Химический состав чугуна, принимаемый на основании опытных данных представлен в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Состав чугуна
| Содержание элементов, % | |||||
| Si | Мп | Р | S | С | Fe |
| 0,55 | 0,57 | 0,08 | 0,08 | 3,05 | 95,70 |
Расход сухого кокса без выноса составляет 434 кг.
Исходные данные для расчёта приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Химический состав шихтовых материалов доменной плавки с металлоконцентратом
| Наименование | Химический состав, % | ||||||||||||
| материала | Fe | FeO | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | MnO | P | S | Cr2O3 | TiO2 | Fe2O3 | W |
| металлоконцентрат | 55,00 | 0,00 | 13,10 | 1,50 | 17,50 | 5,40 | 5,630 | 0,120 | 0,100 | 1,23 | 0,400 | 0,00 | 2,00 |
| агломерат ОХМК | 54,76 | 14,10 | 9,16 | 1,12 | 10,51 | 1,62 | 0,247 | 0,022 | 0,042 | 0,00 | 0,00 | 63,22 | 0,00 |
| окатыши Лебединские | 65,90 | 2,50 | 6,00 | 0,08 | 0,27 | 0,44 | 0,046 | 0,017 | 0,005 | 0,00 | 0,014 | 90,6 | 0,00 |
| кокс (зола) | 8,51 | 0,00 | 46,20 | 17,20 | 7,40 | 3,11 | 0,710 | 0,327 | 1,370 | 0,00 | 0,00 | 23,68 | 2,70 |
Определяется масса элементов в чугуне:
Мi = Мчугуна [ i ], (2.1)
где [ i ] – содержание в чугуне элементов (здесь и далее в долях единицы).
МFe чугуна = 1000 ∙ 0,957 = 943,6 кг;
МMn чугуна = 1000 ∙ 0,0057 = 5,7 кг;
МSi чугуна 1000 ∙ 0,0055 = 5,5 кг.
Расход рудной смеси:
а) масса золы кокса:
Мз. к. = Мкокса∙[А]кокса, (2.2)
где [А]кокса – содержание в коксе золы, кг
Мз. к. = 434∙0,104 = 45,10 кг;
б) вносится железа золой кокса:
МFe з.к. = Мз. к.∙[Fe]з.к., (2.3)
где [Fe]з.к. – содержание железа в золе кокса, кг.
МFe з.к. = 45,1 ∙ 0,0851 = 3,08 кг,
где 0,0851 - содержание железа в золе кокса, доли ед.;
в) в соответствии с составом шихтовых материалов и опытными данными выход шлака составляет 378 кг/т, с содержанием FeO 0,37 %;
г) переходит железа в шлак:
, (2.4)
МFe шлака = 378 ∙ 0,0037 ∙ 56/72 = 1,09 кг,
где 56 - атомная масса железа; 72 - молекулярная масса FeO;
д) должно быть внесено железа рудной смесью:
МFe р.с. = МFe чугуна + МFe шлака – МFe з.к., (2.5)
МFe р.с. = 957,0 + 1,09 – 3,8 = 957,3 кг;
е) расход рудной смеси:
, (2.6)
кг;
ж) расход рудной смеси с учётом выноса в колошник (принимаем вынос равным 2%, он определяется качеством шихтовых материалов, технологией доменной плавки и изменяется от 1 до 10%) составляет:
, (2.7)
кг.
Расчёт количества шлакообразующих приведён в таблице 2.3.
Мi р.с. = Mр.с.∙[ i ]р.с., (2.8)
Мi з.к. = Mз.к.∙[ i ]з.к.; (2.9)
Мi шлакообр. = Мi р.с. + Мi з.к.. (2.10)
Таблица 2.3 - Количество шлакообразующих
| Материал | Количество, кг | SiO2 | А12О3 | СаО | MgO | ||||
| % | кг | % | кг | % | кг | % | кг | ||
| Руд. смесь | 1668,38 | 28,26 | 160,3 | 2,71 | 19,3 | 28,28 | 175,7 | 7,46 | 38,60 |
| Зола кокса | 45,1 | 46,20 | 20,83 | 17,20 | 7,75 | 7,40 | 3,33 | 3,11 | 1,40 |
| Итого | — | — | 180,0 | 27,1 | 179,1 | 40,0 |
Израсходовано кремнезема на Si переходящий в чугун (по реакции SiO2 +2C = Si +2CO):
, (2.11)
В шлак переходит кремнезема:
, (2.12)
= 180,0 – 11,79 = 168,21 кг.
Основность шлака:
, (2.13)
.
Количество серы в шлаке:
а) вносится серы материалами шихты:
МS шихты = Мр.с.∙[S]шихте + Мкокса∙[S]кокса, (2.14)
МS шихты = 1635,0 ∙ 0,0002+434,0 ∙ 0,0176 = 7,96 кг;
б) принимаем, что в шлак переходит 85% серы, т.е.:
МS шлака = МS шихты∙0,85, (2.15)
МS шлака= 7,96 ∙ 0,85 = 6,77 кг.
Количество МnО в шлаке:
а) поступает в печь марганца:
МMn = Мр.с.∙[Mn]р.с. + Мз.к.∙[Mn]з.к., (2.16)
МMn = 1154 ∙ 0,00247+231 ∙ 0,00046+311 ∙ 0,0563+45,1 ∙ 0,0071=12,67 кг;
б) степень восстановления марганца в зависимости от химического состава чугуна составляет 45–78%.
Степень восстановления марганца составляет:
, (2.17)
;
в) в шлак (в виде МnО) переходит марганца шихтовых материалов:
МMn в шлак = МMn – MMn чугуна – МMn в газ, (2.18)
МMn в шлак = 12,67 – 5,7 = 6,97 кг;
г) количество МnО в шлаке:
, (2.19)
Количество FeO в шлаке:
, (2.20)
Химический состав шлака предоставлен в таблице 2.4.
Пересчитываем полученный состав шлака на три компонента (СаО, SiO2 и Аl2О3), наносим этот состав шлака на соответствующие диаграммы (плавкости, вязкости и температур плавления) и проверяем физические свойства шлака.
Проверка содержания серы в чугуне:
МS в чугуне = МS шихты ∙ hS в чугун, (2.21)
МS в чугуне = 7,96 ∙ 0,09 = 0,720 кг или 0,045%.
Содержание серы не выходит за допустимые пределы (в чугуне 0,05%).
Таблица 2.4 – Характеристика шлака
| Компоненты шлака | Колличество | |
| кг | % | |
| SiO2 | 168,21 | 40,20 |
| Al2O3 | 27,10 | 7,13 |
| CaO | 179,10 | 40,20 |
| MgO | 40,00 | 9,72 |
| MnO | 6,97 | 1,62 |
| FeO | 1,40 | 0,37 |
| S | 6,77 | 0,76 |
| Итого | 429,60 | 100,00 |
Проверка содержания фосфора в чугуне:
МР в чугуне = Мр.с.∙[P]р.с. + Мз.к.∙[P]з.к., (2.22)
МР в чуг= 1154 ∙ 0,00022 + 311 ∙ 0,0012 + 231 ∙ 0,00017 + 45,1 ∙ 0,00327 = 0,8 кг или 0,07%.
Содержание фосфора не выходит за допустимые пределы (в чугуне 0,08%).
Окончательный состав чугуна (на величину разницы в содержании фосфора в окончательном и заданном составах изменить содержание углерода) приведен в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Химический состав полученного чугуна
| Содержание элемента, % | |||||
| Si | Mn | P | C | S | Fe |
| 0,55 | 0,57 | 0,07 | 3,06 | 0,045 | 95,70 |
Расход влажного (2% Н2О) кокса с учётом выноса составит:
, (2.23)
Расход шихтовых материалов приведен в таблице 2.6.
Таблица 2.6 – Расход шихтовых материалов
| Материалы | Без выноса и влаги | С выносом влажных |
| Кокс | 434,0 | 451,0 |
| Рудная смесь | 1635,0 | 1668,38 |
| Итого | 2069,0 | 2119,38 |
Количество влаги шихтовых материалов и пыли, выносимых из доменной печи, равно:
Мвыноса = 2119,38 – 2069,0 = 50,38 кг. (2.24)
Расчетный состав доменной шихты чугуна и шлака с использованием металлоконцентрата на 1 тонну чугуна предоставлен в таблице 2.7.
Таблица 2.7 - Расчетный состав доменной шихты чугуна и шлака с применением металлоконцетрата на 1 тонну чугуна
| Наименование | Вносит шихта, т | ||||||||||
| материала | Fe | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | MnO | TiO2 | P | Cr2O3 | S | |
| агломерат ОХМК | 0,631 | 0,11 | 0,013 | 0,12 | 0,019 | 0,003 | 0,00 | 0,0003 | 0,00 | 0,000 | |
| окатыши Лебединские | 0,15 | 0,014 | 0,001 | 0,00 | 0,001 | 0,000 | 0,000 | 0,0000 | 0,00 | 0,000 | |
| металлоконцентрат | 0,17 | 0,041 | 0,005 | 0,054 | 0,02 | 0,009 | 0,0003 | 0,0004 | 0,020 | 0,000 | |
| кокс (зола) | 0,004 | 0,02 | 0,008 | 0,003 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,0001 | 0,00 | 0,008 | |
| СУММА | 0,957 | 0,18 | 0,027 | 0,177 | 0,04 | 0,012 | 0,0003 | 0,0008 | 0,020 | 0,008 | |
| Состав чугуна, %: | Si | 0,55 | Расход | кг/т | т | ||||||
| Mn | 0,57 | материалов | чугуна | всего | |||||||
| S | 0,05 | агломерат ОХМК | 1,154 | ||||||||
| P Cr | 0,08 0,23 | окатыши Лебединские | 0,231 | ||||||||
| Выход чугуна с подачи, т | 1,0 | металлоконцентрат | 311 | 0,311 | |||||||
| Расход SiO2 в чугун, т | 0,01 | известняк | 0 | 0,0 | |||||||
| Переходит SiO2 в шлак, т | 0,15 | кокс (зола) | 451 | 0,451 | |||||||
| Сумма окислов шлака, т | 0,37 | ||||||||||
| Выход шлака с подачи, т | 0,38 | Показатели работы доменной печи | |||||||||
| Выход шлака, кг/т чугуна | Содержание железа в металлошихте, % 56,32 | ||||||||||
| Состав шлака, %: | SiO2 | 40,2 | Вынос колошниковой пыли, кг/т чугуна 31 | ||||||||
| Al2O3 | 7,13 | Дутье: расход, м³/мин 1950 | |||||||||
| CaO | 40,2 | давление, ати | 1,9 | ||||||||
| MgO | 9,72 | температура,ºС 1050 | |||||||||
| FeO | 0.37 | Содержание кислорода в дутье, % 22,5 | |||||||||
| MnO S | 1,62 0,76 | Колошниковый газ: давление, ати 1,05 температура, ºС 180 | |||||||||
| Основность шихты, | CaO/SiO2 | 0,93 | КИПО 0,575 | ||||||||
| Основность шлака: | CaO/SiO2 | 1,00 | Производительность, т/сут 1751 | ||||||||
| Температура плавления шлака, оС | Рудная нагрузка, т/т | 3,38 |
| Fe | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | MnO | TiO2 | P | Cr2O3 | S | |||
| агломерат ОХМК | 8,21 | 1,43 | 0,169 | 1,56 | 0,247 | 0,039 | 0,00 | 0,0039 | 0,00 | 0,002 | ||
| окатыши Лебединские | 1,98 | 0,182 | 0,013 | 0,01 | 0,013 | 0,001 | 0,001 | 0,0002 | 0,013 | 0,00 | ||
| металлоконцентрат | 2,20 | 0,533 | 0,065 | 0,702 | 0,26 | 0,116 | 0,00 | 0,0052 | 0,,25 | 0,002 | ||
| кокс (зола) | 0,06 | 0,26 | 0,104 | 0,039 | 0,02 | 0,00 | 0,00 | 0,0013 | 0,00 | 0,100 | ||
| СУММА | 12,45 | 2,34 | 0,351 | 2,301 | 0,52 | 0,156 | 0,01 | 0,01 | 0,26 | 0,104 | ||
| Состав чугуна, %: | Si | 0,55 | Расход | кг/т | т | |||||||
| Mn | 0,57 | материалов | чугуна | всего | ||||||||
| S | 0,05 | агломерат ОХМК | 15,0 | |||||||||
| P Cr | 0,08 0,23 | окатыши Лебединские | 3,0 | |||||||||
| Выход чугуна с подачи, т | 13,0 | металлоконцентрат | 311 | 4,0 | ||||||||
| Расход SiO2 в чугун, т | 0,15 | кокс (зола) | 451 | 5,9 | ||||||||
| Переходит SiO2 в шлак, т | 1,94 | |||||||||||
| Сумма окислов шлака, т | 4,81 | |||||||||||
| Выход шлака с подачи, т | 4,91 | Показатели работы доменной печи: | ||||||||||
| Выход шлака, кг/т чугуна | Содержание железа в металлошихте, % 56,32 | |||||||||||
| Состав шлака, %: | SiO2 | 40,2 | Вынос колошниковой пыли, кг/т чугуна 31 | |||||||||
| Al2O3 | 7,13 | Дутье: расход, м³/мин 1950 | ||||||||||
| CaO | 40,2 | давление, ати 1,9 | ||||||||||
| MgO | 9,72 | температура,ºС 1050 | ||||||||||
| FeO | 0,37 | Содержание кислорода в дутье, % 22,5 | ||||||||||
| MnO S | 1,62 0,76 | Колошниковый газ: давление, ати 1,05 температура, ºС 180 | ||||||||||
| Основность шихты, | CaO/SiO2 | 0,93 | КИПО 0,575 | |||||||||
| Основность шлака: | CaO/SiO2 | 1,00 | Производительность, т/сут 1751 | |||||||||
| Температура плавления шлака, оС | Рудная нагрузка, т/т | 3,38 | ||||||||||
Таблица 2.8 - Расчетный состав доменной шихты чугуна и шлака с применением металлоконцетрата в подачу