Порядок расчета состава шихты и составление материального баланса

Расчёт состава шихты

1. Расчет количества восстановителя (углерода или кремния ) расходуемого на восстановление производят по количеству отнимаемого кислорода от оксидов руды и золы кокса по выражениям

MeO + C = Mе + CO

2 MeO + Si = 2 Mе + SiO₂

где, m_MeO – масса восстанавливаемого оксида МеО; M_MeO – молекулярная масса восстанавливаемого оксида МеО; η_в – степень восстановления оксида МеО.

Для углетермических процессов необходимо также определить содержание активного углерода в коксе, т.е. содержание твердого углерода в коксе за вычетом углерода, расходуемого на восстановление оксидов собственной золы

, %

2. Корректировку необходимого количества восстановителя на 100 кг руды производят с учетом частичного перехода углерода или кремния η_Si-Ме в сплав и их угара кислородом воздуха. Для углетермических процессов необходимо также учитывать расход на 100 кг руды электродов, которые также участвуют в восстановительных процессах

где, К_изб – коэффициент избытка углерода, учитывающий его угар на колошнике (1,02÷1,15); η_{Si-Окисл.}, η_Si-Ме – доля кремния окисляющегося на колошнике кислородом воздуха (10-20%) и переходящего в металл (1-5%); Э – расход электродной массы на 100 кг руды, для упрощения расчетов обычно принимают, что масса состоит из 100% углерода.

3. Состав и массу первичного металла определяют по количеству восстановленных элементов с учетом их потерь в газовую фазу испарением и в шлаке в виде корольков, а также переходящих из восстановителя. Количество восстанавливаемого металла g_Mei равно:

Общая масса первичного металла G’_Me равна

4. Корректировку состава сплава добавками производят из условия получения заданного состава. Количество металлического компонента , которое следует добавить для корректировки состава сплава к 100 кг руды, рассчитывают по уравнению

где G’_Me - количество первичного металла, кг; , - поступление данного металла из руды и восстановителя; х_Ме – заданное содержание данного металла в сплаве.

5. Состав и массу первичного шлака от процессов восстановления рассчитывают по количеству невосстановленных оксидов руды или концентрата, золы углеродистых восстановителей или оксида восстановителя (например, SiO₂), образовавшегося от реакций восстановления металла и окисления кремния кислородом воздуха:

- из руды и золы восстановителей:

- продукт окисления восстановителя (в силикотермических процессах):

6. Корректировку состава шлака флюсами производят из условия получения заданного состава и свойств. Цель корректировки – изменение химических свойств шлака – активности восстанавливаемого из шлака ведущего элемента; изменение физических свойств шлака – в первую очередь плавкости, для регулирования температурного режима выплавки. Определяющей величиной является основность отношение В = СаО/SiO₂, либо В = (СаО + MgO)/SiO₂. В некоторых случаях определяющей величиной является величина содержания определенного оксида в шлаке. Например, при выплавке высокоуглеродистого феррохрома содержание SiO₂ в шлаке должно быть в пределах 29-33%.

Плавкостью шлака задаются в зависимости от свойств выплавляемого сплава, выбор состава шлака производят обычно по соответствующей тройной диаграмме: CaO-SiO₂-Al₂O₃; CaO-SiO₂-MgO; MgO-SiO₂-Al₂O₃ и т.д.

С учетом поступления SiO₂ из руды ( ) и от окисления восстановителей ( ), а также содержанием SiO₂ и CaO в извести, количество необходимого флюса (извести) для достижения основности В составляет

В случае расчета расхода флюса, исходя из заданного содержания определенного оксида в шлаке, пользуются следующей формулой (на примере углеродистого феррохрома)

7. Результатом расчетов является определение состава шихты, т.е. количества оксидного сырья (руды или концентрата), восстановителя, металлических и флюсующих добавок.