2015-10-13
527
2.1 Назначение и требование к ферросиликомарганцу
Силикомарганец представляет собой комплексный раскислитель, широко применяющийся при выплавке стали в кислородных конвертерах, электрических и мартеновских печах. Повышение качества стали при замене ферросилиция силикомарганцем обусловливает и высокие темпы увеличения объема его производства.
Марганец – раскислитель. Взаимодействие марганца с жидким железом, содержащим кислород, приводит к раскислению металла по реакции:
[Mn]Fe + [O]Fe = MnO, KMn = aMnO/(aMnaO),
где KMn – константа равновесия реакции раскисления железа марганцем;
aMnO, aMn, aO – активности оксида марганца, марганца и кислорода соответственно.
При низких концентрациях марганца образуется не чистый оксид марганца MnO, а сложные оксиды системы MnO–FeО. Исследование равновесия марганца с кислородом, растворенным в железе при 1600°С, показало, что при содержании Mn < 4% для реакции [Mn] + [O] = MnO зависимость активности кислорода от концентрации марганца выражается:
lg aO = -0,9621lg[%Mn] – 1,354,
|
|
|
т.е. соблюдается линейная зависимость lg aO = f(1[%Mn]). При содержании в Fe > 4% Mn наблюдается отклонение линии активности от прямой линии, что объясняется не появлением новой оксидной фазы, в которой отношение О:Mn > 1, а изменением активности марганца в железе.
Раскислительная способность марганца ниже, чем кремния, однако, кремний не всегда создает условия для формирования желаемых оксидных включений. Введение силикомарганца обеспечивает более высокое качество стали. Как показано С.И.Попелем, при введении < 1,5% Mn раскислительная способность кремния (< 0,63%) в жидком железе возрастает не только в результате снижения активности SiО2 в оксидной фазе (продуктах раскисления), но и в результате увеличения активности кремния в металле. Рост и изменение состава продуктов раскисления металла силикомарганцем зависят от соотношения марганца и кремния в сплаве. При введении кремния и марганца в железо продуктами реакции раскисления являются сложные силикаты системы MnО-FeО-SiО2 с плотностью 4 г/см3 и сравнительно низкой температурой плавления. Содержание FeО во включениях невелико, и они представлены компонентами системы MnО-SiО2. Целесообразно применение марганцевых сплавов совместно с алюминием, ванадием и другими элементами.
Марганец – десульфуратор. С серой, растворенной и расплавах Fe–С, марганец образует термодинамически прочный сульфид, который имеет малую растворимость в железе и его сплавах, поэтому марганец применяется в виде марганцевых концентратов в составе шихты для выплавки чугуна с пониженным содержанием серы. Уменьшение марганца в конвертерной ванне ухудшает условия шлакообразования и затрудняет регулирование окисленности металла при низкой концентрации в нем углерода. Плохие условия шлакообразования являются причиной повышенного выноса металла, заметалливания фурмы и горловины конвертера и т.д.
|
|
|
В передельных коксовых чугунах содержание марганца должно быть: в мартеновских – в зависимости от группы до 1,5% Mn, в бессемеровских – 0,3-0,7% Mn. Это обеспечивается вводом в агломерационную или доменную шихту марганцевых концентратов, так как содержание марганца в железных рудах и других материалах шихты не может обеспечить в чугуне необходимого его количества. На 1т железорудного агломерата расходуется от 12 до 30 кг марганцевого концентрата. Средний расход его на 1т передельного чугуна составляет 25 кг, а на 1т литейного чугуна 15 кг.
Марганец – легирующий элемент. Марганец как десульфуратор не только снижает растворимость серы в жидком чугуне. Сульфиды марганца или оксисульфиды сложного состава с наиболее благоприятной формой и местом их выделения образуются при кристаллизации стали и отливок из чугуна. При повышении в стали содержания марганца тип включений изменяется от оксисульфидов до чистых сульфидов в результате изменения активности марганца, кислорода и серы.
В промышленных нелегированных сталях содержится 0,4-0,8% Mn, в высоколегированных – до 12-16% и даже до 25-30%, в аустенитных чугунах – от 4 до 17%. Поэтому в строительстве магистральных газопроводов разработаны и выплавляются в большом объеме высокопрочные низколегированные стали с марганцем, молибденом и другими элементами. При увеличении содержания марганца от 1 до 1,8% размер зерна феррита в марганец-молибденовых сталях с 0,09% С уменьшается от 216 до 65 мкм, критическая температура хрупкости снижается с –58 до -118°С. общеизвестна износоустойчивая сталь 110Г13Л (1,1% С и 13% Mn), которая широко применяется для отливок деталей и изделий (железнодорожные крестовины, траки, зубья землеройных машин и др.), подвергающихся динамическим и истирающим нагрузкам. В аустенитных сталях марганец в сочетании с азотом заменяет дефицитный и дорогой никель. Разработано около 100 марок азот- и марганецсодержащих сталей. Марганец применяют для получения сплавов на железной основе, например, 75ГНД (75% Mn), легирования кремниево-алюминиевых сплавов и т.д. Для легирования сталей необходимо применять марганцевые ферросплавы с низким содержанием фосфора, так как марганец сильно понижает активность фосфора в жидком железе и образует избыточные фазы на границах зерен.
По химическому составу силикомарганец должен соответствовать требованиям ДСТУ 3548-97. Анализ данных, приведенных в таблице 2.1 показывает, что верхний допустимый предел содержания фосфора равен 0,6%.
Таблица 2.1 Требования к химическому составу силикомарганца по ДСТУ 3548-97
| Марка основы сплава | Массовая доля, % | |||||
| кремния | марганца | углерода | фосфора классов | Серы | ||
| А | Б | |||||
| не более | ||||||
| МнС 17 | 15,0-20,0 | 65,0 | 2,5 | 0,10 | 0,60 | 0,03 |
В обозначение марки силикомарганца входит основа сплава, массовая доля фосфора и класс крупности. Изготавливают в кусках массой не более 20 кг или в дробленом виде. Количество мелочи, проходящей через сито с отверстиями 20х20 мм, не должно превышать 15% массы партии. Допускается наличие кусков массой более 20 кг в количестве не более 5% массы партии. По требованию потребителя силикомарганец изготавливают других размеров.
| 2.2 Расчет шихты на выплавку сплава МнС17 2.4.1Исходные данные 2.4.1.1 Химический состав силикомарганца, шихтовых материалов для электроплавки и распределение элементов между продуктами плавки. Таблица 2.4 – Химический состав силикомарганца, по массе, % | ||||
| Mn | Si | C | P | Fe |
| 74,00 | 18,50 | 1,60 | 0,10 | 6,80 |
Таблица 2.5 - Химический состав шихтовых материалов
|
|
|
| Материал | АМНВ-2 | ШМП | Кварцит | Зола кокса | Зола Эл. м | |
| Содержание, % | ||||||
| Влага | 1,00 | - | 0,45 | - | - | |
| ППП | 0,78 | - | 1,19 | - | - | |
| Прочие | 3,84 | 4,82 | - | - | - | |
| SO3 | 0,31 | - | - | 0,30 | 0,60 | |
| P2O5 | 0,09 | 0,02 | - | 0,40 | - | |
| Al2O3 | 2,32 | 4,69 | 1,19 | 33,16 | 28,05 | |
| SiO2 | 16,00 | 28,00 | 96,00 | 50,31 | 53,60 | |
| Mgo | 1,58 | 1,76 | 0,11 | 4,34 | 1,45 | |
| CaO | 3,24 | 6,32 | 0,61 | 8,45 | 1,10 | |
| FeO | 1,30 | 0,34 | - | - | - | |
| Fe2O3 | 3,70 | - | 0,10 | 3,14 | 15,60 |
| Содержание, % | ||||||
| MnO | 11,41 | 46,92 | - | - | - | |
| Mn3O4 | 41,27 | - | - | - | - | |
| P | 0,10 | 0,02 | - | 0,03 | - | |
| Mn | 40,00 | 30,00 | - | - | - | |
| Fe | 5,00 | 0,26 | - | - | - |
Таблица 2.6 - Состав кокса
| зола | сера | летучие | углерод | влага (сверх 100%) |
| 10,2 | 1,72 | 1,1 | 85,86 |
Таблица 2.7- Состав электродной массы
| зола | летучие | углерод |
Таблица 2.8 - Распределение элементов между продуктами плавки
| Элемент | Переходит, % | ||
| в металл | в шлак | в улет | |
| Mn | |||
| P | |||
| Si | |||
| Fe | |||
| S | |||
| 2.4.2 Расчет рудной части шихты | |||
| Обозначив часть полученного металла Q мети часть ШМП в шихте qшмп, составим систему балансовых уравнений по марганцу и фосфору |
2.4.2.1 Балансовое уравнение по маргарцу
| где 0,4 – часть марганца в агломерате q шмп- часть марганца в шмп 0,76 - степень перехода марганца в металл 0,74 – часть марганца в металле |
2.4.2.2 Балансовое уравнение по фосфору
2.4.2.3 Расчет количества ШМП у шихтовке силикомарганца.
| Решим систему уравнения 30,4+0,228q шмп=0,74Q мет 0,09+0,00018q шмп=0,001Q мет, 41,08108+0,308108108q шмп=90+0,18q шмп q шмп=48,91891892: 0,128108=381,85654кг |
2.4.2.4 Состав рудной части шихты
| АМНВ 2...............100кг ШМП...............381,8565401кг Всего...............481,8565401кг |
2.4.2.5 Приблизительная масса силикомарганца
| Q мет=(30,4+0,228*381,85654)/0,74=158,7342кг |
2.4.3 Расчет количества восстановителя
2.4. 3.1 Расход углерода на восстановление окислов марганца
Принимаем, что высшие окислы марганца восстанавливаются за счет окиси углерода колошниковых газов до MnO по реакциям
3 MnO2 + 2 CO = Mn3O4 + 2CO2
3 Mn2O3 + CO = 2 Mn3O4 + CO2
Mn3O4 + CO = 3MnO + CO2
2.4.3.2 Всего шихтовые материалы вносят MnO
|
|
|
| (100 *0,4+381,8565401 *0,3) *71/55 =199,51899кг |
2.4.3.3 Расчет количества углерода на восстановление MnO
по реакции MnO + C = Mn + CO
| q Mn C =199,519*12/71 * (0,76+0,04) =26,977215 где: 0,04 - часть марганца, уходящая с колошниковыми газами |
2.4.3.4 Количество марганца, переходящего в металл
| 199,518987*55/71 *0,76 =117,4633кг |
2.4.3.5 Количество марганца, переходящего в шлак
| 199,5190*55/71 *0,2=30,91139кг |
или в виде MnO
| 199,5190 *0,2 =39,9038кг |
2.4.3.6 Расчет количества углерода на восстановление окислов кремния
Всего вносим кремнезема шихтовыми материалами
| 100 *0,16+381,8565401*0,28=122,91983кг где: 0,16 - часть кремнезему в агломерате 0,28 - часть кремнезему в ШМП |
Расчет количества кремния в силикомарганце
| 158,734177 *0,19 =29,36582кг |
Расчет количества кремнезема, необходимое для получения сплава,
| q Si C =29,36582 / 0,4*60/28 =157,31691кг |
Необходимо внести кремнезема
| 157,3169 -122,9198312 =34,39708кг |
или в перерасчете на кварцит
| 34,3970766/0,96=35,83029кг где: 0,96 - часть кремнезема в кварците |
Расчет количества углерода на восстановление кремния по реакции
SiO2 + 2C = Si + 2 CO
| q SiC =157,3169*28/60*(0,4+0,05) =33,036551кг где: 0,05 - часть кремния, теряемая с колошниковыми газами |
Переходит кремнезема в шлак
| 157,31691 *0,55 =86,5243кг где: 0,55- часть кремния, переходящего в шлак. |
2.4.3.7 Расчет количества углерода на восстановление окислов железа
Всего вносится FeO шихтовыми материалами
| (100 *0,013+381,8565401 *0,0034) + (100 *0,037+35,830288 *0,001) * 144 / 160 =5,960559кг где: 0,013 та 0,0034- часть FeO в агломерате и ШМП соответственно 0,037 та 0,001- часть Fe2O3 в агломерате и кварците соответственно 3.5.2 Расчет количества углерода на восстановление FeO по реакции |
FeO +C = Fe + CO
| qFeOC =5,960559* 12 / 72 *0,95 =0,943755кг где: 0,95- часть железа, переходящая в металл |
Количество железа, переходящего в металл
| 5,9605595* 56 / 72 *0,95=4,404191кг |
Количество FeO, переходящего в шлак
| 5,9606*0,05=0,298028кг |
Расход арматуры
Согласно результатов роботы промышленных електропечей расход арматуры на 1 т силикомарганца составляют 1,7 кг.
| Тогда на 158,73кг силикомарганца расход арматуры составит 1,70*0,158734177=0,269848кг |
Всего переходит железа в силикомарганец
| 4,40419118+0,269848101=4,674039кг |
2.4.3.8 Расчет количества углерода на восстановление окислов фосфора
Всего вносится P2O5 шыхтовими материалами
| (100 *0,0009)+(381,8565401*0,0002)=0,1663713кг |
Расчет количества углерода на восстановления P2O5 по реакции
P2O5 + 5C = 2P +5 CO
| qPC =0,166371*62/142* (0,9+0,05)=0,0690089кг где: 0,9 та 0,05- часть фосфора, переходящая в металл и теряемая с колошниковыми газами соответственно |
Количество фосфора, переходящего в сплав
| 0,16637131* 62/142 *0,9=0,065377кг Количество P2O5, переходящего в шлак 0,16637131 *0,05=0,008319кг где: 0,05 - часть P2O5, переходящая в шлак |
2.4.3.9 Всего расходуется углерода на восстановление окислов шихты
| q'C = q MnC + qSiC + qFeC + qPC = =26,97721519+33,03655+0,9437553+0,0690089 =61,02653кг |
2.2.3.10 Образуется окиси углерода по реакции
С + 1/2 О2 = СО
| 61,02653*28/12 =142,3952367кг |
или
| 61,02653*22,4/12 =113,9161894нм3 |
2.4.3.11 Количество углерода, окисляемая влагой шихты
Колошниковый газ при виплавке силикомарганца содержит
| 85% СО та 2% О2 |
Количество колошникового газа
| 113,916189 /0,85=134,019кг |
Количесто водорода в колошниковом газе
| 134,019046*0,02=2,680381кг |
Количество углерода, необходимое для образования водорода по реакции
| qHC=2,680381*12/22,4=1,435918353кг |
Количесто влаги, принимающая участие в реакции
| 2,68038093*18/22,4=2,15387753кг |
Растворяется углерода в силикомарганце
| qMeC =158,7342*0,016=2,539747кг где: 0,016- часткь углерода в силикомарганце. |
Общее количество силикомарганца
| qC = q'C + qHC + qMeC =61,02653002+1,435918+2,5397468=65,002195кг |
2.4.4 Расчет прихода углерода
2.4.4.1 Количество углерода, вносимое электродами
| По данным Никопольского завода ферросплавов расход электродной массы составляет 16-20 кг на 1 тонну сплава. Принимаем 18 кг. Тогда на 158,7341772кг силикомарганца расход составит |
| 0,15873418* 18 =2,85721519кг |
2.4.4.2 Количество углерода, вносимое электродной массой
| 2,85721519*0,76=2,171484кг |
| где: 0,76- часть углерода в электродной массе |
2.4.4.3 Необходимое количество углерода для выплавки сплава
| 65,0021952 -2,171483544 =62,83071 |
2.4.4.4 Расход сухого кокса для выплавки сплава составят
| Qкокса =62,83071/0,8586 =73,17809кг |
2.4.5 Количество золы
2.4.5.1 Количество золы, вносимой коксиком
| 73,1780942*0,102=7,464166кг |
| где: 0,102- часть золы в коксе. |
2.4.5.2 Количество золы, вносимое электродной массой
| 2,85721519*0,11=0,314294кг |
| где: 0,11 - часть золы в электродной массе. |
2.4.5.3 Всего вносится золы коксиком и электродной массой
| 7,46416561+0,314293671=7,778459кг |
2.4.6 Расчет количества и состава силикомарганца
Таблица 2.9 - Количество и состав силикомарганца
| Элемент | Поступило, кг | Всего | |||
| с шихты | с золы коксика | с золы электродной массы | кг | % | |
| Mn | 117,46 | 7,4641*0*0,76=0,0000 | - | 117,46329 | 75,76209 |
| Si | 29,36 | 7,4641*0,5031*0,4* *28/60=0,70097 | 0,314294*0,536*0,4* *28/60=0,031446 | 30,09824 | 19,41292 |
| Fe | 4,67 | 7,4641*0,0314*0,95* *112/160=0,15586 | 0,314294*0,156* *0,95*112/160= =0,032605 | 4,86250 | 3,136243 |
Продолжение таблицы – 2.9
| P | 0,06 | 7,4641*0,004*0,9* *62/142= =0,01173 | - | 0,07711 | 0,049734 |
| C | 2,53 | - | - | 2,53975 | 1,638099 |
| S | 0,0012 | 7,464165607*0,003* *0,02*32/80= =0,00018 | - | 0,00142 | 0,000915 |
| Всего | 154,10 | 0,86875 | 0,064051 | 155,04231 |
2.4.7 Расчет количества и состава шлака силикомарганца, который образуется
Таблица 2.10 - Количество и состав шлака силикомарганца
| Окисел | Поступило, кг | Всего | |||
| с шихты | с золы коксика | с золы электродной массы | кг | % | |
| MnO | 39,9038 | 7,464165607*0*0,2=0 | - | 39,9038 | 18,90464 |
| SiO2 | 86,5243 | 7,464165607*0,5031*0,55= =2,0653719 | 0,314294*0,536*0,55= =0,092654 | 88,68232 | 42,01374 |
| FeO | 0,298028 | 7,464165607*0,0314*0,05= =0,0117187 | 0,314294*0,1404*0,05= =0,002206 | 0,311953 | 0,147789 |
| P2O5 | 0,008319 | 7,464165607*0,004*0,05= =0,00149 | - | 0,00981 | 0,004648 |
| Al2O3 | 20,65545 | 7,464165607*0,3316= =2,4751173 | 0,314294*0,2805=0,088159 | 23,21873 | |
| CaO | 27,5919 | 7,464165607*0,0845= =0,630722 | 0,314294*0,011=0,003457 | 28,22608 | 13,37226 |
Продолжение таблицы – 2.10
| MgO | 8,340088 | - | 0,314294*0,0145=0,004557 | 8,344646 | 3,953321 |
| S | 0,124 | 7,464165607*0,003* *0,56=0,0125398 | - | 0,13654 | 0,064686 |
| прочие | 22,24549 | - | - | 22,24549 | 10,53892 |
| Всего | 205,6914 | 5,19696 | 0,191034 | 211,07936 |
2.4.8 Распределение серы между продуктами плавки
2.4.8.1 Агломератом вносится серы
| 100*0,0031*32 /80=0,124кг где: 0,0031 - часть окиси серы в агломерате |
2.4.8.2 Коксом вносится серы
| 73,1780942*0,0172*32/80=0,503465кг где: 0,0172 - часть окиси серы в коксе |
2.4.8.3 Золой коксика вносится серы
| 7,46416561*0,003*32/80=0,008957 кг где: 0,003 - часть окиси серы в золе кокса |
2.4.8.4 Общее количество вносимой серы
| 0,124+0,503465288+0,008957=0,63642229 кг |
2.4.9 Потери элементов с колошниковой пылью и печными газами
2.4.9.1 С колошниковой пылью потери составят
| Mn - | 199,519 | *55/71* | 0,04 | = | 6,182278 | кг |
| Si - | 157,3169 | *28/60* | 0,05 | = | 3,670728 | кг |
| P - | 0,166371 | *62/142* | 0,05 | = | 0,003632 | кг |
| _________ | ||||||
| Всего: | 9,856638 | кг |
2.4.9.2 С электропечными газами потери составят
| S в виде SO3 | 0,636422287 | *80/32* | 0,42 | = | 0,6682434 | кг | |
| летучие кокса | 73,17809418 | * | 0,011 | = | 0,80495904 | кг | |
| летучие ел массы | 2,85721519 | * | 0,02 | = | 0,0571443 | кг | |
| ________ | |||||||
| Всего: | 1,53034674 | кг |
2.4.9.3 Потери в виде СО2
| ППП агломерата 100*0,0078=0,78 кг |
2.4.9.4 Испаряется влаги
| ((100/0,99)-100)+((73,17809/0,96)-73,17809)=4,059188 кг |
2.4.10 Количество и состав газовой фазы
2.4.10.1 Количество окиси углерода, образовавшегося при восстановлении окислов шихты
| (61,02653+1,435918353)*28/12=145,7457 кг |
2.4.10.2 Количество окиси углерода, необходимое для восстановления высших оксидов марганца и железа
Потери СО на восстановление Mn3O4 до MnO
Mn3O4 + CO = 3 MnO + CO2
| 100*0,4127*28/229=5,046113537 кг |
Количество СО2, образующееся при восстановлении Mn3O4 до MnО
| 5,04611354*44/28=7,929606987 кг |
Потери СО на восстановление Fe2O3 до FeO
| 0,037*100*28/160+0,001*35,83029*28/160=0,6537703 кг |
Количество СО2, образующееся при восстановлении
Fe2O3 до FeO
| 0,6537703*44/28=1,027353329 кг |
Остаток окиси углерода в газовой фазе
| 145,745713-(5,046113537+0,65377)=140,045829 кг |
Количество двуокиси углерода в газовой фазе
| 7,92960699+1,027353329=8,95696 кг |
2.4.10.3 Состав газовой фазы
| CO - | 140,0458 | *22,4/28= | 112,0366632 | нм3 |
| CO2 - | 8,95696 | *22,4/44= | 4,55990707 | нм3 |
| SO3 - | 0,668243 | *22,4/80= | 0,187108152 | нм3 |
Таблица 2.11 - Состав и количество колошникового газа
| Составляющие | кг | объем,нм3 | объем,% | масса,% |
| CO | 140,045829 | 112,0366632 | 93,24203 | 92,88555 |
| CO2 | 8,956960316 | 4,55990707 | 3,794963 | 5,940714 |
| SO3 | 0,668243401 | 0,187108152 | 0,15572 | 0,443213 |
| H2 | 0,239319726 | 2,680380926 | 2,230736 | 0,158729 |
| Летучие | 0,86210334 | 0,692761612 | 0,576548 | 0,571791 |
| Всего | 150,7724558 | 120,156821 |
| 2.2.11 Баланс по марганцу, кремнию, железу, фосфору и углероду |
Таблца 2.12 - Баланс по марганцу
| Поступило | кг | % | Получено | кг | % |
| Марг. агломерат | 25,88042588 | Металл | 117,46329 | ||
| ШМП | 114,556962 | 74,11957412 | Шлак | 30,9113924 | |
| Зола коксика | Улет | 6,18227848 | |||
| Всего | 154,5570 | Всего | 154,5570 |
Таблица 2.13 - Баланс по железу
| Поступило | кг | % | Получено | кг | |
| Марг. агломерат | 3,601111111 | 70,55161544 | Металл | 4,86250 | 95,24733 |
| ШМП | 1,009798406 | 19,78359085 | Шлак | 0,24263015 | 4,7526701 |
| Кварцит | 0,025081202 | 0,491381476 | |||
| Електродная арматура | 0,269848101 | 5,28676258 | |||
| Зола кокса | 0,16406236 | 3,214248096 | |||
| Зола эл. Массы | 0,034320869 | 0,672401563 | |||
| Всего | 5,104222049 | Всего | 5,10513 |
Таблица 2.14 - Баланс по кремнию
| Поступило | кг | % | Получено | кг | % |
| Марг. агломерат | 7,466666667 | 9,923059641 | Металл | 30,09824 | 40,048728 |
| ШМП | 49,89592124 | 66,31074138 | Шлак | 41,385085 | 55,067001 |
| Кварцит | 16,05196906 | 21,33276513 | Улет | 3,67072785 | 4,8842711 |
| Зола кокса | 1,752436801 | 2,328955566 | |||
| Зола эл. Массы | 0,078615324 | 0,104478287 | |||
| Всего | 75,24560909 | Всего | 75,15406 |
Таблица 2.15 - Баланс по фосфору
| Поступило | кг | % | Получено | кг | % |
| Марг. агломерат | 0,039295775 | 45,86502108 | Металл | 0,07711 | 90,689937 |
| ШМП | 0,033345219 | 38,91968502 | Шлак | 0,00428385 | 5,0383298 |
| Зола кокса | 0,0130360 | 15,2152939 | Улет | 0,00363205 | 4,2717331 |
| Всего | 0,0856770 | Всего | 0,08503 |
Таблица 2.16 - Баланс по углероду
| Поступило | кг | % | Получено | кг | % |
| Кокс | 62,83071166 | 96,65936891 | На науглероживание | 2,53974684 | 3,9071709 |
| Электродная масса | 2,171483544 | 3,340631093 | Окислення до СО | 61,02653 | 93,883799 |
| На восст-ние Н2 | 1,43591835 | 2,2090306 | |||
| Всего | 65,00219521 | Всего | 65,0021952 |
Таблица 2.17 - Сводный материальный баланс
| Задано | кг | % | Получено | кг | % |
| Марг.агломерат | 16,72097713 | Металл | 155,04231 | 25,92459 | |
| ШМП | 381,8565401 | 63,85014473 | Шлак | 211,07936 | 35,294532 |
| Кварцит | 35,83028808 | 5,991174274 | Колошниковый газ | 150,772456 | 25,210628 |
| Кокс | 73,17809418 | 12,23609239 | Улет элементов | 9,85663838 | 1,6481262 |
| Электродная масса | 2,85721519 | 0,477754298 | Пары воды | 4,05918827 | 0,6787359 |
| Электродная арматура | 0,269848101 | 0,045121239 | |||
| Влага шихты | 4,059188268 | 0,678735942 | Невязка | 67,24121 | 11,243388 |
| Всего | 598,0511739 | Всего | 598,05117 |
| 2.4.12. На основании сводного материального баланса определяем потери шихтовых материалов на базовую и натуральную тонну силикомарганца (таблица 2.18) |
Таблица 2.18 - Расход сухих шихтовых материалов на 1 т силикомарганца
| Материал | Расход на 1 т | |
| натуральную | базовую | |
| Марг.агломерат | 644,985216 | 555,7003736 |
| ШМП | 2462,91823 | 2121,97822 |
| Кварцит | 169,7479442 | 146,2498577 |
| Кокс | 471,9878888 | 406,6509427 |
| 2.4.13 Расчет количества продуктов плавки на одну натуральную тонну силикомарганца |
| Металл -155,04231*6,449852=1000 кг Шлак - 211,07936*6,449852=1361,43069 кг |
| Колошниковый газ- 150,7724558*6,449852=972,46005 кг Улет элементов - 9,856638379*6,449852=63,5738603 кг Пары воды - 4,059188268*6,449852=26,1811642 кг |
| где: 6,449852 - коэффициент перерасчета на одну натуральную тонну силикомарганца |
2.4.14 Тепловой баланс
| 2.4.14.1 При расчете теплового баланса принимаем тепловые эффекты реакций, приведены в таблице 2.19 |
Таблица 2.19 - Тепловые эффекты реакций
| № п/п | Реакция | АН, ккал/моль | Перерасч. на 1 кг | ккал/кг | кДж/кг | |
| Ств + 1/2О2г = СОг | CO | |||||
| Ств + О2г = СО2г | CO2 | |||||
| Mnж + Siж = MnSiж | Si | |||||
| 2MnO + SiO2 = 2MnO*SiO2 | MnO | |||||
| CaO + SiO2 = CaO*SiO2 | CaO | |||||
| MgO + SiO2 = MgO*SiO2 | MgO |
Продолжение таблицы – 2.19
| S + 3/2O2 = SO3 | Si | ||||
| CaCO3 ---- CaO + CO2 | -42500 | CaO | -700 | -3190 | |
| MgCO3 ---- MgO + CO2 | -25110 | MgO | -703 | -2930 | |
| Mnтв ---- Mnг | -68340 | Mn | -1240 | -5175 | |
| Siтв ---- Siг | -85000 | Si | -3030 | -12650 | |
| Pтв ---- Pг | -192200 | P | -4270 | -17800 | |
| MnOтв ---- Mnтв + 1/2O2г | -93100 | Mn | -1695 | -7080 | |
| SiO2тв ---- Siж + O2г | -217600 | Si | -7760 | -32400 | |
| Fe2O3тв ---- 2Feж + 3/2O2 | -196500 | Fe | -3511 | -14650 | |
| P2O5тв ---- 1/2P4г +5/2O2г | -370000 | P | -11900 | -49650 | |
| H2Oг ---- H2г +1/2O2г | -57798 | H2O | -3210 | -13400 |
2.4.14.2 Приход тепла
Тепло, вносимое шихтовыми материалами
| Марг.агломерат | 644,985216 | * 0,418 * 25 = | 6740,096 | кДж | ||
| ШМП | 2462,91823 | * 0,418 * 25 = | 25737,5 | кДж | ||
| Кварцит | 169,7479442 | * 0,70 * 25 = | 2970,589 | кДж | ||
| Кокс | 471,9878888 | * 0,836 * 25 = | 9864,547 | кДж | ||
| ------------ | ||||||
| Всего: | Qш = | кДж |
Тепло окисления углерода по реакции
Ств + 1/2О2 = СОг
| Q1=140,0458*6,44985216*3991=3604970 кДж |
Тепло окисления углерода по реакции
Ств + О2 = СО2г
| Q2=8,95696 *6,44985216*8925=515606,8 кДж |
Тепло окисления серы по реакции
S + 3/2O2 = SO3
| Q3=0,267297 *6,44985216*11000=18964,31 кДж |
Всего тепла от окисления элементов
| Qокисл =3604970+515606,7983+18964,31=4139541,2 кДж |
Тепло образованное силикомарганцем по реакции
Mnж + Siж = MnSiж
| QМе=1000*0,194129222*4260=826990 кДж |
| где: 0,194129 - часть кремния в силикомарганце |
Тепло шлакообразования
Тепло образования 2MnO*SiO2 по реакции
2MnO + SiO2 = 2MnO*SiO2
| Q5=1361,431*0,189046417*700=180162 кДж |
| где: 0,189046 - часть MnO в отвальном шлаке силикомарганца |
Тепло образования CaO*SiO2 по реакции
CaO + SiO2 = CaO*SiO2
| Q6=1361,431*0,133722581*852=155110 кДж |
| где: 0,133723 - часть СаO в отвальном шлаке силикомарганца |
Тепло образования MgO*SiO2 по реакции
MgO + SiO2 = MgO*SiO2
| Q7=1361,431*0,039533214*918=49408 кДж |
| где: 0,039533 - часть MgO в отвальном шлаке силикомарганца |
Всего тепла от шлакообразования
| Qшл=180162+155110+49408=384680 кДж |
Общий приход тепла составляет
| Qприхода=45313+4139541+826990+384680=5396524 кДж |
2.4.14.3 Потери тепла
Тепло на восстановление марганца с MnO по реакции
MnOтв ---- Mnтв +1/2O2г
| Q8=(1000*0,757620862+6,182278*6,44985216)*7080=5646269 кДж |
Тепло на восстановление кремния с SiO2тв по реакции
SiO2тв ---- Siж + O2г
| Q9=(1000*0,194129222+3,670728*6,44985216)*32400=7056878 кДж |
Тепло на восстановление железа с Fe2O3тв по реакции
Fe2O3тв ---- 2Feж + 3/2O2
| Q10=1000 *0,031362428*14650=459460 кДж |
Тепло на восстановление фосфора с P2O5тв по реакции
P2O5тв ---- 1/2P4г +5/2O2г
| Q11=(1000 *0,000497344+0,003632*6,44985216)*49650=25856 кДж |
Всего расходуется тепла на восстановление оксидов
| Qвосстановления=5646269,162+7056878+459460+25856=13188463 | кДж |
2.2.14.4 Потери тепла
Тепло улета марганца по реакции Mnтв ---- Mnг
| Q12=6,182278*6,44985216*5175=206352 кДж |
Тепло улета кремния по реакции Siтв ---- Siг
| Q13=3,670728*6,44985216*12650=299497 кДж |
Тепло улета фосфора по реакции Pтв ---- Pг
| Q14 =0,003632*6,44985216*17800=417 кДж |
Всего теряется тепла с улетом элементов
| Q4 =206352+299497+417=506266кДж |
Тепло, которое выносится шлаком при температуре 1600 'C
| Q15 =1361,431 *2470=3362734 кДж |
Тепло, которое виносится металлом при температуре 1600 'C
| Q16 =757,6209 * 1595 +194,1292217* 2910 +31,36243 * 1630 =1824442,1кДж |
| где: 757,6209 - количество марганца в 1 т силикомарганца 194,1292 - количество кремния в 1 т силикомарганца 31,36243 - количество фосфора в 1 т силикомарганца |
Потери тепла с отходящими газами
| Для упрощения расчета принимаем, что газовая фаза состоит на 100% из окиси углерода, а средняя температура отходящих газов составляет 425˚ С. Тогда тепло, которое выносится колошниковыми газами, составит |
| Q17 =120,1568*(566 -32,6)*6,44985216=413382кДж |
| где: 566 и 32,6 -теплоемкость 1 м3 газа при 425'C и 25'C соответственно |
Тепло, которое выносится парами воды
| Q18 =150,7725*22,4/18*(663,7 - 57,5)=113740,1кДж |
| где: 663,7 и 57,5 - теплоемкость 1 м3пару при 425'C и 25'C соответственно |
Тепло на разложение воды по реакции
H2Oг ---- H2г +1/2O2г
| Q19 =2,153878*6,44985216*13400=186155,37кДж |
Всего расходуется физического тепла з продуктами плавки
| Qпродуктов плавки =3362733,806+1824442+413382+113740,1+186155,4=5900453кДж |
Тепловые потери кладкой печи
Тепловые потери кладкой печи РПЗ - 63, производительность которой составляет 309 т/сутки по данным НЗФ, приведены в таблице 2.20
Таблица 2.20 - Тепловые потери кладкой печи РПЗ - 63
| Источник потерь | Наружная температура кладки печи, 'C | кДж*т/час | |
| Верхняя часть стен | |||
| Нижняя часть стен | |||
| Подина | |||
| Свод | |||
| Общие потери | - |
Удельные тепловые потери составляют
| Q20 =2765000/12,9=214341,0853кДж |
| где: 12,9 - производительность печи, т/час. |
Общие тепловые потери составят
| Qпотери =13188463+506266+5900453+214341,09=19809523 | кДж |
2.4.14.5 Разница между статьями прихода потерь
| Qприхода-Qпотери =5396524 -19809523= -14412999 кДж= -14412,999 МДж |
2.4.14.6 Расход электроэнергии на 1 т силикомарганца
| Qэлектроэнергии =14412,999/ 3,6 =4003,611 кВт*час/т |
С учетом 10% потерь в короткой сети потери электроэнергии на 1 т силикомарганца составят
| Q'электроэнергии =4003,610712*1,1 =4403,972 кВт*час/т |
Таблица 2.21 - Сводный тепловой баланс
| Приход тепла | МДж | % | Расход тепла | МДж | % |
| Физическое тепло шихтовых материалов | 45,31272691 | 0,213228106 | Восстанов-ление оксидов | 13188,4629 | 62,060952 |
| Улет элемент. | 506,265981 | 2,3823359 | |||
| Окисление элементов | 4139,541209 | 19,47943974 | Физическое тепло продуктов плавки | 5900,45296 | 27,765762 |
| Образова- ние расплава | 826,9904845 | 3,891569258 | |||
| Шлакообра-зование | 384,679895 | 1,810188244 | Потери кладкой | 214,341085 | 1,0086249 |
| Электро-энергия | 15854,29842 | 74,60557465 | Потери в кор.цепи | 1441,29986 | 6,782325 |
| Всего | 21250,82273 | Всего | 21250,8227 |
Расчет выполнен с помощью программы EXCEL.
