Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический
Университет им. Г.И. Носова»
Кафедра металлургии черных металлов
Курсовая работа по дисциплине
«Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья»
Выполнил: студент группы МСЭ — 07
Арапов А.В.
Проверил: доцент кандидат
технических наук Ваганов А.И.
Магнитогорск 2009
/>Содержание
1. Общие положения
2. Расчет шихты доменной печи
2.1 Исходные данные
2.2 Средневзвешенный состав рудной смеси
2.3 Оценка материалов
2.4 Выбор состава чугуна и основности шлака
2.5 Определение расхода материалов
2.6 Определение состава чугуна и шлака
3. Оценка физических и физико-химическихсвойств шлака
4. Профиль доменной печи. Общиесведения
5. Расчет профиля
5.1 Горн доменной печи
5.2 Заплечики и распар
5.3 Шахта и колошник
5.4 Полезный объем
6. Показатели, характеризующие работу доменной печи
Библиографический список
/>1. Общие положения
Шихта — материалы в массовом или объемномсоотношении, обеспечивающем получение нужного продукта, в частности чугуна, рассчитываетсяпутем составления и решения уравнений материального баланса элементов или соединений,содержащихся в материалах и в продуктах процесса. Число составляемых уравнений должнобыть равно числу материалов, расход которых требуется определить. Обычно уравнениясоставляются по заданным условиям — расходу отдельных материалов или соотношениюмежду ними, выходу чугуна из материалов и содержанию в чугуне (шлаке) тех или иныхэлементов (соединений).
Уравнения составляются различными способами,чаще всего в виде:
/>,/>
где М и П — расход материалаи выход продукта процесса;
ам и ап — содержаниекомпонента в исходном материале и продукте процесса;
/> - избыток (недостаток) компонентапо сравнению с желательным.
Уравнение (1) составлено из условия,что общее количество компонента «а» в исходной шихте равно его количествув продуктах процесса, уравнение (2) — из условия, что в шихте не должно быть ниизбытка, ни недостатка компонента «а».
Химический состав шихтовых материаловдоменной плавки чаще всего не может обеспечить все желательные для процесса условия.Поэтому в расчетах шихт удовлетворяют прежде всего наиболее важные требования. Последниеустанавливаются составлением поверочной таблицы расчета шихты, которая делаетсятакже для проверки выполнения принятых для расчета шихты условий и определения содержанийотдельных составляющих в продуктах плавки.
Основным в расчетах является учет технологическихособенностей процесса, поэтому, выполняя их, необходимо обращаться к соответствующимразделам курса «Металлургия чугуна». Конечной учебной целью расчетов являетсяовладение методикой выполнения их и закрепление теоретических знаний.
Наиболее полный метод расчета шихты- комплексный метод А.Н. Рамма [2]. По этому методу составляются основные (3 и 4)и дополнительные уравнения материального баланса, а также уравнения теплового баланса(5):
по выходу чугуна
/>,/>
по основности шлака
/>,/>
по тепловым эквивалентам
/>,/>
Здесь lм,/>иqм — выход чугуна из материалов, недостатокоснований в них и тепловой эквивалент материалов.
Под тепловым эквивалентом понимаетсязатрата тепла на проведение процессов с 1 т или 1 кг материалов. В уравнения вводятся расход горючего, для которого тепловой эквивалент отрицателен, таккак процессы, в которых участвует горючее, в целом проходят с выделением тепла.
шихта доменная печь чугун
Дополнительные уравнения могут и должнысоставляться по фосфору, марганцу, глинозему, магнезии, количеству шлака, если имеютсяматериалы с различным количеством этих составляющих.
По методу А.Н. Рамма одновременно срасчетом шихты составляются материальный и тепловой балансы доменной плавки. Наиболеепригоден этот метод при проектировании, особенно для условий, значительно отличающихсяот обычной доменной практики.
Ранее были разработаны упрощенные методырасчета шихты, широко распространенные и в настоящее время. В расчетах шихты поэтим методам расход горючего принимается и делается ряд допущений, которые, не вносясущественных погрешностей в результаты расчета, значительно облегчают составлениеи решение уравнений материального баланса.
/>2. Расчет шихты доменнойпечи 2.1 Исходные данные
Таблица 1 — Химическийсостав материаловМатериал Состав сухой массы, % Fe MnO
SO3
P2O5
SiO2
Al2O3 CaO MgO Железная руда 50,1 1,26 0,03 0,03 10,14 2,18 1,21 0,5 Агломерат 53,3 0,7 0,03 0,05 9,7 0,7 12,2 1,7 Окатыши 64,41 0,51 0,06 0,06 5,04 1 5,01 0,7 Металлодобавки 84 - - - 1,5 - - - Известняк 0,6 0,1 - - 1,55 0,5 53,5 1,4 Зола кокса 5,6 - - - 50,4 25 4,5 1,25
Расход влажногококса, содержащего влаги /> - 2%; золы /> - 11,2%; серы /> - 0,53%, 480 кг/т чугуна
Расход металлодобавок12 кг/т чугуна.
В железоруднойсмеси содержится: 10 % железной руды,
85 % — агломерата,
5 % — окатышей. 2.2 Средневзвешенный состав рудной смеси
Средневзвешенное содержание в руднойсмеси элементов и оксидов Э определяется по содержанию их в компонентах смеси (руда,агломерат и др.) и заданной доле (процентном содержанию) /> компонентовв смеси: />. (Пересчёт элементов из их оксидовпо известным атомным и молекулярным массам).
В рудной смеси содержится:
/>/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Принимаем ориентировочно содержаниежелеза в чугуне 94%, что составляет 940 кг/т чугуна. Тогда рудная часть должна внестижелеза
/>
Здесь 84 и 5,6 — содержание железа соответственнов металлодобавках и золе кокса, %:
12 — расход металлодобавок, кг/т;
/>
количество золы, вносимой коксом, кг/т.Ориентировочный расход рудной смеси:
/> кг.
/>2.3 Оценка материалов
Материалы (отдельные компоненты илижелезорудная смесь) оцениваются по содержанию в них марганца, фосфора и шлакообразующих- кремнезема и извести. Необходимость оценки по /> и /> определяется тем,что переход этих элементов в чугун зависит от их общего количества, вносимого шихтой,что определяет возможную марку выплавляемого чугуна. Оценка по содержанию /> и /> или ихотношению />, т.е. основности пустой породы, выполняетсяс целью установления потребности во флюсах.
Количество марганца и фосфора, вносимыхжелезорудной смесью, металлодобавками и золой кокса, определяется по известным расходамэтих материалов и содержанию элементов в них.
Вносится марганца />
фосфора />.
Коэффициенты перехода марганца и фосфорав чугун принимаются равными 0,6 и 1,0 соответственно, тогда ориентировочно в чугунебудет содержаться:
марганца />;
фосфора />.
Основность, т.е. отношение /> в железоруднойсмеси, равна b=8,58/8,11 =1,06. Успешное ведение доменнойплавки по получению кондиционного по сере чугуна возможно при />.
/>2.4 Выбор состава чугунаи основности шлака
В соответствии с проведенной оценкойматериалов принимаем выплавку передельного чугуна марки П1 (группы 2, класса А,категории II)
Таблица 2 — Состав чугуна Содержание, %
/>
/>
/> S
/>
/> По ГОСТ 805-80 0,5-0,9 Примечание. Содержание в чугуне (табл.2)/> и/> принятосогласно оценке материалов; Si, равного 0,6% — из условияобеспечения нормального нагрева чугуна; S, равного 0,02%- относительно низким для снижения затрат на передел чугуна в сталь. Содержаниеуглерода принимается в соответствии с видом чугуна: 4,3-4,9% при выплавке обычныхпередельных
/>
Содержание железа определяется по разности
/>.
Основность шлака в различных условияхплавки меняется в широких пределах, главным образом, в зависимости от количествасеры, вносимой коксом, и от желательной обессеривающей способности шлака.
Основность шлака, выраженная отношением/>,находится обычно в пределах /> при выплавке чугуна на коксе, содержащем/> S, и в пределах /> - при работе на коксе, содержащем/> %серы.
В настоящем примере при S = 0,53% принята bзад=CaO/SiO2 = 1,1. 2.5 Определение расхода материалов
Для расчета используютсяхарактеристики, приводимые проф.А.Н. Раммом. Общий вид уравнений материального балансадля определения расхода материалов:
1. по выходу чугуна
/>.
2. по основностишлака
/>.
Здесь />, />, />, /> - соответственнорасход рудной смеси, металлодобавок, известняка и золы кокса, кг/т чугуна;
/> - выход чугуна на 1 кг соответствующем материала, кг/кг;
/> - избыток или недостатокизвести в соответствующем материале при заданной основности шлака, %.
По составу материалови принятым для расчета данным вычисляем характеристики (/>и />) для соответствующихматериалов путем последовательного заполнения таблицы 3.
Таблица 3 — ХарактеристикиматериаловХарактеристики Обозначения и формулы Рс М И А Выход чугуна, кг/кг
/>
53,54*0,999/94,35=
=0,567 0,889 0,0064 0,0593
Расход SiO2 на восстановление Si, %
/> 0,567*0,6*2,14=0,73 1,14 0,0082 0,076
Содержание SiO2 в материале, %
/> 8,11 1,5 1,55 50,4
Переход SiO2 в шлак, %
/> 8,11-0,73=7,38 0,36 1,5418 50,324 Требуется CaO, %
/> 7,38*1,1=8,118 0,396 1,696 55,37 Содержание СаО в материале, %
/> 8,58 - 53,5 4,5 Избыток (недостаток) СаО в материале, %
/> 8,58-8,118=0,46 -0,396 51,8 -50,87
По полученным характеристикам и известнымрасходам материалов (металлодобавки и зола кокса) составляем уравнения материальногобаланса:
/>;
/>.
Решение системы уравнений дает Pc = 1738,9кг, И = 117,8кг.
Тогда в рудной смеси содержится:
железной руды 1738,9*0,1=173,89кг
агломерата 1738,9*0,85=1478,06 кг
окатышей 1738,9*0,05 = 86,95 кг 2.6 Определение состава чугуна и шлака
Для расчета состава чугуна и шлака ипроверки выполнения принятых условий составляется поверочная таблица расчета шихты(таблица 4).
По расходу и составу материалов определяетсяколичество составляющих, вносимых отдельными материалами, а суммированием по графамвычисляется общее количество составляющих (строка «Всего вносится»). Общиеколичества отдельных элементов и составляющих, поступающих с шихтой, распределяютсямежду чугуном и шлаком.
Железо. Вносится 944,7 кг, Переходит в чугун 944,7*0,999 = 943,75 кг; в шлак 944,7 — 943,75=0,95 кг в виде 0, 95*72/56= 1, 222 кг />.
Марганец. Вносится 10,34 кг. При коэффициенте перехода в чугун, равном 0,6, перейдет в чугун 10,34*0,6 = 6,2кг, в шлак 10,34- 6,2 = 4,14 кг в виде 4,14*71/55 = 5,35 кг MnO.
Фосфор. Полностью (0,37 кг) переходит в чугун.
Сера. Вносится 2,723кг. Переход в чугунпринимается по принятому составу чугуна (см. табл.2): 0, 02*1000/100 = 0, 2кг. Привыплавке передельных чугунов переходит в газ до 10% вносимой серы. Переходит в шлак:
2,723 — (0,2+ 2,723*10 /100) = 2,25 кг.
Углерод. Переход в чугун принимаетсясогласно принятому (4,41% — см. табл.2) — 44,1 кг,
Кремний. Переходит в чугун 6, 0 кг (принято 0,6% — см. табл.2).
Кремнезем. Вносится 168,6 кг />. На восстановление 6,0 кг кремния расходуется 6, 0*60/28 = 12, 86 кг, переходит в шлак 168,6-12,86 = 155,74 кг.
Глинозем, известь, магнезия. Полностью,соответственно 28,8; 214,6 и 28,91 кг переходят шлак.