Расчет материального баланса плавки ферросилиция марки ФС

Расчет ведем 100 кг кварцита для плавки ферросилиция в закрытой рудотермической печи.
Расчет количества восстановителя
Результаты расчета количества углерода, необходимого для восстановления компонентов кварцита, приведены в таблице 5.
Расчет ведем 100 кг кварцита для плавки ферросилиция в закрытой рудотермической печи.
Потребность в углероде для восстановления окислов кварцита рассчитана в таблице 4.1
Для связывания 48,876 кг кислорода в окись углерода необходимо углерода
кг
48,876 ∙ 12 =36,657
16
Частьуглерода,вносимогококсиком,затрачивается на восстановление окислов золы и коксика.
Таблица 4.1 – Потребность в углероде для восстановления окислов кварцита
Окисел
Из 100 кг кварцита восстанавливается, кг При восстановлении выделится кислорода, кг
SiO2 до Si
97,0 · 0,91 =
88,27 88,27 · 32 : 60 = 47,07
SiO2 до SiO2 98,73 · 0,07 = 6,91 6,91 · 16 : 60 = 1,63
Fe2O3 до Fe 0,13 · 0,99 = 0,13 0,13 · 48 : 160 = 0,039
Al2O3 до Al 0,56 · 0,50 = 0,28 0,28 · 48 : 102 = 0,132
CaO до Ca 0,01 · 0,40 = 0,016
0,016 · 16 : 56 = 0,005
Всего: 48,876
Подсчет кислорода, выделяющегося при восстановлении золы коксика, приводится в таблице 4.2
Таблица 4.2 – Количество кислорода, выделяющегося при восстановлении золы коксика
Окисел Из 100 кг кокса восстанавливается, кг При восстановлении выделяется кислорода, кг
SiO2 до Si
10 · 0,487 · 0,91 = 4,432 4,432 · 32 : 60 = 2,364
SiO2 до SiO
10 · 0,487 · 0,07 = 0,341 0,341 · 16 : 60 = 0,091
1,200 · 48 : 102=
0,565
Fe2O3 до Fe
10 · 0,20· 0,99 = 1,980 1,980 · 48 : 160 = 0,594
CaO до Ca
10 · 0,24 ·0,5 =
1,200
Al2O3 до Al
10 · 0,05· 0,4= 0,200 0,200 · 16 : 56= 0,057
P2O5до P 10 · 0,001 · 1,0= 0,01 0,01· 80 : 142 = 0,056
SO3до S 10 · 0,01· 1,0= 0,10
0,10· 48 : 80= 0,06
Всего:3,162
Для восстановления этих окислов требуется углерода
кг
3,162 ∙ 12 = 2,372
16
Из имеющихся 100 кг кокса 85 кг углерода будет израсходовано:
на восстановление окислов золы 2,81 кг;
на восстановление окислов кварцита 85,0 – 2,372 = 82,63 кг, или 82,19 %.
Для восстановления 100 кг кварцита требуется 36,657 кг углерода, или
кг
36,657 =44,36
0,8263
Принимаем,что8%коксикасгораетнаколошникеи расходуется на науглероживание сплава.
При этом условии потребуется коксика
44,36 : 0,92 = 48,22 кг
Углерод электродов участвует в реакциях восстановления. Расход электродной массы на 1 т кварцита (при плавке 45 %-ного ферросилиция) равен 1,7 кг. Электродная масса содержит золу, окислы которой также частично восстанавливаются.
Расчет количества кислорода, выделяющегося при восстановлении золы электродной массы, приведен в таблице 4.3
Таблица 4.3 – Количество кислорода, выделяющегося при восстановлении золы электродной массы
Окисел Из 1,7 кг электродной массы восстанавливается кислорода, кг При восстановлении выделяется кислорода, кг
SiO2 до Si
1,7 · 0,1 · 0,5· 0,91 = 0,077 0,077 · 32 : 60 = 0,041
SiO2 до SiO
1,7 · 0,1 · 0,5· 0,07 = 0,006 0,006 · 16 : 60 = 0,002
Fe2O3 до Fe
1,7· 0,1· 0,14 · 0,99
= 0,024 0,024 · 48 : 160 = 0,007
Al2O3 до Al
1,7 · 0,1 · 0,23 · 0,50 = 0,020 0,020 · 48 : 102 = 0,009
CaO до Ca
1,7 · 0,1 · 0,08 · 0,40 = 0,005 0,005 · 16 : 56 = 0,001
SO3 до S 1,7 · 0,1 · 0,02 · 1,0= 0,003 0,003 · 48 : 80= 0,002
Всего: 0,062
Для связывания 0,062 кг кислорода в окись углерода требуется углерода
0,062 ∙12 =0,046
16
Электродная масса вносит углерода
1,7 · 0,85 = 1,445 кг
Приблизительно половина этогоуглерода расходуется на восстановление окислов, что уменьшает потребность в коксе на
2
(1,445 - 0,046) : 0,8263 =0,847 кг
Таким образом, потребность в коксе на колошу, содержащую 100 кг кварцита, равна 48,876 – 0,85 = 48,026 кг
Количество элементов, восстановленных из 100 кг кварцита, 48,026 кг кокса и 1,7 кг электродной массы, показаны в таблице 4.4.
Данные о распределении восстановленных элементов приведены в таблице 4.5.
Таблица 4.4 – Количество восстановленных элементов
Элемент Вносится, кг
Всего, кг
из кварцита из золы кокса из золы электродной массы
Si
88,27 – 47,07 = 41,20 (4,432 – 2,364) · 0,479 = 0,990 0,077 – 0,041 = 0,036 42,226
Al
0,35 – 0,165 = 0,185 (1,20– 0,565) · 0,479 = 0,304 0,020 – 0,009 = 0,011 0,500
Fe
0,30 – 0,089 = 0,211
(1,98– 0,594) · 0,479
= 0,664 0,024 – 0,007 = 0,017 0,892
Ca
0,12 – 0,034 = 0,086 (0,20– 0,057) · 0,479 = 0,068 0,005 – 0,001 = 0,004 0,158
P - (0,030 – 0,017) · 0,479 = 0,006 - 0,006
S - 0,10– 0,06= 0,04 0,003 – 0,002 = 0,001 0,041
Таблица 4.5 – Распределение восстановленных элементов
Элемент
Перейдет в сплав, кг
В улет, кг
Si 42,226 SiO = (6,79 – 1,81) + (0,341 – 0,091) · 0,479 + (0,006 – 0,002) = 5,104
Al 0,500 · 0,85 = 0,425 0,500 – 0,425 = 0,075
Fe
0,892 · 0,95 =
0,847 0,882 – 0,847 =
0,035
Ca 0,158 · 0,85 = 0,134 0,158 – 0,134 = 0,024
P 0,006 · 0,50 = 0,005 0,009 – 0,005 = 0,004
S - 0,041
Всего
43,637 5,283
Общий вес сплава, содержащего 76 % Si, равен
42,226 : 0,76 = 55,56 кг
Кожухи самоспекающихся электродов вносят 0,2 кг желез на 100 кг кварцита, прутья для прокалывания – 1,2 кг железа.
Необходимо добавить железа
55,56 – 1,4 – 43,64 = 10,52 кг
или
10,52 : 0,90 = 11,7 кг стружки
Данные о составе и весовом количестве металла приведены в таблице 4.6.
Таблица 4.6 – Состав и весовое количество металла
Элемент
Вносится, кг
Общий вес
из кварцита кокса и электродов из стружки
из кожухов и прутьев
кг
%
Si 42,226
11,7 · 0,003
= 0,035 - 42,261 75,87
Al 0,425 - - 0,425 0,76
Fe 0,847 11,7 · 0,9= 10,530 1,40 12,777 22,926
Ca 0,134 - - 0,134 0,24
P 0,003 11,7 · 0,0003 = 0,004 - 0,007 0,013
C 0,028* 11,7 · 0,0024 = 0,028 - 0,056 0,10
Mn
- 11,7 · 0,004= 0,047 - 0,047 0,084
S - 11,7 · 0,0003 = 0,004 - 0,004 0,007
Всего
- - - 55,711 100,0
* 45 %-ный сплав содержит 0,1%С или 55,56 · 0,001 = 0,056 кг С

. Если 0,028 кг углерода вносится стружкой, то из кокса перейдет в сплав 0,056 – 0,028 = 0,028 кг С.
Расчет состава и количества шлака
В таблице 4.7 приведен расчет состава и количества шлака.
Кратность шлака 3,431 : 55,711 ≈ 0,06
Таблица 4.7 – Расчет состава и количества шлака
Идет на образование шлака, кг
Окисел
из кварцита
из золы кокса
из золы электродной массы
Всего
кг
%
SiO2
100 ∙0,97 ∙ 0,02 =1,94 47,91 · 0,10 · 0,487 · 0,02 = 0,047 1,7 · 0,10 · 0,5· 0,02 = 0,002 1,989 58,15
Al2O3 100 · 0,007 · 0,50 = 0,35 47,91 · 0,10 · 0,24· 0,5= 0,575 1,7 · 0,10 · 0,23 · 0,5= 0,020 0,945 27,35
FeO
(100 · 0,003 · 0,01)∙ 144160 = 0,003
47,91 · 0,10 · 0,20 · 0,01 · 144160 =
0,009 1,7·0,10·0,14·
0,01· 144160 = 0,0002
0,012 0,32
CaO
100 · 0,003 · 0,6 = 0,18 47,91 · 0,10 · 0,05 · 0,6 = 0,144 1,7 · 0,1 · 0,08 · 0,6 = 0,008 0,332 9,71
MgO
100 · 0,001= 0,10 47,91 · 0,10 · 0,01 · 1,0 = 0,048 1,7 · 0,1 · 0,03 · 1,0 = 0,005 0,153 4,47
Итого
3,431 100,0
Количество газов. Сгорает углерода кокса и электродов на колошнике
1,445 + 48,026 · 0,85 – 36,657 – 0,046 – 0,028 – 2,77 · 0,4791 = 4,209 кг
Для сжигания этого количества углерода потребуется кислорода
4,209 ∙ 1612 = 5,61
Этому количеству кислорода сопутствует азот
5,61 ∙ 0,77 =17,78
0,23
Всего будет израсходовано воздуха
5,61 + 18,78 = 24.39 кг
При окислении углерода кислородом воздуха образуется
4,209 ∙ 2812 = 9,82 кг CO
При окислении углерода окислами кварцита образуется
36,657 ∙ 2812 = 85,53 кг CO
При окислении углерода окислами золы коксика образуется
0,4791∙ 2,77 ∙ 2812 = 3,10 кг CO
При окислении углерода окислами золы электродной массы образуется
0,046 ∙ 212 = 0,107 кг CO
Летучие и влага кварцита, коксика, электродноймассы и стружки составят
100 · 0,016 + 47,91 · 0,05 + 1,7 · 0,05 + 11,70 · 0,09 = 5,134 кг
Всего образуется газов
17,78 + 9,82 + 85,53 + 3,10 + 0,107 + 5,134 = 121,471 кг
Материальный баланс процесса приведен в таблице 4.8
Таблица 4.8 – Материальный баланс процесса
Приход
Расход
Наименование материалов
кг
% Наименование продукта
кг
%
Кварцит
100,00 53,97 Сплав
55,711 29,97
Кокс
48,876 25,85 Шлак
3,431 1,85
Железная стружка
11,70 6,32 Газы
121,471 65,37
Электродная
масса
1,70 0,92 Улет
5,283 2,84
Воздухна горение кокса и электродов 22,60 12,18 Невязка
- 0,006 0,003
Железо кожухов
и прутьев
1,40 0,76
Всего
185,310 100,00 Всего
185,89 100,00
Расход шихтовых материалов на 1 т сплава, кг
Расчетный Плановый
Кварцит 100 ∙100055,71 = 1795 1840
Железная стружка 11,70 ∙100055,71 = 210 200
Коксик 48.876 ∙100055,70 = 877 85
Приход тепла