Для получения 100 кг чугуна необходимо рассчитать расход агломератов 1 и 2 и окатышей. Для этого за X принимаем расход агломерата 1, а за Y расход окатышей, кг. Составляем два балансовых уравнения:

1) По балансу железа и марганца в чугуне:

, (8)

где [Fe], [Mn]? содержание железа и марганца в чугуне, %;

з_Fe, з_Mn - степень перехода железа и марганца в чугун;

Fe_x,y,з.к. - содержание железа в отдельных компонентах доменной шихты, %;

X, Y, - удельный расход компонентов доменной шихты, кг;

К - удельный расход кокса, кг;

А - содержание золы в коксе, %.

.

После преобразований уравнение принимает следующий вид:

(I)

2) по основности шлака

, (9)

где CaO_x, CaO_о, CaO_з.к., CaO₂, SiO_2x, SiO_{2o, ,} SiO_2з.к. - содержание извести и кремнезема в составляющих доменной шихты, %.

(SiO₂) _[Si]- количество кремнезема расходуемое на восстановление кремния из чугуна.

, (10)

где [Si]- содержание кремния в чугуне, %;

60 - молекулярная масса кремнезема;

28 - атомная масса кремния.

.

После преобразование уравнение имеет вид:

(II)

Решая систему из двух уравнений (I) и (II) с двумя неизвестными, получаем, что:

X = 119,15 кг; Y = 23,909 кг.

Для проверки произведенных расчетов составляем балансовую таблицу 5, в которой определяем количество элементов и оксидов, вносимых составляющими шихты, а также количество и состав шлака и состав чугуна.

При составлении балансовой таблицы принимаем:

1) при расходе 49,3 кг кокса в шихту вносится золы в количестве

кг,

где 10,37 - содержание золы в коксе, %;

2) в коксе содержится 1,58 % серы. Следовательно, с коксом вносится серы:

кг;

3) количество кремнезема, расходуемое на восстановление кремния, чугуна определяем по формуле (10):

кг;

4) по условию принято, что 2 % серы от общего количества серы, поступившей в печь, улетучивается из доменной печи с колошниковым газом составляет:

кг;

5) на ошлакование 0,778 кг серы необходимо израсходовать извести (CaO):

кг;

6) по условию 0,2 % железа от общего количества, поступившего в печь, переходит в шлак:

кг Fe,

из него оксида FeO будет:

кг;

7) по условию 40 % марганца от общего количества поступившего в печь, переходит в шлак:

кг,

из него оксида марганца (MnO) будет:

кг;

8) при переходе в шлак 0,778 кг серы образуется CaS:

кг;

9) при расчете количества шлака складывается соединения (окислы) элементов, входящих в шлак:

.

Таблица 5 - Балансовая таблица

3.3 Определение физико-химических свойств шлака

Пересчитываем состав шлака с фактического на 4 и 3 компонента и результаты заносим в таблицу 6.

Таблица 6 ? Химический состав четырех- и трехкомпонентного шлака

%.

%.

%.

%.

Полученный при плавке шлак проверяется на десульфурирующую способность, вязкость, плавкость. доменная плавка шихтовой расчет

Десульфурирующая способность шлака. Для представления о распределении серы между чугуном и шлаком, проводим оценку десульфурирующей способности по методам А.Н. Рамма и И.С. Куликова.

По эмпирической формуле А.Н. Рамма для получения чугуна с содержание 0,017 % серы содержание оснований в шлаке должно быть равно

.

где (Al₂O₃), (S) - соединения глинозема и серы в шлаке, %;

[Si], [S]- содержание кремния и серы в чугуне, %;

n - относительное количество шлака.

. (12)

Фактически в шлаке содержится оснований:

Rо_факт = (CaO)+(MgO)+(MnO)+(FeO), (13)

Rо_факт = 36,11+9,84+0,735+0,748=47,43 %,

т.к. Ro_фак < Ro_тр следовательно, шлак по Рамму обладает недостаточной десульфурирующей способностью.

Для контроля проверим десульфурирующую способность шлака по методу И.С. Куликова.

Для расчета L⁰_s И.С. Куликов предложил формулу:

(14)

где f _[s]- коэффициент активности серы;

p _[co]- парциальное давление оксида углерода в горне, атм.

(15)

(16)

где (CaO), (MgO), (MnO), (SiO₂), (Al₂O₃) ? содержание окислов в шлаке, %.

.

Ход реакции десульфурации зависит от активности серы в металле. В случае много компонентных систем (чугун) для определения коэффициента активности используют формулы, справедливые для определенных диапазонов концентрации. При этом следует учитывать влияние на коэффициент активности всех элементов присутствующих в чугуне.

.

Суммарное влияние состава чугуна на коэффициент активности серы складывается из влияния отдельных элементов. Для передельного чугуна это удобно определить, через "эквивалентное" содержание углерода по формуле:

. (17)

Найденное [С]_экв подставляем в уравнение (18) и получают значение коэффициента активности серы в чугуне данного состава:

. (18)

Определяем эквивалентную концентрацию углерода и коэффициент активности серы:

.

.

4,802.

Полученные значения подставляем в формулу (14) и определяем равновесный коэффициент распределения серы:

.

23,18.

Здесь парциальное давление оксида углерода в горне равно.

атм.

где p_д ? избыточное давление горячего дутья, атм (находится в пределах 2,5-4,5 атм).

Требующийся коэффициент распределения серы:

. (10)

что составляет от равновесного 45,77100/23,18 = 197,46 %. Степень использования десульфурирующей способности шлака по Куликову составляет 30-60 %, значит, полученный шлак обладает недостаточной десульфурирующей способностью. Таким образом, шихта не обеспечивает получение шлака, обладающего согласно экспериментальным и эмпирическим зависимостям достаточной десульфурирующей способностью.

Вязкость шлака. Вязкость шлака определяем по диаграммам Мак-Кефффери при температурах 1773 К и 1673 К. В данном случае для опредения вязкости шлака необходимо польтзоваться четверными диаграммами CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃. Содержание основных компонентов берем в пересчете на четыре компонента (таблица 6). Для того чтобы найти вязкость шлака содержащего 40,51 % SiO₂ необходимо найти вязкость шлака при содержании SiO₂ 40 % и 45 % и затем произвести пересчет (таблица 7).

Таблица 7 ? Вязкость шлака, Пас

Получаем, что вязкость шлака при температуре 1773 К составляет 0,333 Пас, а при 1673 ? 0,828 Пас.

Вязкость шлака при коксовой плавки при температуре 1773 К колеблется от 0,2 до 0,8 Пас, т.е. полученный шлак не препятствует нормальной работе печи.

Вязкость шлака при 1673 К определяется с целью контроля. Вязкость шлака считается нормальной если вязкость при Т=1673 К примерно в два раза больше чем при 1773 К.

Температура кристаллизации. Для определения температуры кристаллизации (плавления) шлака используем диаграммы состояния системы CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃.Для шлака с содержанием 10,59 % Al₂O₃ необходимо найти температуры кристаллизации шлака при содержании 10 и 15 % Al₂O₃, а затем произвести перерасчет. При содержании 10 % Al₂O₃ температура кристаллизации составляет 1400 К, а при 15 % ? 1350 К. Соответственно температура кристаллизации шлака с содержанием 10,59 % Al₂O₃ составляет 1406 К.

Определение реально расхода шихтовых материалов. В таблице 5 приведены расходы сухих шихтовых материалов на 100 кг жидкого чугуна без учета их выноса колошниковым газом. В действительности же шихтовые материалы могут содержать влагу. Некоторое количество материалов выносится из печи колошниковым газом в виде колошниковой пыли. Часть вытекающего из печи чугуна теряется в виде скрапа и брызг в связи с этим расход материалов больше чем приведено в таблице 5.

Расход влажных материалов на 100 кг жидкого чугуна без учета их выноса будет следующим:

? агломерат 1 119,15 (1+0) = 119,15 кг;

? агломерат 2 20 (1+0) = 20 кг;

? окатыши 23,909 (1+0) = 23,909 кг;

? кокс 49,3 (1+0,0286) = 50,71 кг.

Расход влажных материалов на 100 кг товарного чугуна составляет:

? агломерат 1 119,15 (1+0,005) = 119,746 кг;

? агломерат 2 20 (1+0,005) = 20,1 кг;

? окатыши 23,909 (1+0,005) = 24,029 кг;

? кокс 50,71 (1+0,005) = 50,96 кг;

где 0,005 ? потери чугуна со скрапом и шлаком.

Расход влажных материалов на 100 кг товарного чугуна с учётом выноса пыли составляет:

? агломерат 1 119,746 (1+0,025) = 122,74 кг;

? агломерат 2 20,1 (1+0,025) = 20,03 кг;

? окатыши 24,029 (1+0,025) = 24,63 кг;

? кокс 50,96 (1+0,007) = 51,32 кг;

где 0,025 и 0,007 ? вынос пыли из агломерата, окатышей и кокса в пересчет на кг.

Вынос колошниковой пыли составит на 100 кг чугуна:

(122,74+20,03+24,63+51,32) - (119,746+20,1+24,029+50,96) = 3,885 кг.

В том числе уловленной колошниковой пыли 3,8850,75=2,91кг на 100 кг чугуна.

4. Специальная часть

Внедоменное получение железа. Процессы твердофазного восстановления железа - ХиЛ (HyL).

Внедоменное получение железа - процессы получения железа и стали непосредственно из рудных материалов, минуя стадию выплавки чугуна в доменных печах. Развитие этого способа получения железа связано с сокращением запасов коксующихся углей, необходимых для производства кокса, служащего главным топливным материалом для доменной плавки.

Процессы внедоменного получения металла разделены на два больших класса: твердофазные и жидкофазные. В твердофазных процессах удаление кислорода из руды при использовании газообразного или твердого восстановителя происходит при температурах ниже температуры размягчения компонентов шихты. Продукты восстановления называются губчатым железом, или металлизованными окатышами.

Основной особенностью процесса восстановления в периодически действующих ретортах ХиЛ (HyL) является применение паровой конверсии природного газа, осуществляемой в аппаратах, в которых расположена кирпичная насадка с добавкой никеля в качестве катализатора. Конверсия протекает по реакции СН₄ + Н₂О= СО + 3Н₂.

Газ перед конверсией подвергается десульфурации. Получаемый конвертированный газ содержит около 14 % СО, 58 % Н₂, 21 % Н₂О и 4-5 % СО₂. Горячий газ проходит через котел-утилизатор и освобождается от паров воды. Сухой конвертированный газ содержит около 73 % Н₂, 15-16 % СО и 6-7 % СО₂. Он подогревается до температуры 980-1240 ⁰С в трубчатых рекуператорах, отапливаемых газом, выходящим из агрегатов восстановления. В этих агрегатах окатыши или руда нагреваются в результате использования физического тепла восстановительного газа и при температуре 870-1050 °С происходит восстановление железа водородом и оксидом углерода. На первых установках в качестве агрегатов восстановления применялись реторты. На установке таких реторт четыре.

Устройство реторты показано на рисунке 7.3. Перестановкой реторт с одной позиции на другую обеспечивается циклический характер процесса, складывающегося из последовательных операций загрузки, нагрева и восстановления железорудной шихты, охлаждения и выгрузки губчатого железа.

Рисунок 1 - Реторта для металлизации по способу HyL: 1 - гидравлический цилиндр; 2 - тележка; 3 - привод; 4 - кожух; 5 - крышка; 6 - загрузочная горловина; 7 - площадка для обслуживания; 8 - резец с рычагами для удаления губки; 9 - футеровка; 10-механизм управления откидным днищем; 11 - откидное днище; 12-разгрузочный желоб

После загрузки шихты в реторты в них подают сверху газ. Для выгрузки готовой губки служат резец и специальные разгрузочные скребки. Губчатое железо поступает на желоб и далее на сборный конвейер, транспортирующий губку в сталеплавильный цех. На каждой установке в газовом цикле участвуют четыре реторты, в которых протекают следующие процессы: в одной -предварительный подогрев шихты и восстановление ее газом, выходящим из других реторт, осушенным (без Н₂О) и подогретым; в двух - довосстановление железа шихты подогретым газом, получаемым в конверсионной установке; в последней - науглероживание.

Степень восстановления железа в готовом продукте составляет 75-92 %. На 1 т продукта (губчатого железа) затрачивают 600 м ³ природного газа и около 36 МДж электроэнергии.

Заключение

Произведенный расчет доменной шихты показал, что выплавляемый передельный чугун по химическому составу соответствует заданной марке П 1 (ГОСТ 805-80).

Полученный шлак препятствует нормальному ведению плавки. Вязкость шлака нормальная и не препятствует восстановлению железа. Полученный шлак обладает не достаточной десульфурирующей способностью, т.к. по расчетам М.С. Куликова степень использования десульфурирующей способности шлака должна находится в пределах 30-60 %, а полученная степень составляет 23,18 %. Для повышения десульфурирующей способности необходимо повысить содержание CaO, MgO, MnO, путем добавления флюсов и офлюсованного агломерата.

Список использованных источников

1. Работы выпускные квалификационные, проекты и работы курсовые. Стандарт предприятия СТО ТПУ 2.5.01-2006. - Томск: Издательство ТПУ, 2006. ? 60 с.

2. Расчет доменной шихты: методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Производство чугуна и прямое получение железа" для студентов специальности 150101 "Металлургия черных металлов"/ И.С. Сулимова ? Юрга: Издательство Юргинского технологического института (филиала) ТПУ, 2010. ? 40 с.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 1-8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.

4. Ермолаев В.А. и др. Месторождения полезных ископаемых. ? М.: Метеллургия, 1985. ? 480 с.

5. Лебединский ГОК [Электронный ресурс]: http://www.metalloinvest.com (дата обращения 20.04.12).

6. Технологии прямого восстановления железа [Электронный ресурс]: http://www.scriru.com/15/72668344537.php (дата обращения 17.04.12).

7. Основы технологий отраслей национальной экономики / Под ред. В.В. Глухова: Учебное пособие. - СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. 246 с.

Размещено на Allbest.ru