Расчет количества и состава сплава

Выбор исходных данных для расчета

В качестве исходных данных для расчета задаются составы титанового концентрата, железной руды, извести, крупки алюминиевой, ферросилиция, расход материалов и условия ведения плавки.

Расчет производится на использование 100кг титанового концентрата.

Ниже приведены принятые в примерном расчете составы материалов (массив 1-5) и условия плавки (массив 6).

 

Состав шихтовых материалов

Состав титанового концентрата (массив 1)

Материал	Химический состав, %,
TiO2	FeO	Fe2O3	SiO2	MgO	CaO	S	Al2O3
Титановый концентрат	44,5		33,45		1,6	0,8	0,05	1,6

Состав железной руды (массив 2)

Материал	Химический состав, %,
Fe2O3	SiO2	CaO	Al2O3
Железная руда

Состав извести(массив 3)

Материал	Химический состав, %,
SiO2	CaO	n.n.n.	Al2O3
Известь

Состав крупки алюминиевой (массив 4)

Материал	Химический состав, %,
Si	Cu	Fe	Al
Крупка Al

 

Состав ферросилиция (массив 5)

Материалы	Химический состав, %,
Si	Fe	Al
FeSi

 

 

Условия ведения плавки (массив 6)

№ п/п	Условия плавки	Обозначение	Единица измерения	Принятое значение
	Восстанавливается TiO2 до Ti Восстанавливается TiO2 до TiО Восстанавливается TiO2 до Ti2О3		% % %
	Восстанавливается Fe2O3 железной руды и концентрата до Fe Восстанавливается Fe2O3 железной руды и концентрата до FeO Восстанавливается FeO концентрата до Fe		%   % %
	Восстанавливается SiO2 до Si		%
	Отношение Al к Ti в сплаве		(-)	0,25
	На 100 кг концентрата расходуется железной руды (для повышения термичности процесса) в шихту На 100 кг концентрата расходуется железной руды (для осаждения корольков) На 100 кг концентрата расходуется FeSi - в шихту - для осаждения корольков На 100 кг концентрата расходуется Al для осаждения корольков		кг   кг   кг кг   кг	0,5   1,5
	Из ферросилиция переходит в сплав Si Из ферросилиция участвует в восстановлении Si		%   %
	Алюминий участвует в восстановлении Алюминий переходит в сплав Алюминий окисляется кислородом воздуха		% % %

 

Примечание: Принятые в исходных данных и условиях плавки значения в %, при расчете используются в долях (например: 100% -1, 50% - 0,5, 86% - 0,86 и т.д.)

 

Принятые обозначения: С_i – содержание i–того компонента в долях.

М_i – молекулярный вес i–того компонента

А_i – атомный вес i–того компонента

 

I. Расчет материального баланса

1.Расход количества восстановителя

Рассчитываем количество продуктов соответствующих превращений и связываемого кислорода в соответствии с исходными данными (таблицы 1-5) и с учетом практических данных (таблица 6). Полученные расчетные данные заносим в таблицу 1.1.

1. Из 100 кг концентрата и 2 кг руды восстанавливается и при этом связывается кислорода:

1.1. При восстановлении TiO₂ образуется Ti

m_Ti,к = 100 · С_TiO2,к · 0,7 ·(A_Ti/М_TiO2) =100 · 0,445 · 0,7 · (48/80) = 18,69кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 Ti,к} = 100 · С_TiO2,к · 0,7 -·m_Ti,к = 100 · 0,445 · 0,7 - 18,69 = 12,46кг

1.2. При восстановлении TiO₂ образуется TiО

m_TiО,к = 100 · С_TiO2,к· 0,15 ·(М_TiО/М_TiO2) =100 · 0,445 · 0,15 · (64/80) = 5,34кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 TiO,к} = 100 · С_TiO2,к · 0,15 -·m_TiО,к =100 · 0,445 · 0,15 – 5,34 =1,34кг

1.3 При восстановлении TiO₂ образуется Ti₂O₃

m_Ti2О3,к = 100 · С_TiO2,к · 0,15 · (М_Ti2О3/2М_TiO2) = 100 · 0,445 · 0,15 · (144/160) = 6кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 Ti2O3,к} = 100 · С_TiO2,к · 0,15 -·m_Ti2О3,к = 100 · 0,445 · 0,15 – 6 = 0,68кг

1.4. При восстановлении FeO концентрата образуется Fe

m_{Fe FeO,к} = 100 · С_FeO,к · 1 · (A_Fe/М_FeO)= 100 · 0,15 · 1 · (56/72) = 11,67кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 FeO,к} = 100 · С_FeO,к - m_FeО,к = 100 · 0,15 – 11,67= 3,33кг

1.5. При восстановлении Fe₂O₃ концентрата образуется Fe

m_{Fe Fe2O3,к} =100 · С_Fe2O3,к ·0,97 · (2A_Fe/М_Fe2O3)= 100 · 0,3345 · 0,97 · (112/160) = 22,71кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 Fe2O3,к} = 100 · С_Fe2O3,к· 0,97 -·m_{Fe Fe2O3,к} = 100 · 0,3345 · 0,97 – 22,71 = 9,74кг

1.6 При восстановлении Fe₂O₃ железной руды образуется Fe

m_{Fe Fe2O3,ж.р.} =2 · С_Fe2O3,ж.р. · 0,97 ·(2A_Fe/М_Fe2O3)= =2 · 0,96 · 0,97 · (112/160) = 1,3кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 Fe2O3, ж.р.} = 2 · С_Fe2O3,ж.р.· 97 -·m_{Fe Fe2O3, ж.р.}= 2 · 0,96 · 0,97 -·m_Fe =0,56кг

1.7. При восстановлении Fe₂O₃ концентрата образуется FeО

m_{FeО Fe2O3,к .}= 100 · С_Fe2O3,r. · 0,03 ·(2М_FeO/М_Fe2O3)= 100 · 0,3345 · 0,03 · (144/160) = 0,9кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 (Fe2O3-FeO)к.} = 100 · С_Fe2O3,r. · 0,03 ·(А_O/М_Fe2O3) - m_{FeО Fe2O3,к} =

=100 · 0,3345 · 0,03– 0,9 = 0,1кг

1.8. При восстановлении Fe₂O₃ руды образуется FeО

m_{FeО Fe2O3, р .}= 2 · С_{Fe2O3, р} · 0,03 · (2A_FeO/A_Fe2O3)= 2 · 0,96 ·0,03 · (144/160) = 0,052кг

При этом связывается кислорода

m_{О2 (Fe2O3-FeO), р.} =2 · С_Fe2O3,р. · 0,03 -·m_{FeО Fe2O3, р} = 2 · 0,96 · 0,03 – 0,052 = 0,0056кг

1.9.При восстановлении Si из SiO₂ концентрата и руды образуется Si

m_{Si,SiO2,к,р} = (100 · С _SiO2,к +2 · С_SiO2,ж.р.) · 0,9 · А_Si/М_SiO2=((100 · 0,03 + 2 · 0,02) · 0,9 · 28/60 = 1,277кг

При этом связывается кислорода

m_{О2,SiO2,к,р} = (100 · С _SiO2,к +2 · С_SiO2,ж.р.) · 0,9 - m_{Si,SiO2,к,р} =(100 · 0,03 + 2 · 0,02) · 0,9 – 1,277 = 1,46кг

Данные по количеству восстановленного продукта и связанного при этом кислорода заносятся в таблицу №1.1

 

Таблица 1.1

 

Исходный окисел	Продукт	Из 100кг концентрата и 2кг руды восстанавливается	При восстановлении связывается кислорода
TiO2	Ti	18,69	12,46
TiO2	TiO	5,34	1,34
TiO2	Ti2O3		0,67
FeO	Fe	11,67	3,33
Fe2O3 концентрата	Fe	22,71	9,74
Fe2O3 руды	Fe	1,3	0,56
Fe2O3 концентрата	FeO	0,9	0,1
Fe2O3 руды	FeO	0,052	0,0056
SiO2	Si	1,277	1,46
Всего:	29,67кг = mОΣ

Восстановление окислов производится кремнием и алюминием. 1 кг 75% ферросилиция заданного в шихту, вносит кремния

m_Si,FeSi = 1 · 0,75 = 0,75кг

 

Из этого количества 50% переходит в сплав, а 50% связывает кислород

m _О,FeSi = m_Si,FeSi · 0,5 · 2А_О/А_Si = 0,75 · 0,5 · 32/28 = 0,429кг

 

Для связывания оставшегося кислорода

m_Оост. = m_ОΣ - m _О,FeSi = 29,67 – 0,429= 29,241кг

Необходимо алюминия

m_{Аl,Оост .} = m_Оост · 2А_Al/3A_O = 29,241 · 54/48 = 32,896кг

 

Часть необходимого алюминия перейдет в сплав и не участвует в реакциях

восстановления

m_Аlспл.ш = m_{Аl,Оост.} · 0,11/0,86 = 32,896 · 0,11/0,86 = 4,21кг

С учетом угара и перехода алюминия в сплав, а также с учетом содержания алюминия в крупке, необходимо для процесса следующее количество алюминиевой крупки

m_крупки = (m_{Аl,Оост.} + m_{Аlсплав})/(0,95 · 0,97) = (32,896+4,21)/(0,95 · 0,97) = 40,26кг

 

Расчет количества и состава сплава

 

В качестве осадителей корольков сплава на шлак присаживается термитная смесь следующего состава, кг:

Железная руда (m_{ж.р. т.с}) 6кг

Алюминиевая крупка (m_{Al к. т.с}) 1,5кг

Ферросилиций 75-ный (m_{FeSi, т.с}) 0,5кг