Расчет состава и количества шлака

Расчет состава и количества шлака

Расчет восстановителя

Потребность в углероде для восстановления окислов кварцита рассчитана в таблице 2.

Для связывания 49,168 кг кислорода в окись углерода нужно углерода

кг

Часть углерода, вносимого коксиком, затрачивается на восстановление окислов золы и коксика.

Таблица 2 – Потребность в углероде для восстановления окислов кварцита

Окисел Из 100 кг кварцита восстанавливается, кг При восстановлении выделится кислорода, кг
SiO Расчет состава и количества шлака2 до Si 97,0 · 0,91 = 88,27 88,27 · 32 : 60 = 47,07
SiO2 до SiO2 97,0 · 0,07 = 6,79 6,79 · 16 : 60 = 1,81
Fe2O3 до Fe 0,3 · 0,99 = 0,30 0,30 · 48 : 160 = 0,089
Al2O3 до Al 0,7 · 0,50 = 0,35 0,35 · 48 : 102 = 0,165
CaO до Ca 0,3 · 0,40 = 0,12 0,12 · 16 : 56 = 0,034
Всего: 49,168

Подсчет кислорода, выделяющегося при восстановлении золы коксика, приводится в таблице 3.

Таблица 3 – 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 Расчет состава и количества шлака SiO 10 · 0,487 · 0,07 = 0,341 0,341 · 16 : 60 = 0,091
Fe2O3 до Fe 10 · 0,20 · 0,99 = 1,980 1,980 · 48 : 160 = 0,594
Al2O3 до Al 10 · 0,24 · 0,5 .= 1,200 1,200 · 48 : 102 = 0,565
CaO до Ca 10 · 0,05 · 0,4 = 0,200 0,200 · 16 : 56 = 0,057
P2O5 до P 10 · 0,003 · 1,0 = 0,03 0,03 · 80 : 142 = 0,017
SO3 до S 10 · 0,01 · 1,0 = 0,10 0,10 · 48 : 80 = 0,06
Всего: 3,748

Для восстановления этих окислов требуется углерода

кг

Из имеющихся 100 кг кокса 85 кг углерода будет израсходовано:

– на восстановление окислов золы 2,81 кг;

– на восстановление окислов кварцита 85,0 – 2,81 = 82,19 кг, либо 82,19 %.

Для восстановления 100 кг кварцита требуется 36,876 кг углерода Расчет состава и количества шлака, либо

кг

Принимаем, что 8 % коксика сгорает на колошнике и расходуется на науглероживание сплава.

При всем этом условии будет нужно коксика

44,86 : 0,92 = 48,76 кг

Углерод электродов участвует в реакциях восстановления. Расход электродной массы на 1 т кварцита (при плавке 75 %-ного ферросилиция) равен 1,7 кг. Электродная масса содержит золу, окислы которой также отчасти восстанавливаются.

Расчет количества кислорода Расчет состава и количества шлака, выделяющегося при восстановлении золы электродной массы, приведен в таблице 4.

Таблица 4 – 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 Расчет состава и количества шлака 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

кг

Электродная масса заносит углерода

1,7 · 0,85 = 1,445 кг

Примерно половина этого углерода расходуется на восстановление окислов, что уменьшает потребность в коксе на

кг

Таким макаром, потребность в коксе на колошу, содержащую 100 кг кварцита, равна 48,76 – 0,85 = 47,91 кг

Расчет состава сплава

Количество частей, восстановленных из 100 кг кварцита, 47,91 кг кокса и 1,7 кг электродной массы Расчет состава и количества шлака, показаны в таблице 5.

Данные о рассредотачивании восстановленных частей приведены в таблице 6.


Таблица 5 – Количество восстановленных частей

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 6 – Рассредотачивание восстановленных частей

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 Расчет состава и количества шлака 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 заносят 0,2 кг желез на 100 кг кварцита, прутки для прокалывания – 1,2 кг железа.

Нужно добавить железа

55,56 – 1,4 – 43,64 = 10,52 кг

либо

10,52 : 0,90 = 11,7 кг стружки

Данные о составе и весовом количестве металла приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Состав и весовое количество металла

Элемент Вносится, кг Общий вес
из кварцита кокса Расчет состава и количества шлака и электродов из стружки из кожухов и прутков 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

75 %-ный сплав содержит 0,1%С либо 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 8 приведен расчет состава Расчет состава и количества шлака и количества шлака.

Кратность шлака 3,431 : 55,711 ≈ 0,06


Таблица 8 – 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) = 0,003 47,91 · 0,10 · 0,20 · 0,01 · = 0,009 1,7· 0,10·0,14·0,01· = 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 + 47,91 · 0,85 – 36,876 – 0,046 – 0,028 – 2,77 · 0,4791 =

= 42,177 – 38,277 = 3,900 кг

Для сжигания этого количества углерода будет нужно кислорода

кг

Этому количеству Расчет состава и количества шлака кислорода сопутствует азот

кг

Всего будет израсходовано воздуха

5,20 + 17,40 = 22,60 кг

При окислении углерода кислородом воздуха появляется

кг СО

При окислении углерода окислами кварцита появляется

кг СО

При окислении углерода окислами золы коксика появляется

кг СО

При окислении углерода окислами золы электродной массы появляется

кг СО

Летучие и влага кварцита, коксика, электродной массы и стружки составят

100 · 0,016 + 47,91 · 0,05 + 1,7 · 0,05 + 11,70 · 0,09 = 5,134 кг

Всего появляется газов

17,40 + 9,10 + 86,05 + 3,10 + 0,107 + 5,134 = 120,891 кг

Вещественный баланс

Вещественный баланс процесса приведен в Расчет состава и количества шлака таблице 9

Таблица 9 – Вещественный баланс процесса

Приход Расход
Наименование материалов кг % Наименование продукта кг %
Кварцит 100,00 53,97 Сплав 55,711 30,07
Кокс 47,91 25,85 Шлак 3,431 1,86
Стальная стружка 11,70 6,32 Газы 120,891 65,27
Электродная масса 1,70 0,92 Улет 5,283 2,80
Воздух на горение кокса и электродов 22,60 12,18 Невязка - 0,006 0,002
Железо кожухов и прутков 1,40 0,76
Всего 185,310 100,00 Всего 185,316 100,00

Расход шихтовых материалов на 1 т сплава, кг

Расчетный Плановый

Кварцит…………………… 1840

Стальная стружка……….. 200

Коксик………..................... 850

1.5 Облегченный расчет Расчет состава и количества шлака шихты для плавки 75%-ного ферросилиция

Расчет ведем на 100 кг кварцита с 97 % SiO2.

Задано в печь кремния с кварцитом

кг

Восстанавливается кремния

45,3 · 0,98 = 44,4 кг

Нужно углерода для восстановления кремния

кг

Нужно сухого коксика

кг

Выходит сплава (при использовании кремния 0,9 и содержании кремния в сплаве 76 %)

кг

в нем железа (при содержании железа в сплаве 22 %)

53,6 · 0,22 = 11,8 кг

Вносится железо кожухом электродов 0,2 кг на 100 кг кварцита и Расчет состава и количества шлака прутками для прокалывания 1,2 кг.

Нужно внести стальной стружки

кг

Расход шихтовых материалов на тонну сплава, кг:

Кварцита………………………100 : 53,6 · 1000 = 1866

Кокса сухого…………………..44,8 : 53,6 · 1000 = 836

Стальной стружки……………11,6 : 53,6 · 1000 = 216

Термический баланс

Приход тепла. Теплота окисления углерода до СО по реакции

С + О2 = СО составляет 2222 ккал/кг углерода.

При окислении углерода коксика и электродов выделяется тепла

Q1 = (47,91 · 0,85 + 1,7 · 0,85) · 2222 = 93717 ккал

Тепло от экзотермических реакций. Образование Расчет состава и количества шлака силицида железа происходит по реакции

Fe + Si = FeSi; ∆ H = - 19100 кал

При всем этом на 1 кг железа выделяется тепла

19100 : 56 = 341 ккал

В 75 %-ном ферросилиции все железо связано в силицид железа. Теплота образования силицида железа (12,77 кг железа) составит

12,77 · 341 = 4355 ккал

Образование силикатов Al2O3 и CaO (остальными пренебрегаем) происходит по последующим реакциям:

Al2O3 + SiO2 = Al2SiO5; ∆ H = - 45950 кал

на 1 кг Расчет состава и количества шлака Al2O3 выделяется 450 ккал;

q1 = 0,945 · 450 = 425 кал

CaO + SiO2 = CaSiO3; ∆ Н = - 21750 кал

на 1 кг CaO выделяется тепла 388 ккал.

При 0,332 кг СаО выделится

q2 = 0,322 · 388 = 129 ккал

Всего в итоге экзотермических реакций выделяется тепла

Q2 = 4355 + 425 + 129 = 4909 ккал

Тепло, вносимое шихтовыми материалами при 25 ºС, ккал:

Кварцит……………………….100 · 0,168 · 25 = 420

Коксик…………....................... 47,91 · 0,20 · 25 = 239

Стальная руда…...................... 11,7 · 0,11 · 25 = 32

Итого………………691

Всего приход тепла:

93717 + 4909 + 691 = 99317 ккал

Расход тепла. Расход тепла на Расчет состава и количества шлака эндотермические реакции. Окислы диссоциируют последующим образом:

1) SiO2 → Si + O2; ∆ Н = 206000 кал

либо 3433 ккал на 1 кг SiO2.

Диссоциировало кремнезема (для упрощения расчетов сюда включено и SiO2, диссоциировавшее SiO):

88,27 + 6,79 + (4,432 + 0,341) · 0,077 + 0,006 = 97,430 кг

зачем потребовалось тепла

97,430 · 3433 = 334477 ккал

2) Al2O3 → Al + O2 ; ∆ Н = 393300 ккал

либо 3856 ккал на 1 кг Al2O3.

Диссоциировало глинозема

0,35 + 1,200 · 0,4791 + 0,020 = 0,95 кг

требуется тепла на диссоциацию

0,95 · 3856 = 3663 ккал

3) CaO→ Ca + O2; ∆ Н = 151700 кал, либо Расчет состава и количества шлака 2709 ккал на 1 кг СаО

Диссоциировало окиси кальция

0,12 + 0,20 · 0,4791 + 0,005 = 0,220 кг

зачем потребовалось тепла

0,220 · 2709 = 596 ккал

4) Fe2O3→2Fe + O2; ∆ Н=195200 кал, либо 1220 ккал на 1 кг Fe2O3

Диссоциировало окиси железа

0,30 + 1,98 · 0,4791 + 0,024 = 1,27 кг

потребовалось тепла на диссоциацию

1,27 · 1220 = 1549 ккал

5) P2O5 → 2P+ O2; ∆ Н = 360000 кал, либо 2535 ккал на 1 кг P2O5

Диссоциировало пятиокиси фосфора

0,030 · 0,4791 = 0,014 кг

потребовалось тепла на диссоциацию

0,014 · 2535 = 35 ккал

Суммарное количество тепла на диссоциацию окислов:

Q1 = 334477 + 3663 + 596 + 1549 + 35 = 340320 ккал

Теплосодержание Расчет состава и количества шлака ферросилиция при 1800 ºС:

qSi = 124,5 + 0,232 · 1800 = 542,1 ккал/кг;

qFe = 22,26 + 0,1942 · 1800 = 371,8 ккал/кг;

qFeSi = ккал/кг.

Q2 = 55,704 · 497 = 27685 ккал

Теплосодержание шлака при 1800 ºС:

q = 0,286 · t = 0,286 · 1800 = 514,8 ккал/кг

Q3 = 514,8 · 3,431 = 1766 ккал

Теплосодержание газообразных товаров. Допустим, что газы покидают печь при средней температуре 600 ºС. Для упрощения расчета принимаем теплоемкости всех газообразных товаров равными теплоемкости окиси углерода Расчет состава и количества шлака – основной составляющей газообразной фазы: теплосодержание 1 м3 СО при 600 ºС равно 194,5 ккал.

Q4 = ккал

Утраты тепла кладкой печи. Общая поверхность трехфазной печи мощностью около 8000 кВт составляет 100 м2. Температуру кожуха можно принять равной в среднем 130 ºС. Удельный термический поток при температуре окружающего воздуха 25 ºС равен ~ 1600

ккал * час/м2. Печь теряет Расчет состава и количества шлака тепла в час

1600 · 100 = 160000 ккал

Производительность печи в час равна примерно 0,8 т, 75%-ного ферросилиция либо 0,8 · 1795 = 1436 кг кварцита.

В пересчете на 100 кг кварцита теплопотери будут равны:

Q5 = ккал

Теплопотери колошника. По экспериментальным данным теплопотери через колошник при плавке 45 %-ного ферросилиция составляют 3 % от общих утрат (без учета хим энергии отходящих газов). Примем для 75 %-ного ферросилиция данную величину Расчет состава и количества шлака (Q6) равной 10 %.

Общий расход тепла будет равен

Q1 – 5 = 340320 + 27685 + 1766 + 18810 + 11211 = 399792 ккал

С учетом утрат тепла через колошник печи суммарный расход тепла

Q1 – 6 = ккал

Определение расхода электроэнергии. Разность меж статьями расхода и прихода тепла равна 444210 – 99317 = 344893 ккал либо

344893 : 860 = 401 кВт – ч

Недостающее количество тепла покрывается подводимой электроэнергией. Беря во внимание, что электронный к.п.д. современных трехфазных печей Расчет состава и количества шлака составляет примерно 87 %, можно найти расход электроэнергии на 100 кг кварцита:

401 : 0,87 = 460,9 кВт·ч

Расход на 1 т сплава (76 % Si)

кВт·ч

Термический баланс плавки 75%-ного ферросилиция приведен в таблице 10.

Таблица 10 – Термический баланс плавки

Приход Расход
Статья ккал % Статья ккал %
Электроэнергия 396374* 79,97 Диссоциация окислов 68,65
Окисление углерода до СО 18,90 Тепло металла 5,59
Образование силицидов железа и силикатов 0,99 Тепло шлака Расчет состава и количества шлака 0,36
Внесено шихто-выми материалами 0,14 Тепло газов 3,79
Утраты тепла кладкой 2,26
Утраты тепла через колошник 8,96
Электронные утраты и невязка 10,39
Всего 100,0 Всего 100,0

460,9 · 860 = 396374 ккал.


raschet-teplotehnicheskogo-oborudovaniya-kamera-yamnogo-tipa-kursovaya-rabota.html
raschet-teplovoj-nagruzki-zhivotnovodcheskih-pomeshenij.html
raschet-teplovoj-zashiti-zdaniya.html