Главная страница
Навигация по странице:

  • Исходные данные для расчета

  • Определение содержания элементов в сплаве по балансовым уравнениям

  • Расчет прихода углерода

  • Вносится серы компонентами шихты

  • Количество и состав газовой фазы

    		•

    Расчёт MnS. Министерство высшего образования науки рф федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования


    Скачать 59.58 Kb.
    НазваниеМинистерство высшего образования науки рф федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
    АнкорРасчёт MnS
    Дата06.01.2023
    Размер59.58 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаMnS18.docx
    ТипДокументы
    #874227

    Министерство высшего образования науки РФ

    Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

    высшего образования

    «Магнитогорский государственный технический университет

    им. Г.И. Носова»


    Кафедра металлургии и химических технологий




    Расчеты

    Углевосстановительного процесса

    получения силикомарганца марки МнС17


    Разработал: Студент группы ММБ-19-1 Сайфуллин М.
    Проверил: Профессор кафедры металлургии и химических технологий Бигеев В.А.





    Магнитогорск


    2022

    Исходные данные для расчета

    Расчет шихты приведен для выплавки силикомарганца марки МнС17. Расчет производится на 100 кг рудной части шихты (агломерата).
    Химический состав силикомарганца, %:


    Mn
    Si
    C
    P

    65
    20
    2,5
    0,5

    Состав коксика, %: зола – 10,3; сера – 1,6; летучие вещества – 1,7;

    углерод – 85,2. В электродной массе содержится С = 77 %.

    Таблица 1

    Химический состав шихтовых материалов

    Материалы
    Содержание, %

    Mn
    Mn3O4
    MnO
    Fe
    Fe2O3
    FeO
    CaO
    TiO2
    SiO2
    Al2O3
    P/P2O5
    SO3
    ППП
    Прочие

    Биккуловское 100%
    13,8
    7,7
    10,6
    10,4
    11,3
    3,2
    0
    3
    36,3
    21,4
    0,436
    0,1
    5
    9

    Кварцит
    −
    −
    −
    0,7
    1,0
    −
    1,4
    −
    97,0
    0,6
    −
    −
    −
    −

    Зола коксика
    0,62
    −
    0,85
    16,1
    23,0
    −
    5,5
    −
    41,5
    26,4
    0,03
    25
    −
    −

    0,07


    Таблица 2

    Распределение элементов между продуктами плавки

    Элемент
    Содержание, %

    В металл
    В шлак
    В улет

    Mn
    80
    12
    8

    P
    70
    4
    26

    Si
    53
    40
    7

    Fe
    95
    5
    0

    S
    2
    56
    42

    Определение содержания элементов в сплаве по балансовым уравнениям

    Уравнение в общем виде на 100 кг агломерата%

    Qр · <Э> · ηЭ = [Э]· QMe,

    где Qр – количество руды/агломерата (100 кг);

    <Э> – доля элемента в сырье (руде, агломерате); ηЭ – степень перехода элемента в сплав;

    [Э] – доля элемента в металле;

    QMe – количество силикомарганца. Балансовое уравнение по марганцу:

    100 · 0,32 · 0,8 = 0,653 · QMe,

    где 100 – количество агломерата;

    0,32 – доля марганца в агломерате;

    0,8 – степень перехода марганца в металл;

    0,653 – доля марганца в металле;

    QMe – количество силикомарганца, QMe = 40,6 кг. Балансовое уравнение по фосфору при QMe = 40,6 кг:

    100 · 0,000473 · 0,7 = 0,33 · QMe,

    100 · 0,000473 · 0,7 = 0,33,

    где 0,000473 – доля фосфора в агломерате;

    0,7 – степень перехода фосфора в металл.

    В 40,6 кг металла находится 0,033 кг фосфора, содержание фосфора в силикомарганце 0,07 %, то есть ниже допустимой нормы (0,6 %).

    Расчет количества необходимого углерода на восстановление марганца

    Mn3O4 + C = 3MnO + CO

    Количества необходимого углерода на восстановление марганца

    кг
    Всего шихтовыми материалами вносится MnO

    кг

    По реакции

    MnO+C=Mn+CO

    Требуется углерода:

    кг


    Всего требуется углерода на восстановление марганца



    кг

    Количество марганца, переходящего в металл:

    кг

    Количество марганца, переходящего в шлак:

    кг

    Расчет количества углерода на восстановление кремния

    Вносится кремнезема агломератом

    кг

    где 0,363 – доля кремнезема в агломерате.

    Количество кремния в силикомарганце (17 %)

    кг

    Для получения сплава требуется кремнезем

    кг


    где 0,53 – доля перехода кремния в сплав;

    60 и 28 – молярная масса SiO2 и Si соответственно.

    Необходимо дополнительно внести кремнезема

    кг

    или в пересчете на кварцит:

    3,45 * ( кг

    где 0,97 − доля кремнезема в кварците.

    На восстановление кремнезема потребуется углерода по реакции

    SiO2 + 2C = Si + 2CO

    кг

    где 0,07 − доля кремния, теряемого с колошниковыми газами.

    Переходит в шлак кремнезема

    32,84* 0,4 = 13,13 кг

    где 0,4 − доля кремнезема, переходящего в шлак.

    Расчет количества углерода на восстановление железа

    Количество углерода на восстановление Fe2O3 по реакции

    Fe2O3 + С = 2FeO + CO

    кг

    где 0,053 – доля Fe2O3 в агломерате;

    12 и 160 – молярная масса углерода и Fe2O3 соответственно.

    Всего вносится FeO агломератом кг

    Потребуется углерода на восстановление FeO по реакции

    FeO + С = Fe + CO

    кг

    где 0,95 – доля железа, переходящего в металл;

    12 и 72 – молярная масса углерода и FeO соответственно. Количество железа, переходящего в сплав:

    кг

    В шлак переходит FeO

    5,88 * 0,05 = 0,294 кг

    где 0,05 – доля FeO, переходящего в шлак

    При выплавке силикомарганца на 1 т сплава расходуется около 1,2 кг железа из арматуры, следовательно, на 40,6 кг сплава расходуется 0,05 кг арматуры.

    Всего переходит железа в силикомарганец

    4,34 + 0,05 = 4,39 кг.

    Всего необходимо углерода на восстановление железа

    кг


    Расчет количества углерода на восстановление фосфора Всего вносится P2O5 агломератом (см. табл. 2.5)

    100 * 0,005 = 0,5 кг.

    Количество углерода на восстановление фосфора по реакции

    P2O5 + 5С = 2P + 5CO

    кг



    где 0,7, 0,26 – доля фосфора, переходящего в металл и в улет соответственно.

    Переходит фосфора в сплав

    кг


    Переходит P2O5 в шлак

    0,45 * 0,04 = 0,018 кг.

    Всего расходуется углерода на восстановление оксидов из шихтовых материалов

    кг

    Образуется монооксида углерода по реакции

    С + 1/2O2 = CO

    Колошниковый газ при выплавке силикомарганца содержит 85 % СО и 2 % Н2.

    Количество колошникового газа:



    Количество водорода в колошниковом газе:

    24,89 · 0,02 = 0,49 нм3.

    Количество углерода для образования водорода по реакции

    Н2O + C = Н2 + CO

    кг



    Количество влаги, участвующей в реакции:

    кг

    Растворяется углерода в силикомарганце

    кг

    где 0,016 - доля углерода в силикомарганце

    Общий расход углерода:


    кг


    Расчет прихода углерода

    Количество углерода, вносимого электродами

    Практика работы заводов показывает, что при выплавке силикомарганца расход электродной массы составляет 16–20 кг на 1 т сплава.

    Если удельный расход 19 кг, на 40,6 кг сплава израсходуется 0,0406 ∙ 19 = 0,77 кг электродной массы, тогда углерода:

    0,77 ∙ 0,77 = 0,59 кг,

    где 0,77 − доля углерода в электродной массе.

    Необходимое количество углерода для выплавки сплава

    12,61 − 0,77 = 11,84 кг.
    Расчет активного углерода в 100 кг кокса

    Расход углерода на восстановление элементов из золы коксика:


    SiO + 2С = Si + 2СO
    1,0011 кг

    Fe2O3 + 3C = 2Fе + 3CO
    0,506 кг

    P2O5 + 5С = 2P + 5CO
    0,00057 кг

    MnO + С = Mn + СО
    0,00025 кг

    SO3 + 3C = S + 3CO
    0,0021 кг

    Всего
    1,51 кг


    Остаток активного углерода в 100 кг кокса:

    85,2 − 1,51 = 83,69 кг,

    где 85,2 – содержание углерода в коксе.

    Расход сухого коксика с учетом в нем активного углерод

    кг

    Количество золы, вносимой коксиком:

    14,15 * 0,103 = 1,45 кг

    При расчете количества и состава шлака не учитывались поступления компонентов из электродной массы в связи с малым их количеством (0,03–0,1 %)

    Таблица 3

    Количество и состав силикомарганца



    Элемент
    Поступило, кг
    Всего

    из шихты
    из золы коксика
    кг
    %

    Mn
    11,88
    0,01
    11,88
    45,69

    Si
    8,12
    0,15
    8,27
    31,81

    Fe
    4,39
    0,22
    4,62
    17,76

    P
    0,22
    0,00031
    0,22
    0,84

    C
    1,02
    0,00000
    1,02
    3,90

    S
    0,00000064
    0,00029
    0,00029
    0,00112

    Всего
    25,63
    0,38
    26,01
    100,00


    Таблица 4

    Количество и состав шлака силикомарганца


    Оксид
    Поступило, кг
    Всего

    из шихты
    из золы коксика
    кг
    %

    Mn
    5,15
    0,00
    5,15
    17,04

    SiO2
    11,20
    0,24
    11,44
    37,85

    FeO
    0,39
    0,02
    0,41
    1,34

    P2O5
    0,02
    0,00
    0,02
    0,06

    Al2O3
    3,80
    0,38
    4,18
    13,84

    CaO
    6,40
    0,08
    6,48
    21,44

    MgO
    2,50
    0,00
    2,50
    8,27

    S
    0,04
    0,01
    0,05
    0,16

    Прочие
    6,00
    0,00
    0,00
    0,00

    Всего
    35,50
    0,73
    30,23
    100,00


    Вносится серы компонентами шихты

    Вносится серы агломератом:

    100 ∙ 0,001 ∙ 0,4 = 0,04 кг .

    Вносится серы коксиком:

    14,15 ∙ 0,016 = 0,226 кг,

    где 0,016 − доля серы в коксике. Вносится серы золой коксика

    1,45 ∙ 0,0104 = 0,015 кг,

    Всего вносится серы:

    0,04 + 0,226 + 0,015 = 0,281 кг.
    Потери компонентов с колошниковой пылью и печными газами

    Потери с колошниковой пылью:

    Марганца: кг

    кремния: кг

    фосфора: кг

    Всего: 1,67 кг

    Потери с элетропечными газами:

    сера в виде: кг

    летучие кокса: 14,15 * 0,017 = 0,24 кг

    Потери в виде - потери при прокаливании агломерата:

    100 * 0,0055 = 0,55 кг

    Количество и состав газовой фазы

    Количество окиси углерода, образующейся при восстановлении элементов шихты:

    кг
    Количество окиси углерода, образующейся при восстановлении элементов золы коксика:

    кг


    Всего образуется окиси углерода

    27,07 + 0,55 =27,62 кг

    Состав газовой фазы

    нм3

    нм3

    нм3
    Состав и количество образующегося газа колошникового газа

    Таблица 7

    Состав и количество колошникового газа

    Составляющие
    Кг
    Объем, нм3
    Объем, %
    Масса, %

    СО
    27,63
    22,10
    93,43
    95,24

    СО2
    0,55
    0,44
    1,86
    1,90

    SO3
    0,42
    0,12
    0,50
    1,45

    H2
    0,06
    0,50
    2,11
    0,21

    Летучие
    0,35
    0,50
    2,11
    1,21

    Всего
    29,01
    23,65
    100,00
    100,00


    Таблица 8

    Баланс по железу



    Приход
    Расход

    Поступило
    кг
    %
    Получено
    кг
    %

    Марганцевый агломерат
    5,88
    87,89
    Металл
    6,13
    95,33

    Кварцит
    0,39
    5,83
    Шлак
    0,3
    4,67

    Электродная арматура
    0,05
    0,75
     
     
     

    Зола кокса
    0,37
    5,53
     
     
     

    Всего
    6,69
    100
    Всего
    6,43
    100


    Таблица 9

    Баланс по фосфору


    Приход
    Расход

    Поступило
    кг
    %
    Получено
    кг
    %

    Марганцевый агломерат

    Зола коксика
    1,18
    0,0006
    99,95
    0,0505
    Металл

    Шлак

    Улет
    0,1404

    0,007

    0,0532
    69,99

    3,5

    26,52

    Всего
    1,180006
    100
    Всего
    0,2006
    100


    Таблица 10

    Баланс по углероду


    Приход
    Расход

    Поступило
    кг
    %
    Получено
    кг
    %

    Коксик

    Электродная масса
    16,84

    0,75
    95,64

    4,35
    На науглероживание

    Окисление до СО (q' + q" )

    c c
    0,63

    17,02
    3,57

    96,43

    Всего
    17,23
    100
    Всего
    17,65
    100

    На основании сводного материального баланса определяется расход шихтовых материалов на натуральную и базовую (сумма кремния и марганца − 62 %) тонну силикомарганца

    Таблица 12

    Расход шихтовых материалов на 1 т силикомарганца


    Материал
    Расход на 1 т, кг

    натуральную
    базовую

    Марганцевый агломерат
    2458,8
    2429,2

    Кварцит
    27,8
    27,5

    Коксик
    504,5
    498,4

    Электродная масса
    17,5
    17,3


    Расчет количества продуктов плавки на одну натуральную тонну силикомарганца

    Металл:

    Шлак:

    Колошниковый газ:

    Улет элементов:

    40,6 ∙ 24,588 = 998,65 кг.

    35,50 ∙ 24,588 = 872,82 кг.

    24,89 ∙ 24,588 = 612,13 кг.

    3,5 ∙ 24,588 = 86,05 кг

    где 24,588 – коэффициент пересчета на одну натуральную тонну силикомарганца.


    PAGE 7

    написать администратору сайта