Расчет шихты для выплавки ферротитана
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Магнитогорский государственный технический
университет им. Г.И.Носова»
Кафедра металлургии черных металлов
Расчет шихты для выплавки ферротитана
Выполнил: ст.гр.
Принял:
Магнитогорск
2013
Введение
Ферротитан- наиболее распространенный из алюминотермических ферроспалвов. Объем промышленного производства ферротитана составляет 64% общего выпуска алюминотермических сплавов. Основное сырье для производства ферротитана- ильменитовый концентрат, получаемый обогащением кусинких титаномагнетитов, а также ряда руд из других месторождений.
В качестве восстановителя при выплавке ферротитана используют алюминиевый порошок, изготовляемый из вторичного алюминия. (ФЧ2Ф, АЧ3,Ф,АЦВ).
В качестве флюса применяют свежеобожженную известь. Кроме указанных материалов применяют железную руду и молотый ферросилиций марки ФС75.
Состав выплавляемого ферротитана зависит от соотношения расхода различных шихтовых материалов.
1 Расчет ферротитана марки ФТи35С7
1.1 Исходные данные
Состав шихтовых материалов, используемых при выплавке ферроиттана приведен в таблицах 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1 –Химический состав исходных материалов
Материал |
Содержание,% | ||||||||||
TiO2 |
FeO |
Fe3O4 |
Fe2O3 |
MnO |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
SiO2 |
S |
п.п.п. | |
Концентрат |
11.94 |
27.53 |
0 |
54.8 |
0.63 |
0.88 |
0.64 |
1.4 |
1.45 |
0.11 |
0.62 |
Железная руда |
0 |
0 |
0 |
98 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
0 |
0 |
Известь |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
90 |
0 |
8 |
2 |
0 |
0 |
Таблица 1.2 – Химический состав исходных материалов
Материал |
Содержание,% | |||||
Al |
Si |
Fe |
Cu |
Zn |
Al2O3 | |
Алюминиевый порошок |
88 |
3 |
2 |
4,2 |
2 |
0,8 |
ФС75 |
0 |
75 |
25 |
0 |
0 |
0 |
Принимаем, что в полученном ферротитане содержится 30% Ti, 9% Al, 7% Si, теряется с газами 100% Zn, 30% S.
Расчет ведется на 100кг ТМ концентрата.
В процессе плавки часть оксидов шихтовых материалов восстанавливается и переходит в сплав, а другая участвует в формировании шлака.
В процессе плавки ферротитана все примеси алюминиевого порошка, кроме Zn и Al2O3, а также железо и кремний ферросилиция полностью переходят в шлак.
Таблица 1.3 – Распределение оксидов в процессе плавки
Восстанавливаемые оксиды |
Доля, % |
Невосстанавливаемые оксиды, участвующие в формировании шлака |
Доля, % |
TiO2-Ti |
77 |
TiO2-TiO |
11,5 |
TiO2-Ti2O3 |
11,5 |
||
FeO-Fe |
99 |
Fe2O3-FeO |
1 |
Fe3O4-Fe |
99 |
Fe3O4-FeO |
1 |
Fe2O3-Fe |
99 |
||
SiO2-Si |
90 |
SiO2 |
10 |
MnO-Mn |
90 |
MnO |
10 |
CaO-Ca |
40 |
||
MgO-Mg |
0 |
MgO |
100 |
S |
70 |
1.2 Расчет количества восстановителя
В качестве восстановителя в процессе плавки расходуется алюминий алюминиевого порошка.
Расчеты по определению количества восстановленных оксидов требуемого для этого алюминия приведен в таблице 1.4.
Таблица 1.4 – Количество оксидов и выделившегося при этом кислорода на 100 кг
концентрата
Оксид |
Восстанавливаетя оксида, % |
Требуется аллюминия, кг |
TiO2-Ti |
9.19 |
4.14 |
TiO2-Ti2O3 |
1.37 |
0.15 |
TiO2-TiO |
1.37 |
0.31 |
FeO-Fe |
27.25 |
6.81 |
Fe3O4-Fe |
0.00 |
0.00 |
Fe3O4-FeO |
0.00 |
0.00 |
Fe2O3-Fe |
54.25 |
18.31 |
Fe2O3-FeO |
0.55 |
0.06 |
SiO2-Si |
1.31 |
0.78 |
MnO-Mn |
0.57 |
0.14 |
Итого |
30.71 |
Таким образом, для восстановления всех компонентов, содержащихся в 100 кг концентрат, требуется 30,71 кг алюминия.
1.3 Расчет шихты для выплавки ферротитана
В результате восстановления TiO2 образуется титана
11,94*0,77*114/240=9,19 кг
При 30% Ti в сплаве общее количество металла составит
9,19*100/30=30,63 кг
Тогда для получения в металле 9% Al потребуется
30,63*0,09=2,76 кг алюминия
Всего для восстановления
оксидов концентрата и
(30,71+2,76)/0,88=38,03 кг
Расход извести составляет 20% от веса алюминия на плавку. Тогда расход извести составит:
(38,03*0,88*0,2)/0,9=7,43 кг
Для восстановления кремнезема, содержащегося в извести, требуется дополнительно алюминиевого порошка
(7,43*0,02*0,9*108)/(180*0,88)
Тогда общее количество алюминиевого порошка составит
38,03+0,1=38,13 кг
В результате восстановления кремнезема, содержащегося в концентрате и извести образуется кремния
(100*0,0145+7,43 *0,02)*0,9*28/60=0,67 кг
Из алюминиевого порошка в сплав перейдет кремний
38,13*0,03=1,14 кг
Тогда в сплав всего перейдет кремния
0,67+1,14=1,81 кг
Чтобы получить в металле 7% Si необходим кремний
30,63 *0,07=2,14 кг
Для этого следует внести с ферросилицием кремний:
2,14-1,81=0,33 кг
Или в пересчете на 75-й ферросилиций
0,33/0,75=0,44 кг
Расход основных материалов для выплавки ферротитана представлен в таблице 1.5.
Таблица 1.5 – Шихта для выплавки ферротитана
Материал |
Расход, кг |
Концентрат |
100 |
Алюминиевый порошок |
38.03 |
Известь |
7.43 |
Ферросилиций |
0.44 |
Всего |
145.9 |
Расчет количества элементов, перешедших в сплав, представлен в таблице 1.6.
Таблица 1.6 – Элементы, поступающие в сплав из шихты
Элемент |
Восстанавливается из концентрата, кг |
Переходит из |
Всего, кг | |
Алюминиевого порошка, кг |
ФС75 | |||
Ti |
5.52 |
0.00 |
0.00 |
5.52 |
Si |
0.68 |
1.14 |
0.33 |
2.15 |
Al |
0.00 |
33.47 |
0.00 |
33.47 |
Mn |
0.44 |
0.00 |
0.00 |
0.44 |
Fe |
59.17 |
0.76 |
0.11 |
60.05 |
Cu |
0.00 |
1.60 |
0.00 |
1.60 |
S |
0.03 |
0.00 |
0.00 |
0.03 |
Итого |
65.84 |
36.97 |
0.44 |
103.25 |
1.4 Расчет расхода
Недостающее количество железа переходит в сплав из железотермитного осадителя. Следовательно, в нем должна содержаться железная руда:
(30,63-103,25)*160/0,98*112*0,
Отрицательное значение говорит о том что железотермитный осадитель не нужен.
1.5 Расчет состава сплава и шлака
Окончательная масса и химический состав получаемого сплава с учетом элементов, вносимых железотремитным осадителем, представлен в таблице 1.9.
Таблица 1.9 – Состав ферротитана
Элемент |
Вносится шихтой |
Состав,% |
Ti |
17.556 |
25.980175 |
Si |
3.293266667 |
5.6073384 |
Al |
3.31 |
4.8971741 |
Mn |
0.441 |
0 |
Fe |
22.56 |
58.662524 |
Cu |
2.10924 |
3.7135671 |
S |
0.033 |
0 |
Итого |
49.3 |
100 |
Расчет количества и состава шлака представлен в таблице 1.10.
Таблица 1.10 – Состав шлака
Оксид |
Поступило в шлак, кг |
Всего | ||||
из конентрата |
из алюминиевого порошка |
из извести |
из железной руды |
масса, кг |
доля,кг | |
Al2O3 |
1.4 |
77.57 |
0.78 |
0 |
79.75 |
80.88 |
Ti2O3 |
3.933 |
0 |
0 |
0 |
3.933 |
3.989 |
TiO |
3.496 |
0 |
0 |
0 |
3.496 |
3.545 |
FeO |
0.7682 |
0 |
0 |
0 |
0.7682 |
0.779 |
SiO2 |
0.145 |
0 |
0.0187 |
0.4976 |
0.6613 |
0.671 |
MnO |
0.063 |
0 |
0 |
0 |
0.063 |
0.064 |
CaO |
0.88 |
0 |
8.415 |
0 |
9.295 |
9.426 |
MgO |
0.64 |
0 |
0 |
0 |
0.64 |
0.649 |
Итого |
11.3252 |
77.57 |
9.2137 |
0.4976 |
98.607 |
100 |
1.6 Материальный баланс плавки
Во время плавки переходит в газовую фазу следующее количество цинка
(38,13+2,1)*2/100=0,80 кг
Во время плавки переходит в газовую фазу следующее количество серы
100*0,3*0,11/100=0,033 кг
Материальный баланс представлен в таблице 1.11.
Таблица 1.11 – Материальный баланс плавки
Задано |
кг |
Получено |
кг |
Шихты: |
Ферротитана |
67.59 | |
концентрата |
100 |
Шлака |
98.6065 |
ал. порошка |
38.03 |
Потери с газами |
0.833 |
извести |
7.43 |
Невязка |
-8.1295 |
ферросилиция |
0.44 |
||
Осадителя: |
0 |
||
железной руды |
|||
ал.порошка |
|||
извести |
|||
Всего |
145.9 |
153.1 |
2 Тепловой баланс плавки ферротитана
Уравнение теплового баланса ферротитана будет иметь следующий вид:
Qвост+Qнагр=QFeSiTi+Qш+Qисп+Qп
Тепло, выделяющиеся при алюминотермическом восстановлении оксида титана составит:
Qвост Ti=11,94*(77/100)*2495=73003,7
Тепловые эффекты реакций представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Количество тепла, выделавшегося
при алюминотермическом восстановлении
Оксид |
Выделевшиесяя тепло, кДж |
TiO2-Ti |
73003,7 |
TiO2-Ti2O3 |
8049,54 |
TiO2-TiO |
11287,71 |
FeO-Fe |
109100,56 |
Fe3O4-Fe |
0 |
Fe3O4-FeO |
0 |
Fe2O3-Fe |
290790,72 |
Fe2O3-FeO |
963,932 |
SiO2-Si |
5316,57 |
MnO-Mn |
1365,336 |
Итого |
499878,07 |
Физическое тепло
QFeSiTi =67,59*(63+1,24*1800)= 155119,05 кДж
Физическое тепло щлака, основность которого более единицы, рассчитываем по выражению:
Qш =98,61*(2,09*1800-1380)= 240105,6
Тепло, затрачиваемое на разложение и удаление влаги и потерь при прокаливании руды, рассчитывается следующим образом:
Qисп =0,62*(2474*(70/100)+4057*(30/
Принимаем, что величина тепловых потерь составляет105000.
Qнагр =(155119,05+240105,6+1828,32+
Qп =(100/(499878,07+2174,9)*
Тепловой баланс плавки представлен в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Тепловой баланс плавки
Приход |
кДж |
% |
Расход |
кДж |
% |
Тепло реакций алюминотермичекого восстановления |
499878,0721 |
99,5668 |
Физическое тепло: |
||
ферросиликотитан |
155119,05 |
30,897 | |||
шлак |
240105,6 |
47,825 | |||
Электронагрев |
2174,9 |
0,433201 |
Тепло на испарение |
1828,32 |
0,3642 |
Потери тепла |
105000 |
20,914 | |||
Всего |
502052,9721 |
100 |
502052,97 |
100 |
