Химический состав шихтовых материалов доменной плавки

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический

Университет им. Г.И. Носова"

Кафедра металлургии черных металлов

Курсовая работа по дисциплине

"Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья"

Выполнил: студент группы МСЭ - 07

Арапов А.В.

Проверил: доцент кандидат

технических наук Ваганов А.И.

Магнитогорск 2009

Содержание

1. Общие положения

2. Расчет шихты доменной печи

2.1 Исходные данные

2.2 Средневзвешенный состав рудной смеси

2.3 Оценка материалов

2.4 Выбор состава чугуна и основности шлака

2.5 Определение расхода материалов

2.6 Определение состава чугуна и шлака

3. Оценка физических и физико-химических свойств шлака

4. Профиль доменной печи. Общие сведения

5. Расчет профиля

5.1 Горн доменной печи

5.2 Заплечики и распар

5.3 Шахта и колошник

5.4 Полезный объем

6. Показатели, характеризующие работу доменной печи

Библиографический список

1. Общие положения

Шихта - материалы в массовом или объемном соотношении, обеспечивающем получение нужного продукта, в частности чугуна, рассчитывается путем составления и решения уравнений материального баланса элементов или соединений, содержащихся в материалах и в продуктах процесса. Число составляемых уравнений должно быть равно числу материалов, расход которых требуется определить. Обычно уравнения составляются по заданным условиям - расходу отдельных материалов или соотношению между ними, выходу чугуна из материалов и содержанию в чугуне (шлаке) тех или иных элементов (соединений).

Уравнения составляются различными способами, чаще всего в виде:

,

где М и П - расход материала и выход продукта процесса;

ам и ап - содержание компонента в исходном материале и продукте процесса;

- избыток (недостаток) компонента по сравнению с желательным.

Уравнение (1) составлено из условия, что общее количество компонента "а" в исходной шихте равно его количеству в продуктах процесса, уравнение (2) - из условия, что в шихте не должно быть ни избытка, ни недостатка компонента "а".

Химический состав шихтовых материалов доменной плавки чаще всего не может обеспечить все желательные для процесса условия. Поэтому в расчетах шихт удовлетворяют прежде всего наиболее важные требования. Последние устанавливаются составлением поверочной таблицы расчета шихты, которая делается также для проверки выполнения принятых для расчета шихты условий и определения содержаний отдельных составляющих в продуктах плавки.

Основным в расчетах является учет технологических особенностей процесса, поэтому, выполняя их, необходимо обращаться к соответствующим разделам курса "Металлургия чугуна". Конечной учебной целью расчетов является овладение методикой выполнения их и закрепление теоретических знаний.

Наиболее полный метод расчета шихты - комплексный метод А.Н. Рамма [2]. По этому методу составляются основные (3 и 4) и дополнительные уравнения материального баланса, а также уравнения теплового баланса (5):

по выходу чугуна

,

по основности шлака

,

по тепловым эквивалентам

,

Здесь lм, и qм - выход чугуна из материалов, недостаток оснований в них и тепловой эквивалент материалов.

Под тепловым эквивалентом понимается затрата тепла на проведение процессов с 1 т или 1 кг материалов. В уравнения вводятся расход горючего, для которого тепловой эквивалент отрицателен, так как процессы, в которых участвует горючее, в целом проходят с выделением тепла.

шихта доменная печь чугун

Дополнительные уравнения могут и должны составляться по фосфору, марганцу, глинозему, магнезии, количеству шлака, если имеются материалы с различным количеством этих составляющих.

По методу А.Н. Рамма одновременно с расчетом шихты составляются материальный и тепловой балансы доменной плавки. Наиболее пригоден этот метод при проектировании, особенно для условий, значительно отличающихся от обычной доменной практики.

Ранее были разработаны упрощенные методы расчета шихты, широко распространенные и в настоящее время. В расчетах шихты по этим методам расход горючего принимается и делается ряд допущений, которые, не внося существенных погрешностей в результаты расчета, значительно облегчают составление и решение уравнений материального баланса.

2. Расчет шихты доменной печи

2.1 Исходные данные

Таблица 1 - Химический состав материалов

Расход влажного кокса, содержащего влаги - 2%; золы - 11,2%; серы - 0,53 %, 480 кг/т чугуна

Расход металлодобавок 12 кг/т чугуна.

В железорудной смеси содержится: 10 % железной руды,

85 % - агломерата,

5 % - окатышей.

2.2 Средневзвешенный состав рудной смеси

Средневзвешенное содержание в рудной смеси элементов и оксидов Э определяется по содержанию их в компонентах смеси (руда, агломерат и др.) и заданной доле (процентном содержанию) компонентов в смеси: . (Пересчёт элементов из их оксидов по известным атомным и молекулярным массам).

В рудной смеси содержится:

Принимаем ориентировочно содержание железа в чугуне 94%, что составляет 940 кг/т чугуна. Тогда рудная часть должна внести железа

Здесь 84 и 5,6 - содержание железа соответственно в металлодобавках и золе кокса, %:

12 - расход металлодобавок, кг/т;

количество золы, вносимой коксом, кг/т. Ориентировочный расход рудной смеси:

кг.

2.3 Оценка материалов

Материалы (отдельные компоненты или железорудная смесь) оцениваются по содержанию в них марганца, фосфора и шлакообразующих - кремнезема и извести. Необходимость оценки по и определяется тем, что переход этих элементов в чугун зависит от их общего количества, вносимого шихтой, что определяет возможную марку выплавляемого чугуна. Оценка по содержанию и или их отношению , т.е. основности пустой породы, выполняется с целью установления потребности во флюсах.

Количество марганца и фосфора, вносимых железорудной смесью, металлодобавками и золой кокса, определяется по известным расходам этих материалов и содержанию элементов в них.

Вносится марганца

фосфора .

Коэффициенты перехода марганца и фосфора в чугун принимаются равными 0,6 и 1,0 соответственно, тогда ориентировочно в чугуне будет содержаться:

марганца ;

фосфора .

Основность, т.е. отношение в железорудной смеси, равна b=8,58/8,11 =1,06. Успешное ведение доменной плавки по получению кондиционного по сере чугуна возможно при .

2.4 Выбор состава чугуна и основности шлака

В соответствии с проведенной оценкой материалов принимаем выплавку передельного чугуна марки П1 (группы 2, класса А, категории II)

Таблица 2 - Состав чугуна

Примечание. Содержание в чугуне (табл.2) и принято согласно оценке материалов; Si, равного 0,6% - из условия обеспечения нормального нагрева чугуна; S, равного 0,02% - относительно низким для снижения затрат на передел чугуна в сталь. Содержание углерода принимается в соответствии с видом чугуна: 4,3-4,9% при выплавке обычных передельных

Содержание железа определяется по разности

.

Основность шлака в различных условиях плавки меняется в широких пределах, главным образом, в зависимости от количества серы, вносимой коксом, и от желательной обессеривающей способности шлака.

Основность шлака, выраженная отношением , находится обычно в пределах при выплавке чугуна на коксе, содержащем S, и в пределах - при работе на коксе, содержащем % серы.

В настоящем примере при S = 0,53% принята bзад= CaO/SiO2 = 1,1.

2.5 Определение расхода материалов

Для расчета используются характеристики, приводимые проф.А.Н. Раммом. Общий вид уравнений материального баланса для определения расхода материалов:

1. по выходу чугуна

.

2. по основности шлака

.

Здесь , , , - соответственно расход рудной смеси, металлодобавок, известняка и золы кокса, кг/т чугуна;

- выход чугуна на 1 кг соответствующем материала, кг/кг;

- избыток или недостаток извести в соответствующем материале при заданной основности шлака, %.

По составу материалов и принятым для расчета данным вычисляем характеристики ( и ) для соответствующих материалов путем последовательного заполнения таблицы 3.

Таблица 3 - Характеристики материалов

По полученным характеристикам и известным расходам материалов (металлодобавки и зола кокса) составляем уравнения материального баланса:

;

.

Решение системы уравнений дает Pc = 1738,9кг, И = 117,8кг.

Тогда в рудной смеси содержится:

железной руды 1738,9*0,1=173,89кг

агломерата 1738,9*0,85=1478,06 кг

окатышей 1738,9*0,05 = 86,95 кг

2.6 Определение состава чугуна и шлака

Для расчета состава чугуна и шлака и проверки выполнения принятых условий составляется поверочная таблица расчета шихты (таблица 4).

По расходу и составу материалов определяется количество составляющих, вносимых отдельными материалами, а суммированием по графам вычисляется общее количество составляющих (строка "Всего вносится"). Общие количества отдельных элементов и составляющих, поступающих с шихтой, распределяются между чугуном и шлаком.

Железо. Вносится 944,7 кг, Переходит в чугун 944,7*0,999 = 943,75 кг; в шлак 944,7 - 943,75=0,95 кг в виде 0, 95*72/56 = 1, 222 кг .

Марганец. Вносится 10,34 кг. При коэффициенте перехода в чугун, равном 0,6, перейдет в чугун 10,34*0,6 = 6,2кг, в шлак 10,34 - 6,2 = 4,14 кг в виде 4,14*71/55 = 5,35 кг MnO.

Фосфор. Полностью (0,37 кг) переходит в чугун.

Сера. Вносится 2,723кг. Переход в чугун принимается по принятому составу чугуна (см. табл.2): 0, 02*1000/100 = 0, 2кг. При выплавке передельных чугунов переходит в газ до 10% вносимой серы. Переходит в шлак:

2,723 - (0,2 + 2,723*10 /100) = 2,25 кг.

Углерод. Переход в чугун принимается согласно принятому (4,41% - см. табл.2) - 44,1 кг,

Кремний. Переходит в чугун 6, 0 кг (принято 0,6% - см. табл.2).

Кремнезем. Вносится 168,6 кг . На восстановление 6,0 кг кремния расходуется 6, 0*60/28 = 12, 86 кг, переходит в шлак 168,6-12,86 = 155,74 кг.

Глинозем, известь, магнезия. Полностью, соответственно 28,8; 214,6 и 28,91 кг переходят шлак.

Таблица 4 - Поверочная таблица расчета шихты

* - Элементы, соответственно Fe, Mn, Si, S., ** - Оксиды, соответственно FeO, MnO, SiO2

Количество составляющих чугуна:

943,75+6,2 + 0, 2 + 0,37 + 43,9 + 6, 0 = 1000,42кг.

Количество составляющих (выход) шлака:

Ш = FeO + MnO + 0, 5*S + SiO2 + Al2O3 + CaO + MgO = 1,22 + 5,35 + 0, 5*2,25 + 155,74+ 28,8 + 214,6 + 28,91 = 435,74 кг

По основной реакции десульфурации в шлак переходит 32 единиц серы, но при этом уходит в газ 16 единиц кислорода, поэтому для сохранения баланса учитывается половина переходящей в шлак серы.

3. Оценка физических и физико-химических свойств шлака

Основность шлака bзад = CaO/ SiO2 = 1,1 bрасч = 214,6/155,74 = 1,37. По А.Н. Рамму сумма всех основных оксидов, т.е. оснований, для получения чугуна с 0,02% серы при 0, 6% Si, должно быть не менее:

Здесь Ш - относительный выход шлака, т/т.

Фактическое содержание оснований:

,

что выше требуемого (48,1%). Следовательно, шлак обладает достаточной обессеривающей способностью.

Коэффициент распределения серы

т.е. находится в пределах практических значений (20.80).

Для определения физических характеристик шлака температуры плавления (температуры "хорошей" текучести) и вязкости шлака - его состав пересчитывается на 3 компонента. Согласно выводам В.Е. Васильева [5], содержания и могут быть объединены с