Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчёт шихты

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Институт «Материаловедения и металлургии»

Кафедра металлургии железа и сплавов

Оценка работ ________________

Члены комиссии ______________

КУРСОВАЯ РАБОТА

Руководитель

Доцент. к.т.н. __________________ Гилева Л.Ю.

Н.контр.

Доцент, к.т.н. ___________________ Лозовая Е.Ю.

Студент

Гр. Мт-200102 ___________________ Тимофеев М.О.

2012

Содержание

Введение……………………………………………………………………….……..3

Выбор исходных данных…………………………………………….………….4

Химический состав шихтовых материалов………………………4
Способ окускования………………………………………….........6
Требование к химическому составу окатышей..…………..……..6
Нормативно-справочная информация…………………..………..7

Расчет состава шихты………………………………………………..……….....8

Расчет характеристик шихтовых материалов………..……..…….8
Система уравнений для расчета окатышей..…………………….11
Расчет состава железорудного материала……………………….12
Расчет расходных коэффициентов………………………………14

Оценка влияния основности окатышей на содержание железа……………15

Заключение………………………………………………………………………..17

Библиографический список………………………………………………………18

Приложение 1……………………………………………………………………..19

Приложение 2……………………………………………………………………..20

Приложение 3……………………………………………………………………..21

Введение

Современная технология доменной плавки предполагает использование предварительно подготовленных железорудных материалов – агломерата и окатышей. Ведение, анализ и планирование процессов подготовки руд к плавке невозможно без расчета шихт и количественной оценки показателей процессов.

Задачей курсовой работы является выполнение расчета шихты для получения окатышей из руд Лебединской обогатительной фабрики, состава окатышей и оценки их свойств.

Выбор исходных данных

1.1. Химический состав шихтовых материалов

В качестве железорудного сырья используется концентрат №1 Лебединской обогатительной фабрики. Химический состав сырья приведен в табл. 1.

Таблица 1. Химический состав железорудного сырья

Материал	Fe	Mn	P	S	FeO	Fe2O3	SiO2	Al2O3
Сульфидная ОФ ОМС: концентрат	68,38	0,184	0,012	0,032	28,27	66,19	4,40	0,17
	CaO	MgO	FeS	SО3	P2O5	ХО	ПМПП/С+Л	Влага
	0,20	0,24	0,09	0,00	0,03	-0,01	0,18	1,50

В качестве флюсов выбран известняк Тургояксого месторождения. Он отличается наибольшим содержание оксида кальция и минимальным содержанием оксида кремния. Учитывая, что известняк является источником оксида кальция, этот известняк лучшего качества. Химический состав приведен в табл. 2.

Таблица 2. Химический состав флюсов


Основность ЖРМ	0,5
FeЖРМ
расход коксика,%	1
Вынос пыли,%	2

В качестве твердого топлива выбрана смесь из кузнецкого и карагандинского кокса. В табл. 3 приведены технический состав кокса и бентонита. В Бентоните содержание золы выше, чем в коксе, так как зола, обладая меньшей прочностью при грохочении кокса в большей степени переходит к мелкую фракцию. Увеличение содержания золы связано с уменьшением содержания углерода в бентоните. В работе принято допущение о том, что содержание золы в Бентоните больше чем в коксе на 5%.

Таблица 3. Технический состав кокса и коксовой мелочи

	ЖРМ	Известняк	Бентонит
Dm^ППП+Dm^С,Л	-0,00180	-0,4316	0
l_S	0,95	0,8	0,95
Dm^S	-0,0003	0	0
Dm_O^S->S03	0,0000	0	0
Dm_O^FeS->Fe2O3	0,0000	0	0
a_Fe	0,250	1,250	2,250
Dm^FeO	-0,111750	0,0064750	0
Dm_O^FeO<->SFe2O3	0,01242	-0,00072	0
Dm^ОВР	0,01242	-0,000719	0
Dm_S	0,01031267	-0,43232	0
w	1,0103127	0,56768	1
RO	-2	54,5	-32,5

В табл. 4 приведен химический состав бентонита. Здесь же приведен расчет химического состава кокса с учетом состава золы.

Таблица 4. Химический состав золы коксовой мелочи и коксовой мелочи

Система уравнений АХ=В
Уравнение	Матрицы коэффициентов				Решение
	А			В
	ЖРС	Известняк	Коксик	ЖРМ
по выходу ЖРМ	1,010	0,568	1,000	1	доля ЖРС т/т	0,95684
по основности	-2,000	54,500	-32,500	0	доля Известняк т/т	0,04106
по расходу Бентонита	-0,010	-0,010	1,000	0	доля Бентонита т/т	0,00998

Выполнен расчет полного химического состава шихтовых материалов и выполнена оценка его достоверности (табл. 1, прил.1). Невязка химического состава ЖРС составила 0,5%. Вся невязка отнесена к неучтенным оксидам (ХО).

1.2. Способ окускования

Выбранный способ окускования – производство окатышей. Содержание железа в шихте 68,38 %. Такое содержание железа характерно для тонкоизмельчённых концентратов. Принятая схема окускования таких концентратов – производство окатышей.

1.3. Требование к химическому составу агломерата

Основными требованиями к химическому составу окатышей железорудного сырья со стороны доменного передела являются: содержание железа и соотношение шлакообразующих оксидов.

Содержание железа в ЖРС – 68,38 %, можно предположить, что содержание железа в окатышах будет выше 68 %. Дополнительные железосодержащие материалы в шихту не вводятся.

Содержание MgO в ЖРС – 0,24 %, поэтому в готовых окатышах оно не будет превышать 2,5 %, что обеспечит надлежащие свойства доменного шлака. Корректировка состава шихты по MgO не требуется. Кремниевый модуль ЖРС – 3,27%, что более 1,5. Ввода материалов, корректирующих содержание глинозема, не требуется.

Учитывая возможный диапазон основности для окатышей 0,5…1, выбрано значение основности 0,7.

1.4 Нормативно-справочная информация

Для расчета процессов протекающих при производстве окатышей: удаление серы, окислительно-восстановительные реакции с оксидами железа, необходимо задаваться коэффициентами, учитывающими степень развития этих процессов.

Степень удаления серы зависит от вида соединения серы и способа окускования.

В ЖРС сера содержится в виде сульфида железа. Степень удаления серы из ЖРС при производстве окатышей принята равной 95%.

Во флюсах (известняке) сера образует сульфаты кальция. Степень удаления сульфатной серы при производстве окатышей составляет 80%.

Степень удаления органической серы, содержащейся в бентоните, при производстве окатышей принята равной 95%.

Степень окисленности железа зависит от вида ЖРС и способа окускования.

Для используемого в работе материала – магнитного железняка, степень окисленности железа в окатыше составит 0,27

2. Расчет состава шихты

2.1 Расчет характеристик шихтовых материалов

Избыток (недостаток) оснований в материале рассчитывается по формуле

. (2)

где – величина, характеризующая избыток (недостаток) оснований в i-м компоненте шихты относительно заданной основности ЖРМ, %; CaO, SiO₂ – содержание оксидов в шихтовом материале, %.

Результаты расчета приведены в табл. 2 прил. 1.

Выход окатышей из шихтового материала

, (3)

где – относительное изменение массы i-го компонента шихты в процессе окускования, т/т; – выход окускованного материала из i-го компонента шихты.

Изменение массы шихтового материала определяется физико-химическими процессами, протекающими при окусковании:

удалением гидратной влаги;
разложением карбонатов;
удалением серы;
окислительно-восстановительными процессами;
выгоранием углерода и удалением летучих

и составляет

, (4)

где – относительное изменение массы за счет удаления гидратной влаги, разложения карбонатов, выгорания серы, окислительно-восстановительных процессов, выгорания углерода и удаления летучих, соответственно, т/т.

Удаление гидратной влаги, разложение карбонатов рассчитывается по формуле:

, (5)

Изменение массы материала за счет удаления серы составит

, (6)

где – содержание серы в i-м шихтовом материале, %; – степень удаления серы, доли единиц.

В известняке сера содержится в виде сульфатной серы, при выгорании серы происходит также уменьшение массы материала за счет потери кислорода, связанного с серой, (, т/т)

, (7)

где , – молярная масса кислорода и серы соответственно, г/моль.

Основными окислительно-восстановительными процессами, протекающими при окусковании, являются процессы с оксидами железа и серой.

В ЖРМ сера содержится в виде сульфидной серы (FeS), в процессе окускования происходит окисление перешедшей в окатышы серы до оксида S (VI). Увеличение массы материала за счет присоединения кислорода к сере (, т/т) составит

, (8)

где – молярная масса сульфида железа, г/моль.

Все железо, связанное в сульфидах, окисляется до Fe (III), в результате этого происходит увеличение массы материала за счет присоединения к железу кислорода в количестве:

. (9)

Изменение массы материала за счет изменения количества кислорода, связанного в оксидах железа, происходит в соответствии с

процессом

. (10)

Изменение массы оксида двухвалентного железа в процессе окускования (Dm_FeO, т/т) составит

, (11)

где , FeO – содержание железа в окускованном железорудном материале и оксида двухвалентного железа в шихтовом материале соответственно, %.

Изменение массы материала за счет окислительно-восстановительных процессов железа пропорционально изменению массы кислорода, связанного в оксидах железа.

, (12)

Суммарное изменение массы материала за счет окислительно-восстановительных процессов составит:

(13)

Выгорание углерода и удаление летучих бентонита при производстве окатышей сопровождается уменьшением массы материала

, (14)

где – содержание углерода и летучих в бентоните, соответственно, %.

Расчет выхода окатышей из шихтовых материалов выполнен в табличной форме и приведен в табл. 2 прил. 1.

2.2. Система уравнений для расчета шихты

Для определения состава шихты необходимо решить следующую систему уравнений:

Уравнение по основности железорудного материала:

, (15)

Уравнение по выходу железорудного материала:

, (16)

Уравнение по расходу бентонита:

, (17)

Система уравнений решается относительно расходов ЖРС, флюсов и бентонита, используя матричный способ.

AX = B, (18)

где A – основная матрица системы уравнений, B и X – столбцы свободных членов и решений системы соответственно:

Решение системы X = A ^{- 1}B приводится в табл.4. прил.1.

2.3. Расчет состава железорудного материала

Для определения состава окускованного материала необходимо подсчитать количество различных элементов и оксидов, поступающих с шихтовыми материалами, и учесть изменение их количества в результате процессов, происходящих при окусковании.

Поступление элемента или химического соединения X (Fe, Mn, P, S, MnO, P₂O₅, СaO, SiO₂, MgO, Al₂O₃, ТiO₂, V₂O₅) с шихтовыми материалами рассчитывается по формуле вида:

, (19)

где – количество поступившего с шихтовыми материалами элемента или химического соединения , кг/т; - содержание элемента или оксида в i-м компоненте шихты для окускования, %.

В процессе окускования полностью улетучиваются СО₂ карбонатов и Н₂О гидратов. Общее количество улетучившегося материала учитывается через потери массы при прокаливании (ПМПП):

. (20)

Уменьшение массы материалов за счет удаления части серы, вносимой шихтовыми материалами, составит

. (21)

В ЖРМ сера перейдет в количестве (, кг/т):

. (22)

Железо в процессе окускования полностью переходит в окускованный материал:

. (23)

Изменение количества оксидов железа и серы за счет окислительно-восстановительных процессов проводится с учетом протекающих химических реакций.

В агломерате будет (кг/т чугуна):

оксида S (VI)

; (24)

оксида железа (II)

; (25)

оксида железа (III)

. (26)

Остальные элементы и соединения полностью переходят в окускованный материал. Их количество в железорудном материале определится соотношениями вида

, (27)

где – количество оксида = {FeO, Fe₂O₃, SO₃, MnO, P₂O₅, СaO, SiO₂, MgO, Al₂O₃, ТiO₂, V₂O₅} в ЖРМ и в шихте соответственно, кг/т.

Выход окускованного материала, равен сумме масс составляющих его оксидов:

. (28)

Содержание каждого оксида и элемента в окускованном материале рассчитывается по формулам:

, (29)

где , – содержание соответствующего оксида или элемента в окускованном материале, %.

Расчет состава окатышей выполнен в табличной форме (табл.1., прил.1)

Выход окатышей составил – 1001,1 кг.,

Основность окатышей – 0,5

Содержание железа – 65,38 %

Содержание MgO – 0,24 %

Кремниевый модуль – 9,21 %

Полученные параметры соответствует заданным значениям. Расчет состава окатышей выполнен с погрешностью 0,46%, связанной с недостоверностью химического состава шихтовых материалов.

2.4. Расчет расходных коэффициентов

Фактические удельные расходы каждого компонента шихты и расход шихты в целом на получение 1 тонны окатышей будут выше в связи с тем, что все шихтовые материалы содержат влагу и, кроме того, в процессе окускования часть шихтовых материалов уносится. Унос материалов в производстве окатышей составляет обычно 0,5 % от сухого веса шихты. В связи с этим фактический расход каждого компонента шихты (норма расхода) пересчитан по формуле

(30)

где – фактический и расчетный расходы i-го компонента шихты, т/т; – влажность i-го компонента шихты, %; – унос i-го материала в процессе окускования, %.

Фактические расходы шихтовых материалов составили:

Концентрат качканарских руд – 956,8 кг/т

Известняк – 41,1 кг/т

Бентонит – 10,0 кг/т

3.Оценка влияния основности окатышей на содержание железа

Для оценки возможности получения окатышей с заданным содержанием железа из конкретного концентрата и для сопоставительной оценки разных видов железорудного сырья выполнена приближенная оценка содержания железа в окатышах разных значениях его основности в диапазоне – заданная основность ± 0,5.

Расчет выполняется по формулам:

, (31)

где , – содержание железа в исходном железорудном сырье и офлюсованном железорудном материале соответственно, %; – расход флюсов, т/т исходного сырья.

. (32)

где – основность железорудного материала, доли единиц; , , , – содержание оксидов в исходном сырье и железорудном материале соответственно, %. Результаты расчета представлены на рис. 1

Рисунок 1. Влияние основности на содержание железа при производстве окатышей из руд Лебединской обогатительной фабрики

Уменьшение содержания железа при увеличении основности составляет 0,69 % / 0,1.

Заключение

В основе расчета состава шихты лежит метод составления и решения материальных балансов. Общий материальный баланс процесса окускования позволяет оценить изменение массы шихтовых материалов, протекающее в ходе физико-химических превращений. Материальные балансы элементов и оксидов устанавливают соотношение между химическим составом исходного сырья и составом ЖРМ.

Расчет шихты для окускования имеет целью определить такое соотношение компонентов шихты, которое обеспечивает получение ЖРМ с заданным содержанием элементов и оксидов, определяющих его металлургическую ценность. В ходе расчета определяется также количество окускованного материала, что позволяет оценивать объемы поставки железорудного сырья для получения требуемого количества ЖРМ, обоснованно подходить к вопросам проектирования складов, выбора основного и вспомогательного оборудования цехов окускования.

В результате выполнения расчетов определяется составы окускованного железорудного сырья. Анализ результатов расчета дает возможность оценить качество железорудных материалов и выбрать технологию окускования железорудного сырья.

Библиографический список

1. Разработка и оформление дипломных и курсовых проектов: Методические указания / В.Ф. Мысик, Е.Ю. Лозовая. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004, 47 с.

2. Балансовые методы расчета процессов получения чугуна: учеб. пособие / Л. Ю. Гилева, С. А. Загайнов. Екатеринбург : УрФУ, 2011. 77 с.

3. Сырье для черной металлургии: Справочное издание: В 2-х т./ Т.1. Сырьевая база и производство окускованного сырья (сырье, технологии, оборудование) / М.Г. Ладыгичев и др.-М.; Машиностроение-1, 2001. -896 с.

Таблица 1

Шихтовый материал	Расход, кг/т			Химический состав, %
Шихтовый материал	Расход, кг/т	Fe	Mn		P	S	FeO	Fe₂O₃	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	MnO	FeS	SO₃	P₂O₅	V₂O₅	TiO₂	ППП / С,Л	XO	Влага	Всего
Концентрат лебединских обогатительных руд №1		68,38	0,184		0,012	0,032	28,27	66,19	0,20	4,40	0,17	0,24	0,24	0,09	0,00	0,03			0,18	-0,01	1.5%	100,00
																						0,00
ЖРМ	956,8	68,38	0,18		0,012	0,032	28,27	66,19	0,20	4,40	0,17	0,24	0,24	0,09	0,00	0,03	0,00	0,00	0,18	-0,01	1,50	100,00
Известняк	41,1	0,52	0,000		0,013			0,74	54,7	0,54	0,44	0,30			0,02	0,03			43,16		2,00	100,00
Бентонит	10,0									65,00	35,00											100,00

Итого поступило, кг/т		654,5	1,8		0,120	0,306	270,5	633,6	24,4	48,8	5,3	2,4	2,3	0,9	0,0	0,3	0,0	0,0	19,4	-0,1	15,2	1007,8
Улетучилось, кг/т						0,291									0,01				19,45			19,45
Перешло в ЖРМ, кг/т		654,5	1,8		0,120	0,015	163,6	753,2	24,4	48,8	5,3	2,4	2,3	0,9	0,0	0,3	0,0	0,0	0,0	-0,1	15,2	1001,1
Состав ЖРМ, %		65,38	0,18		0,012	0,002	16,35	75,24	2,44	4,88	0,53	0,24	0,23	0,09	0,00	0,03	0,00	0,00	0,00	-0,01	1,52	100,00

Приложение 2

Таблица 2
Основность ЖРМ	0,5
FeЖРМ
расход коксика,%	1
Вынос пыли,%	2

Таблица 3
	ЖРМ	Известняк	Бентонит
Dm^ППП+Dm^С,Л	-0,00180	-0,432	0
l_S	0,95	0,8	0,95
Dm^S	-0,0003	0	0
Dm_O^S->S03	0,0000	0	0
Dm_O^FeS->Fe2O3	0,0000	0	0
a_Fe	0,250	1,250	2,250
Dm^FeO	-0,111750	0,0064750	0
Dm_O^FeO<->SFe2O3	0,01242	-0,00072	0
Dm^ОВР	0,01242	-0,0007194	0
Dm_S	0,01031267	-0,43232	0
w	1,0103127	0,5676	1,0000
RO	-2	54,5	-32,1

Таблица 4
Система уравнений АХ=В
Уравнение	Матрицы коэффициентов				Решение
	А			В
	ЖРС	Известняк	Бентонит	ЖРМ
по выходу ЖРМ	1,010	0,5684	1,000	1	доля ЖРС т/т	0,95684
по основности	-2,000	54,500	-32,500	0	доля Известняк т/т	0,04106
по расходу Бентонита	-0,010	-0,010	1,000	0	доля Коксик т/т	0,00998

Приложение 3

Таблица 5

	Сухие материалы	С учетом выноса пыли	С учетом влажности
ЖРС	956,8	976,0	976,0
Известняк	41,1	41,9	41,9
Коксик	10,0	10,2	10,2
Всего	1007,9	1028,0	1028,0

Таблица 6

Оценка качества ЖРМ
Содержание железа, %	65,38
Основность ЖРМ, %/%	0.50
Кремниевый модуль, %/%	9,21
Содержание MgO, %	0,24
Выход ЖРМ из тонны шихты, кг/т	992,18

Таблица 7

Основность ЖРМ	Расход флюсов, кг/т ЖРС	FeЖРМ,%



	0,1081	53,29
1,3	0,1155	53,08
1,35	0,1230	52,88
1,4	0,1304	52,68