Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

Расчет процесса обогащения железной руды.

Стр 1 из 6Следующая ⇒

Расчет процесса обогащения железной руды.

Исходные данные:

Таблица 1. Состав железной руды.

Состав железной руды, % (пересчет на сухую массу)

Содержание Fe в концентрате и хвостах, %

FeO

Fe₂O₃

MnO

SiO₂

Al₂O₃

CaO

MgO

SO₃

P₂O₅

ППП*

(Fe)_конц.

(Fe)_хв.

Показатели процесса обогащения:

- содержание железа в исходной руде, % масс. ();

- содержание железа в концентрате, % масс. ();

- содержание железа в хвостах, % масс. ();

- выход концентрата, доли ед. ();

- выход хвостов, доли ед. ();

- степень извлечения железа в концентрат, доли ед. ();

- степень извлечения железа в хвосты, доли ед. ();

- коэффициент обогащения, доли ед. ();

- коэффициент сокращения, доли ед. ();

Содержание железа в исходной руде равно:

где и - содержание железа в руде соответственно в виде и .

Содержание железа в концентрате определяется как

где и - содержание железа в концентрате соответственно в виде и .

* ППП – потери при прокаливании

Массу железа, присутствующего в концентрате в виде и , можно определить, используя величину степени извлечения железа из руды в концентрат

Содержание оксидов железа в концентрате будет численно равно:

Проверка: , результат должен совпадать с заданным содержанием железа в концентрате (см. таблицу 1).

Долю пустой породы в руде без оксидов марганца, фосфора, серы можно рассчитать как

Доля пустой породы в концентрате составит:

Содержание CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO в концентрате можно рассчитать следующим образом:

Результаты расчета оформляются в виде таблицы.

Таблица 2.

Химический состав железорудного концентрата

Содержание компонентов железорудного концентрата, % масс.
FeO	Fe₂O₃	MnO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	SO₃	P₂O₅	ППП

Расчет расхода железорудного концентрата и известняка

В агломерационной шихте.

Таблица 3. Состав известняка и характеристики агломерата.

Состав известняка, %(на сухую массу)									Характеристика агломерата
Fe₂O₃	MnO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	SO₃	P₂O₅	CO₂	FeO, %	В

Таблица 4. Состав кокса и его расход на агломерацию.

Состав кокса, %(на сухую массу)								Расход коксика на агломерацию, кг/т
Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	FeS	SO₃	P₂O₅	Расход коксика на агломерацию, кг/т

Примем следующие обозначения: X, Y, Z – расходы соответственно концентрата, известняка и коксика при агломерации, кг/100 кг агломерата. Запишем уравнение основности агломерата:

где индексы «конц.», «И», «К» означают, что данные компоненты принадлежат соответственно концентрату, известняку и коксику.

При составлении уравнения материального баланса спекания окисленного агломерата сначала подсчитывают сначала потери массы каждого компонента аглошихты без учета процессов диссоциации и восстановления оксидов. Учитываются выгорание из шихты углерода (), удаление летучих коксовой мелочи (), гидратной влаги и углекислоты (), которые для руды (концентрата) объединены параметром «ППП – потери при прокаливании». При этом также удаляется 90 – 98 % органической и сульфидной серы (, доли ед.) и 50 – 70 % сульфатной серы (, доли ед.). Расчет ведется на 100 кг агломерата. Таким образом, потерю массы каждого компонента () можно вычислить из общего уравнения:

Здесь - масса кислорода, присоединившегося к массе аглошихты, в результате реакции полного окисления сульфидов железа (сера окисляется до ).

Потеря массы концентрата при спекании, кг/100 кг:

Потеря массы известняка при спекании, кг/100 кг:

Потеря массы коксика при спекании, кг/100 кг:

С учетом сказанного, выведем общее уравнение материального баланса процесса спекания. Пусть - соответственно потери массы концентрата, известняка и коксика при спекании, кг/100 кг соответствующего компонента шихты. Тогда (),(),() – соответственно массы концентрата, известняка и коксовой мелочи, переходящие в агломерат, кг/100 кг компонента шихты. Далее, - соответственно массы концентрата, известняка и коксовой мелочи, переходящие при спекании в агломерат, в расчете на 100 кг агломерата.

Потери кислорода, связанные с диссоциацией и восстановлением оксидов железа при спекании компонентов шихты, определим исходя из заданной окисленности агломерата с учетом массы FeO, содержащегося в компонентах аглошихты:

, кг/100 кг агломерата.

С учетом сказанного уравнение материального баланса спекания в расчете на 100 кг агломерата приобретает вид:

Из решения системы двух уравнений (основности и материального баланса спекания) с двумя неизвестными определяем расходы железорудного концентрата и известняка для производства агломерата, кг/100 кг агломерата.

Решая систему получаем следующие значения расходов компонентов:

Расчет содержания серы в чугуне. (Предварительно необходимо рассчитать состав и количество доменного шлака.)

Масса серы в шихте доменной печи равна массе серы, поступившей из различных источников: из агломерата и кокса,

где и - содержание серы соответственно в агломерате и коксе, %.

Примем, что в доменной печи 5 -10 % серы, содержащейся в шихте, теряется, то есть переходит в газовую фазу и уходит из печи с доменным газом ( =0,05 – 0,10), а оставшаяся сера распределяется между металлом и шлаком. Тогда общая масса серы, содержащейся в чугуне и шлаке, будет равна:

Запишем уравнение баланса серы:

где и - соответственно содержание серы в чугуне и шлаке, %.

Характеристикой десульфурирующей способности шлака является коэффициент распределения серы между шлаком и металлом . Зависимость от различных технологических параметров доменной плавки изучена достаточно хорошо. На рисунке показана зависимость коэффициента распределения серы от основности и температуры шлака (чугуна).

Для оценки значения по предложенной диаграмме следует по данным о составе доменного шлака рассчитать его основность:

а затем путем интерполяции в указанных интервалах температуры чугуна определить коэффициент распределения серы, соответствующий требуемым условиям. Содержание серы в чугуне определяем из уравнения баланса серы в доменной печи:

Оценка содержания углерода в чугуне. Для оценки используем эмпирическое уравнение зависимости содержания углерода от состава чугуна, выведенное на основании обработки большого числа производственных данных, полученных на стабильно работающих доменных печах большого объема:

Полученный в результате расчета состав чугуна следует свести в таблицу.

Таблица 7. Химический состав чугуна

Содержание компонентов жидкого чугуна, % масс.
Fe	С	Si	Mn	S	P

Конвертерной плавки

Материальный баланс плавки в кислородном конвертере состоит из двух частей: приходной и расходной. Приходная часть материального баланса включает в себя расходы всех материалов, поступивших в конвертер, в том числе: жидкого чугуна; металлолома; извести; перешедшей в шлак футеровки; технического кислорода. В расходной части материального баланса приведены продукты плавки: полупродукт; конвертерный шлак; отходящие газы, а также потери металла с пылью и корольками.

5.1.1. Определение расхода извести

Присадки извести в конвертер как при загрузке шихтовых материалов, так и в процессе продувки ванны кислородом, производятся с целью наведения высокоосновного шлака, обеспечивающего удаление из металла вредных примесей: S и P. Основность шлака B=CaO/SiO₂ характеризует его способность к рафинированию стали. Оптимальная величина основности в кислородно-конвертерном процессе составляет 3,0–3,5. Для определения расхода извести используем уравнение основности.

Пусть источниками CaO в конвертерном шлаке являются: известь и футеровка сталеплавильного агрегата. Массу CaO, поступающего в шлак, можно рассчитать следующим образом:

, (5.3)

где , - содержание оксида кальция в извести и футеровке, %; , - расход извести и количество футеровки, перешедшей в шлак, кг/100 кг шихты.

Диоксид кремния поступает в шлак в результате окисления кремния, содержащегося в металлошихте, а также из извести, футеровки, загрязнений лома (другими источниками пренебрежем), то есть массу SiO₂в шлаке определим как:

(5.4)

где - количество окислившегося кремния, %; , , - содержание SiO₂ в извести, футеровке агрегата и загрязнениях металлолома, % масс.; - масса загрязнений (1–2 % массы металлолома); - масса металлошихты ( =100 кг).

После подстановки данных выражений в уравнение основности и проведения соответствующих преобразований его следует решить относительно расхода извести ().

Принимаем значение основности шлака В =

Состав извести может быть установлен из предположения, что она получена путем обжига известняка заданного состава. При этом происходило разложение карбонатов с выделением CO₂. Определяя состав извести, следует предусмотреть некоторое количество недопала (2–10 % CO₂ остается в извести), высокую гигроскопичность свежеобожженной извести (содержание H₂O принять равным 0,5–1,5 %), количество SiO₂ принимаем 5,5% Количество огнеупорной футеровки, перешедшей в шлак за время продувки, составляет 0,2–0,3 кг/100 кг металлошихты. Состав огнеупорной футеровки конвертера: CaO – 53 %; MgO – 43 %; SiO₂ – 2 %; Al₂O₃ – 2 %.

5.1.2. Определение состава и количества

Конвертерного шлака

Для определения общего количества образующегося шлака и его состава следует составить таблицу 11.

На первом этапе составления таблицы в нее записываются массы всех компонентов, переходящих в шлак из указанных источников, за исключением оксидов железа. Суммирование этих величин дает массу шлака без оксидов железа. Содержание FeO и Fe₂O₃ определим по количеству железа в шлаке ((Fe)_общ, %), которое характеризует окислительную способность конвертерного шлака и зависит от его основности (В), содержания углерода в полупродукте ([C]_п/п, %) и температуры металла и шлака (t_п/п, ^оС):

. (5.5)

Таблица 11.

Расчет состава и количества конвертерного шлака.

Источники компонентов шлака	Масса компонентов, кг/100 кг шихты
Источники компонентов шлака	CaO	SiO₂	MnO	MgO	P₂O₅	Al₂O₃	FeO	Fe₂O₃
Окисление примесей (Si, Mn, P) металлошихты, кг
Известь, кг
Огнеупорная футеровка, кг
Масса шлака без оксидов железа , кг
Общая масса шлака, , кг
Состав шлака, %

При расчете окислившихся примесей используем следующие химические реакции окисления примесей:

Si + 2O = SiO₂

∆Si = m_SiO₂m_SiO₂ =

28 60

Mn + O = MnO

∆Mn = m_MnOm_MnO =

55 71

2P + 2,5O = P₂O₅

∆P = m_P2O5m_P2O5=

2∙31 142

Примем, что 80 % железа, переходящего в шлак, окисляется до FeO и 20 % - до Fe₂O₃. Тогда содержание оксидов железа (%) составит:

, (5.6)

. (5.7)

Общее количество шлака рассчитывают исходя из того, что масса шлака без оксидов железа соответствует величине 100 – (FeO) – (Fe₂O₃), а общая масса шлака соответствует 100.

Масса шлака без оксидов железа ():

Общая масса шлака с оксидами железа ():

Результаты расчетов позволяют определить состав конвертерного шлака, который следует представить в виде таблицы 11.

Расчет выхода полупродукта

В ходе продувки расплава в конвертере масса металлошихты уменьшается в результате:

- окисления примесей чугуна и металлолома ;

- окисления железа ;

- потерь железа с пылью ;

- потерь железа в виде корольков в шлаке ;

- загрязненности металлолома .

Отсюда массу полупродукта () можно рассчитать следующим образом:

. (5.8)

Массу окислившихся примесей и железа, перешедшего в шлак, определим, соответственно, как

, (5.9)

где , , , - изменение содержания углерода, кремния, марганца и фосфора в процессе продувки металла в конвертере;

(5.10)

Потери железа с пылью принимают равными 1,5–2,0 % массы металлической части шихты, в виде корольков – 6–10 % массы шлака. Потери массы металла вследствие загрязнения металлолома – 1–2 % его массы.

Выход жидкой стали (% отн.) является важной характеристикой эффективности работы сталеплавильного агрегата, его величина определяется отношением:

. (5.11)

Отходящих газов

Отходящие газы формируются за счет компонентов дутья, металлошихты и шлакообразующих материалов, в процессе окислительного рафинирования не усвоившихся металлической ванной и не перешедших в шлак:

. (5.19)

При окислении углерода, содержащегося в чугуне и металлоломе, образуются CO и CO₂ в следующих количествах:

, (5.20)

. (5.21)

Массы СО₂ и паров воды, выделившихся при растворении извести, можно рассчитать следующим образом:

, (5.22)

, (5.23)

где и - содержание углекислого газа и воды в извести, %.

Примем, что азот, поступающий в конвертер с техническим кислородом, полностью не усваивается ванной, а кислород усваивается в пределах, установленных коэффициентом использования кислорода. Тогда

(5.24)

. (5.25)

Объем каждого из компонентов отходящих газов определяют по соотношению:

, (5.26)

где - масса -го компонента отходящих газов, кг/100 кг шихты; - масса 1 киломоля - го компонента, кг/моль.

Суммарное значение объемов всех компонентов отходящих газов V_j:

Суммирование значений позволяет определить количество отходящих газов (м³). По результатам расчета можно также определить состав конвертерного газа, % об.:

(5.27)

Список использованной литературы

1. Воскобойников, В. Г. Общая металлургия: учебник для вузов / В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: ИКЦ Академия, 2002. - 768 с.: 253 ил.

2. Дюдкин, Д. А. Современная технология производства стали / Д.А.Дюдкин, В.В.Кисиленко. - М: Теплотехник, 2007. - 528 с.

3. Металлургия чугуна. Под ред. Ю.С. Юсфина. М.: "Академкнига", 2005 г. – 628 с.

4. Меркер, Э. Э. Физические процессы в конвертере и энергоэкологические показатели производства [Text]: монография / Э.Э. Меркер, Г.А. Карпенко. - 2-е изд., стер. - Старый Оскол: ООО "ТНТ", 2008. - 328 с.

5. Тимофеева, А. С. Справочник теплофизика-металлурга [Текст]: учебное пособие / А.С.Тимофеева, В.В.Федина. - Старый Оскол: кпц "Роса", 2008. - 280 с.