Расчет количества металлических добавок
Часть углерода, необходимого для восстановления оксидов кварцита вносится передельным углеродистым феррохромом. Поэтому для расчета количества восстановителей необходимо в первую очередь определить расход передельного феррохрома. Для этого определяем массу кремния, вносимого в сплав кварцитом:
98,1 · 0,91 · 28 / 60 = 41,660 кг Si.
Из восстановителей в сплав перейдет дополнительно около 1,5% кремния. Согласно исходным условиям доля кремния в сплаве составляет 44,5%, а хрома 35%. Исходя из этого, с помощью пропорции определяем необходимую массу хрома
41,660 · 35,0 / (44,5 – 1,5) = 33,909 кг Cr.
Для внесения этого количества хрома необходимо передельного феррохрома:
33,909 / 0,698 = 48,580 кг.
С передельным феррохромом будет внесено углерода
48,580 · 0,0861 = 4,183 кг.
С учетом заданного содержания в сплаве 35% хрома и 44,5% кремния, а также 1% остальных примесей (Al, Ca, C, S, P и др.) содержание железа в ферросиликохроме должно составить
100 – 35 – 44,5 – 1 = 19,5%.
Шихтовыми материалами будет внесено железа в сплав, кг:
кварцит 0,42 · 0,995 · 112 / 160 = 0,293
феррохром 48,580 · 0,20842 = 10,125
восстановители 0,7
Итого 11, 718
Ориентировочное количество сплава, образующегося из кварцита, кокса, угля, стружки и передельного феррохрома должно составить
33,909 / 0,35 = 96,883 кг,
а содержание в нем железа 96,883 · 0,195 = 18,892 кг. Для этого необходимо внести стружки
(18,892 – 11,118) / 0,9714 = 8,007 кг.
Расчет количества восстановителя
На восстановление 100 кг кварцита потребуется углерода, кг:
| Реакция | Расчет | Кол-во С, кг |
| SiO2→ Si | 98,1 · 0,91 · 24 / 60 = | 35,708 |
| SiO2 → SiO | 98,1 · 0,07 · 12 / 60 = | 1,373 |
| Al2O3→ Al | 0,81 · 0,50 · 36 / 102 = | 0,143 |
| Al2O3→ Al2О | 0,81 · 0,05 · 12 / 102 = | 0,010 |
| СаО→ Са | 0,26 · (0,40 + 0,05) · 12 / 56 = | 0,025 |
| MgO→Mg | 0,11 · (0,05 + 0,15) · 12 / 40 = | 0,007 |
| Fe2O3→ Fe | 0,42 · 0,995 · 36 / 160 = | 0,094 |
| P2O5→P | 0,04 · (0,8 + 0,1) · 60 / 142 = | 0,015 |
| Итого: | 37,375 | |
| С учетом Кизб | 37,375 · 1,10 = | 41,113 |
С учетом прихода углерода электродами и переледьным феррохромом для восстановления 100 кг кварцита необходимо углерода:
41,113 – 3,0 – 4,183 = 33,930 кг.
Часть углерода восстановителей пойдет на восстановления элементов собственной золы. Поэтому содержание активного углерода в восстановителях будет ниже твердого углерода.
На восстановления золы 100 кг кокса потребуется углерода, кг:
| Реакция | Расчет | Кол-во С, кг |
| SiO2→ Si | 11,68 · 0,3872 · 0,91 · 24 / 60 = | 1,646 |
| SiO2 → SiO | 11,68 · 0,3872 · 0,07 · 12 / 60 = | 0,063 |
| Al2O3→ Al | 11,68 · 0,1466 · 0,50 · 36 / 102 = | 0,302 |
| Al2O3→ Al2О | 11,68 · 0,1466 · 0,05 · 12 / 102 = | 0,020 |
| СаО→ Са | 11,68 · 0,1230 · (0,40 + 0,05) · 12 / 56 = | 0,139 |
| MgO→Mg | 11,68 · 0,0770 · (0,05 + 0,15) · 12 / 40 = | 0,054 |
| Fe2O3→ Fe | 11,68 · 0,265 · 0,995 · 36 / 160 = | 0,693 |
| P2O5→P | 11,68 · 0,0012 · (0,8 + 0,1) · 60 / 142 = | 0,005 |
| Итого: | 2,923 | |
| С учетом Кизб | 2,923 · 1,10 = | 3,215 |
На восстановления золы 100 кг угля потребуется углерода, кг:
| Реакция | Расчет | Кол-во С, кг |
| SiO2→ Si | 6,1 · 0,5973 · 0,91 · 24 / 60 = | 1,3262 |
| SiO2 → SiO | 6,1 · 0,5973 · 0,07 · 12 / 60 = | 0,0510 |
| Al2O3→ Al | 6,1 · 0,2519 · 0,50 · 36 / 102 = | 0,2712 |
| Al2O3→ Al2О | 6,1 · 0,2519 · 0,05 · 12 / 102 = | 0,0181 |
| СаО→ Са | 6,1 · 0,0414 · (0,40 + 0,05) · 12 / 56 = | 0,0244 |
| MgO→Mg | 6,1 · 0,0770 · (0,05 + 0,15) · 12 / 40 = | 0,0092 |
| Fe2O3→ Fe | 6,1 · 0,079 · 0,995 · 36 / 160 = | 0,1079 |
| P2O5→P | 6,1 · 0,0054 · (0,8 + 0,1) · 60 / 142 = | 0,0125 |
| Итого: | 1,820 | |
| С учетом Кизб | 1,820 · 1,10 = | 2,002 |
В коксе содержится активного углерода, кг:
100 – 11,68 – 3,16 – 0,27 – 3,215 = 81,675
В угле содержится активного углерода, кг:
100 – 6,1 – 42,3 – 0,25 – 2,002 = 49,348
Необходимо на 100 кг кварцита добавить:
сухого кокса 33,930 · (1 – 0,43)· 100 / 81,675 = 23,679 кг,
сухого угля 33,930 · 0,43 · 100 / 49,348 = 29,566 кг.
С учетом влажности восстановителей необходимо:
кокса 23,679 / (1 – 0,0437) = 24,761 кг.
угля 29,566 / (1 – 0,1408) = 34,411 кг.
Расчет количество и состава металла
Из кварцита в состав металла перейдет, кг:
Si 98,1 · 0,91 · 28 / 60 = 41,660
Fe 0,42 · 0,995 · 112 / 160 =0,293
Al 0,81 · 0,50 · 54 / 102 = 0,214
Ca 0,26 · 0,40 · 40 / 56 = 0,074
Mg 0,11 · 0,05 · 24 / 40 = 0,003
S 0,02 · 0,15 = 0,003
P 0,04 · 0,80 · 62 / 142= 0,014
∑ 42,261
Из передельного феррохрома в состав металла перейдет, кг:
Si 48,580 · 0,007 = 0,340
Fe 48,580 · 0,20842 = 10,125
S 48,580 · 0,00024 = 0,012
P 48,580 · 0,00024 = 0,012
Cr 48,580 · 0,698 = 33,909
∑ 44,398
Из кокса в состав металла перейдет, кг:
Si 23,679 · 0,1168 · 0,3872 · 0,910 · 28 / 60 = 0,455
Fe 23,679 · 0,1168 · 0,265 · 0,995 · 112 / 160 = 0,510
Al 23,679 · 0,1168 · 0,1466 · 0,50 · 54 / 102 = 0,107
Ca 23,679 · 0,1168 · 0,1230 · 0,40 · 40 / 56 = 0,097
Mg 23,679 · 0,1168 · 0,0770 · 0,05 · 24 / 40 = 0,006
S 23,679 · 0,0027 · 0,15 = 0,010
P 23,679 · 0,1168 · 0,0012 · 0,80 · 62 / 142 = 0,001
∑ 1,187
Из угля в состав металла перейдет, кг:
Si 29,566 · 0,061 · 0,5973 · 0,910 · 28 / 60 = 0,457
Fe 29,566 · 0,061 · 0,0790 · 0,995 · 112 / 160= 0,099
Al 29,566 · 0,061 · 0,2519 · 0,50 · 54 / 102 = 0,120
Ca 29,566 · 0,061 · 0,0414 · 0,40 · 40 / 56 = 0,021
Mg 29,566 · 0,061 · 0,0250 · 0,05 · 24 / 40 = 0,001
S 34,734 · 0,0025 · 0,15 = 0,011
P 29,566 · 0,061 · 0,0054 · 0,8 · 62 / 142 = 0,003
∑ 0,714
Из железной стружки в состав металла перейдет, кг:
Si 8,007 · 0,005 = 0,040
Fe 8,007 · 0,9714 = 7,778
S 8,007 · 0,0002 = 0,002
P 8,007 · 0,0002 = 0,002
C 8,007 · 0,0002 = 0,002
∑ 7,823
Результаты проведенных расчетов сводятся в таблицу 5 и находится состав и количество металла.
Таблица 5 – Количество и состав металла
| Элемент | Источник поступления | Итого | |||||
| Кварцит | ПФХ | Стружка | Уголь | Кокс | кг | % | |
| Si | 41,660 | 0,340 | 0,040 | 0,457 | 0,455 | 42,952 | 44,518 |
| Fe | 0,293 | 10,125 | 7,778 | 0,099 | 0,510 | 18,805 | 19,491 |
| Cr | 0,000 | 33,909 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 33,909 | 35,145 |
| Al | 0,214 | 0,000 | 0,000 | 0,120 | 0,107 | 0,442 | 0,458 |
| Ca | 0,074 | 0,000 | 0,000 | 0,021 | 0,097 | 0,193 | 0,200 |
| Mg | 0,003 | 0,000 | 0,000 | 0,001 | 0,006 | 0,011 | 0,011 |
| S | 0,003 | 0,012 | 0,002 | 0,011 | 0,010 | 0,037 | 0,038 |
| P | 0,014 | 0,012 | 0,002 | 0,003 | 0,001 | 0,032 | 0,033 |
| C | 0,100* | 0,000 | 0,002 | 0,000 | 0,000 | 0,102 | 0,105 |
| Всего | 42,361 | 44,398 | 7,823 | 0,714 | 1,187 | 96,483 | 100,000 |
* с электродов
Расчет состава и количества шлака
Из кварцита в шлак перейдут следующие оксиды, кг:
| SiO2 | 98,1 · 0,02 = | 1,962 |
| Al2O3 | 0,81 · 0,45 = | 0,365 |
| Fe2O3 | 0,42 · 0,005 = | 0,002 |
| CaO | 0,26 · 0,55 = | 0,143 |
| MgO | 0,11 · 0,80 = | 0,088 |
| S | 0,02 · 0,15 = | 0,003 |
| P2O5 | 0,04 · 0,10 = | 0,004 |
| ∑ | 2,567 |
Из золы кокса в шлак перейдут следующие оксиды, кг:
| SiO2 | 23,679 · 0,1168 · 0,3872 · 0,02 = | 0,021 |
| Al2O3 | 23,679 · 0,1168 · 0,1466 · 0,45 = | 0,182 |
| Fe2O3 | 23,679 · 0,1168 · 0,265 · 0,005 = | 0,004 |
| CaO | 23,679 · 0,1168 · 0,1230 · 0,55 = | 0,187 |
| MgO | 23,679 · 0,1168 · 0,0770 · 0,80 = | 0,170 |
| S | 23,679 · 0,0020 · 0,15 = | 0,010 |
| P2O5 | 23,679 · 0,1168 · 0,0012·0,10= | 0,000 |
| ∑ | 0,574 |
Из угля в шлак перейдут следующие оксиды, кг:
| SiO2 | 29,566 · 0,0610 · 0,5973 · 0,02 = | 4,435 |
| Al2O3 | 29,566 · 0,0610 · 0,2519 · 0,45 = | 2,261 |
| Fe2O3 | 29,566 · 0,0610 · 0,079 · 0,005 = | 0,007 |
| CaO | 29,566 · 0,0610 · 0,0414 · 0,55 = | 0,132 |
| MgO | 29,566 · 0,0610 · 0,0250 · 0,80 = | 0,029 |
| S | 29,566 · 0,0025 · 0,15 = | 0,016 |
| P2O5 | 29,566 · 0,0610 · 0,0054 · 0,10 = | 0,001 |
| ∑ | 0,316 |
Результаты проведенных расчетов сводятся в таблицу 6 и находится состав и количество шлака.
Кратность шлака составила 3,547 / 96,843 = 0,036.
Таблица 6 – Количество и состав шлака
| Элемент | Источник поступления | Итого | |||
| Кварцит | Уголь | Кокс | кг | % | |
| SiO2 | 1,962 | 0,022 | 0,021 | 2,005 | 57,99 |
| Al2O3 | 0,365 | 0,204 | 0,182 | 0,751 | 21,73 |
| Fe2O3 | 0,002 | 0,001 | 0,004 | 0,006 | 0,19 |
| CaO | 0,143 | 0,041 | 0,187 | 0,371 | 10,74 |
| MgO | 0,088 | 0,036 | 0,170 | 0,294 | 8,52 |
| Cr2O3 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,00 |
| S | 0,003 | 0,011 | 0,010 | 0,024 | 0,68 |
| P2O5 | 0,004 | 0,001 | 0,000 | 0,005 | 0,15 |
| Всего | 2,567 | 0,316 | 0,575 | 3,457 | 100,000 |
Количество газов, пыли и улета
Газы и пыль, выделяющейся из кварцита, кг:
SiО 98,1 · 0,07 · 44 / 60 = 5,036
Al2O 0,81 · 0,05 · 70 / 102 = 0,028
Са 0,42 · 0,05 · 40 / 56 = 0,009
Mg 0,11 · 0,15 · 24 / 40 = 0,010
P 0,04 · 0,1 · 62 / 142 = 0,002
S 0,02 · 0,7 = 0,014
ППП 0,240
О2→СО 37,375 · 16 / 12 = 49,834
∑ 55,172
Газы и пыль, выделяющейся из кокса, кг:
SiО 23,679 · 0,1168 · 0,3872 · 0,07 · 44 / 60 = 0,055
Al2O 23,679 · 0,1168 · 0,1466 · 0,05 · 70 / 102 = 0,014
Са 23,679 · 0,1168 · 0,1230 · 0,05 · 40 / 56 = 0,012
Mg 23,679 · 0,1168 · 0,0770 · 0,15 · 24 / 40 = 0,019
P 23,679 · 0,1168 · 0,0012 · 0,10 · 62 / 142 = 0,000
S 23,679 · 0,0027 · 0,7 = 0,045
V 23,679 · 0,0316 = 0,748
W 23,679 · 0,0437 = 1,082
C→СО 23,679 · (0,8489 + 0,02923 · 16 / 12) = 21,024
∑ 22,999
Газы и пыль, выделяющейся из угля, кг:
SiО 29,566 · 0,0610 · 0,5973 · 0,07 · 44 / 60 = 0,055
Al2O 29,566 · 0,0610 · 0,2519 · 0,05 · 70 / 102 = 0,016
Са 29,566 · 0,0610 · 0,0414 · 0,05 · 40 / 56 = 0,003
Mg 29,566 · 0,0610 · 0,0250 · 0,15 · 24 / 40 = 0,004
P 29,566 · 0,0610 · 0,0054 · 0,10 · 62 / 142 = 0,000
S 29,566 · 0,0025 · 0,7 = 0,052
V 29,566 · 0,4230 = 12,506
W 29,566 · 0,1408 = 4,845
C→СО 29,566 · (0,5135 + 0,0182 · 16 / 12) = 15,900
∑ 33,381
Из состава железной стружки выделяется 8,007 · 0,023 = 0,184 кг ППП.
Также при связывании кислорода и образовании СО будет участвовать углерод электродной массы и передельного феррохрома
3,0 + 48,580 · 0,0861 = 7,183 кг.
Результаты проведенных расчетов сводятся в таблицу 7 и находится состав и количество газов.
Таблица 7 – Количество и состав газов, пыли и улета
| Элемент | Источник поступления | Итого | ||||
| Кварцит | Стружка и ПФХ | Уголь | Кокс | кг | % | |
| SiO | 5,036 | - | 0,055 | 0,055 | 5,146 | 4,327 |
| Al2O | 0,028 | - | 0,016 | 0,014 | 0,057 | 0,048 |
| Ca | 0,009 | - | 0,003 | 0,012 | 0,024 | 0,020 |
| Mg | 0,010 | - | 0,004 | 0,019 | 0,033 | 0,028 |
| P | 0,002 | - | 0,000 | 0,000 | 0,002 | 0,002 |
| S | 0,014 | - | 0,052 | 0,045 | 0,110 | 0,093 |
| V (ППП) | 0,240 | 0,184 | 12,506 | 0,748 | 13,679 | 11,502 |
| W | - | - | 4,845 | 1,082 | 5,927 | 4,984 |
| СО+O2 | 49,834 | 7,183 | 15,900 | 21,024 | 93,940 | 78,995 |
| Всего | 55,172 | 7,367 | 33,381 | 22,999 | 118,919 | 100,000 |
Материальный баланс
Таблица 8 – Материальный баланс
| Задано | кг | % | Получено | кг | % |
| Кварцит | 100,000 | 45,7 | Металл | 96,483 | 44,1 |
| Кокс | 24,761 | 11,3 | Шлак | 3,457 | 1,6 |
| Уголь | 34,411 | 15,7 | Газы и улет | 118,919 | 54,3 |
| ПФХ | 48,580 | 22,2 | Невязка | 0,000 | 0,0 |
| Стружка | 8,007 | 3,7 | |||
| Электроды | 3,100 | 1,4 | |||
| итого | 218,859 | 100,0 | итого | 218,859 | 100,0 |
В материальном балансе разность между статьями расхода и прихода равна:
218,858 – 96,483 – 3,457 – 118,919 = 0,000 кг.