Расчет чистых компонентов из окислов
Сырьевая, топливная базы Магнитогорского металлургического комбината. Подготовка руд к доменной плавке. Металлургические расчеты печи. Определение физико-химических свойств шлака, удельного и реального расхода шихтовых материалов. Чистые компоненты шихты.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.04.2014 |
| Размер файла | 290,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Описание сырьевой и топливной базы завода
- 2. Подготовка руд к доменной плавке
- 3. Металлургические расчеты печи
- 3.1 Расчет чистых компонентов из окислов
- 3.2 Определение удельного расхода шихтовых материалов
- 3.3 Определение физико-химических свойств шлака
- 3.4 Определение реального расхода шихтовых материалов
- 4. Специальная часть
- Заключение
- Список использованных источников
Введение
Доменное производство - это производство чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованных железорудных материалов в доменных печах. Первое основное звено в общем производственном цикле чёрной металлургии. Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Сырыми материалами доменной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс. Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного угля. Его роль состоит в обеспечении процесса теплом и восстановительной энергией. Кроме того кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облегчает прохождение газового потока в шихте доменной печи. Железные руды вносят в доменную печь химически связанное с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглераживаясь в печи, железо переходит в чугун. Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и придания шлаку требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств. Для руд с кремнеземистой (кислой) пустой породой в качестве флюса используют материалы, содержащие оксиды кальция и магния: известняк и доломитизированный известняк. Для получения высоких технико-экономических показателей доменной плавки сырье и материалы предварительно подвергают специальной подготовке. Совершенствование доменного производства направлено на улучшение подготовки сырых материалов к плавке, увеличение мощности (объёма) доменных печей, внедрение прогрессивной технологии, автоматического управления ходом доменной печи.
Основной задачей модернизации доменного производства является восстановление и совершенствование производственных мощностей, уменьшение энергозатрат и себестоимости производства.
1. Описание сырьевой и топливной базы завода
На Магнитогорский металлургический комбинат (ММК) железная руда будет поставляться с Бакальского месторождения, которое располагается на западе от Челябинска, является вторым перспективным месторождением Урала. Запасы оцениваются в 1,1 млрд. т. Верхний слой месторождения представляет собой продукты окисления сидеритов - бурые железняки, в то время как в коренных слоях находятся сидериты. Руды чистые по сере и фосфору с повышенным (до 2 %) содержанием марганца. Бурые железняки - - водные окислы железа. В зависимости от значения n образуются разные гидроокислы. Выделяются такие водные окислы железа n = ~ 0,1 - гидрогематит; n = ~ 1,0 - гематит; n = ~ 1,5 - лимонит и др. Наиболее часто встречаются бурые железняки на основе лимонита , которые называются лимонитовыми. Такие руды обычны в осадочных месторождениях и месторождениях коры выветривания. Бурые железняки характеризуются пониженным содержанием железа, рыхлы, часто сопровождаются марганцем, фосфором, обладают высокой пористостью и восстановимостью. Содержание Fe колеблется от 55 до 30 % и менее. Обычно требуют обогащения.
Важное значение имеют комплексные хромо-никелевые бурые железняки. При наличии 32-48 % железа в них нередко содержится также до 1 % Ni, до 2 % Cr, сотые доли процента Co, иногда V. Из таких руд могут без добавок выплавляться хромо-никелевые чугуны и низколегированная сталь.
Пустая порода бурых железняков глинистая, иногда кремнисто-глиноземистая.
Сидерит, имеющий химический состав FeCO3 - карбонат железа, содержит 30-48 % железа. Образованная сидеритом руда называется шпатовым железняком, или сидеритом. Сидериты распространены гораздо меньше, чем другие руды, характеризуются высокой восстановимостью, низким содержанием железа из-за незначительного содержания его в рудном минерале и большого количества пустой породы. После обжига, в результате удаления CO2, сидеритовые руды превращаются в промышленные ценные тонкопористые железо-окисные (обычно содержат до 1-2 % Mn, иногда до 10%). Под воздействии влаги и кислорода атмосферы сидериты могут переходить в бурые железняки, так как закись железа в молекуле FeO•CO2 окисляется и поглощает влагу. Поэтому встречаются месторождения, в которых верхние слои руды являются бурыми железняками, а нижние, коренные - сидеритами.
Пустая порода сидерита состоит из кремнезема, глинозема и небольшого количества окиси магния.
Также на Магнитогорский металлургический комбинат железная руда будет поставляться с Алапаевской группы месторождений коры выветривания расположенной вблизи г. Алапаевска Свердловской области. Рудные залежи имеют пластообразную форму. Мощность рудных тел, включая участки некондиционных руд и пустых пород, изменяется в широких пределах - от 0,5 до 70 м. Рудные залежи по простиранию прослеживаются до 5-40 км. На Алапаевских месторождениях выделяются два типа руд: лимонитовые, слагающие верхние горизонты рудных залежей, выше уровня грунтовых вод, и стриговит-лимонитовые, расположенные ниже уровня грунтовых вод, где встречаются и сидериты. Содержание железа в рудах изменяется от 20 до 58 %. В балансовых рудах в среднем содержится (в вес. %): Fe - 38,5; Al2O3 - 6,4-6,9; MnO - 0,3-0,4; CaO - 0,8; Cr2O3 - 0,07-0,22; MnO - 0,15-0,36; Ni около 0,1; Co около 0,01; п. п. п.8,4-10,8; As до 0,27; S - 0,02-0,06; P - 0,06-0,09.
Лимонит - минеральный агрегат, представляющий собой смесь гидроокислов трехвалентного железа и состоящий преимущественно из скрытокристаллического гётита. Лимонит не является самостоятельным минеральным видом, а представляет гидратированную разновидность гётита в смеси с гидрогематитом, лепидокрокитом. Химическую формулу лимонита обычно пишут в виде Fe2O3·nH2O
Лимонит имеет приповерхностное происхождение и образуется в результате гидролиза солей при окислении и разложении железосодержащих минералов: сульфидов, карбонатов, силикатов и других, в которых железо присутствует в двухвалентной форме. Часто скопления бурых железняков образуются в зонах окисления сульфидных месторождений, такие образования имеют собственное название "железная шляпа". Образование лимонита происходит также на дне болот (болотная руда), озер (озерная руда) и в мелководной части морских бассейнов. Этот процесс происходит в результате жизнедеятельности железобактерий. Практически во всех случаях лимонит образуется вблизи от поверхности земли в условиях свободного доступа кислорода и влаги. При региональном метаморфизме, в условиях высокой температуры и давления, лимонит обезвоживается и превращается в гематит и магнетит.
Лимонит служит рудой для получения железа, но в современной черной металлургии его использование минимально в связи с тем, что он часто содержит вредную примесь фосфора.
Флюсы для ММК будут поступать с Агаповского месторождения, расположенного в Агаповском районе Челябинской области, в 12 км от города Магнитогорск. Месторождение представлено чередующимися слоями чистых и доломитизированных известняков и доломитов, что обуславливает повышенное содержание магнезии (3,75 %) в добываемых известняках. Содержание CaO в них составляет 52,0 % при низком содержании фосфора (0,015 %) и серы (0,07 %). Месторождение разрабатывается открытым способом.
Топливо для Магнитогорского металлургического комбината будет поставляться с Донецкого угольного бассейна (ДОНБАСС), расположенного в Ворошиловградской, Донецкой и Днепропетровской областях Украины и Ростовской области РФ.
Занимает площадь около 60 тысяч км2, вытянутую в широтном направлении на 650 км при максимальной ширине до 200 км.
Суммарные запасы угля до глубины 1800 м оцениваются в 140,8 млрд. т. Разведанные запасы промышленных категорий угля составляют 57,5 млрд. т и перспективные 18,3 млрд. т.
Средняя теплота сгорания товарного рабочего топлива 21,2-26,1 МДж/кг. Угли малофосфористые от мало - до высокосернистых (до 2 %). Среднее содержание природной золы в большинстве угольных пластов находится в пределах 7-20 %. Малозольных углей с зольностью до 7-8 % в бассейне не много. Угли Донецкого бассейна в основном имеют лёгкую и среднюю обогатимость.
шихта компонент доменная плавка
2. Подготовка руд к доменной плавке
В настоящие время ни один вид металлургического сырья не используется без предварительной подготовки, техническая необходимость и высокая экономическая эффективность подготовки привели к быстрому ее развитию. В общем комплексе подготовки сырья главными являются обогащение и окускование, однако осуществить их можно только после ряда вспомогательных операций. Поэтому всю подготовку сырья делят на дробление измельчение, грохочение и классификацию, обогащение, окускование и обжиг.
Добываемая руда подвергается дроблению и измельчению, так как величина крупных кусков при добыче превышает размеры кусков руды, допустимых по условиям технологии доменной плавки.
Для крупного и среднего дробления используют установки, называемые дробилками, а для тонкого измельчения применяют мельницы. Различают следующие виды дробления:
· крупное дробление от 1500 до 250 мм;
· среднее дробление от 250 до 50 мм;
· мелкое дробление от 50 до 5 мм;
· тонкое измельчение до 0,04 мм.
Для крупного и среднего дробления используют в основном щековые и конусные дробилки, для мелкого дробления - валковые и молотковые, а для тонкого измельчения - шаровые мельницы.
Грохочение - просеивание руды через сито или решето с калиброванными отверстиями. Плоские подвижные грохоты характеризуются количеством просеивающих поверхностей, углом их наклона, материалом, из которого изготовлены просеивающие поверхности (проволока, резина, полиуретан и т.п.), размером и формой отверстий, а также движением просеивающих поверхностей (прямолинейная, круговая или элиптическая вибрация).
Классификация - разделение фракций по крупности зёрен размером менее 1 мм за счёт действия центробежных сил или силы тяжести.
Мокрая классификация, в гидроциклонах. В гидроциклонах центробежные силы играют решающую роль. Гидроциклон представляет собой неподвижную центрифугу, где вращается суспензия. Из-за сильного поля центробежных сил твердые частицы отбрасываются к стенкам аппарата, что обеспечивает быстрое и точное разделение и высокую производительность гидроциклона.
Обогащением руды называется операция, увеличивающая содержание железа или снижающая содержание вредных примесей в руде. Обогащение позволяет существенно повысить содержание железа в шихте доменных печей, улучшить условия восстановления железа, уменьшить выход шлака, улучшая тем самым ход печи и снижая расход кокса при возрастающей производительности.
Для обогащения руд применяют пенную флотацию, основанную на том, что отдельные мелкие частицы всплывают на поверхность воды вместе с пеной.
Для флотации необходимы активаторы - неорганические вещества, увеличивающие способность адсорбировать необходимый собиратель, и депрессоры (подавители) - неорганические вещества, предотвращающие возможность адсорбции собирателя на поверхности минерала, который по условиям процесса не должен увлекаться в пену.
Флотационные машины бывают механические и пневматические. В первых для перемешивания пульпы и засасывания воздуха используют мешалки, а во вторых - специальные трубки, по которым подают под небольшим давлением воздух.
Окускование полезных ископаемых - это процесс превращения мелких классов полезных ископаемых в куски с заданными свойствами для их более эффективного использования. Получаемые в результате глубокого обогащения концентраты руд чёрных и цветных металлов, как правило, непригодны для непосредственного использования в плавке или других технологических процессах и требуют окускования. В зависимости от вида полезного ископаемого и его последующего передела окускование осуществляется агломерацией, окомкованием или брикетированием.
Агломерация - спекание мелких руд или концентратов в твёрдые пористые куски.
Спекание происходит непосредственным слипанием отдельных нагретых частиц шихты при поверхностном их размягчении либо в результате образования легкоплавких соединений, связывающих частицы при остывании агломерируемого продукта. Тепло, необходимое для спекания, получается от горения углеродистого топлива, прибавляемого к агломерируемому материалу, либо от окисления сульфидов, если агломерации подвергаются сернистые рудные концентраты. На практике агломерацию чаще всего осуществляется на колосниковых решётках, с просасыванием воздуха сверху вниз сквозь лежащую на решётке шихту. При этом происходит последовательное горение топлива в лежащих один под другим её слоях.
На современных агломерационных фабриках приём сырья, дозировка и подготовка шихты, укладка её на агломерационные машины, а также обработка готового агломерата полностью механизированы и в значительной степени автоматизированы.
Агломерацию следует рассматривать шире, чем окускование, так как при этом удаляются некоторые вредные примеси (сера и частично мышьяк), разлагаются карбонаты и получается кусковой пористый, к тому же офлюсованный материал.
Окомкование (окатывание шихты) - процесс получения гранул сферической формы - окатышей, подвергаемых для упрочнения обжигу.
Осуществляется на барабанных, тарельчатых или чашевых окомкователях в результате взаимодействия между частицами руды или концентрата с водой. Основные стадии окатывания шихты - образование зародышей гранул за счет флуктуации влажности, накатывание частиц рудных материалов на поверхность зародышей по принципу "снежного кома". Для улучшения процесса окатывания шихты используют добавки связующие вещества (бентонит, нонтронит и др.). Сырые окатыши затем подвергают обжигу.
3. Металлургические расчеты печи
Расчет доменной шихты выполняется на 100 кг чугуна. Цель расчета обеспечить заданный состав металла и шлака для получения качественного передельного чугуна с требуемыми составом и свойствами.
Исходные данные
Таблица 1 - Химический состав чугуна, %
|
Химический состав чугуна % |
|||||
|
Основность шлака |
Si |
S |
C+P |
Fe+Mn |
|
|
1,12 |
0,65 |
0,017 |
4,65 |
94,683 |
Таблица 2 - Химический состав шихтовых материалов и золы кокса %
|
Материал |
Уд. расход, кг/100 кг чугуна |
FeO |
Fe2O3 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
|
|
Агломерат №1 |
- |
12,70 |
65,70 |
9,40 |
1,44 |
9,86 |
0,65 |
|
|
Агломерат №2 |
- |
12,80 |
63,89 |
9,10 |
1,38 |
11, 20 |
1,25 |
|
|
Известняк |
- |
- |
3,84 |
1,00 |
0,62 |
41,00 |
10,10 |
|
|
Зола кокса |
- |
- |
25,48 |
42,00 |
24,40 |
4,10 |
1,30 |
|
|
Материал |
MnO |
FeS |
SO3 |
P2O5 |
W |
п. п |
||
|
Агломерат №1 |
0,17 |
0,03 |
- |
0,05 |
- |
- |
||
|
Агломерат №2 |
0,26 |
0,06 |
- |
0,06 |
- |
- |
||
|
Известняк |
- |
- |
- |
0,05 |
2,50 |
43,39 |
||
|
Зола кокса |
0,12 |
- |
2,00 |
0,60 |
- |
- |
Таблица 3 - Технический состав кокса
|
Расход кокса, кг |
Технический состав кокса |
|||
|
K |
A |
S |
W |
|
|
50,6 |
10,90 |
0,41 |
3,6 |
Принимаем, что в процессе доменной плавки:
1. с колошниковым газом улетучивается 2 % серы, от общего количества серы шихты;
2. при плавлении 99,8 % железа восстанавливается в чугун, остальное переходит в шлак;
3. фосфор полностью переходит из шихты в чугун;
4. при плавлении 60% марганца восстанавливается в чугун, 40 % переходит в шлак;
5. потери чугуна со скрапом и шлаком (в виде корольков) составляют 0,5 %;
6. вынос пыли определяется учетом работы доменной печи (давления газа на колошнике);
Таблица 4 - Вынос материалов из доменной печи
|
Материалы |
При давлении на колошнике, кПа |
||||
|
110 |
170 |
200 |
250-280 |
||
|
Железная руда, агломерат, окатыши |
5,0 |
3,0 |
2,5 |
2,0 |
|
|
Марганцевая руда |
9,0 |
5,4 |
4,5 |
3,6 |
|
|
Кокс |
1,0 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
|
|
Известняк |
1,5 |
0,9 |
0,8 |
0,6 |
3.1 Расчет чистых компонентов из окислов
Для определения компонентов шихты необходимо составить и решить систему балансовых уравнений. Расчет уравнений производится на основе чистых элементов. Поэтому предварительно производим пересчет процентного содержания окислов в шихте на содержание чистых элементов. Перерасчет производится из соотношений:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
Следовательно железа в окатышах, агломерате 1и 2 содержится:
3.2 Определение удельного расхода шихтовых материалов
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 известняка, кг. Составляем два балансовых уравнения:
1) По балансу железа и марганца в чугуне
(8)
где [Fe], [Mn] - содержание железа и марганца в чугуне, %; зFe, зMn - степень перехода железа и марганца в чугун; Fex,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 CaOx, CaOиз, CaOз. к., CaO2, SiO2x, SiO2из, , SiO2з. 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 = 169,354 кг; Y = 1,6 кг. т.е. А1 = 84,677 кг, А2 = 84,677 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 50,6 кг кокса в шихту вносится золы в количестве
кг,
где 10,90 - содержание золы в коксе, %;
2) в коксе содержится 0,41 % 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 0,212 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 0,212 кг серы образуется CaS
кг;
9) при расчете количества шлака складывается соединения (окислы) элементов, входящих в шлак
Таблица 5 - Балансовая таблица
|
Статьи баланса |
Масса, кг |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Fe |
Mn |
S |
P |
|||||||||
|
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
% |
кг |
|||
|
Агломерат 1 |
84,677 |
9,4 |
7,96 |
1,44 |
1,22 |
9,86 |
8,35 |
0,65 |
0,55 |
55,89 |
47,33 |
0,132 |
0,112 |
0,0109 |
0,009 |
0,022 |
0,019 |
|
|
Агломерат 2 |
84,677 |
9,1 |
7,71 |
1,38 |
1,17 |
11,2 |
9,48 |
1,25 |
1,058 |
54,72 |
43,8 |
0,102 |
0,086 |
0,0218 |
0,018 |
0,026 |
0,022 |
|
|
Известняк |
1,6 |
1 |
0,016 |
0,62 |
0,01 |
41 |
0,656 |
10,1 |
0,162 |
2,688 |
0,043 |
- |
- |
- |
- |
0,022 |
0,00035 |
|
|
Зола кокса |
5,515 |
42 |
2,32 |
24,4 |
1,35 |
4,1 |
0,226 |
1,3 |
0,072 |
17,836 |
0,984 |
0,093 |
0,005 |
0,41 |
0, 207 |
0,262 |
0,014 |
|
|
Всего вносится шихтой |
18,01 |
3,75 |
18,712 |
1,842 |
92,157 |
0, 203 |
0,234 |
0,0554 |
||||||||||
|
Восстанавливается в чугун |
1,393 |
91,973 |
0,112 |
0,017 |
0,0554 |
|||||||||||||
|
Улетучивается с колошниковыми газом |
0,047 |
|||||||||||||||||
|
Расходуется на образование CaS |
0,519 |
0,212 |
||||||||||||||||
|
Переходит в шлак, кг |
16,617 |
3,75 |
18, 193 |
1,842 |
0,184 (0,243) |
0,0812 (0,103) |
0,212 (0,477) |
|||||||||||
|
Количество и состав шлака |
40,82 |
40,71 |
9,187 |
44,569 |
4,512 |
0,595 |
0,252 |
1,168 |
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
|
Составляющие |
Содержание в шлаке |
|||
|
Фактическое |
Пересчет на 4 к. |
Пересчет на 3 к. |
||
|
SiO2 |
40,71 |
41,13 |
40,13 |
|
|
Al2O3 |
9,187 |
9,282 |
9,282 |
|
|
CaO |
44,569 |
45,029 |
RO = 49,6 |
|
|
MgO |
4,512 |
4,558 |
||
|
? |
98,978 |
100 |
100 |
%, %
%,%
Полученный при плавке шлак проверяется на десульфурирующую способность, вязкость, плавкость. 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
Rофакт = (CaO) + (MgO) + (MnO) + (FeO) =
= 44,569+4,512+0,595+0,252=49,93%, (13)
Т.к. Roфак Roтр следовательно, шлак по Рамму обладает достаточной десульфурирующей способностью.
Для контроля проверим десульфурирующую способность шлака по методу И.С. Куликова.
Для расчета L0s 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
4,99
Полученные значения подставляем в формулу (14) и определяем равновесный коэффициент распределения серы
17,418
Здесь парциальное давление оксида углерода в горне равно
атм.
где pд - избыточное давление горячего дутья, атм (находится в пределах 2,5-4,5 атм)
Требующийся коэффициент распределения серы
(10)
что составляет от равновесного 12,47100/17,418 = 71,59 %. Степень использования десульфурирующей способности шлака по Куликову составляет 30-60%, значит, полученный шлак обладает достаточной десульфурирующей способностью. Таким образом, шихта 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 41,13 % SiO2 необходимо найти вязкость шлака при содержании SiO2 40% и 45 % и затем произвести пересчет (таблица 7).
Таблица 7 - Вязкость шлака, Пас
|
Содержание SiO2 в шлаке, % |
Температура, К |
||
|
1773 |
1673 |
||
|
40 |
0,33 |
0,69 |
|
|
45 |
0,45 |
0,98 |
Получаем, что вязкость шлака при температуре 1773 К составляет 0,357 Пас, а при 1673 К - 0,755 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 9,187 % Al2O3 необходимо найти температуры кристаллизации шлака при содержании 5 и 10 % Al2O3, а затем произвести перерасчет. При содержании 5% Al2O3 температура кристаллизации составляет 1400 К, а при 10% - 1500 К. Соответственно температура кристаллизации шлака с содержанием 9,187 % Al2O3 составляет 1484 К.
3.4 Определение реального 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 184,677 (1+0) = 84,677 кг;
- агломерат 284,677 (1+0) = 84,677 кг;
- известняк 1,6 (1+0,025) = 1,64 кг;
- кокс 49,3 (1+0,036) = 51,075 кг.
где 0,025 и 0,036 - содержание влаги в известняке и коксе.
Расход влажных материалов на 100 кг товарного чугуна составляет:
- агломерат 184,677 (1+0,005) = 85,1 кг;
- агломерат 284,677 (1+0,005) = 85,1 кг;
- известняк 1,64 (1+0,005) = 1,648 кг;
- кокс 51,075 (1+0,005) = 51,33 кг.
где 0,005 - потери чугуна со скрапом и шлаком.
Расход влажных материалов на 100 кг товарного чугуна с учётом выноса пыли составляет:
- агломерат 185,1 (1+0,025) = 87,227 кг;
- агломерат 285,1 (1+0,025) = 87,227 кг;
- известняк 1,648 (1+0,008) = 1,66 кг;
- кокс 51,33 (1+0,007) = 51,69 кг.
где 0,025, 0,008 и 0,007 - вынос пыли из агломерата, окатышей и кокса в пересчет на кг.
Вынос колошниковой пыли составит на 100 кг чугуна
(87,227+87,227+1,66+51,69) - (85,1+85,1+1,648+51,33) = 4,626 кг
В том числе уловленной колошниковой пыли 4,6260,75=3,47 кг на 100 кг чугуна.
4. Специальная часть
Внедоменное получение железа. Процесс ROMELT
Под процессом прямого получения железа понимают такой, который дает возможность получать железо в виде губки непосредственно из руды, минуя доменную печь. Этот процесс протекает без применения кокса, что позволяет получать чистый металл, поскольку фосфор и особенно сера в больших количествах вносит кокс. Агрегатами для реализации этого процесса служат шахтные печи, а в качестве восстановителя чаще всего применяют конвертированный природный газ, состоящий в основном из водорода и оксида углерода (35%), который подают в печь при температуре 1000 oС.
Процесс восстановления железа (производства металлизированных окатышей) в шахтных печах осуществляют в противопотоке: железорудные материалы загружают сверху, а восстановительные газы подают снизу.
Методы прямого получения железа из руды известны давно, но до сих пор они не нашли технического осуществления в большом промышленном масштабе. Опробовано более 70 различных способов прямого получения железа, но лишь немногие из них осуществлены и притом в небольшом промышленном масштабе. Внедоменная металлургия наибольшее значение имеет пока как способ производства губчатого железа, применяемого для выплавки высококачественных сталей и производства железных порошков, используемых в порошковой металлургии, сварочной технике и химической промышленности, и меньшее значение как способ выплавки жидкой стали.
Возобновление и рост интереса к этим процессам связан с прогнозируемым дефицитом кокса и возможностью использования неокускованных железорудных материалов, а также с экологическими преимуществами (по сравнению с доменным процессом) процессов жидкофазного восстановления, которые не требуют наиболее сильно загрязняющих окружающую среду производств кокса и окускованного железорудного сырья (агломерата и окатышей).
Процесс Romelt
Разработанный в Московском государственном институте стали и сплавов под руководством профессора В.А. Роменца одностадийный процесс жидкофазного восстановления неподготовленных железорудных материалов с использованием в качестве восстановителя энергетических углей осуществляется в плавильно-восстановительной печи прямоугольного сечения (рис.4.3.), работающем с небольшим разряжением в рабочем пространстве, исключающем выбросы газов в атмосферу.
Рисунок 4.3 - Схема плавильного агрегата процесса Ромелт: а - продольный разрез; б - поперечный разрез; 1 - барботируемый слой шлака; 2 - металлический сифон; 3 - шлаковый сифон (отстойник); 4 - горн с подиной; 5 - переток; 6 - загрузочная воронка; 7 - дымоотводящий патрубок; 8 - фурмы нижнего ряда (барботажные); 9 - фурмы верхнего ряда (для дожигания); 10 - слой спокойного шлака; 11 - слой металла; 12 - водоохлаждаемые кессоны.
Исходным железорудным сырьем в процессе Ромелт является железная руда, в том числе пылеобразная, с широким диапазоном содержания железа. В качестве восстановителя и энергоносителя применяется энергетический уголь в виде пыли.
Железорудная шихта и уголь подаются в агрегат из расходных бункеров с помощью системы весовых дозаторов и конвейеров без специального смешивания. Загрузка осуществляется через специальное отверстие в своде на шлаковую ванну.
В ванне при температуре 1500 - 1600оС происходит быстрое плавление железосодержащего сырья и замешивание угля в барботируемый слой шлака, который образуется при подаче дутья через фурмы нижнего ряда.
Дутье обеспечивает необходимое барботирование ванны и генерирование тепла в результате неполного сжигания углерода до СО. Образовавшийся восстановительный газ, который содержит СО и Н2, используется для восстановления оксидов железа шлака, а остаток его дожигается над ванной до СО2 и Н2О в кислороде, который вдувается в рабочее пространство печи с помощью второго ряда фурм. При этом обеспечивается дополнительный приход тепла в расплавленную ванну.
Капли восстановленного в шлаковой ванне железа науглероживаются, укрупняются и опускаются на подину агрегата через зону спокойного шлака, образуя металлическую ванну с температурой 1375 - 1450оС. Полученный металл содержит, % мас.: 4,0 - 4,8 С, 0,05 - 0,15 Mn, 0,01 - 0,1 Si, 0,05 - 0,12 P, 0,025 - 0,060 S.
Металл и шлак удаляются из печи через раздельные сифонные устройства с отстойниками безнапорным способом, что обеспечивает поддержание в печи необходимого постоянного уровня металла и шлака. Металлические и шлаковые сифонные устройства и рабочее пространство печи являются системой сообщающихся сосудов.
Газы в зависимости от степени их дожигания удаляются из рабочего пространства печи с температурой 1500-1800оС через дымоотводящий патрубок, проходят котел-утилизатор, мокрую и сухую очистку.
Заключение
Произведенный расчет доменной шихты показал, что выплавляемый передельный чугун по химическому составу соответствует заданной марке П1 (ГОСТ 805-80).
Полученный шлак не препятствует нормальному ведению плавки. Вязкость шлака нормальная и не препятствует восстановлению железа. Полученный шлак обладает 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 71,59 %.
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. Ермолаев В.А. и др. Месторождения полезных ископаемых. - М.: Метеллургия, 1985. - 480 с.
4. Лимонитовые руды [Электронный ресурс]: http://www.rusmineral.ru/show. aspx? id=59 (дата обращения 17.04.13)
5. Внедоменное получение железа. Процессы жидкофазного восстановления - процесс ROMELT. [Электронный ресурс]:
6. http://steeltimes.ru/allmet/noblastfurnace/noblastfurnace. php (дата обращения 20.04.13)
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет шихты доменной печи. Средневзвешенный состав рудной смеси. Выбор состава чугуна и шлака. Оценка физических и физико-химических свойств шлака. Заплечики и распар, шахта и колошник. Профиль и горн доменной печи, показатели, характеризующие ее работу.
курсовая работа [465,5 K], добавлен 30.04.2011Характеристика металлургической ценности руды. Обоснование технологической схемы подготовки руды к доменной плавке. Расчет массы и состава шлака, образующегося в доменной печи при выплавке чугуна. Определение состава и количества конвертерного шлака.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 06.12.2010Химический состав компонентов шихты. Определение состава доменной шихты. Составление уравнений баланса железа и основности. Состав доменного шлака, его выход и химический состав. Анализ состава чугуна и его соответствие требованиям доменной плавки.
контрольная работа [88,4 K], добавлен 17.05.2015Выбор плавильного агрегата. Подготовка шихтовых материалов. Исследование порядка загрузки шихты. Анализ состава неметаллической части шихты и кладки. Расчет количества шлака без присадок извести, чугуна в шихте, остаточной концентрации кремния и магния.
практическая работа [164,0 K], добавлен 11.12.2012Свойства термообработки металла. Подготовка шихтовых материалов к плавке, заправка печи, загрузка шихты в печь. Восстановительный период плавки. Расчёты угара и необходимого количества ферросплавов. Выбор источника питания печи. Расчёт тепловых потерь.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 18.07.2014Влияние порядка загрузки материалов, уровня засыпи и подвижных плит на распределение и газопроницаемость шихты по сечению модели колошника доменной печи. Оптимальное расположение фурменных очагов в горне. Составляющие столба материалов в доменной печи.
курсовая работа [436,1 K], добавлен 20.06.2010Использование природного газа в доменном производстве, его роль в доменной плавке, резервы снижения расхода кокса. Направления совершенствования технологии использования природного газа. Расчет доменной шихты с предварительным изменением качества сырья.
курсовая работа [705,8 K], добавлен 17.08.2014Описание работы доменной печи, в зависимости от исходных условий и способа загрузки компонентов шихты в скип. Методы загрузки железорудных материалов. Влияние смешивания рудного сырья с коксом на газодинамические условия и показатели доменной плавки.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 08.12.2014История возникновения и развития металлургического комбината. Внешнеэкономическая деятельность, сырьевая и топливная база предприятия. Краткая характеристика основных цехов. Их взаимосвязь и схема грузопотока. Экологическая обстановка в г. Мариуполе.
отчет по практике [632,1 K], добавлен 28.10.2013Конструкция и принцип работы доменной печи. Расчет шихты на 1 тонну чугуна, состава и количества колошникового газа и количества дутья. Определение материального и теплового балансов доменной плавки. Расчет профиля доменной печи (полезная высота и объем).
курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.05.2011
