Расчет позволяет определить состав получаемого чугуна, выход, состав и свойства шлака и сделать вывод о возможности выплавки чугуна заданного качества из указанных железорудных материалов. Если свойства шлака не удовлетворяют требованиям процесса, необходимо дать рекомендации по изменению его основности и корректировке состава доменной шихты.
Расчет состава доменного шлака
В шлак при доменной плавке переходят оксиды пустой породы ЖРМ, золы кокса и флюса за вычетом восстановившегося SiO2. В шлак также переходят часть железа, марганца и других примесей, восстанавливающихся в доменной печи лишь частично.
Оксиды кальция, магния и алюминия полностью переходят в шлак. Их количество в шлаке рассчитывается по формуле:
Мх = 0,01∙ (Р∙Хр + Ф∙Хф +0,01∙К∙А∙Хз.к), (2.8)
где Мх – количество CaO (MgO, Al2O3), переходящего в шлак, кг/ т чугуна;
Хр, Хф, Хз.к – содержание CaO (MgO, Al2O3) в ЖРМ, флюсе и золе кокса соответствен-
но, %.
Оксид кремния частично восстанавливается в чугун. Поэтому его масса в шлаке составляет:
МSiO2 = 0,01∙ (Р∙SiO2р + Ф∙ SiO2ф +0,01∙К∙А∙ SiO2з.к) – 21,4∙[Si], (2.9)
где МSiO2 – количество SiO2, переходящего в шлак, кг/ т чугуна;
SiO2р, SiO2ф, SiO2з.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:
МFeO = 0,01∙ (Р∙Feр + Ф∙ Feф +0,01∙К∙А∙ Feз.к) ∙ (1 - ηFe) ∙ (56 + 16) / 56 (2.10)
МMnO = 0,01∙ (Р∙Mnр + Ф∙ Mnф +0,01∙К∙А∙ Mnз.к) ∙ (1 – ηMn) ∙ (55 + 16) / 55 (2.11)
где МFeO, МMnO – количество FeO и MnO, переходящих в шлак, кг/ т чугуна.
Небольшое количество серы (до 5 %), поступающей в печь с шихтой, удаляется из печи с колошниковым газом. Основная часть серы распределяется между жидкими чугуном и шлаком. Для определения массы серы, переходящей в шлак, необходимо рассчитать ее приход с шихтовыми материалами и вычесть из него массу серы, улетучивающейся с колошниковым газом и переходящей в чугун.
|
|
Масса серы, поступающей в печь с шихтой и распределяющейся между чугуном и шлаком (Мs, кг/т чугуна) равна:
Мs = 0,01∙ (Р∙Sр + Ф∙Sф +К∙Sк)∙(1-λs), (2.12)
где Sр, Sф, Sк – содержание серы в ЖРМ, флюсе и коксе соответственно, %.
λs – степень улетучивания серы, д. ед.
Для расчета выхода шлака принимаем содержание серы в чугуне 0,03 % или 0,3 кг/т чугуна. Масса серы, переходящей в шлак, составит:
Мsш = Мs – 0,3. (2.13)
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:
МSO3ш = Мsш∙ (32 + 3∙16) /32, кг/т чугуна. (2.14)
Выход шлака (Ш, кг/т чугуна) определяется как сумма масс всех оксидов, переходящих в шлак:
Ш = ∑ Мi = МCaO + МMgO + МAl2O3 + МSiO2 + МFeO + МMnO + МSO3ш. (2.15)
Коэффициент распределения серы между чугуном и шлаком равен отношению концентраций серы в шлаке и чугуне:
LS = (S) / [S]. (2.16)
Коэффициент распределения серы зависит от основности шлака и содержания кремния в чугуне (рис.1).
Рис.1. Зависимость коэффициента распределения серы LS от основности шлака; цифры
на кривых – содержание кремния в чугуне, %
Используя данные рис.1, принятые в расчете основность шлака и содержание кремния в чугуне находим Ls. (Ls = …).
Уточненное содержание серы в металле составит:
|
|
МS0 = МS / (1 + Ш∙ LS), кг/т чугуна, (2.17)
где Ш – выход шлака, т/т чугуна
Уточненное содержание серы в шлаке:
МSш0 = МS – 10∙[S]0. (2.18)
Уточненное содержание SO3 в шлаке:
МSO3ш0 = МSш0∙ (32 + 3∙16) /32, кг/т чугуна. (2.19)
Результаты расчета состава шлака занести в табл.2.4.
Таблица2.4 -Расчетный химический состав шлака
| Компонент | CaO | Al2O3 | MgO | SiO2 | FeO | MnO | SO3 | Всего |
| Приход в шлак, кг/т чугуна | ||||||||
| Содержание, % |
Расчет состава чугуна
Содержание железа в чугуне определено ранее по уравнению 2.5, кг/т чугуна
Содержание кремния соответствует принятому в расчете:
МSi = 10∙[Si], кг/т чугуна.
Содержание серы в чугуне рассчитано по уравнению 2.17, кг/ т чугуна.
Содержание марганца в чугуне определяется по формуле:
МMn = 0,01∙ (Р∙Mnр + Ф∙ Mnф +0,01∙К∙А∙ Mnз.к) ∙ ηMn, кг/т чугуна. (2.20)
Содержание фосфора определяется по формуле:
МР = 0,01∙ (Р∙Рр + Ф∙ Рф +0,01∙К∙А∙ Рз.к), кг/т чугуна. (2.21)
Содержание углерода в чугуне равно:
Сч = 1000 – [Fe] - [Si] -[S] – [Mn] – [P], кг/т чугуна.
Результаты расчета состава чугуна занести в табл.2.5.
Таблица 2.5 - Расчетный химический состав чугуна
| Содержание элементов | Si | Mn | P | S | C | Fe |
| Кг/т×чугуна | ||||||
| Масс. % |
ПРИМЕР РАСЧЕТА ШИХТЫ
Рассчитать потребность в агломерате (для упрощения принято 100 % в шихте), известняке и коксе для выплавки чугуна марки П1; определить количество и состав шлака. Химический состав материалов приведен в табл.2.1. Содержание кремния в чугуне – 0,8 %. Основность шлака – 1,15. В соответствии с данными табл. 2.2. принимаем степень перехода марганца в чугун – 60 %, фосфора – 100 %; степень улетучивания серы – 5 %.
|
|
Расчет состава шихты
1. Определяем содержание железа в чугуне
Feч = ηFe∙ Feр∙ (100 – [Si] -[C] -[S]) / (ηFe∙ Feр + ηMn∙ Mnр + ηP∙Pр),
Feч = 0,998∙55,5∙(100 – 0,8 – 4,5 -0,03)/(0,998∙55,5 +0,6∙0,2 +1,0∙0,07) = 94,346 %.
2. Рассчитываем расход кокса
К = 434 + 5,21· (57,5 - Feр) + 52,1· ([Si] – 0,66) + 5,64 (А – 11,1) + 1,3 (Sк – 0,48),
К = 434 + 5,21· (57,5 -55,5) +52,1(0,80 – 0,66) + 5,64 (11,05 – 11,1) + 1,3 (0,42 – 0,48) =
= 451,35 кг/т чугуна.
3. Решаем систему уравнений баланса железа и баланса основности
0,01· ηFe · (Р·Feр + 0,01·К·А· Feз.к. + Ф· Feф) = 10·Feч
0,01·(Р· CaOр + 0,01·К·А · CaOз.к + Ф· CaOф)/{0,01·(Р· SiO2р + 0,01·К·А · SiO2з.к +
+ Ф· SiO2ф) – 21,4· [Si] } = Вш,
0,01· 0,998 · (Р·55,5+ 0,01·451,35·11,05· 9,78 + Ф· 0,38) = 10·94,346,
0,555Р + 0,0038 Ф = 940,47.
Р = 1694,54 - 0,00685Ф.
0,01·(Р· 6,4 + 49,874 · 5 + Ф· 54) /{0,01·(Р· 9,2 + 49,874 · 54,1 + Ф· 0,79) – 21,4· 0,8 } =
= 1,15.
0,064Р + 2,494 + 0,54Ф = 0,106Р +31,029 + 0,009Ф – 19,688,
0,531Ф – 0,042Р = 8,847.
0,531Ф – 71,17 + 0,0002Ф = 8,847
0,531Ф = 80,017
Ф = 150,69,
Р = 1693,97.
Таблица 3.1 – Расход ЖРМ, флюса и кокса, кг/т чугуна