,6 = 0,10 кг/т чугуна;

М_Р = 0,01∙ (Р∙Р_р + Ф∙ Р_ф +0,01∙К∙А∙ Р_з.к) , кг/т чугуна

М_Р = 0,01∙ (1672,87∙0,028 + 0 +0)=0,06 , кг/т чугуна

4.2 Содержание кремния соответствует принятому в расчете:

М_Si = 10∙[Si], кг/т чугуна

Si = 10∙[Si] = 10∙0,7 = 7 кг/т чугуна

Уточняем содержание серы в чугуне.

При основности шлака 1,25 и содержании кремния в чугуне 0,7 % величина коэффициента распределения серы в соответствии с рис.1 составляет L_s = 16

Уточненное содержание серы в металле составит:

М_S0 = М_s / (1 + Ш∙ L_s ), кг/т чугуна

S = 0,569 / (1 + 0,48417∙ 16 ) = 0,06 кг/ т чугуна

где Ш - выход шлака, т/т чугуна

Содержание углерода в чугуне равно:

С_ч = 1000 - [Fe] - [Si] -[S] - [Mn] - [P] = 1000 -946,1-0,06-0,1-7-0,06=53,78 кг/т чугуна

Результаты расчета состава чугуна занести в табл.3.3.

Таблица3.3 - Расчетный химический состав чугуна

Вывод

химический шихта чугун

Расчетный состав чугуна соответствует заданной марке П1, относится к 1 группе по содержанию марганца (<= 0,5), классуА по содержанию фосфора (не более 0,1) и 1 категории по содержанию серы ( не более 0,01

Расчетный состав шлака удовлетворяет требованиям доменной плавки по содержанию MgO (не более 10 %).