Показатели процесса выплавки ферробора
На рис. 6 показано изменение основных технологических показателей процесса выплавки ферробора из обожженной боратовой руды в зависимости от относительного количества алюминия в шихте (за 100 % принято стехиометрически необходимое на восстановление бора, железа, кремния и сульфата кальция).
Максимальное извлечение бора наблюдается при отношении СаО/Аl2О3 в шлаковом расплаве, равном 0,20—0,25. Использование железотермитного осадителя при выплавке сплавов с бором особенно эффективно в связи с низкой плотностью бора (табл. 6), извлечение бора в слиток составляет 60— 65%, сплав содержит 8—11 % В и по 6—10% Si и А1. На 1 баз.т ферробора (5 % В) расходуется 935 кг обожженной руды, 30 кг борной кислоты (ее дают при плавке бедной руды), 500 кг алюминиевой стружки, 60 кг чушкового алюминия, 130 кг железной стружки, 380 кг окалины, 20 кг извести. Расход электроэнергии составляет 1872 МДж/т (520 кВт-ч/т). Повышение качества сплава и извлечения бора, снижение расхода алюминия и производственного цикла обеспечивает плавка с выпуском сплава и шлака в изложницу. В результате плавки получают 1000 кг ферробора. Бор в шлаке находится в основном в виде пиробората 2СаО·В2О3. Основные минеральные составляющие — корунд (30—45 %) и магниевые шпинели (35—40 %)-Извлеченпе бора около 61 %. Потери бора распределяются следующим образом: в шлаках 21,4 %, в отходах 9,6 %, улет и невязка 7,3%. При плавке на борном ангидриде (числитель) и на борной кислоте (знаменатель) на 1 т сплава (5 % В) расход материалов и электроэнергии следующий
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СОСТОЯНИЯ ФАЗ ПРИ ВЫПЛАВКЕ ФЕРРОБОРА С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ «TERRA»
Исходные данные для расчета
Химические и технические составы исходных материалов приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Химические составы исходных материалов
| Материал | B2O3 | Fe2O3 | Al | CaO | H2O | SiO2 | MgO | P2O5 | S | Сумма |
| Борный ангидрид | 0,0065 | 4,9935 | ||||||||
| Железная руда | 9,7 | 0,15 | 0,15 | |||||||
| Алюминий | ||||||||||
| Известь | 2,85 | 0,15 |
Таблица 4.2 – Материальный баланс
| Задано | Получено | ||
| Борный ангидрид | 1200 | Ферробор | 1095 |
| Железная руда | 1400 | Шлак | 1200 |
| Алюминий | 1167 | Шлак надблочный | 1858 |
| Известь | 340 | Подина | 167 |
| Магнезитовый кирпич | 265 | Пыль газохода | 30 |
| Итого | 4372 | Итого | 4350 |
Исходя из этого, с учетом расходов материалов на выплавку 1 тонны сплава входные данные для расчета состояния фаз для программы «TERRA»следующие, %: (B2O3- 27,76); (Fe2O3- 30,92); (Al - 28,41); (CaO -7,86); (H2O - 1,46); (SiO2-3,31); (MgO -0,17); (P2O5- 0,05);(S -0,06).
Расчет ведем при давлении равным 1 атм. и в интервале температур 1300-2300 К.
Результаты расчета программы «TERRA»
В результате проведения расчетов состояния фаз при выплавке комплексного сплава – ферробора были получены газовые и конденсированные фазы, которые сведены в таблицу 3.3.
Таблица 3.3 – Результаты расчета конденсированных фаз
| Температура | Содержание | |||
| B2O3( c ) | CaAl2O4( c ) | |||
| кг | % | кг | % | |
| 0,92689 | 5,750405 | 1,3829 | 8,579481 | |
| 0,92673 | 5,749545 | 1,3829 | 8,579678 | |
| 0,92616 | 5,746404 | 1,3829 | 8,580269 | |
| 0,92406 | 5,734787 | 1,3831 | 8,583624 | |
| 0,91676 | 5,694147 | 1,3836 | 8,593767 | |
| 0,89245 | 5,559317 | 1,385 | 8,627547 | |
| 0,81014 | 5,096467 | 1,3897 | 8,74239 | |
| 0,45018 | 2,958835 | 1,4016 | 9,212101 | |
| 1,4015 | 9,78326 | |||
| 1,4014 | 9,853547 | |||
| 1,4011 | 10,02311 |
Продолжение таблицы 3.3
| Температура, К | Содержание | |||
| Al2O3( c ) | B( c ) | |||
| кг | % | кг | % | |
| 3,331 | 20,665 | 6,0359 | 37,447 | |
| 3,3309 | 20,665 | 6,0358 | 37,447 | |
| 3,3309 | 20,667 | 6,0353 | 37,446 | |
| 3,3307 | 20,671 | 6,0336 | 37,445 | |
| 3,3309 | 20,689 | 6,0275 | 37,438 | |
| 3,3287 | 20,735 | 6,0072 | 37,421 | |
| 3,3235 | 20,908 | 5,9377 | 37,353 | |
| 3,3085 | 21,745 | 5,6317 | 37,015 | |
| 3,2947 | 22,999 | 5,2084 | 36,358 | |
| 3,2629 | 22,942 | 5,1413 | 36,15 | |
| 3,1702 | 22,679 | 5,0012 | 35,777 |
| Температура, К | Содержание | |||||
| CaS( c ) | Fe( c ) | Al2SiO5( c ) | ||||
| кг | % | кг | % | кг | % | |
| 0,0187 | 0,1161 | 3,8724 | 24,024 | 0,5509 | 3,4177 | |
| 0,0187 | 0,116 | 3,8724 | 24,025 | 0,5509 | 3,4178 | |
| 0,0187 | 0,1158 | 3,8724 | 24,026 | 0,5509 | 3,418 | |
| 0,0185 | 0,1148 | 3,8724 | 24,032 | 0,5509 | 3,4189 | |
| 0,018 | 0,1117 | 3,8724 | 24,052 | 0,5509 | 3,4217 | |
| 0,0166 | 0,1033 | 3,8724 | 24,122 | 0,5509 | 3,4316 | |
| 0,0119 | 0,0747 | 3,8723 | 24,36 | 0,5509 | 3,4656 | |
| 3,8719 | 25,448 | 0,5509 | 3,6208 | |||
| 3,87 | 27,015 | 0,5509 | 3,8455 | |||
| 3,8658 | 27,181 | 0,5509 | 3,8734 | |||
| 3,8553 | 27,58 | 0,5509 | 3,9409 |
Продолжение таблицы 3.3