Выплавка феррохрома. Расчет шихты, материального и теплового баланса процесса

Национальный  Исследовательский Технологический  Университет

«Московский Институт Стали и Сплавов»

Кафедра Металлургии  Стали и Ферросплавов

 

 

 

Домашнее задание

по курсу: «Производство  ферросплавов»

тема: «Выплавка феррохрома. Расчет шихты, материального и теплового  баланса процесса»

Вариант  14

 

 

 

                                      Выполнил:

                                              Музафаров Ш.К.

                                              группа МЧ-08-2

                                     Проверил:

                                                          профессор Павлов А.В.

 

 

 

 

 

 

Москва 2012 г.

Технология  выплавки.

Из всех легирующих элементов в  сталях наибольшее применение находит  хром. Для легирования стали хромом в нашей стране производят 17 марок  феррохрома. Эти сплавы в основном отличаются по содержанию углерода, которое  изменяется от 0,01 до 9%. Углеродистый феррохром  производят четырех марок: ФХ650, ФХ800, ФХ850 и ФХ900. Задачей моего варианта является выплавка ФХ650Б, который содержит более 65% Сr, не более 6,5% С, до 2% Si, до 0,05% Р и до 0,08% S.

Для выплавки углеродистого феррохрома ФХ650Б по условию применяем хромовую руду Приполярного месторождения, которая содержит 45-50% Cr₂O₃; 11-14% FeO;   8-10% SiO₂; 18-20% MgO; 7-11% Al₂O₃; 0,5-1% CaO; 0,001-0,003% P; 0,02-0,08% S; 0,11-0,24% C; влаги до 4%. В качестве флюса применяют кварцит, необходимый для получения требуемых свойств и состава (27-32% SiO2) шлака. В качестве восстановителя применяем отсортированный коксик размером 10-25 мм, содержащий не более 0,8% S и не более 0,08% Р .

Углеродистый феррохром выплавляют непрерывным процессом в открытой печи с магнезитовой футеровкой мощностью 16,5 MB · А.

Шихту загружают равномерно по поверхности  колошника. Процесс плавки характеризуется  следующим строением ванны по высоте: слой твердой шихты с проходящими  здесь процессами твердофазного  восстановления, зона плавления пустой породы и восстанавливающегося металла  со слоем жидкого шлака внизу (у конца электродов), "рудный слой", слой жидкого сплава. Газовых полостей под электродами нет.

Восстановление хрома протекает  по следующим реакциям:

1/ЗСr₂О₃ + С = 2/ЗСr + СО - 270100 Дж;

1/ЗСr₂О₃ + 9/7С = 2/21Сr₇С₃ + СО - 250200 Дж.

Температура начала восстановления по первой реакции равна 1240 °С, по второй 1130 °С; сопоставление этих температур и тепловых эффектов показывает, что  термодинамически легче идет восстановления с образованием карбида хрома  Сг₇С₃, и эта реакция наиболее вероятна. Из оксидов железа руды углеродом легко восстанавливается железо, причем этот процесс опережает восстановление хрома; железо, растворяясь в карбиде хрома, облегчает восстановление последнего.

Процессы восстановления протекают  в основном в твердой фазе, начиная  с 1100-1200 °С, и с возрастающей скоростью  в более горячих зонах. Основная часть хрома оказывается восстановленной  при 1400-1600 °С, при этих температурах идет восстановление кремния. В связи с образованием карбидов хрома формирующийся сплав содержит до 8-12% С.

При температурах ~1550°С происходит плавление  восстановленного металла с образованием феррохрома, капли которого стекают  вниз; при температурах ~1650°С начинают расплавляться невосстановленные  оксиды с образованием жидкого шлака.

Благодаря тому, что хромовая руда тугоплавка, трудновосстановима и плохо  растворима в шлаке, на границе раздела  шлак - жидкий феррохром формируется "рудный слой" - вязкий слой шлакового  расплава с множеством кусочков руды.

Во время прохождения капель сплава через "рудный слой" происходит частичное окисление углерода и  кремния сплава за счет реагирования с кислородом оксидов руды (например, Сr₇С₃ + Сr₂О₃ = 9Сr + ЗСО) с одновременным восстановлением хрома из рудного слоя. В результате этого снижается содержание углерода и кремния в сплаве.

Содержащийся в руде фосфор восстанавливается  и переходит в сплав; основная часть серы кокса переходит в  сплав, часть ее улетучивается.

Сплав и шлак выпускают через  одну летку одновременно три-четыре раза в смену в футерованный ковш или в стальной ковш со шлаковым гарнисажем от предыдущего выпуска, избыток шлака из ковша перетекает в чугунные шлаковни. Сплав разливают  в чугунные изложницы (толщина слитка должна быть менее 200 мм для удобства дробления) или в чушки на разливочных машинах конвейерного типа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Материальный  баланс плавки ФХ650А

Содержание [С]= 6,5%,  содержание [Si]= 1%.

Расход электродной массы 2,4 кг

Угар углерода 10 %.

Принимаем MgO+Al2O3+Cr2O3/SiO2=1,8.

        Для  выплавки ФХ650А берём хромовую руду Донского месторождения, имеющую следующий состав:

Состав	Cr2O3	FeO	SiO2	MgO	Al2O3	C	S	P	Влага	Итого
Донская	47	13	7	19	9	0,16	0,04	0,002	2	100

 

Химический состав исходных шихтовых материалов, %:

Состав	Cr2O3		FeO		SiO2		Al2O3		MgO	CaO	C	P2O5	S	Влага	Итого
Хром. руда	47,00		13,00		9,00		9,00		19,00	0,000	0,160	0,002	0,040	2,8	100,00
	С		Влага		Зола		Летучие
Коксик	84,00		2,00		11,00		2,00		-	-		0	1,00		100,00
Зола	Cr2O3 -		FeO 16,20		SiO2 47,50		Al2O3 27,50		MgO 5,65	CaO 0,00	C 1,80	P2O5 1,35	S	Влага	100,00
коксика
Графитир.	С		Влага		Зола		Летучие
электрод	85,00		5,00		10,00		0,00						0,00		100,00
Зола граф.	Cr2O3 -		FeO 14,00		SiO2 52,00		Al2O3 23,00		MgO 3,00	CaO 8,00	C 0,00	P2O5	S	Влага	100,00
электрода
Кварцит			0,80		97		1,2		0,2	0,78		0,01	0,01		100,00

 

          Количество и состав сплава:

Компонент	В сплав переходит кг				Состав сплава, кг	Состав сплава %
	из хр.руды	из кварцита	из кокса	из эл. массы
Cr	67,745				67,745	68,410
Fe	22,690	0,134	0,646	0,226	23,696	23,928
Si	0,481	0,497	0,0580	0,00291	1,039	1,049
C			6,50		6,50	6,564
P		0,000912	2,56E-05		0,00094	0,00095
S		0,000220	0,0476		0,0478	0,0483
Сумма	90,916	0,633	7,252	0,229	99,029	100,000

 

         Количество и состав шлака:

Компонент	В шлак переходит, кг				Масса шлака, кг	Состав шлака %
	из хр. руды	из кварцита	из кокса	из эл. массы
Cr2O3	6,457				6,457	5,776
FeO	0,595	0,00352	0,0170	0,00067	0,617	0,551
SiO2	18,342	18,975	2,213	0,1111	39,641	35,460
MgO	42,637	0,0431	0,290	0,00706	42,977	38,444
Al2O3	20,196	0,269	1,411	0,0541	21,930	19,617
CaO		0,168	0	0	0,168	0,150
P2O5		4,39601E-05	0,00141		0,00145722	0,00130
S		0	0		0	0
Сумма	88,227	19,459	3,932	0,172896	111,790709	100

 

Кратность  шлака 1,1289. 

  

 Количество и состав пыли:

Компонент	В пыль переходит кг				Масса пыли, кг	Состав, %
	из хр.руды	из кварцита	из кокса	из эл. массы
Cr2O3	2,152				2,152	24,138
SiO2	0,907	0,938	0,1094		0,877	9,834
MgO	0,870	0,000879	0,00591		0,446	5,004
Al2O3	0,412	0,00528	0,0288		0,00342889	0,0385
CaO		0,0034	0		0,00218583	0,0245
P2O5		6,59401E-05	0,00212		0,000220	0,00246
S		0,000220	0		5,436	60,958
Сумма	4,342	0,948	0,146	0	8,91714013	100

 

Количество и состав газовой фазы:

Элемент	Количество газа		Состав газа
	кг	нм3	Масс.%	Объёмн.%
CO	69,79281	55,83424893	44,36360583	41,9935
CO2	22,9237	11,67024677	9,272699777	13,7929
O2	15,00645	10,50451685	8,346458559	9,0292
N2	56,45285	45,16227652	35,88409394	33,967
H2O	0,951688	1,184323077	0,941014578	0,57262
CH4	1,071688	1,500363462	1,192127314	0,64482
Сумма	166,1992	125,8559756	100	100